El reactor de prueba de materiales ( MTR ) fue uno de los primeros reactores nucleares diseñados específicamente para facilitar la concepción y el diseño de futuros reactores. [2] Produjo gran parte de los datos de irradiación fundamentales que sustentan la industria de la energía nuclear . Funcionó en Idaho en la Estación Nacional de Pruebas de Reactores desde 1952 hasta 1970 y fue desmantelado por completo en 2011. [3]
La evolución del diseño del reactor MTR comenzó en 1944 en los Laboratorios Clinton (actualmente Laboratorio Nacional Oak Ridge ), originalmente para la producción de productos de fisión. El concepto evolucionó desde un reactor homogéneo de 50 kW a un núcleo moderado y refrigerado por agua pesada , y luego nuevamente, por sugerencia de Eugene Wigner, a un núcleo moderado y refrigerado por agua ligera de 30 MW. [1]
Se construyó una maqueta a escala real del reactor de Oak Ridge, llamada Reactor de Prueba de Baja Intensidad, para verificar el diseño, pero la Comisión de Energía Atómica anunció el 27 de diciembre de 1947 que todo el desarrollo del reactor se centralizaría en el Laboratorio Nacional Argonne (ANL). En noviembre de 1948, se emitió una directiva al ANL para que procediera con el proyecto MTR. [1] El Comité de Salvaguardia de la AEC expresó su preocupación por la posible liberación de grandes productos de fisión debido a la alta potencia del reactor con respecto a un sitio propuesto en el ANL, por lo que el sitio del reactor se trasladó a la nueva Estación de Pruebas del Reactor cerca de Arco, Idaho. [4]
En julio de 1949, la empresa Blaw-Knox fue seleccionada como arquitecto-ingeniero para completar el diseño de ingeniería. En febrero de 1950, Fluor fue contratada como contratista de construcción. La primera obra del reactor de reacción en cadena se inició en mayo de 1950 y la construcción se completó en febrero de 1952. Las primeras pruebas experimentales se realizaron en el reactor el 2 de agosto de 1952. [1]
El núcleo del reactor estaba formado por placas de uranio altamente enriquecido revestidas de aluminio . Se construyeron dieciocho placas de combustible para formar conjuntos de combustible. El núcleo funcionaba con entre 21 y 23 conjuntos. El reactor se enfriaba y moderaba con agua bombeada a través de los elementos de combustible. [4]
El núcleo estaba rodeado por un reflector de neutrones de berilio colocado en un tanque de aluminio. Fuera del tanque había un espacio lleno de bolas de grafito y, a continuación, de grafito en bloque. El grafito servía para termalizar y reflejar los neutrones de vuelta al núcleo y para contener los neutrones termalizados en una zona lo suficientemente grande como para permitir la colocación de numerosas instalaciones experimentales. [2] Un escudo térmico hecho de acero rodeaba el grafito, y un escudo biológico de hormigón de 9 pies de espesor lo rodeaba. [4]
El grafito se enfriaba con un flujo de aire forzado. Este aire se activaba por los neutrones e incluía alrededor de 1500 Ci de argón-41 por día, que se expulsaba a través de la chimenea de 250 pies ubicada a sotavento del reactor. [4]
El reactor, la sala de control, las instalaciones experimentales y un canal de gestión de combustible estaban encerrados en un edificio del reactor.
El flujo de neutrones fue de aproximadamente 2e14 térmico (en el reflector) y 1e14 rápido (E > 1 MeV). [4]
Se consumió aproximadamente el 25% del uranio de cada conjunto antes de que fuera necesario retirarlo. Los conjuntos se cortaron en el canal del reactor utilizando una sierra submarina para prepararlos para el transporte al proceso de separación química para recuperar el uranio no utilizado. [2]
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En el MTR se incluyeron una amplia variedad de instalaciones experimentales.
Se colocaron seis orificios de haz horizontal de 6 pulgadas de diámetro directamente adyacentes al núcleo activo. Principalmente, se colocaron materiales en las puntas de los orificios de haz para pruebas de irradiación, pero estas instalaciones también podrían usarse como fuentes de haz de neutrones. El orificio de haz horizontal HB-6 estaba equipado con un cortador de neutrones para la selección de la velocidad necesaria durante las mediciones de secciones transversales nucleares . Un espectrómetro de cristal, un selector de velocidad de neutrones, una instalación de neutrones fríos y otros equipos se utilizaron con los orificios de haz horizontal. [2]
Seis agujeros en la viga descendente proporcionaron espacio para colocar muestras de material extraíble adicionales cerca del núcleo. [2]
Se colocaron agujeros de grafito verticales en el reflector de grafito para posicionar las muestras en los campos de neutrones térmicos. [2]
Una instalación de columna térmica compuesta por una columna cuadrada de 6 pies de grafito que se extendía desde la cara exterior del escudo biológico hasta la cara exterior de la placa del escudo térmico exterior tenía muchos agujeros con niveles de radiación gamma y de neutrones más bajos que las posiciones interiores. [2]
En una prolongación del canal principal, debajo del reactor, se encontraba un dispositivo hidráulico capaz de introducir y extraer pequeñas muestras dentro y fuera del reactor. El sistema tenía cuatro tubos. Un dispositivo neumático similar , accionado por aire comprimido, proporcionaba servicios de limpieza al reflector de berilio. [2]
Las posiciones de irradiación directamente adyacentes a los conjuntos de combustible estaban disponibles a través de las instalaciones de red activa . El material colocado en estas posiciones se enfriaba mediante el refrigerante de agua primario. [2]
Se diseñó una instalación de protección a granel para ubicarla en el lado oeste del reactor para estudiar los materiales de protección del reactor, pero se rellenó con hormigón de alta densidad debido a consideraciones de economía de construcción. [2]
Una vez en funcionamiento, el MTR tuvo una gran demanda constante. En él se probaron diferentes tipos de combustibles candidatos para el programa de propulsión naval nuclear de los EE. UU. , el bombardero nuclear propuesto , los reactores de la planta de armas de Savannah River de la AEC y los prototipos de reactores de potencia en desarrollo. [5]
En 1970, el MTR había realizado más de 15.000 experimentos de irradiación. [5]
El alto flujo de MTR fue ideal para generar cantidades significativas de nucleidos de transplutonio, como el californio-252 . El MTR generó 30 microgramos de Cf-252 entre 1952 y 1958. [6]