Clementine era el nombre en clave del primer reactor de neutrones rápidos del mundo , también conocido como reactor rápido de plutonio de Los Álamos . Era un reactor a escala experimental. La potencia máxima era de 25 kW y estaba alimentado por plutonio y enfriado por mercurio líquido . Clementine estaba ubicado en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Los Álamos, Nuevo México . Clementine fue diseñado y construido entre 1945 y 1946 y alcanzó la criticidad por primera vez en 1946 [1] [2] y la potencia máxima en marzo de 1949. [3] El reactor recibió su nombre de la canción " Oh My Darling, Clementine ". Las similitudes con la canción eran que el reactor estaba ubicado en un cañón profundo y los operadores del reactor eran 49'ers, ya que 49 (últimos dígitos del elemento 94, isótopo 239) era uno de los nombres en clave para el plutonio en ese momento. [4]
El objetivo principal de Clementine era determinar las propiedades nucleares de los materiales para la investigación de armas nucleares después del Proyecto Manhattan . Se realizaron otros experimentos en el reactor, incluida la investigación de la viabilidad de los reactores reproductores civiles y la medición de las secciones transversales de neutrones de varios materiales.
El núcleo estaba contenido en un cilindro de acero dulce de 117 cm (46 pulgadas) de largo que tenía un diámetro interior de 15,2 cm (6,0 pulgadas) y una pared de 0,6 cm (0,24 pulgadas) de espesor. El conjunto de combustible tenía 15 cm (5,9 pulgadas) de diámetro y 14 cm (5,5 pulgadas) de alto y contenía 55 elementos combustibles. Cada elemento combustible estaba compuesto de plutonio-239 en fase δ . Cada uno tenía 1,64 cm (0,65 pulgadas) de diámetro y 14 cm (5,5 pulgadas) de largo. Los elementos combustibles estaban revestidos de acero al carbono simple de 0,5 milímetros (0,020 pulgadas) de espesor. El núcleo estaba ubicado en la parte inferior del cilindro de acero.
El núcleo se enfrió con mercurio líquido . La potencia térmica máxima fue de 25 kW. El mercurio se hizo circular a través del núcleo hasta un intercambiador de calor de mercurio y agua a un caudal máximo de 0,15 litros por segundo (0,040 USgal/s) mediante una bomba electromagnética de tipo inducción sin partes móviles. [5]
El núcleo del reactor estaba envuelto en una serie de reflectores de neutrones y estructuras de protección, comenzando con una manta cilíndrica de uranio natural de 15 cm (6 pulgadas) de espesor que rodeaba inmediatamente el núcleo. Esta manta estaba abierta en la parte superior e inferior y podía moverse hacia arriba y hacia abajo. A continuación había un reflector de acero de 15,2 cm (6 pulgadas) de espesor y 10 cm (4 pulgadas) de plomo. Finalmente, la mayor parte del reactor estaba rodeada por múltiples láminas de acero y plástico de boro. Todo este conjunto estaba rodeado y sostenido por una gruesa carcasa de hormigón que proporcionaba protección adicional. Una serie de agujeros atravesaban la protección para proporcionar neutrones rápidos a los diversos experimentos de física . [6]
El reactor fue el primero en demostrar el control de la reacción mediante el control de neutrones retardados , [6] [7] esto era más una función de ser uno de los primeros reactores, en lugar de una característica especial del diseño. El control se lograba por varios medios. La capa de uranio descrita anteriormente se podía subir y bajar. El 238 U es un buen reflector de neutrones , por lo que la posición de la capa controlaba la cantidad de neutrones disponibles para la reacción. Cuando se elevaba la capa, se reflejaban más neutrones de regreso al núcleo, lo que causaba una mayor cantidad de fisiones y, en consecuencia, una mayor producción de energía. [6]
Además, había dos barras de control/apagado compuestas de uranio natural y boro enriquecido en el isótopo boro-10 . El 10 B es un veneno neutrónico muy efectivo que podría insertarse para controlar y apagar la reacción.
Para apagar el reactor se soltó simultáneamente la capa de uranio y se insertaron las dos barras de control en el centro, que absorbieron neutrones y envenenaron la reacción. En el núcleo había hasta otros 20 agujeros disponibles para configuraciones experimentales o barras de control o combustible adicionales. [6]
Clementine funcionó con éxito desde 1946 hasta 1950, cuando el reactor se paró para corregir un problema con las barras de control y de compensación. Durante esta parada se observó que una de las barras de uranio natural se había roto. Se la reemplazó y el reactor se puso en marcha de nuevo. [5]
Volvió a funcionar con éxito hasta 1952, cuando se rompió el revestimiento de una de las barras de combustible, lo que provocó la contaminación del circuito de refrigeración primario con plutonio y otros productos de fisión . En ese momento se decidió que se habían logrado todos los objetivos primarios de Clementine y el reactor se cerró y desmanteló de forma permanente. [5]
La experiencia y los datos aportados por la operación del reactor Clementine resultaron muy útiles tanto para aplicaciones militares como civiles. Uno de los logros notables del proyecto Clementine incluyó mediciones de las secciones transversales totales de neutrones de 41 elementos con una precisión del 10%. Además, Clementine proporcionó una experiencia inestimable en el control y diseño de reactores de neutrones rápidos. También se determinó que el mercurio no era un medio de refrigeración ideal para este tipo de reactor debido a sus deficientes características de transferencia de calor. [5]