Klementin (jaderný reaktor) - Clementine (nuclear reactor)

Clementine bylo krycí jméno pro první na světě rychlý neutronový reaktor. Byl to reaktor v experimentálním měřítku. Maximální výkon byl 25 kW a byl poháněn motorem plutonium a ochladí se kapalinou rtuť. Clementine byla umístěna v Národní laboratoř Los Alamos v Los Alamos, Nové Mexiko. Clementine byla navržena a vyrobena v letech 1945–1946 a poprvé dosáhla kritičnosti v roce 1946[1] a plný výkon v roce 1949. Reaktor byl pojmenován podle písně „Ach můj drahý, Clementine. "Podobnost s písní byla, že reaktor byl umístěn v hlubokém kaňonu a operátoři reaktoru byli 49 ', protože 49 (poslední číslice prvku 94, izotop 239) bylo v té době jedním z kódových názvů pro plutonium."[2]

Primárním cílem Clementine bylo určit jaderné vlastnosti materiálů pro výzkum jaderných zbraní po roce 2004 Projekt Manhattan. V reaktoru byla provedena řada dalších experimentů, včetně zkoumání proveditelnosti civilních šlechtitelských reaktorů a měření neutronové průřezy z různých materiálů.

Základní design

Jádro bylo uloženo ve 117 cm dlouhém válci z měkké oceli, který měl vnitřní průměr 15,2 cm (6,0 palce) a stěnu tlustou 0,6 cm (0,24 palce). Palivová soustava byla 15 cm (5,9 palce) v průměru 14 cm (5,5 palce) vysoká a obsahovala 55 palivových článků. Každý palivový článek se skládal z δ-fáze plutonium-239. Každý z nich měl průměr 1,64 cm (0,65 palce) a 14 cm (5,5 palce). Palivové články byly plátovány do 0,5 mm (0,020 palce) tlusté obyčejné uhlíkové oceli. Jádro bylo umístěno ve spodní části ocelového válce.

Jádro bylo ochlazeno kapalinou rtuť. Maximální tepelný výkon byl 25 kW. Rtuť cirkulovala jádrem a ven do výměníku tepla rtuť-voda při maximálním průtoku 0,15 litru za sekundu (0,040 USgal / s) indukčním typem elektromagnetické čerpadlo bez pohyblivých částí.[3]

Stínící a nosná konstrukce

Jádro reaktoru bylo zabaleno do řady neutronových reflektorů a stínících struktur, počínaje 15 cm silnou válcovou vrstvou přírodního uranu bezprostředně obklopující jádro. Tato deka byla otevřená nahoře a dole a dalo se s ní pohybovat nahoru a dolů. Další byl 15,2 cm (6 palců) ocelový reflektor a 10 cm (4 palce) olovo. Nakonec byla většina reaktoru obklopena několika vrstvami oceli a bórového plastu. Celá tato sestava byla obklopena a podepřena tlustým beton plášť, který poskytoval další stínění. Štítem protékalo několik otvorů, které poskytovaly různé neutrony fyzika experimenty.[4]

Řízení reaktoru

Reaktor byl prvním reaktorem, který demonstroval řízení reakce prostřednictvím řízení opožděné neutrony,[4][5] šlo spíše o funkci jednoho z velmi raných reaktorů než o speciální konstrukční prvek. Ovládání bylo dosaženo několika prostředky. Výše popsanou uranovou přikrývku lze zvedat a spouštět. 238U je dobrý neutronový reflektor, takže poloha přikrývky řídila počet neutronů dostupných pro reakci. Když byla přikrývka zvednuta, více neutronů se odráželo zpět do jádra, což způsobilo větší počet štěpení a následně vyšší výkon.[4]

Dále byly k dispozici dvě vypínací / regulační tyče složené z přírodního uranu a boru obohacený v bór-10 izotop. 10B je velmi efektivní neutronový jed které by mohly být vloženy pro ovládání a vypnutí reakce.

Vypnutí reaktoru zahrnovalo současné upuštění uranové deky a vložení dvou řídicích tyčí do středu, které absorbovaly neutrony a otrávily reakci. V jádru bylo k dispozici až 20 dalších otvorů pro experimentální konfigurace nebo pro další ovládací nebo palivové tyče.[4]

Použití a vypnutí

Clementine úspěšně fungovala od roku 1946 do roku 1950, kdy byl reaktor odstaven, aby se odstranil problém s ovládacími a podložnými tyčemi. Během tohoto vypnutí bylo zjištěno, že jedna z tyčí z přírodního uranu praskla. Byl vyměněn a reaktor byl restartován.[3]

Opět úspěšně fungoval až do roku 1952, kdy prasklo opláštění jedné z palivových tyčí. To způsobilo znečištění primární chladicí smyčky plutoniem a dalšími štěpné produkty. V této době bylo rozhodnuto, že bylo dosaženo všech hlavních cílů Clementine a reaktor byl trvale odstaven a demontován.[3]

Výsledky klementinského experimentu

Zkušenosti a údaje poskytnuté provozováním klementinského reaktoru byly velmi užitečné pro vojenské i civilní aplikace. Jedním z pozoruhodných úspěchů projektu Clementine bylo měření celkových neutronových průřezů 41 prvků s přesností 10%. Clementine navíc poskytla neocenitelné zkušenosti s řízením a konstrukcí rychlých neutronových reaktorů. Bylo také zjištěno, že rtuť nebyla pro tento typ reaktoru ideálním chladicím médiem kvůli jeho špatným vlastnostem přenosu tepla.[3]

Specifikace

  • Typ: rychlý neutronový reaktor
  • Palivo: plutonium-239
  • Chladicí kapalina: rtuť maximálně 2 kilogramy za sekundu (260 lb / min).
  • Moderátor: žádný
  • Stínění: více vrstev uranu-238, oceli, olova a bóru impregnovaného plastu.
  • Výkon: maximálně 25 kW.
  • Teplota jádra: vstup 38 ° C (100 ° F), výstup 121 ° C (250 ° F), max. Jádro 135 ° C (275 ° F)[4]

Viz také

Reference

  1. ^ „Milníky v historii národní laboratoře v Los Alamos“ (PDF). Věda Los Alamos. Národní laboratoř Los Alamos. 21. 1993.
  2. ^ Bunker, Merle E. (zima – jaro 1983). „Rané reaktory od vodního kotle Fermi po nové energetické prototypy“ (PDF). Věda Los Alamos. Národní laboratoř Los Alamos: 127.
  3. ^ A b C d Bunker, Merle E. (zima – jaro 1983). „Rané reaktory od vodního kotle Fermi po nové energetické prototypy“ (PDF). Věda Los Alamos. Národní laboratoř Los Alamos: 128.
  4. ^ A b C d E Adams, Steven R. (říjen 1985). Teorie, design a provoz reaktorů s rychlým množením tekutých kovů, včetně fyziky provozního zdraví (Zpráva). NUREG / CR-4375; VEJCE-2415. Idaho National Engineering Laboratory. str. A44.
  5. ^ Bell, Charles R. (březen 2007). „Bezpečnostní model šlechtitelského reaktoru je nemožný“ (PDF). Věda Los Alamos: 102.