El Experimento del Reactor de Temperatura Ultra Alta ( UHTREX ) fue un reactor nuclear experimental refrigerado por gas que se utilizó en el Laboratorio Nacional de Los Álamos entre 1959 y 1971 [1] [2] como parte de la investigación para reducir el costo de la energía nuclear. [3] Su objetivo era probar y comparar las ventajas de utilizar un combustible simple frente a las desventajas de un circuito de refrigeración 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 igualmente espaciados 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 combustibles y se extendía completamente hasta el interior del cilindro. El núcleo podría repostarse de forma remota mientras esté a máxima potencia. [4] El reabastecimiento de combustible implicó rotar el núcleo hacia el canal que contiene el elemento que requería reemplazo y empujar un nuevo elemento. El elemento usado sería empujado hacia el centro y caería a la base del reactor para ser recogido. A plena potencia, el reactor consumía de 1 a 6 elementos combustibles por día, dependiendo del enriquecimiento y la porosidad del elemento combustible. Produjo 3MW de energía térmica.
Un reactor nuclear típico evita que el medio refrigerante entre en contacto directo con las pastillas de combustible, ya sea recubriendo las pastillas de combustible, sellando las pastillas de combustible dentro de una barra de combustible o haciendo pasar el refrigerante a través de tuberías separadas. Esto evita la contaminación del medio refrigerante. Una de las desventajas de un conjunto combustible sellado incluye la acumulación de productos de fisión dentro del elemento combustible. Algunos de estos productos envenenan la reacción, lo que en última instancia conduce a una eficiencia deficiente mucho antes de que se agote una parte importante del combustible. En este momento el reactor requiere reabastecimiento de combustible. Mantener el combustible y el refrigerante separados también puede presentar importantes desafíos de diseño. Por ejemplo, los tubos metálicos necesarios para ello no pueden funcionar a temperaturas superiores a su punto de fusión, que generalmente es significativamente más bajo que el de la pastilla de combustible. Esto reduce la eficiencia térmica teórica máxima del reactor.
El UHTREX utilizó elementos combustibles extruidos de carbono poroso sin revestimiento, cada uno de los cuales tenía la forma de un cilindro hueco largo. [4] Los elementos combustibles se fabricaron impregnando al vacío los cilindros de carbono porosos con una solución acuosa de nitrato de uranilo, luego secándolos al aire y horneándolos en un horno, produciendo finalmente una capa de óxido de uranio firmemente sujeta en 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, permitirían 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 eventual filtración y eliminación. Esto permite quemar un mayor porcentaje de combustible antes de que sea necesario reemplazar el pellet (hasta un 50%). [4]
La principal desventaja del combustible poroso del reactor es que todo el circuito de enfriamiento primario, incluidas todas las bombas , compresores e intercambiadores de calor , quedaría altamente contaminado con productos de fisión . [4] La contaminación causada por una posible fuga de refrigerante contaminado representaría un peligro significativo para el personal y el medio ambiente. El alto nivel de contaminación impide abrir la vasija del reactor para un eventual reabastecimiento de combustible. Por lo tanto, el reactor fue diseñado para reabastecimiento de combustible remoto en línea .
UHTREX tenía las siguientes especificaciones: [4]
donde ID y OD son el diámetro interior y exterior, respectivamente.