El Reactor de Prueba Avanzado ( 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 y materiales nucleares que se utilizarán en centrales eléctricas, propulsión naval, investigación y reactores avanzados. Puede funcionar a una potencia térmica máxima de 250 MW y tiene un diseño de núcleo de "trébol de cuatro hojas" (similar a la rosa de Camunian ) 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 varios lugares. Seis de los lugares de prueba permiten aislar un experimento del sistema de enfriamiento primario, proporcionando su propio entorno de temperatura, presión, flujo y química, replicando el entorno físico mientras acelera las condiciones nucleares.
El ATR es un reactor de agua ligera a presión (LWR) que utiliza agua como refrigerante y moderador. El núcleo está rodeado por un reflector de neutrones de berilio para concentrar los neutrones en los experimentos y también alberga múltiples posiciones para los experimentos. Funciona a baja temperatura y presión de 71 °C (160 °F) y hasta 2,69 MPa de presión de agua. La vasija del reactor ATR es de acero inoxidable sólido y mide 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 materiales y combustibles nucleares, el ATR es la única fuente nacional de cobalto-60 ( 60 Co) de alta actividad específica (HSA) de los Estados Unidos para aplicaciones médicas. HSA 60 Co se utiliza principalmente en el tratamiento con bisturí gamma del cáncer de cerebro . También se han producido, y podrían volver a producirse, otros isótopos médicos e industriales, incluido el plutonio-238 ( 238 Pu), que es útil para alimentar 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 sede del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) del Departamento de Energía de Estados Unidos. Construido en 1967, el ATR es el segundo más antiguo de los tres reactores que aún están en funcionamiento en el lugar. [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 únicos reactores de prueba del 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 Instalación Nacional de Usuarios Científicos, y desde entonces pasó a llamarse Instalación de Usuarios de Ciencias Nucleares (NSUF), para fomentar el uso del reactor por parte de universidades , laboratorios y la industria. [5] Este estatus tiene como objetivo estimular experimentos para extender la vida útil 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] Según este programa, los experimentadores no tendrán que pagar para realizar experimentos en el reactor, pero deberán publicar sus hallazgos. A través del sistema NSUF, ATR y las instalaciones asociadas han albergado 213 experimentos premiados de 42 instituciones diferentes (universidades, laboratorios nacionales e industria), lo que dio como resultado 178 publicaciones y presentaciones.
Los reactores de prueba son muy diferentes en apariencia y diseño de los reactores de energía nuclear 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 (1700 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.
Por el contrario, 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 opera a 60 °C (140 °F) y 26,5 atm ( condiciones similares a un calentador de agua). [4] La propia vasija del reactor, que está hecha de acero inoxidable rodeada de hormigón que se extiende a más de 20 pies (6,1 m) bajo tierra, está endurecida contra daños accidentales o intencionales. Toda el área 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 ATR está diseñado para ser lo más flexible posible para las necesidades de investigación . Se puede poner en línea y apagar de forma segura tantas veces como sea necesario para cambiar experimentos o realizar mantenimiento. El reactor también se apaga automáticamente en caso de condiciones experimentales anormales o corte de energía.
Los componentes del núcleo del reactor se reemplazan cada 7 a 10 años para evitar la fatiga debida a la exposición a la radiación y para garantizar que los experimentadores siempre tengan un reactor nuevo con el que trabajar. El flujo de neutrones proporcionado por el reactor puede ser constante o variable, y cada lóbulo del diseño del 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 operación 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 Crítico de Prueba Avanzada ( ATRC ) realiza funciones para el ATR similares a las de los reactores ARMF en relación con el MTR . Fue una valiosa herramienta auxiliar que estuvo 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 energía en el gran núcleo del ATR. Las pruebas de baja potencia en el ATRC ahorraron 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 entró en funcionamiento el 19 de mayo de 1964 y permanece en servicio. [10]
