National Research Universal reaktor

Koordinater : National Research Universal ( NRU ) reaktorn var en 135 MW kärnforskningsreaktor byggd i Chalk River Laboratories , Ontario , en av Kanadas nationella vetenskapsanläggningar. Det var en mångsidig vetenskapsanläggning som tjänade tre huvudroller. Den genererade radionuklider som används för att behandla eller diagnostisera över 20 miljoner människor i 80 länder varje år (och, i mindre utsträckning, andra isotoper som används för icke-medicinska ändamål). Det var neutronkällan för NRC Canadian Neutron Beam Center : ett materialforskningscentrum som växte fram ur Bertram Brockhouses Nobelprisbelönta arbete . Det var testbädden för Atomic Energy of Canada Limited för att utveckla bränslen och material för CANDU-reaktorn . Vid tidpunkten för sin pensionering den 31 mars 2018 var den världens äldsta kärnreaktor i drift.

Historia

NRU-reaktordesignen startades 1949. Det är i grunden en kanadensisk design, avsevärt avancerad från NRX . Den byggdes som efterträdaren till NRX -reaktorn vid Atomic Energy Project av National Research Council of Canada vid Chalk River Laboratories . NRX - reaktorn var världens mest intensiva neutronkälla när den startade driften 1947. Det var inte känt hur länge en forskningsreaktor kunde förväntas vara i drift, så ledningen för Chalk River Laboratories började planera NRU-reaktorn för att säkerställa kontinuiteten i reaktorn. forskningsprogram.

NRU startade självförsörjande operation (eller blev "kritisk") den 3 november 1957, ett decennium efter NRX, och var tio gånger mer kraftfull. Den designades ursprungligen som en 200 MW reaktor, bränsled med naturligt uran . NRU konverterades till 60 MW med höganrikat uran (HEU) bränsle 1964 och omvandlades en tredje gång 1991 till 135 MW som drivs med låganrikat uran (LEU).

Lördagen den 24 maj 1958 drabbades NRU av en stor olycka . En skadad bränslestav av uran fattade eld och revs i två delar när den avlägsnades från kärnan. Branden var släckt, men en betydande mängd radioaktiva förbränningsprodukter hade förorenat reaktorbyggnadens inre och, i mindre grad, en del av den omgivande laboratorieplatsen. Rengöringen och reparationen tog tre månader. NRU var i drift igen i augusti 1958. Man såg till att ingen exponerades för farliga nivåer av strålning och personal som var involverad i sanering övervakades under de följande decennierna. En korpral vid namn Bjarnie Hannibal Paulson som var på saneringen utvecklade ovanlig hudcancer och fick sjukpension.

NRU:s calandria , kärlet som innehåller dess kärnreaktioner, är tillverkat av aluminium och ersattes 1971 på grund av korrosion. Calandria har inte ersatts sedan dess, även om en andra ersättning troligen behövs. En fördel med NRU:s design är att den kan tas isär för att möjliggöra uppgradering och reparation.

I oktober 1986 erkändes NRU-reaktorn som ett kärnkraftshistoriskt landmärke av American Nuclear Society . Sedan NRX avvecklades 1992, efter 45 års tjänst, har det inte funnits någon backup för NRU.

1994 tilldelades Bertram Brockhouse Nobelpriset i fysik för sitt banbrytande arbete som utfördes i NRX- och NRU-reaktorerna på 1950-talet. Han födde en vetenskaplig teknik som nu används över hela världen.

1996 informerade AECL den kanadensiska kärnsäkerhetskommissionen (då känd som Atomic Energy Control Board ) att driften av NRU-reaktorn inte skulle fortsätta efter den 31 december 2005. Det förväntades att en ersättningsanläggning skulle byggas inom den tiden. Ingen ersättning byggdes dock och 2003 meddelade AECL CNSC att de hade för avsikt att fortsätta driften av NRU-reaktorn efter december 2005. Driftstillståndet förlängdes initialt till den 31 juli 2006 och en 63-månaders licensförnyelse erhölls i juli 2006, vilket tillåter drift av NRU till den 31 oktober 2011.

I maj 2007 satte NRU ett nytt rekord för produktion av medicinska isotoper.

I juni 2007 öppnades ett nytt neutronspridningsinstrument i NRU. D3 Neutron Reflectometer är designad för att undersöka ytor, tunna filmer och gränssnitt. Neutronreflektionstekniken kan ge unik information om material i nanometerlängdskalan .

2007 avstängning

Den 18 november 2007 stängdes NRU-reaktorn av för rutinunderhåll. Denna avstängning förlängdes frivilligt när AECL beslutade att installera seismiskt kvalificerade nödkraftssystem (EPS) till två av reaktorns kylpumpar (utöver de AC- och DC reservkraftsystem som redan fanns på plats), som krävdes som en del av dess augusti 2006 förlängning av driftlicensen av Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC). Detta resulterade i en världsomspännande brist på radioisotoper för medicinska behandlingar eftersom AECL inte hade förberett för en alternativ leverans. Den 11 december 2007 antog Kanadas underhus , i enlighet med vad regeringen beskrev som "oberoende expertråd", nödlagstiftning som godkände återstart av NRU-reaktorn med en av de två seismiska anslutningarna klar (en pump räcker för att kyla härden) och godkänna reaktorns drift i 120 dagar utan CNSC-godkännande. Lagstiftningen, C-38, antogs av senaten och fick kungligt samtycke den 12 december. Premiärminister Stephen Harper anklagade den "liberalutnämnda" CNSC för denna avstängning som "hopade hälsan och säkerheten för tiotusentals kanadensare". Andra såg premiärministerns och regeringens agerande och prioriteringar när det gäller att skydda den eventuella försäljningen av AECL till privata investerare. Regeringen tillkännagav senare planer på att sälja en del av AECL i maj 2009.

NRU-reaktorn startades om den 16 december 2007.

Den 29 januari 2008 vittnade den tidigare ordföranden för CNSC, Linda Keen, inför en parlamentarisk kommitté att risken för bränsleavbrott i NRU-reaktorn var "1 på 1000 år", och hävdade att detta var tusen gånger större risk än den "internationella standarden". Dessa påståenden tillbakavisades av AECL.

Den 2 februari 2008 var den andra seismiska anslutningen klar. Denna tidpunkt låg väl inom ovanstående 120-dagarsfönster som Bill C-38 erbjuder.

2009 Avstängning

I mitten av maj 2009 upptäcktes en tungvattenläcka vid basen av reaktorkärlet, vilket ledde till en tillfällig avstängning av reaktorn. Läckan uppskattades till 5 kg (<5 liter) per timme, ett resultat av korrosion. Detta var den andra tungvattenläckan sedan slutet av 2008. Reaktorn tömdes på bränsle och dränerades på all sin tungvattenmoderator. Inga administrativa nivåer av radioaktivitet överskreds, under läckan eller tankningen, och allt läckt vatten innehölls och behandlades på plats.

Reaktorn förblev avstängd fram till augusti 2010. Den långa avstängningen var nödvändig för att tömma reaktorn, fastställa den fulla omfattningen av korrosionen på fartyget och slutligen för att utföra reparationerna - allt med fjärråtkomst och begränsad åtkomst från ett minsta avstånd på 8 meter på grund av de kvarvarande radioaktiva fälten i reaktorkärlet. Avstängningen 2009 inträffade vid en tidpunkt då endast en av de andra fyra världsomspännande vanliga reaktorerna för medicinska isotoper producerade, vilket resulterade i en världsomspännande brist.

Avveckling

Den 31 mars 2018, efter regeringens anvisningar om att lägga ner verksamheten, stängdes NRU permanent före avvecklingen som planerades att starta 2028.

Produktion av isotoper

Atomer är naturens byggstenar. Grundämnenas periodiska system listar så många som 118 olika typer av atomer , så kallade grundämnen , såsom väte , kväve eller kol . Atomer av vilket element som helst kan förekomma i mer än en vikt, beroende på antalet neutroner de innehåller. Två kolatomer kan till exempel väga 12 och 13 amu . De är båda kolatomer, men den ena har en extra neutron. De kallas isotoper av kol.

isotoper är inte stabila. En instabil isotop kommer att sönderfalla till ett mer stabilt tillstånd och frigöra energi och möjligen en eller flera partiklar. Dessa partiklar och/eller energin som emitteras av nämnda radioisotoper används i ett stort antal medicinska, industriella och vetenskapliga tillämpningar.

Med konstruktionen av den tidigare NRX -reaktorn var det för första gången möjligt att kommersiellt tillverka isotoper som inte var vanligt förekommande i naturen. I kärnan av en fungerande reaktor finns miljarder fria neutroner . Genom att infoga en bit målmaterial i kärnan kan atomer i målet fånga några av dessa neutroner och bli tyngre isotoper. Att tillverka medicinska isotoper var en kanadensisk medicinsk innovation i början av 1950-talet.

NRU-reaktorn fortsatte arvet från NRX och fram till den avvecklades den 31 mars 2018 producerade fler medicinska isotoper än någon anläggning i världen.

  • Cobalt-60 från NRU används i strålbehandlingsmaskiner som behandlar cancer hos 15 miljoner patienter i 80 länder varje år. NRU producerade cirka 75 % av det globala utbudet. Förfallet av kobolt-60 resulterar i emission av högenergifotoner.
  • Teknetium-99m från NRU som används för att diagnostisera 5 miljoner patienter varje år representerade cirka 80 procent av alla nuklearmedicinska ingrepp. NRU producerade över hälften av världens totala utbud. Teknetium-99m avger mindre energi när det sönderfaller än de flesta gammastrålare, ungefär lika mycket som röntgenstrålar från ett röntgenrör. Detta kan fungera som en in situ- källa för en speciell kamera som skapar en bild av patienten som kallas SPECT-skanning . NRU producerade faktiskt den mer stabila moderisotopen, molybden-99, som skickas till medicinska laboratorier. Där sönderfaller det till teknetium-99m , som separeras och används för testning.
  • NRU producerade xenon-133, jod-131 och jod-125, som används i en mängd olika diagnostiska och terapeutiska tillämpningar.
  • Kol-14 producerat i NRU såldes till kemi, biovetenskap och miljölabb där det används som spårämne .
  • Iridium-192 från NRU används i flera industrier för att inspektera svetsar eller andra metallkomponenter för att säkerställa att de är säkra att använda.

Kärnan i NRU-reaktorn var cirka 3 meter (9,8 fot) bred och 3 meter (9,8 fot) hög, vilket är ovanligt stort för en forskningsreaktor. Den stora volymen möjliggjorde bulkproduktion av isotoper. Andra forskningsreaktorer i världen producerar isotoper för medicinsk och industriell användning, till exempel den europeiska högflödesreaktorn i Petten i Nederländerna, Mariareaktorn i Polen och OPAL -reaktorn i Australien som togs i drift i april 2007.

NRU var ursprungligen planerad att läggas ner i oktober 2016. Utan någon stabil isotoptillverkare som var redo att träda in förrän 2018, tillät den kanadensiska regeringen NRU att producera isotoper fram till mars 2018.

Neutronstråleforskning

NRU-reaktorn är hem för Kanadas nationella anläggning för neutronspridning : NRC Canadian Neutron Beam Center . Neutronspridning är en teknik där en stråle av neutroner lyser genom ett materialprov, och beroende på hur neutronerna sprids från atomerna inuti, kan forskare fastställa många detaljer om kristallstrukturen och rörelserna hos atomerna i provet.

En tidig pionjär inom tekniken var Bertram Brockhouse som byggde några av de tidiga neutronspektrometrarna i NRX- och NRU-reaktorerna och tilldelades 1994 års Nobelpris i fysik för utvecklingen av neutronspektroskopi .

NRC Canadian Neutron Beam Center fortsätter det vetenskapsområdet idag, och fungerar som en användaranläggning med öppen tillgång som tillåter forskare från hela Kanada och runt om i världen att använda neutroner i sina forskningsprogram.

Det är vanligt att ett utvecklat land stöder en nationell anläggning för neutronspridning och en för röntgenspridning . De två typerna av anläggningar ger kompletterande information om material.

En ovanlig egenskap hos NRU-reaktorn som Kanadas nationella neutronkälla är dess mångsidiga design: kan tillverka isotoper och stödja nukleär FoU samtidigt som den levererar neutroner till serien neutronspridningsinstrument.

NRU-reaktorn karakteriseras ibland (felaktigt) som enbart en kärnforskningsanläggning . Neutronspridning är dock inte kärnforskning , det är materialforskning . Neutroner är en idealisk sond för material inklusive metaller, legeringar, biomaterial, keramik, magnetiska material, mineraler, polymerer, kompositer, glas, nanomaterial och många andra. Neutronspridningsinstrumenten vid NRC Canadian Neutron Beam Center används av universitet och industrier från hela Kanada varje år eftersom kunskap om material är viktig för innovation inom många sektorer.

Kärnkraftsforskning och utveckling

Inuti kärnan i en stor elproducerande reaktor som en CANDU eller en PWR finns det väldigt många fria neutroner och höga nivåer av gammastrålning från kärnklyvningsprocessen . Det är viktigt för ingenjörer och forskare att förstå hur den miljön kommer att påverka materialen som reaktorn är gjord av. Den kunskapen behövs för att designa en reaktor med lång livslängd.

NRU-reaktorn har testanläggningar inbyggda i kärnan som kan replikera förhållandena i en stor elproducerande reaktor . NRU själv genererar inte ånga (eller elektricitet); dess kylvatten värms upp till cirka 55 grader Celsius. Inne i testanläggningarna kan dock höga temperaturer och tryck uppstå. Det är viktigt att testa olika material innan de används i byggandet av en kärnkraftverk.

Den grundläggande kunskapen från NRU möjliggjorde utvecklingen av CANDU-reaktorn och är grunden för den kanadensiska kärnkraftsindustrin .

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=National_Research_Universal_reactor&oldid=1133676552 "