Sulu homojen reaktör - Aqueous homogeneous reactor

Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda sulu homojen reaktör

Sulu homojen reaktörler (AHR) bir tür nükleer reaktör hangi çözünür nükleer tuzlar (genelde uranyum sülfat veya uranyum nitrat ) çözüldü Suda. Yakıt, soğutma sıvısı ile karıştırılır ve moderatör, dolayısıyla adı "homojen" ("aynı fiziksel duruma sahip") Su, ağır su veya sıradan (hafif) Su her ikisinin de çok saf olması gerekiyor.

Kendi kendini kontrol eden özellikleri ve reaktivitedeki çok büyük artışları idare etme yetenekleri, onları reaktörler arasında benzersiz ve muhtemelen en güvenli kılar. Şurada: Santa Susana, Kaliforniya, Atomik Uluslararası başlıklı bir dizi test gerçekleştirdi Kinetik Enerji Deneyleri. 1940'ların sonlarında, kontrol çubukları yaylar üzerine yüklendi ve ardından milisaniyeler içinde reaktörden dışarı fırlatıldı. Reaktör gücü ~ 100'den yükseldi watt herhangi bir sorun gözlenmeden ~ 1.000.000 watt'ın üzerinde.

Sulu homojen reaktörler bazen "su kazanları" olarak adlandırılırdı (ile karıştırılmamalıdır. kaynar su reaktörleri ), köpürme aslında su oluşumundan kaynaklansa da, içindeki su kaynıyor gibi göründüğü için hidrojen ve oksijen Radyasyon ve fisyon parçacıkları suyu kurucu gazlarına ayırdıkça, radyoliz. AHR'ler yaygın olarak araştırma reaktörleri kendilerini kontrol ettikleri için çok yüksek nötron akıları ve yönetimi kolaydı. Nisan 2006 itibariyle, Research Reactor veritabanına göre yalnızca beş AHR çalışıyordu.^[1]

Sülfat bazlı solüsyonlarla ilişkili korozyon sorunları, uranyum-233 yakıtlar toryum. Mevcut tasarımlar nitrik asit baz solüsyonları kullanır (ör. uranil nitrat ) paslanmaz çeliklerdeki bu sorunların çoğunun ortadan kaldırılması.

Tarih

Homojen reaktörlerle ilgili ilk çalışmalar, kapanışa doğru yapıldı. Dünya Savaşı II. Heterojen reaktörlerin kesin olarak imal edilmiş katı yakıt elementlerinin sonunda çözüldüğünü görmek kimyagerlere acı verdi. asitler ayırmak fisyon ürünleri - bir "külleri" Nükleer reaksiyon. Kimya mühendisleri, katı yakıt elemanlarının maliyetli imhası ve işlenmesini ortadan kaldıracak sıvı yakıtlı reaktörler tasarlamayı umuyorlardı. Sıvı yakıtlarda gaz kabarcıkları oluşumu ve malzemeler üzerindeki aşındırıcı uranil sülfat Ancak temel çözümler), göz korkutucu tasarım ve malzeme zorlukları sundu.

Enrico Fermi savunulan inşaat Los Alamos dünyanın üçüncü reaktörü, ilk homojen sıvı yakıt reaktörü ve uranyum-235 bakımından zenginleştirilmiş uranyumla beslenen ilk reaktör olacak olan şey. Sonunda hepsi aynı konsepte dayanan üç versiyon oluşturuldu. Güvenlik amacıyla bu reaktörlere "su kazanları" kod adı verildi. Bu isim uygundu çünkü daha yüksek güç versiyonlarında, yakıt çözeltisi, hidrojen ve oksijen kabarcıklarının, enerjik fisyon ürünleri tarafından su çözücüsünün ayrıştırılmasıyla oluştuğu için kaynıyor gibi görünüyordu. radyoliz.

Reaktör çağrıldı LOPO (düşük güç için) çünkü güç çıkışı neredeyse sıfırdı. LOPO, amaçlanan amaçlara hizmet etti: Kritik kitle basit bir yakıt konfigürasyonu ve yeni bir reaktör konseptinin test edilmesi. LOPO, son bir ilavenin ardından Mayıs 1944'te kritikliğe ulaştı. zenginleştirilmiş uranyum. Enrico Fermi'nin kendisi kontrolündeydi. LOPO, 5.5 kilowatt'a kadar güç seviyelerinde çalıştırılabilen ikinci bir Su Kazanı için yer açmak üzere söküldü. Adlı HİPO (yüksek güç için), bu sürümde uranil nitrat yakıt olarak daha önceki cihaz zenginleştirilmiş uranil sülfat. Bu reaktör Aralık 1944'te faaliyete geçti. Erken dönem tasarımında ihtiyaç duyulan anahtar nötron ölçümlerinin çoğu atom bombaları HYPO ile yapılmıştır. 1950'ye kadar daha yükseğe nötron akıları arzu edildi, sonuç olarak, 35 kilovata kadar güç seviyelerinde çalışmaya izin vermek için HYPO'da kapsamlı değişiklikler yapıldı. Bu reaktör, tabii ki, SUPO. SUPO, 1974'te devre dışı bırakılıncaya kadar neredeyse her gün çalıştırıldı.

1952'de, iki grup kritik deney ağır su zenginleştirilmiş uranyum çözümleri olarak uranil florür Los Alamos'ta bir fikri desteklemek için yapıldı Edward Teller silah tasarımı hakkında. Deneyler tamamlandığında Teller ilgisini kaybetmişti, ancak sonuçlar daha sonra önceki reaktörleri geliştirmek için uygulandı. Bir deney setinde çözüm, çevreleyen bir reflektör olmadan 25 ve 30 inç çaplı (640 ve 760 mm) tanklar içindeydi. D ile çözüm yükseklikleri kritikliğe ayarlandı₂D'de O çözümleri /²³⁵Küçük tankta 1: 230 ve 1: 419 ve daha büyük tankta 1: 856 ila 1: 2081 U atomik oranları. Diğer deney setinde, çözelti küreleri, içine D'nin bulunduğu 35 inç çaplı (890 mm) küresel bir kapta ortalanmıştı.₂O tabandaki bir rezervuardan pompalandı. Kritiklik, D / 'de 13,5 ila 18,5 inç çaplı altı çözüm küresinde elde edildi.²³⁵1:34 ila 1: 431 U atomik oranları. Deney tamamlandığında, o ekipman da emekliye ayrıldı.

Homojen reaktör deneyi

Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda sulu homojen reaktör

İnşa edilen ilk sulu homojen reaktör Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı Ekim 1952'de kritik hale geldi. Birinin tasarım gücü seviyesi megawatt (MW) Şubat 1953'te elde edildi. Reaktörün yüksek basınçlı buharı, 150 üreten küçük bir türbini döndürdü. kilovat (kW) / elektrik, operatörlerine "Oak Ridge Power Company" onursal unvanını kazandıran bir başarı. ancak AEC su ile soğutulan katı yakıtlı reaktörler geliştirmeye kararlıydı ve diğer reaktör türlerinin laboratuvar deneyleri, başarılarına bakılmaksızın, gidişatını değiştirmedi.

KEMA Süspansiyon Test Reaktörü

1974'ten 1979'a kadar KEMA (Keuring minibüs ELektrotechnische MAterialen Birrnhem) adı verilen sulu homojen bir reaktör işletti KEMA Süspansiyon Test Reaktörü (KSTR) adresindeki sitesinde Arnhem içinde Hollanda. Reaktör, homojen reaktör deneyindeki deneyimleri nedeniyle ORNL'den (Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı) uzmanlarla işbirliği içinde inşa edildi. Reaktör, Utrecht'te Werkspoor tarafından üretilen bir reaktör kabından (ø310 mm, içerik 18.3 litre) oluşuyordu. Yakıt,% 14 UO karışımıydı₂ (yüksek oranda zenginleştirilmiş,% 90 ²³⁵U) ve% 86 ThO₂ 400 g / l konsantrasyonda. Uranyum (6766 gram, 6082 gram ²³⁵U) NUKEM tarafından teslim edildi. Yakıt taneleri (ø 5μm), KEMA tarafından benzersiz bir sözde sol-jel süreci ile tasarlandı ve bu da endüstrinin dikkatini çekti. Reaktör 255 ° C (491 ° F; 528 K) sıcaklıkta, 60 bar (6.000 kPa) basınçta ve 1.000 kW (1.300 hp) maksimum güçte çalıştırıldı.

ARGUS reaktörü

Çevre dostu ve ekonomik açıdan rekabetçi teknikler radyoaktif izotop üretim geliştiriliyor Kurchatov Enstitüsü içinde SSCB, temelinde ARGUS reaktörü - sulu homojen bir mini reaktör. SSCB bu türden bir rektör dizisi inşa etmeyi planlıyordu, ancak sadece iki tane inşa edildi. Biri Kurchatov Enstitüsü ikincisi ise 80'lerin sonunda Duşanbe'de inşa edildi. Tacik SSR, ancak çökmesi nedeniyle faaliyete geçmedi Sovyetler Birliği.

2017'de Tacik hükümeti yeniden inşa etmeye ve tamir etmeye başladı^[2] reaktör üretecek izotop molibden-99 öncelikle tıbbi ihtiyaçlar için.

İçindeki reaktör Kurchatov Enstitüsü 20 kW ısıl çıkış gücüyle 1981'den beri faaliyettedir ve yüksek verimlilik ve güvenlik endeksleri göstermiştir. Teknikler geliştirmek için fizibilite çalışmaları stronsiyum-89 ve molibden-99 bu reaktörde üretim şu anda devam etmektedir. Üretilen izotopların analizi, Ulusal Radyoaktif Elementler Enstitüsü içinde Belçika, ARGUS'ta üretilen Mo-99 numunelerinin aşırı radyokimyasal saflıkla karakterize edildiğini, yani içlerindeki safsızlık içeriğinin izin verilen sınırlardan 2-4 büyüklük sırası ile daha düşük olduğunu göstermiştir. Radyoaktif tıbbi izotoplar arasında Mo-99 ve Sr-89 yaygındır. İlki, üretimi için bir hammaddedir. teknetyum -99m, bir radyofarmasötik teşhis için hazırlık onkolojik, kardiyolojik, ürolojik ve diğer hastalıklar. Her yıl 6 milyondan fazla insan bu izotopla muayene edilmektedir. Avrupa.

Tc-99m üretimi

Tıbbi izotopları doğrudan sıralı yakıttan çıkarma yeteneği, bu tasarıma dayalı sulu homojen reaktörlere olan ilginin yeniden artmasına neden oldu.^[3] BWX Teknolojileri (vakti zamanında Babcock ve Wilcox ) Tc-99m üretimi için sulu homojen bir reaktör önermiştir.^[4]

Diğer araştırmalar

Sulu bir homojen kullanımı nükleer fisyon eşzamanlı reaktör hidrojen su ile üretim radyoliz ve proses ısı üretimi incelendi. Michigan üniversitesi, içinde Ann Arbor Avrupa'da birkaç küçük araştırma projesi bu araştırma hattını sürdürmektedir.

Atomik Uluslararası araştırma, eğitim ve izotop üretimi için bir dizi düşük güçlü (5 ila 50.000 watt termal) nükleer reaktör tasarladı ve inşa etti. Bir reaktör modeli olan L-54, Japonya dahil olmak üzere bir dizi Amerika Birleşik Devletleri üniversitesi ve yabancı araştırma kurumu tarafından satın alındı ve kuruldu.^[5]

Ayrıca bakınız

Referanslar

^ IAEA
^ "Таджикистан восстановит ve запустит ядерный реактор" Аргус"". 14 Ocak 2016.
^ Mo-99 Üretmek için Sulu Reaktörlerde LEU Kullanımının Mevcut Durumu
^ Molibden Yapımı
^ Parkins, W.E .; et al. (19 Mart 1958). Sulu homojen tip araştırma reaktörleri (PDF). Atom enerjisinin barışçıl kullanımı üzerine İkinci Birleşmiş Milletler Uluslararası Konferansı. doi:10.2172/4315502.

Dış bağlantılar

[1] IAEA

[2] "Таджикистан восстановит ve запустит ядерный реактор" Аргус"". 14 Ocak 2016.

[leu_mo99-3] Mo-99 Üretmek için Sulu Reaktörlerde LEU Kullanımının Mevcut Durumu

[4] Molibden Yapımı

[5] Parkins, W.E .; et al. (19 Mart 1958). Sulu homojen tip araştırma reaktörleri (PDF). Atom enerjisinin barışçıl kullanımı üzerine İkinci Birleşmiş Milletler Uluslararası Konferansı. doi:10.2172/4315502.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]