Войти
Водный гомогенный реактор в Национальной лаборатории Ок-Ридж Водные гомогенные реакторы (AHR) представляют собой тип ядерных реакторов, в которых растворимые ядерные соли (обычно сульфат урана или нитрат урана ) растворены в воде. Топливо смешано с охлаждающей жидкостью и замедлителем, отсюда и название «гомогенная» («в том же физическом состоянии»). Вода может быть либо тяжелой водой, либо обычной (легкой). вода, оба из которых должны быть очень чистыми.
Их саморегулирующиеся свойства и способность справляться с очень большим увеличением реактивности делают их уникальными среди реакторов и, возможно, самыми безопасными. В Санта-Сусана, Калифорния, Atomics International провела серию тестов, названных. В конце 1940-х годов стержни управления были загружены на пружины, а затем выброшены из реактора за миллисекунды. Мощность реактора выросла с ~ 100 Вт до более ~ 1000000 Вт без каких-либо проблем.
Водные гомогенные реакторы иногда называли "водогрейными котлами" (не путать с реакторами с кипящей водой ), так как вода внутри кажется кипящей, хотя образование пузырьков на самом деле связано с производством из водорода и кислорода, когда частицы излучения и деления диссоциируют воду на составляющие ее газы, этот процесс называется радиолизом. AHR широко использовались в качестве исследовательских реакторов, поскольку они являются саморегулирующимися, имеют очень высокий поток нейтронов и просты в управлении. По состоянию на апрель 2006 г., согласно базе данных исследовательского реактора, работало только пять AHR.
Проблемы с коррозией, связанные с растворами сульфатной основы, ограничивали их применение в качестве воспроизводящих топлива уран-233 из торий. В современных конструкциях используются растворы основания азотной кислоты (например, уранилнитрат ), что устраняет большинство этих проблем в нержавеющих сталях.
Первые исследования однородных реакторов проводились ближе к концу Второй мировой войны. Химикам было больно видеть точно изготовленные твердотопливные элементы гетерогенных реакторов, в конечном итоге растворенные в кислотах для удаления продуктов деления - «золы» ядерной реакции. Инженеры-химики надеялись разработать реакторы на жидком топливе, которые позволят обойтись без дорогостоящего разрушения и обработки твердых топливных элементов. Однако образование пузырьков газа в жидком топливе и коррозионное воздействие на материалы (в растворах на основе сульфата уранила ) представляет собой серьезную проблему с дизайном и материалами.
Энрико Ферми выступал за строительство в Лос-Аламосе того, что должно было стать третьим в мире реактором, первым гомогенным реактором на жидком топливе и первым реактором, работающим на уране, обогащенном ураном. 235. В итоге были построены три версии, основанные на одной концепции. В целях безопасности эти реакторы получили кодовое название «водогрейные котлы». Название было подходящим, потому что в версиях с более высокой мощностью топливный раствор, казалось, кипел, поскольку пузырьки водорода и кислорода образовывались в результате разложения водного растворителя энергетическими продуктами деления, процесс, называемый радиолизом.
Реактор был назван LOPO (для малой мощности), потому что его выходная мощность была практически нулевой. LOPO служил целям, для которых он был предназначен: определение критической массы простой конфигурации топлива и испытание новой концепции реактора. LOPO достигла критичности в мае 1944 года после последнего добавления обогащенного урана. Сам Энрико Ферми был за штурвалом. LOPO был демонтирован, чтобы освободить место для второго водогрейного котла, который мог работать на уровнях мощности до 5,5 киловатт. В этой версии, получившей название HYPO (высокая мощность), в качестве топлива использовался раствор уранилнитрата, тогда как в более раннем устройстве использовался обогащенный уранилсульфат. Этот реактор был введен в эксплуатацию в декабре 1944 года. Многие из ключевых нейтронных измерений, необходимых для разработки первых атомных бомб, были выполнены с помощью HYPO. К 1950 г. были желательны более высокие нейтронные потоки, поэтому в HYPO были внесены значительные изменения, позволяющие работать на уровнях мощности до 35 киловатт. Этот реактор, конечно же, назывался СУПО. SUPO работал почти ежедневно до его отключения в 1974 году.
В 1952 году были проведены две серии критических экспериментов с тяжелой водой растворами обогащенного урана в виде фторида уранила. в Лос-Аламосе, чтобы поддержать идею Эдварда Теллера о конструкции оружия. К тому времени, когда эксперименты были завершены, Теллер потерял интерес, однако результаты затем были применены для улучшения более ранних реакторов. В одной серии экспериментов раствор находился в резервуарах диаметром 25 и 30 дюймов (640 и 760 мм) без окружающего отражателя. Высоту раствора доводили до критичности с помощью растворов D 2 O при атомных отношениях D / U 1: 230 и 1: 419 в меньшем резервуаре и от 1: 856 до 1: 2081 в большом резервуаре. В другой серии экспериментов сферы раствора центрировали в сферическом контейнере диаметром 35 дюймов (890 мм), в который закачивали D 2 O из резервуара в основании. Критичность была достигнута в шести сферах раствора диаметром от 13,5 до 18,5 дюймов при атомных отношениях D / U от 1:34 до 1: 431. По завершении эксперимента это оборудование также было списано.
Водный гомогенный реактор в Ок-Риджской национальной лаборатории Первый водный гомогенный реактор, построенный в Ок-Риджской национальной лаборатории, стал критическим в октябре 1952 года. Расчетный уровень мощности один мегаватт (МВт) был достигнут в феврале 1953 года. Пар высокого давления реактора вращал небольшую турбину, которая вырабатывала 150 киловатт (кВт) электроэнергии, Это достижение принесло операторам почетное звание «Энергетическая компания Ок-Ридж». Однако AEC была привержена разработке твердотопливных реакторов, охлаждаемых водой, и лабораторные демонстрации других типов реакторов, независимо от их успеха, не изменили его курса.
С 1974 по 1979 год KEMA (Keuring van Elektrotechnische Materialen Arnhem) эксплуатировала водный гомогенный реактор, называемый (KSTR), на своей площадке в Арнем в Нидерландах. Реактор был построен в сотрудничестве со специалистами ORNL (Национальная лаборатория Окриджа) из-за их опыта в эксперименте с гомогенным реактором. Реактор состоял из корпуса реактора (ø310 мм, объем 18,3 литра), изготовленного Werkspoor в Утрехте. Топливо представляло собой смесь 14% UO 2 (высокообогащенного, 90% U) и 86% ThO 2 в концентрации 400 г / л. Уран (6766 граммов, содержащий 6082 грамма урана) был доставлен компанией NUKEM. Топливные зерна (ø 5 мкм) были разработаны KEMA с помощью уникального так называемого золь-гель процесса, который также привлек внимание промышленности. Реактор работал при температуре 255 ° C (491 ° F; 528 K), давлении 60 бар (6000 кПа) и максимальной мощности 1000 кВт (1300 л.с.).
Экологически чистые и экономически конкурентоспособные технологии получения радиоактивных изотопов разрабатываются в Курчатовском институте в СССР на базе реактора АРГУС - водный гомогенный мини-реактор. В СССР планировали построить серию таких ректоров, но построили только два. Один в Курчатовском институте, второй был построен в конце 80-х годов в Душанбе Таджикской ССР, но не сдан в эксплуатацию из-за распада Советского Союза.
В 2017 Правительство Таджикистана начало реконструкцию и ремонт реактора для производства изотопа молибдена-99 в первую очередь для медицинских нужд.
Реактор в Курчатовском институте тепловой мощностью 20 кВт находится в эксплуатации с 1981 года и показал высокие показатели эффективности и безопасности. В настоящее время ведутся технико-экономические обоснования для разработки технологий производства стронция-89 и молибдена-99 в этом реакторе. Анализ производимых изотопов, проведенный на предприятии Бельгия, показал, что образцы Mo-99, произведенные на ARGUS, характеризуются крайней радиохимической чистотой, т.е. содержание примесей в них ниже допустимых пределов на 2–4 порядка. Среди радиоактивных медицинских изотопов широко распространены Mo-99 и Sr-89. Первый - это сырье для производства технеция -99m, радиофармацевтический препарат для диагностики онкологических, кардиологических, урологические и другие заболевания. Ежегодно более 6 миллионов человек проходят обследование с помощью этого изотопа в Европе.
Возможность извлекать медицинские изотопы непосредственно из поточного топлива вызвала новый интерес к водным гомогенным реакторам. на основе этой конструкции. BWX Technologies (ранее Babcock Wilcox ) предложила водный гомогенный реактор для производства Tc-99m.
Использование водного гомогенного ядерного реактора деления для одновременного производства водорода с помощью воды радиолиза и производства тепла было исследовано в Мичиганском университете., в Анн-Арбор в 1975 году. Несколько небольших исследовательских проектов продолжают это направление исследований в Европе.
Atomics International спроектировала и построила ряд ядерных реакторов малой мощности (от 5 до 50 000 Вт тепловых) для исследований, обучения и производства изотопов. Одна модель реактора, L-54, была приобретена и установлена рядом университетов США и зарубежных исследовательских институтов, включая Японию.
Портал ядерных технологий 