El Reactor de Prueba Avanzada ( ATR ) es un reactor de investigación en el Laboratorio Nacional de Idaho , ubicado al este de Arco, Idaho . Este reactor fue diseñado y se utiliza para probar combustibles nucleares y materiales que se utilizarán en plantas de energía, propulsión naval, investigación y reactores avanzados. Puede operar a una potencia térmica máxima de 250 MW y tiene un diseño de núcleo de "Trébol de Cuatro Hojas" (similar a la rosa de Camun ) que permite una variedad de ubicaciones de prueba. El diseño único permite diferentes condiciones de flujo de neutrones (número de neutrones que impactan un centímetro cuadrado cada segundo) en varias ubicaciones. Seis de las ubicaciones de prueba permiten aislar un experimento del sistema de enfriamiento primario, proporcionando su propio entorno para temperatura, presión, flujo y química, replicando el entorno físico mientras se aceleran las condiciones nucleares.
El ATR es un reactor de agua ligera (LWR) presurizado que utiliza agua como refrigerante y moderador. El núcleo está rodeado por un reflector de neutrones de berilio para concentrar neutrones en experimentos y también alberga múltiples posiciones para experimentos. Opera a baja temperatura y presión (71 °C) y hasta 2,69 MPa de presión de agua. El recipiente del reactor ATR es de acero inoxidable sólido, de 35 pies (11 m) de alto por 12 pies (3,7 m) de ancho. El núcleo mide aproximadamente 4 pies (1,2 m) de alto por 4 pies (1,2 m) de ancho.
Además de su papel en la irradiación de combustibles y materiales nucleares, el ATR es la única fuente nacional de Estados Unidos de cobalto-60 ( 60 Co) de alta actividad específica (HSA) para aplicaciones médicas. El HSA 60 Co se utiliza principalmente en el tratamiento del cáncer cerebral con bisturí de rayos gamma . También se han producido otros isótopos médicos e industriales, y podrían volver a producirse, incluido el plutonio-238 ( 238 Pu), que es útil para impulsar naves espaciales.
Desde 1951, se han construido cincuenta y dos reactores en los terrenos de lo que originalmente era la Estación Nacional de Pruebas de Reactores de la Comisión de Energía Atómica, actualmente la ubicación del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) del Departamento de Energía de los EE. UU. Construido en 1967, el ATR es el segundo más antiguo de los tres reactores que aún están en funcionamiento en el sitio. [2] Su función principal es bombardear intensamente muestras de materiales y combustibles con neutrones para replicar la exposición a largo plazo a altos niveles de radiación , como estaría presente después de años en un reactor nuclear comercial. El ATR es uno de los cuatro reactores de prueba en el mundo con esta capacidad. [3] El reactor también produce isótopos raros para su uso en medicina e industria . [4]
En abril de 2007, el ATR fue designado como Instalación Nacional de Usuarios Científicos, luego rebautizado como Instalación de Usuarios de Ciencias Nucleares (NSUF), para fomentar el uso del reactor por parte de universidades , laboratorios e industrias. [5] Este estatus tiene como objetivo estimular experimentos para extender la vida de los reactores comerciales existentes y fomentar el desarrollo de la energía nuclear. Estos experimentos probarán "materiales, combustible nuclear e instrumentos que operan en los reactores". [3] Bajo este programa, los experimentadores no tendrán que pagar para realizar experimentos en el reactor, pero están obligados a publicar sus hallazgos. A través del sistema NSUF, el ATR y las instalaciones asociadas han albergado 213 experimentos premiados de 42 instituciones diferentes (universidades, laboratorios nacionales e industria), lo que resultó en 178 publicaciones y presentaciones.
Los reactores de prueba son muy diferentes en apariencia y diseño de los reactores nucleares comerciales. Los reactores comerciales son grandes, operan a alta temperatura y presión y requieren una gran cantidad de combustible nuclear. Un reactor comercial típico tiene un volumen de 48 metros cúbicos (1.700 pies cúbicos) con 5.400 kilogramos (11.900 libras) de uranio a 288 °C (550 °F) y 177 atm. [4] Debido a su gran tamaño y energía almacenada, los reactores comerciales requieren una " estructura de contención " robusta para evitar la liberación de material radiactivo en caso de una situación de emergencia.
En cambio, el ATR requiere una estructura de contención más pequeña: tiene un volumen de 1,4 metros cúbicos (49 pies cúbicos), contiene 43 kilogramos (95 libras) de uranio y funciona a 60 °C (140 °F) y 26,5 atm (condiciones similares a las de un calentador de agua). [4] El propio recipiente del reactor, que está hecho de acero inoxidable rodeado de hormigón que se extiende más de 20 pies (6,1 m) bajo tierra, está reforzado contra daños accidentales o intencionales. Toda la zona del reactor también está rodeada por una estructura de confinamiento (a diferencia de una "estructura de contención") diseñada para proteger aún más el entorno circundante de cualquier posible liberación de radiactividad.
El núcleo del ATR está diseñado para ser lo más flexible posible para las necesidades de investigación . Se puede poner en funcionamiento y apagar de forma segura con la frecuencia necesaria para cambiar los experimentos o realizar tareas de mantenimiento. El reactor también se apaga automáticamente en caso de condiciones experimentales anormales o cortes de energía.
Los componentes del núcleo del reactor se reemplazan cada 7 a 10 años para evitar la fatiga debido a la exposición a la radiación y para garantizar que los experimentadores siempre tengan un nuevo reactor con el que trabajar. El flujo de neutrones proporcionado por el reactor puede ser constante o variable, y cada lóbulo del diseño de trébol de cuatro hojas se puede controlar de forma independiente para producir hasta 10 15 neutrones térmicos por segundo por centímetro cuadrado o 5·10 14 neutrones rápidos s −1 cm −2 . [6] Hay 77 ubicaciones de prueba diferentes dentro del reflector y otras 34 ubicaciones de baja intensidad fuera del núcleo, lo que permite que muchos experimentos se ejecuten simultáneamente en diferentes entornos de prueba. [7] Se pueden acomodar volúmenes de prueba de hasta 5,0 pulgadas (130 mm) de diámetro y 4 pies (1,2 m) de largo. Los experimentos se cambian en promedio cada siete semanas, y el reactor está en funcionamiento nominal (110 MW) el 75% del año. [8]
Se pueden realizar tres tipos de experimentos en el reactor: [8]
Los experimentos de investigación en el reactor incluyen:
El Reactor de Pruebas Avanzada Crítica ( ATRC ) desempeña funciones para el ATR similares a las de los reactores ARMF en relación con el MTR . Fue una valiosa herramienta auxiliar en funcionamiento durante tres años antes de que se pusiera en marcha el ATR. Verificó para los diseñadores de reactores la eficacia de los mecanismos de control y las predicciones de los físicos sobre la distribución de potencia en el gran núcleo del ATR. Las pruebas de baja potencia en el ATRC conservaron un tiempo valioso para que el gran ATR pudiera irradiar experimentos a altos niveles de potencia. El ATRC también se utiliza para verificar la seguridad de un experimento propuesto antes de colocarlo en el ATR. El ATRC comenzó a funcionar el 19 de mayo de 1964 y sigue en servicio. [10]
