El Experimento del Reactor de Temperatura Ultra Alta ( UHTREX ) fue un reactor nuclear experimental refrigerado por gas que funcionó en el Laboratorio Nacional de Los Álamos entre 1959 y 1971 [1] [2] como parte de una investigación para reducir el costo de la energía nuclear. [3] Su propósito era probar y comparar las ventajas de usar un combustible simple contra las desventajas de un circuito de enfriamiento contaminado. [4] Alcanzó su máxima potencia por primera vez en 1969. [5]
El experimento fue un derivado del Proyecto Rover , destinado a desarrollar un cohete térmico nuclear . [1]
El núcleo del UHTREX estaba compuesto por un cilindro giratorio hueco vertical (torreta) construido de grafito sólido .
El cilindro tenía 70 pulgadas de diámetro exterior x 23 pulgadas de diámetro interior x 39 pulgadas de alto. El núcleo tenía 312 canales de combustible. Los canales estaban espaciados de manera uniforme radialmente alrededor del núcleo a intervalos de 15 grados dispuestos en 13 capas separadas de 24 canales cada una. Cada canal contenía hasta 4 elementos de combustible y se extendía completamente hasta el interior del cilindro. El núcleo podía reabastecerse de combustible de forma remota mientras estaba a plena potencia. [4] La recarga de combustible implicaba girar el núcleo hasta el canal que contenía el elemento que se requería reemplazar e introducir un nuevo elemento. El elemento usado se empujaba hacia el centro y caía a la base del reactor para ser recogido. A plena potencia, el reactor consumía entre 1 y 6 elementos de combustible por día, dependiendo del enriquecimiento y la porosidad del elemento de combustible. Producía 3 MW de energía térmica.
Un reactor nuclear típico evita que el medio refrigerante entre en contacto directo con las pastillas de combustible, ya sea revistiéndolas, sellándolas dentro de una barra de combustible o haciendo pasar el refrigerante por una tubería separada. Esto evita la contaminación del medio refrigerante. Una de las desventajas de un conjunto de combustible sellado es la acumulación de productos de fisión dentro del elemento combustible. Algunos de estos productos envenenan la reacción, lo que finalmente conduce a una baja eficiencia mucho antes de que se agote una parte significativa del combustible. En ese momento, el reactor necesita recargarse. Mantener separados el combustible y el refrigerante también puede presentar desafíos de diseño importantes. Por ejemplo, la tubería de metal necesaria para hacerlo no puede funcionar a temperaturas superiores a su punto de fusión, que generalmente es significativamente inferior al de la pastilla de combustible. Esto reduce la eficiencia térmica teórica máxima del reactor.
El UHTREX utilizaba elementos combustibles extruidos de carbono poroso sin revestimiento, cada uno de ellos con forma de cilindro hueco alargado. [4] Los elementos combustibles se fabricaban impregnando al vacío los cilindros de carbono poroso con una solución acuosa de nitrato de uranilo , para luego secarlos al aire y hornearlos en un horno, lo que finalmente producía una capa de óxido de uranio firmemente adherida a una matriz de grafito poroso. [4] Se esperaba que este combustible fuera sustancialmente menos costoso de fabricar [4] que otros tipos de combustible en ese momento. Las principales ventajas de este tipo de combustible eran que la porosidad de la pastilla, además de las altas temperaturas alcanzables, permitiría que la mayoría de los venenos creados por los productos de fisión migraran fuera del combustible. Los venenos luego serían arrastrados por la corriente de refrigerante para su posterior filtración y eliminación. Esto permite que se queme un mayor porcentaje de combustible antes de que sea necesario reemplazar la pastilla (hasta el 50%). [4]
La principal desventaja del combustible poroso para reactores es que todo el circuito de refrigeración primario, incluidas todas las bombas , compresores e intercambiadores de calor , se contaminaría en gran medida con productos de fisión . [4] La contaminación causada por una posible fuga de refrigerante contaminado supondría un peligro importante para el personal y el medio ambiente. El alto nivel de contaminación impide la apertura del recipiente del reactor para el reabastecimiento de combustible en el futuro. Por lo tanto, el reactor se diseñó para el reabastecimiento en línea a distancia .
UHTREX tenía las siguientes especificaciones: [4]
donde ID y OD son el diámetro interior y exterior, respectivamente.