Reator de teste avançado - Advanced Test Reactor
| Reator de teste avançado | |
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 Reator de teste avançado
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  Laboratório Nacional de Idaho
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| Instituição Operacional | Laboratório Nacional de Idaho |
| Localização | Butte County , perto de Arco, Idaho , Estados Unidos |
| Coordenadas | 43 ° 35 09 ″ N 112 ° 57 55 ″ W / 43,585833 ° N 112,965278 ° W Coordenadas : 43,585833 ° N 112,965278 ° W 43 ° 35 09 ″ N 112 ° 57 55 ″ W / |
| Poder | 250 MW |
| Construção e manutenção | |
| Começou a construção | 1967 |
| Especificações técnicas | |
| Fluxo Térmico Máximo | 10 15 s −1 cm −2 |
| Fluxo rápido máximo | 5 · 10 14 s −1 cm −2 |
| Resfriamento | Água leve |
| Moderador de nêutrons | Água leve |
| Refletor de nêutrons | Berílio |
| Material de Revestimento | Aço inoxidável e concreto |
O Advanced Test Reactor ( ATR ) é um reator de pesquisa do Laboratório Nacional de Idaho , localizado a leste de Arco, Idaho . Este reator foi projetado e é usado para testar combustíveis nucleares e materiais a serem usados em usinas de energia, propulsão naval, pesquisa e reatores avançados. Ela pode operar com uma potência térmica máxima de 250 MW e tem um design de núcleo "Four Leaf Clover" (semelhante à rosa Camuniana ) que permite uma variedade de locais de teste. O design exclusivo permite diferentes condições de fluxo de nêutrons (número de nêutrons impactando um centímetro quadrado a cada segundo) em vários locais. Seis dos locais de teste permitem que um experimento seja isolado do sistema de resfriamento primário, fornecendo seu próprio ambiente para temperatura, pressão, fluxo e química, reproduzindo o ambiente físico enquanto acelera as condições nucleares.
O ATR é um reator de água leve pressurizada (LWR), usando água como refrigerante e moderador. O núcleo é cercado por um refletor de nêutrons de berílio para concentrar nêutrons em experimentos e também abriga várias posições de experimentos. Ele opera em baixa temperatura e pressão de 71 ° C (160 ° F) e pressão de água de até 2,69 MPa. O vaso do reator ATR é de aço inoxidável sólido, com 35 pés (11 m) de altura por 12 pés (3,7 m) de diâmetro. O núcleo tem aproximadamente 1,2 m de altura por 1,2 m de diâmetro.
Além de seu papel na irradiação de materiais e combustíveis nucleares, o ATR é a única fonte doméstica de cobalto-60 ( 60 Co) de alta atividade específica (HSA) dos Estados Unidos para aplicações médicas. HSA 60 Co é usado principalmente no tratamento de câncer de cérebro com faca gama . Outros isótopos médicos e industriais também foram produzidos, e podem ser novamente, incluindo o plutônio-238 ( 238 Pu), que é útil para alimentar espaçonaves.
História
Desde 1951, cinquenta e dois reatores foram construídos com base no que era originalmente a Estação de Teste de Reator Nacional da Comissão de Energia Atômica, atualmente a localização do Laboratório Nacional de Idaho (INL) do Departamento de Energia dos EUA. Construído em 1967, o ATR é o segundo mais antigo dos três reatores ainda em operação no local. Sua função primária é bombardear intensamente amostras de materiais e combustíveis com nêutrons para replicar a exposição de longo prazo a altos níveis de radiação , como estaria presente após anos em um reator nuclear comercial. O ATR é um dos apenas quatro reatores de teste no mundo com essa capacidade. O reator também produz isótopos raros para uso na medicina e na indústria .
National Scientific User Facility
Em abril de 2007, o ATR foi designado National Scientific User Facility, que passou a se chamar Nuclear Science User Facility (NSUF), para incentivar o uso do reator por universidades , laboratórios e indústria. Este status tem como objetivo estimular experimentos para estender a vida útil dos reatores comerciais existentes e encorajar o desenvolvimento de energia nuclear. Esses experimentos vão testar "materiais, combustível nuclear e instrumentos que operam nos reatores". Sob este programa, os experimentadores não terão que pagar para realizar experimentos no reator, mas são obrigados a publicar suas descobertas. Através do sistema NSUF, a ATR e as instalações parceiras já acolheram 213 experiências premiadas de 42 instituições diferentes (universidades, laboratórios nacionais e indústria), resultando em 178 publicações e apresentações.
ATR em comparação com reatores comerciais
Os reatores de teste são muito diferentes em aparência e design dos reatores comerciais de energia nuclear. Os reatores comerciais são grandes, operam em alta temperatura e pressão e requerem uma grande quantidade de combustível nuclear. Um reator comercial típico tem um volume de 48 metros cúbicos (1.700 pés cúbicos) com 5.400 quilogramas (11.900 lb) de urânio a 288 ° C (550 ° F) e 177 atm. Devido ao seu grande tamanho e energia armazenada, os reatores comerciais requerem uma " estrutura de contenção " robusta para evitar a liberação de material radioativo no caso de uma situação de emergência.
Em contraste, o ATR requer uma estrutura de contenção menor - tem um volume de 1,4 metros cúbicos (49 pés cúbicos), contém 43 quilogramas (95 lb) de urânio e opera a 60 ° C (140 ° F) e 26,5 atm ( condições semelhantes a um aquecedor de água). O próprio vaso do reator, que é feito de aço inoxidável cercado por concreto que se estende por mais de 20 pés (6,1 m) no subsolo, é endurecido contra danos acidentais ou intencionais. Toda a área do reator também é cercada por uma estrutura de confinamento (em oposição a uma "estrutura de contenção") projetada para proteger ainda mais o ambiente circundante de qualquer liberação potencial de radioatividade.
Projeto do reator e recursos experimentais
O núcleo ATR é projetado para ser o mais flexível possível para as necessidades de pesquisa . Ele pode ser colocado online e desligado com segurança sempre que necessário para alterar experimentos ou realizar manutenção. O reator também é desligado automaticamente no caso de condições experimentais anormais ou falha de energia.
Os componentes do núcleo do reator são substituídos a cada 7 a 10 anos para evitar fadiga devido à exposição à radiação e para garantir que os pesquisadores sempre tenham um novo reator para trabalhar. O fluxo de nêutrons fornecido pelo reator pode ser constante ou variável, e cada lóbulo do projeto do trevo de quatro folhas pode ser controlado de forma independente para produzir até 10 15 nêutrons térmicos por segundo por centímetro quadrado ou 5 · 10 14 nêutrons rápidos s -1 cm -2 . Existem 77 locais de teste diferentes dentro do refletor e outros 34 locais de baixa intensidade fora do núcleo, permitindo que muitos experimentos sejam executados simultaneamente em diferentes ambientes de teste. Volumes de teste de até 5,0 polegadas (130 mm) de diâmetro e 4 pés (1,2 m) de comprimento podem ser acomodados. Os experimentos são trocados em média a cada sete semanas, e o reator está em operação nominal (110 MW) 75% do ano.
Três tipos de experimentos podem ser realizados no reator:
- Experimento de cápsula estática: O material a ser testado é colocado em um tubo selado feito de alumínio , aço inoxidável ou zircaloy , que é então inserido no local desejado do reator. Se o tubo tiver menos do que a altura total do reator de 48 polegadas, várias cápsulas podem ser empilhadas. Em alguns casos, é desejável testar materiais (como elementos de combustível) em contato direto com o refrigerante do reator , caso em que a cápsula de teste não é selada. O monitoramento e o controle de temperatura muito limitados estão disponíveis para a configuração da cápsula estática e qualquer instância teria que ser incorporada ao experimento da cápsula (como fios de fusão de temperatura ou um espaço de ar isolante).
- Experimento com chumbo instrumentado: Semelhante à configuração da cápsula estática, este tipo de experimento permite o monitoramento em tempo real da temperatura e das condições do gás dentro da cápsula. Um umbilical conecta a cápsula de teste a uma estação de controle para relatar as condições de teste. A estação de controle regula automaticamente a temperatura dentro da cápsula de teste conforme desejado, bombeando uma combinação de gases hélio (condutores) e neon ou argônio (não condutores) através da cápsula. O gás circulado pode ser examinado por cromatografia gás-líquido para testar a falha ou oxidação do material sendo testado.
- Experimento de circuito de água pressurizado: Mais complexo do que a configuração de chumbo instrumentado, este tipo de experimento está disponível em apenas seis dos nove tubos de fluxo, conhecidos como tubos Inpile (IPTs). O material de teste é isolado do refrigerante ATR primário por um sistema de refrigerante secundário, permitindo que as condições precisas de um reator comercial ou naval sejam simuladas. Sistemas extensivos de instrumentação e controle neste tipo de experimento geram uma grande quantidade de dados, que estão disponíveis para o experimentador em tempo real para que as alterações possam ser feitas no experimento conforme necessário.
Os experimentos de pesquisa no reator incluem:
- Cápsula de Grafite Avançada: Este experimento testará os efeitos da radiação em vários tipos de grafite em consideração para o programa de Usina Nuclear de Próxima Geração que atualmente não tem dados de temperatura de alto fluxo disponíveis.
- Iniciativa do Ciclo de Combustível Avançado / Reator de Água Leve: O objetivo do AFCI é transmutar combustíveis de vida mais longa em outros de vida mais curta que poderiam ser usados em reatores comerciais de água leve, para reduzir a quantidade de resíduos que devem ser armazenados enquanto aumentando o combustível disponível para reatores comerciais.
- Produção de Cobalto-60 : O menos complexo dos usos atuais do Reator de Teste Avançado é a produção do radioisótopo 60 Co para usos médicos. Discos de cobalto-59 de 1 mm de diâmetro por 1 mm de espessura são inseridos no reator (Static Capsule Experiment), que bombardeia a amostra com nêutrons, produzindo cobalto-60. Aproximadamente 200 kilocuries (7.400 TBq ) são produzidos por ano, inteiramente para uso médico.
Reator de teste avançado crítico
O Advanced Test Reactor Critical (ATRC) desempenha funções para o ATR semelhantes às dos reatores ARMF em relação ao MTR . Foi uma ferramenta auxiliar valiosa em operação por três anos antes do início do ATR. Ele verificou para projetistas de reatores a eficácia dos mecanismos de controle e previsões dos físicos da distribuição de energia no grande núcleo do ATR. Os testes de baixa potência no ATRC conservaram um tempo valioso para que o grande ATR pudesse irradiar experimentos em níveis de alta potência. O ATRC também é usado para verificar a segurança de um experimento proposto antes de ser colocado no ATR. O ATRC começou a operar em 19 de maio de 1964 e permanece em serviço.
Referências
links externos
- Folha de dados ATR (PDF, 868 KB)
- Capacidades ATR e planos operacionais futuros (PDF, 800 KB)
- Instalações e recursos de irradiação ATR (PDF, 2,4 MB)