Avancerad testreaktor
| Advanced Test Reactor | |
|---|---|
 Advanced Test Reactor
| |
  Idaho National Laboratory
| |
| Verksamhetsinstitution | Idaho National Laboratory |
| Plats | Butte County , nära Arco, Idaho , USA |
| Koordinater | Koordinater : |
| Kraft | 250 MW |
| Konstruktion och underhåll | |
| Bygget började | 1967 |
| Tekniska specifikationer | |
| Max termiskt flöde | 10 15 s −1 cm −2 |
| Max snabbflöde | 5·10 14 s −1 cm −2 |
| Kyl | Lätt vatten |
| Neutronmoderator | Lätt vatten |
| Neutronreflektor | Beryllium |
| Beklädnadsmaterial _ | Rostfritt stål och betong |
Advanced Test Reactor ( ATR ) är en forskningsreaktor vid Idaho National Laboratory , som ligger öster om Arco, Idaho . Denna reaktor designades och används för att testa kärnbränslen och material som ska användas i kraftverk, marin framdrivning, forskning och avancerade reaktorer. Den kan arbeta med en maximal termisk effekt på 250 MW och har en kärndesign av "fyrklöver" (liknande Camunian rosen ) som möjliggör en mängd olika testplatser. Den unika designen tillåter olika neutronflöde (antal neutroner som påverkar en kvadratcentimeter varje sekund) på olika platser. Sex av testplatserna tillåter ett experiment att isoleras från det primära kylsystemet, vilket ger sin egen miljö för temperatur, tryck, flöde och kemi, replikerar den fysiska miljön samtidigt som de nukleära förhållandena accelererar.
ATR är en trycksatt lättvattenreaktor (LWR), som använder vatten som både kylmedel och moderator. Kärnan är omgiven av en berylliumneutronreflektor för att koncentrera neutroner på experiment , och rymmer också flera experimentpositioner. Den fungerar vid låg temperatur och tryck 71 °C (160 °F) och upp till 2,69 MPa vattentryck. ATR-reaktorkärlet är av massivt rostfritt stål, 35 fot (11 m) högt och 12 fot (3,7 m) tvärs över. Kärnan är cirka 4 fot (1,2 m) hög och 4 fot (1,2 m) tvärsöver.
Förutom sin roll i kärnbränsle- och materialbestrålning är ATR USA:s enda inhemska källa till kobolt-60 ( 60 Co) med hög specifik aktivitet (HSA) för medicinska tillämpningar. HSA 60 Co används främst vid gammaknivsbehandling av hjärncancer . Andra medicinska och industriella isotoper har också producerats, och skulle kunna vara det igen, inklusive plutonium-238 ( 238 Pu), som är användbart för att driva rymdfarkoster.
Historia
Sedan 1951 har 52 reaktorer byggts på grund av vad som ursprungligen var Atomic Energy Commission's National Reactor Testing Station, för närvarande platsen för US Department of Energy's Idaho National Laboratory (INL). ATR byggdes 1967 och är den näst äldsta av tre reaktorer som fortfarande är i drift på platsen. Dess primära funktion är att intensivt bombardera prover av material och bränslen med neutroner för att replikera långvarig exponering för höga nivåer av strålning , vilket skulle vara närvarande efter år i en kommersiell kärnreaktor. ATR är en av endast fyra testreaktorer i världen med denna kapacitet. Reaktorn producerar också sällsynta isotoper för användning inom medicin och industri .
National Scientific User Facility
I april 2007 utsågs ATR till en National Scientific User Facility, sedan dess omdöpt till en Nuclear Science User Facility (NSUF), för att uppmuntra användning av reaktorn av universitet , laboratorier och industri. Denna status är avsedd att stimulera experiment för att förlänga livslängden på befintliga kommersiella reaktorer och uppmuntra kärnkraftsutveckling. Dessa experiment kommer att testa "material, kärnbränsle och instrument som fungerar i reaktorerna." Enligt detta program kommer försöksledare inte att behöva betala för att utföra experiment i reaktorn, utan de måste publicera sina resultat. Genom NSUF-systemet har ATR och partneranläggningar varit värd för 213 prisbelönta experiment från 42 olika institutioner (universitet, nationella laboratorier och industri), vilket resulterat i 178 publikationer och presentationer.
ATR jämfört med kommersiella reaktorer
Testreaktorer skiljer sig mycket i utseende och design från kommersiella kärnkraftsreaktorer. Kommersiella reaktorer är stora, arbetar vid hög temperatur och högt tryck och kräver en stor mängd kärnbränsle. En typisk kommersiell reaktor har en volym på 48 kubikmeter (1 700 cu ft) med 5 400 kilogram (11 900 lb) uran vid 288 °C (550 °F) och 177 atm. På grund av sin stora storlek och lagrade energi kräver kommersiella reaktorer en robust " inneslutningsstruktur " för att förhindra utsläpp av radioaktivt material i händelse av en nödsituation.
Däremot kräver ATR en mindre inneslutningsstruktur - den har en volym på 1,4 kubikmeter (49 cu ft), innehåller 43 kilogram (95 lb) uran och arbetar vid 60 °C (140 °F) och 26,5 atm ( förhållanden som liknar en varmvattenberedare). Själva reaktorkärlet, som är tillverkat av rostfritt stål omgivet av betong som sträcker sig mer än 20 fot (6,1 m) under jorden, är härdat mot oavsiktlig eller avsiktlig skada. Hela reaktorområdet är också omgivet av en inneslutningsstruktur (i motsats till en "inneslutningsstruktur") utformad för att ytterligare skydda den omgivande miljön från eventuella utsläpp av radioaktivitet.
Reaktordesign och experimentella möjligheter
ATR-kärnan är utformad för att vara så flexibel som möjligt för forskningsbehov . Den kan kopplas online och stängas av på ett säkert sätt så ofta som behövs för att ändra experiment eller utföra underhåll. Reaktorn stängs också av automatiskt vid onormala experimentella förhållanden eller strömavbrott.
Komponenter i reaktorhärden byts ut vart 7–10 år för att förhindra utmattning på grund av exponering för strålning och för att säkerställa att försöksledare alltid har en ny reaktor att arbeta med. Neutronflödet eller variabelt, och varje lob av fyrklöverdesignen kan styras oberoende för att producera upp till 10 15 termiska neutroner per sekund per kvadratcentimeter eller 5· 10 14 snabba neutroner s −1 cm −2 . Det finns 77 olika testplatser inuti reflektorn och ytterligare 34 lågintensiva platser utanför kärnan, vilket gör att många experiment kan köras samtidigt i olika testmiljöer. Testvolymer upp till 5,0 tum (130 mm) i diameter och 4 fot (1,2 m) långa kan rymmas. Experimenten ändras i genomsnitt var sjunde vecka och reaktorn är i nominell drift (110 MW) 75 % av året.
Tre typer av experiment kan utföras i reaktorn:
- Statisk kapselexperiment: Materialet som ska testas placeras i ett förseglat rör tillverkat av aluminium , rostfritt stål eller zircaloy , som sedan förs in på önskad reaktorplats. Om röret är mindre än hela 48-tums reaktorhöjden kan flera kapslar staplas. I vissa fall är det önskvärt att testa material (såsom bränsleelement) i direkt kontakt med reaktorns kylvätska , i vilket fall testkapseln inte är förseglad. Mycket begränsad övervakning och temperaturkontroll är tillgängliga för den statiska kapselkonfigurationen, och alla instanser måste byggas in i kapselexperimentet (som temperatursmälttrådar eller ett isolerande luftgap).
- Instrumenterade ledningsexperiment: På samma sätt som den statiska kapselkonfigurationen tillåter denna typ av experiment realtidsövervakning av temperatur- och gasförhållanden inuti kapseln. En navelsträng ansluter testkapseln till en kontrollstation för att rapportera testförhållanden. Kontrollstationen reglerar automatiskt temperaturen inuti testkapseln efter önskemål genom att pumpa en kombination av helium (ledande) och neon eller argon (icke-ledande) gaser genom kapseln. Den cirkulerade gasen kan undersökas genom gas-vätskekromatografi för att testa för fel eller oxidation av materialet som testas.
- Experiment med tryckvattenslinga: Mer komplex än konfigurationen med instrumenterad elektrod, den här typen av experiment är endast tillgänglig i sex av de nio fluxrören, kallade Inpile Tubes (IPTs). Testmaterial isoleras från den primära ATR-kylvätskan av ett sekundärt kylvätskesystem, vilket gör att exakta förhållanden för en kommersiell eller marin reaktor kan simuleras. Omfattande instrumentering och kontrollsystem i den här typen av experiment genererar en stor mängd data, som är tillgänglig för försöksledaren i realtid så att ändringar kan göras i experimentet efter behov.
Forskningsexperiment vid reaktorn inkluderar:
- Avancerad grafitkapsel: Detta experiment kommer att testa effekterna av strålning på flera typer av grafit som övervägs för nästa generations kärnkraftverksprogram som för närvarande inte har några högflödestemperaturdata tillgängliga.
- Advanced Fuel Cycle Initiative / Light Water Reactor: Målet med AFCI är att omvandla bränslen med längre livslängd till bränslen med kortare livslängd som skulle kunna användas i kommersiella lättvattenreaktorer, för att minska mängden avfall som måste lagras medan öka det tillgängliga bränslet för kommersiella reaktorer.
- Kobolt-60- produktion: Det minst komplexa av nuvarande användningsområden för Advanced Test Reactor är produktionen av 60 Co -radioisotopen för medicinskt bruk. Skivor av kobolt-59 1 mm -diameter gånger 1 mm tjocka sätts in i reaktorn (Static Capsule Experiment), som bombarderar provet med neutroner och producerar kobolt-60. Ungefär 200 kilocuries (7 400 TBq ) produceras per år, helt för medicinskt bruk.
Avancerad testreaktor kritisk
Advanced Test Reactor Critical ( ATRC ) utför funktioner för ATR liknande de för ARMF -reaktorerna i förhållande till MTR . Det var ett värdefullt hjälpverktyg i drift i tre år innan ATR startade. Det verifierade för reaktorkonstruktörer effektiviteten av kontrollmekanismer och fysikers förutsägelser om kraftfördelning i den stora kärnan av ATR. Lågeffekttestning i ATRC sparade värdefull tid så att den stora ATR kunde bestråla experiment med höga effektnivåer. ATRC används också för att verifiera säkerheten för ett föreslaget experiment innan det placeras i ATR. ATRC började fungera den 19 maj 1964 och är fortfarande i tjänst.
externa länkar
- ATR-faktablad (PDF, 868 KB)
- ATR-kapacitet och framtida verksamhetsplaner (PDF, 800 KB)
- ATR bestrålningsfaciliteter och kapacitet (PDF, 2,4 MB)
