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Reactor Slowpoke

SLOWPOKE (acrónimo de Safe LOW-POwer Kritical Experiment ) es una familia de reactores nucleares de investigación de bajo consumo de energía, de tipo tanque en piscina, diseñados por Atomic Energy of Canada Limited (AECL) a partir de finales de los años 1960. John W. Hilborn (nacido en 1926 o 1927 [1] ) es el científico más estrechamente asociado con su diseño. [2] Son reflejados por berilio con una masa crítica muy baja , pero proporcionan flujos de neutrones más altos que los disponibles en un pequeño acelerador de partículas u otras fuentes radiactivas .

Diseño básico

Modelo del núcleo del reactor SLOWPOKE .

Los reactores SLOWPOKE-2 (los más numerosos de la familia SLOWPOKE) utilizaban originalmente uranio altamente enriquecido al 93% en forma de aleación de uranio - aluminio al 28% con revestimiento de aluminio, y luego en 1985 se puso en servicio un nuevo diseño de uranio poco enriquecido (~19,9% enriquecido) utilizando combustible de UO2 cerámico . El núcleo es un conjunto de alrededor de 200-300 pines de combustible , de solo 22 centímetros (8,7 pulgadas) de diámetro y 23 centímetros (9,1 pulgadas) de alto, rodeados por un anillo de berilio fijo y una placa de berilio en la parte inferior. La criticidad se mantiene a medida que el combustible se quema agregando placas de berilio en una bandeja en la parte superior del núcleo. El núcleo del reactor se encuentra en un estanque de agua ligera regular, de 2,5 metros (8 pies 2 pulgadas) de diámetro por 6 metros (20 pies) de profundidad, que proporciona refrigeración por convección natural. Además de la refrigeración pasiva, el reactor tiene un alto grado de seguridad inherente ; es decir, puede regularse a sí mismo a través de medios pasivos y naturales, como la desaceleración de la reacción en cadena si el agua se calienta o forma burbujas . Estas características son tan dominantes, de hecho, que el reactor SLOWPOKE-2 tiene licencia para funcionar sin supervisión durante la noche (pero monitoreado de forma remota). La mayoría de los SLOWPOKES tienen una potencia nominal de 20 kW, aunque es posible operar a mayor potencia durante períodos más cortos.

Historia

SLOWPOKE-1 y SLOWPOKE-2

El reactor de investigación SLOWPOKE fue concebido en 1967 en los Laboratorios Whiteshell de AECL. En 1970, se diseñó y construyó en los Laboratorios Chalk River una unidad prototipo llamada SLOWPOKE (tanto el nombre del reactor como de la clase de reactor prototipo de 2 reactores a la que pertenecía; especialmente más tarde, cuando aparecieron generaciones posteriores de reactores SLOWPOKE, este tipo de reactores se denominaron SLOWPOKE-1 ). Estaba destinado principalmente a las universidades canadienses, ya que proporcionaba un flujo de neutrones más alto que el disponible en los pequeños aceleradores comerciales, al tiempo que evitaba la complejidad y los altos costos operativos de los reactores nucleares existentes. El prototipo de Chalk River alcanzó su etapa crítica en 1970 y se trasladó a la Universidad de Toronto en 1971. Tenía un sitio de muestreo en el reflector de berilio y funcionaba a un nivel de potencia de 5 kW. En 1973, la potencia se aumentó a 20 kW y el período de funcionamiento sin supervisión se incrementó de 4 horas a 18 horas. El reactor fue desmantelado en 1976 y reemplazado en la Universidad de Toronto por un reactor SLOWPOKE-2 de próxima generación.

El primer ejemplo comercial comenzó a construirse en 1970 y se puso en funcionamiento el 14 de mayo de 1971 en la División de Productos Comerciales de AECL en Tunney's Pasture , 20 Goldenrod Driveway, Ottawa , Ontario . Tenía una potencia de salida de 20 kW (térmica) y era del tipo SLOWPOKE/SLOWPOKE-1. El reactor era un prototipo y se cerró en 1984.

Se construyeron dos reactores del tipo SLOWPOKE, también conocido como SLOWPOKE-1. Ambos reactores han sido desmantelados.

En 1976, se instaló en la Universidad de Toronto un diseño comercial de nueva generación, denominado SLOWPOKE-2 (de nuevo, el nombre del reactor y de la clase de reactor, cuyos miembros se construyeron en otros lugares), que sustituyó a la unidad SLOWPOKE-1 original (véase más arriba). El modelo comercial tiene cinco sitios de muestreo en el reflector de berilio y cinco sitios estacionados fuera del reflector.

Entre 1976 y 1985, se pusieron en servicio otros siete reactores SLOWPOKE-2 con combustible de uranio altamente enriquecido (HEU) en seis ciudades canadienses y en Kingston, Jamaica . En 1985, se puso en servicio el primer reactor SLOWPOKE-2 alimentado con uranio poco enriquecido (LEU) en el Royal Military College of Canada (RMC) en Kingston, Ontario . Desde entonces, se han desmantelado cinco reactores SLOWPOKE-2 (Saskatchewan Research Council, University of Toronto, University of Alberta, Dalhousie University y reactor AECL / MDS Nordion en Kanata ), y tres se han convertido a LEU ( Politécnica de Montreal , University of the West Indies y Royal Military College of Canada ).

En total, se construyeron ocho reactores SLOWPOKE-2, siete en Canadá y uno en Jamaica. [3] En 2022, de los ocho, tres están operativos (los que utilizan/convierten para LEU) y cinco han sido desmantelados.

SLOWPOKE-3 y SLOWPOKE-4

AECL también diseñó y construyó (inicio de la construcción en 1985, inicio de la operación en 1987) una versión ampliada (2-10 MWth) llamada SLOWPOKE Demonstration Reactor ( SDR , SLOWPOKE-3 ) para calefacción urbana en su Whiteshell Nuclear Research Establishment en Manitoba . Se estimó que la economía de un sistema de calefacción urbana basado en la tecnología SDR sería competitiva con la de los combustibles fósiles convencionales . Sin embargo, el mercado para esta tecnología no se materializó y el SES-10 propuesto ( SLOWPOKE-4 basado en la experiencia del SDR) nunca se construyó, y el SDR se cerró para su desmantelamiento en 1989.

Fuente de energía marina

A mediados de la década de 1980, Canadá consideró brevemente la posibilidad de convertir sus submarinos de clase Oberon a energía nuclear utilizando un reactor nuclear SLOWPOKE para recargar continuamente las baterías del barco durante las operaciones sumergidas. [4] Se había realizado una gran cantidad de trabajo sobre posibles aplicaciones marinas del reactor en el Royal Military College of Canada . [5]

Aplicaciones actuales

Los reactores SLOWPOKE se utilizan principalmente para el análisis por activación neutrónica (NAA), en investigación y como servicio comercial, pero también para la enseñanza, la formación, los estudios de irradiación, la radiografía neutrónica (sólo en el Real Colegio Militar de Canadá ) y la producción de trazadores radiactivos . Las principales ventajas son la fiabilidad y la facilidad de uso de este diseño de reactor y la reproducibilidad del flujo de neutrones. Dado que el combustible no se modifica en absoluto durante al menos 20 años, el espectro de neutrones en los lugares de irradiación no cambia y el flujo de neutrones es reproducible hasta aproximadamente el 1%.

Tres de los reactores originales siguen en funcionamiento. Aunque se lograron todos los objetivos técnicos de este reactor, la falta de ventas en el extranjero fue decepcionante.

Aplicaciones anteriores

Dos de los reactores SLOWPOKE/SLOWPOKE-1 (de los dos construidos), cinco de los reactores SLOWPOKE-2 (de los ocho construidos) y el único reactor SLOWPOKE-3 (de los uno construido) han sido desmantelados. Nunca se construyó ningún reactor SLOWPOKE-4.

Véase también

Referencias

  1. ^ "Un físico retirado lucha para mantener abierta la histórica instalación de investigación de Chalk River".
  2. ^ "Doctor John W. Hilborn".
  3. ^ "Reactores nucleares SLOWPOKE en Canadá". 4 de marzo de 2016.
  4. ^ Julie H. Ferguson (10 de marzo de 2014). Through a Canadian Periscope: The Story of the Canadian Submarine Service [A través de un periscopio canadiense: la historia del Servicio Submarino Canadiense]. Dundurn. pág. 363. ISBN 978-1-4597-1056-6.
  5. ^ Dunlop, David. "Un diseño de submarino híbrido canadiense: un caso para el reactor Slowpoke-2". Revista Naval Canadiense . Revista Naval Canadiense . Consultado el 4 de abril de 2024 .
  6. ^ "Instalación nuclear: reactor de investigación SLOWPOKE-2 del Real Colegio Militar de Canadá". nuclearsafety.gc.ca . Comisión Canadiense de Seguridad Nuclear. 2014-02-03 . Consultado el 2023-09-09 .
  7. ^ Real Colegio Militar de Canadá SLOWPOKE
  8. ^ "SLOWPOKE-2 de la Escuela Politécnica de Montreal" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 2013-10-16 . Consultado el 2013-07-08 .
  9. ^ Universidad de Dalhousie SLOWPOKE-2
  10. ^ Universidad de Toronto SLOWPOKE-2
  11. ^ "Programa de divulgación e información pública de la Universidad de Alberta". Archivado desde el original el 14 de diciembre de 2019. Consultado el 12 de marzo de 2017 .
  12. ^ "SLOWPOKE-2 de la Universidad de Alberta". Archivado desde el original el 12 de octubre de 2013. Consultado el 8 de julio de 2013 .
  13. ^ Shield, David (4 de enero de 2019). «'Fue algo muy singular': el reactor de investigación SLOWPOKE-2 de Saskatoon se apaga después de 37 años». Canadian Broadcasting Corporation . Consultado el 29 de noviembre de 2019 .

Enlaces externos