NRX ( National Research Experimental ) era un reactor de investigación nuclear moderado por agua pesada y refrigerado por agua ligera en los laboratorios canadienses Chalk River , que entró en funcionamiento en 1947 con una potencia nominal de diseño de 10 MW (térmica), aumentando a 42 MW en 1954. En el momento de su construcción, era la instalación científica más cara de Canadá y el reactor de investigación nuclear más potente del mundo. [1] NRX fue notable tanto en términos de su producción de calor como de la cantidad de neutrones libres que generó. Cuando un reactor nuclear como el NRX está en funcionamiento, su reacción nuclear en cadena genera muchos neutrones libres. A finales de la década de 1940, NRX era la fuente de neutrones más intensa del mundo.
NRX experimentó uno de los primeros accidentes importantes de reactores del mundo el 12 de diciembre de 1952. El reactor comenzó a funcionar el 22 de julio de 1947 bajo el Consejo Nacional de Investigación de Canadá y fue adquirido por Atomic Energy of Canada Limited (AECL) poco antes del accidente de 1952. El accidente se limpió y el reactor se reinició en dos años. NRX funcionó durante 45 años y luego cerró permanentemente el 30 de marzo de 1993. [2] El desmantelamiento está en marcha en el sitio de Chalk River Laboratories.
NRX fue el sucesor del primer reactor de Canadá, ZEEP . Debido a que no se esperaba que la vida operativa de un reactor de investigación fuera muy larga, en 1948 se inició la planificación para la construcción de una instalación sucesora, el reactor National Research Universal , que comenzó su operación autosostenida (o "se volvió crítica") en 1957.
Un reactor moderado por agua pesada se rige por dos procesos principales. En primer lugar, el agua ralentiza ( modera ) los neutrones que se producen en la fisión nuclear, aumentando las posibilidades de que los neutrones de alta energía provoquen más reacciones de fisión. En segundo lugar, las barras de control absorben neutrones y ajustan el nivel de potencia o apagan el reactor durante el funcionamiento normal. Insertar las barras de control o quitar el moderador de agua pesada puede detener la reacción.
El reactor NRX incorporó una calandria, un recipiente cilíndrico de aluminio vertical sellado con un diámetro de 8 metros (26 pies) y una altura de 3 metros (9,8 pies). El recipiente central contenía alrededor de 175 tubos verticales de seis centímetros (2,4 pulgadas) de diámetro en una red hexagonal, 14.000 litros (3.100 imp gal; 3.700 gal EE.UU.) de agua pesada y gas helio para desplazar el aire y evitar la corrosión . El nivel de agua en el reactor podría ajustarse para ayudar a establecer el nivel de potencia. Sentados en los tubos verticales y rodeados de aire había elementos combustibles o elementos experimentales. Este diseño fue un precursor de los reactores CANDU .
Los elementos combustibles contenían barras de combustible de 3,1 metros (10 pies) de largo, 31 milímetros (1,2 pulgadas) de diámetro y un peso de 55 kilogramos (121 libras), que contenían combustible de uranio y estaban revestidas de aluminio. Rodeando el elemento combustible había un tubo refrigerante de aluminio con hasta 250 litros por segundo (3300 imp gal/min) de agua de refrigeración del río Ottawa fluyendo a través de él. Entre la vaina de refrigerante y la calandria se mantenía un flujo de aire de 8 kilogramos por segundo (1100 lb/min).
Doce de los tubos verticales contenían barras de control hechas de polvo de carburo de boro dentro de tubos de acero. Estos podrían subirse y bajarse para controlar la reacción, y siete insertados serían suficientes para absorber suficientes neutrones para que no pudiera ocurrir ninguna reacción en cadena. Las varillas estaban sostenidas por electroimanes , de modo que un corte de energía haría que cayeran dentro de los tubos y terminaran la reacción. Un sistema neumático podría utilizar la presión del aire desde arriba para forzarlos a entrar rápidamente en el núcleo del reactor o desde abajo para sacarlos lentamente de él. Cuatro de ellos se denominaron banco de salvaguardia, mientras que los otros ocho se controlaron en secuencia automática. Dos botones en el panel principal de la sala de control activaban imanes para sellar las varillas al sistema neumático, y el botón que causaba la inserción neumática de las varillas en el núcleo estaba ubicado a unos metros de distancia.
NRX fue durante un tiempo el reactor de investigación más potente del mundo , lo que llevó a Canadá a la vanguardia de la investigación en física. Surgiendo de un esfuerzo cooperativo de la Segunda Guerra Mundial entre Gran Bretaña , Estados Unidos y Canadá , el NRX era un reactor de investigación multipropósito utilizado para desarrollar nuevos isótopos, probar materiales y combustibles, y producir haces de radiación de neutrones , que se convirtió en una herramienta indispensable en el floreciente campo. de la física de la materia condensada .
El diseño de física nuclear de NRX surgió del Laboratorio de Montreal del Consejo Nacional de Investigación de Canadá , que se estableció en la Universidad de Montreal durante la Segunda Guerra Mundial para involucrar a un equipo de científicos canadienses, británicos y otros europeos en una investigación ultrasecreta sobre reactores de agua pesada. Cuando se tomó la decisión de construir el NRX en lo que ahora se conoce como Chalk River Laboratories , el diseño de ingeniería detallada se contrató a la canadiense Defense Industries Limited (DIL), quien subcontrató la construcción a Fraser Brace Ltd.
En los primeros días de la radioterapia contra el cáncer , el reactor NRX era la única fuente mundial del isótopo cobalto-60 , utilizado por primera vez para bombardear tumores en 1951. [3]
En 1994, el Dr. Bertram Brockhouse compartió el Premio Nobel de Física por su trabajo en la década de 1950 en NRX, que avanzó en las técnicas de detección y análisis utilizadas en el campo de la dispersión de neutrones para la investigación de la materia condensada.
El reactor CIRUS , basado en este diseño, fue construido en la India. En última instancia, se utilizó para producir plutonio para la prueba nuclear de la Operación Buda Sonriente en la India . [4]
Se afirma que el término "basura" originalmente significaba "Depósito no identificado de Chalk River", utilizado para describir las incrustaciones radiactivas que se acumulan en los componentes internos del reactor, observadas por primera vez en las instalaciones de NRX. [5] [ verificación fallida ] Desde entonces, Crud se ha convertido en un lenguaje común para "Depósito no identificado relacionado con la corrosión" y expresiones similares y se usa comúnmente sin relación con la planta de Chalk River. [ cita necesaria ]
El 12 de diciembre de 1952, el reactor NRX sufrió una fusión parcial debido a un error del operador y problemas mecánicos en los sistemas de cierre. Para fines de prueba, algunos de los canales de combustible se desconectaron del enfriamiento por agua a alta presión y se conectaron mediante mangueras a un sistema de enfriamiento temporal; un canal de baja potencia se enfrió únicamente mediante flujo de aire. [6]
Durante las pruebas a baja potencia, con bajo flujo de refrigerante a través del núcleo, el supervisor notó que varias barras de control eran arrancadas del núcleo; un operador en el sótano había abierto válvulas neumáticas incorrectamente. Las válvulas mal abiertas se cerraron inmediatamente, pero algunas de las barras de control no volvieron a entrar en el núcleo y se atascaron en posiciones casi retiradas, pero aún lo suficientemente bajas como para que sus luces de estado indicaran que estaban bajadas. Debido a una falta de comunicación entre el supervisor y el operador de la sala de control, se presionaron botones incorrectos cuando el supervisor pidió bajar las barras de control al núcleo. En lugar de sellar las barras de control retiradas al sistema neumático, el banco de protección de cuatro barras de control se retiró accidentalmente del núcleo. El operador notó que el nivel de potencia aumentaba exponencialmente, duplicándose cada 2 segundos, y disparó el reactor. Sin embargo, tres de las barras de control de salvaguardia no fueron insertadas en el núcleo y la cuarta tardó un tiempo anormalmente largo, unos 90 segundos, en insertarse, mientras la potencia seguía aumentando. Después de sólo 10 segundos, el núcleo alcanzó los 17 MW (térmicos). El agua de refrigeración hirvió en algunos tubos conectados al sistema de refrigeración temporal y algunos de ellos se rompieron; el coeficiente de vacío positivo del reactor condujo a un mayor aumento de potencia. Aproximadamente 14 segundos después se abrieron manualmente las válvulas para drenar el moderador de agua pesada de la calandria. Como esto tardó algún tiempo en hacerse efectivo, la potencia aumentó durante 5 segundos más, alcanzó un máximo de aproximadamente 100 MW, luego disminuyó a medida que el nivel del moderador disminuyó y llegó a cero 25 segundos después. Todo el accidente, desde potencia baja a alta y cero, duró unos 108 segundos. Mientras tanto, algunos elementos combustibles se derritieron y fueron perforados en varios lugares; el gas de cobertura de helio se filtró y se aspiró aire al interior. El hidrógeno y otros gases se desprendieron por la disociación del agua de enfriamiento inducida por la radiación, y 3 a 4 minutos después el oxihidrógeno explotó en la calandria. Durante el incidente, algunos productos de fisión gaseosos fueron liberados a la atmósfera y el agua pesada de la calandria quedó contaminada con el agua de refrigeración y los productos de fisión. [6]
Para eliminar el calor de desintegración del combustible , el sistema de refrigeración por agua se mantuvo en funcionamiento, lo que derramó refrigerante contaminado al sótano del reactor. Unos 10 kilocurios (400 TBq ) de materiales radiactivos, contenidos en unos 4.500 metros cúbicos (1.200.000 gal EE.UU.) de agua, [6] se recolectaron en el sótano del edificio del reactor durante los próximos días. [7]
La limpieza del edificio del reactor requirió varios meses de trabajo, con la asistencia de 150 miembros del personal de la Marina de los EE. UU. después de que el almirante Rickover solicitara permiso para enviar personal de submarinos nucleares estadounidenses para aprender cómo limpiar la contaminación nuclear. El contingente estadounidense incluía al futuro presidente estadounidense Jimmy Carter , en aquel momento teniente del programa de submarinos nucleares estadounidense que estaba a cargo de 12 hombres. [8] El núcleo del reactor NRX y la calandria, dañados sin posibilidad de reparación, fueron retirados y enterrados, y se instaló un reemplazo mejorado; El reactor reformado entró en funcionamiento 14 meses y 5 días después del accidente. [9] La limpieza fue realizada principalmente por 850 empleados de Atomic Energy of Canada, asistidos por alrededor de 170 militares canadienses y 150 estadounidenses, y 20 contratistas. [6] [10]
Las lecciones aprendidas en el accidente de 1952 hicieron avanzar significativamente el campo de la seguridad de los reactores, [11] y los conceptos que destacó (diversidad e independencia de los sistemas de seguridad, capacidad de parada garantizada, [11] eficiencia de la interfaz hombre-máquina ) se convirtieron en fundamentos del diseño del reactor. . [ cita necesaria ] El incidente fue el primer accidente grave de un reactor nuclear del mundo. [6]
En los primeros días de la radioterapia contra el cáncer, también proporcionó la única fuente disponible en el mundo del isótopo radiactivo Cobalto-60, que los investigadores canadienses utilizaron por primera vez para bombardear tumores en 1951.
46°03′06″N 77°21′49″O / 46.05167°N 77.36361°W / 46.05167; -77.36361