La Universidad Estatal de Carolina del Norte fundó en 1950 el primer programa universitario de reactores y el primer plan de estudios de ingeniería nuclear en los Estados Unidos. El programa continúa a principios del siglo XXI. Ese año, los administradores de NC State College aprobaron la construcción de un reactor y el establecimiento de un programa universitario de ingeniería nuclear. [2] El primer reactor de investigación se completó en 1953; [3] se amplió en 1957 y 1960 (denominado R-1 , R-2 y R-3 ). Fue desactivado en 1973 para dar paso al reactor PULSTAR . El antiguo reactor ha sido desmantelado.
El PULSTAR se utiliza para diversos fines, incluidos la formación y la investigación. El reactor está ubicado en Burlington Engineering Laboratories en el campus principal de NCSU . Esta instalación se construyó para albergar el primer reactor y luego se amplió y cambió de nombre cuando se construyó PULSTAR. El reactor actual es uno de los dos reactores PULSTAR construidos y el único que sigue en funcionamiento. El otro reactor era un reactor de 2 MW de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo . Entró en estado crítico en 1964 y fue dado de baja en 1994. [4]
El reactor PULSTAR está situado a lo largo de Engineering Row en el campus principal, rodeado por Mann Hall, Daniels, Polk Hall y un parque. El reactor tiene un edificio exclusivo y utiliza una torre de enfriamiento; Libera vapor de agua cuando el reactor está a alta potencia. Este edificio no es un edificio de Contención , pero mantiene una presión negativa para evitar cualquier liberación de material radiactivo. El reactor puede funcionar con una potencia de hasta 100 kW con circulación natural o 1 megavatio (MW) con el uso de bombas. [4]
El reactor enriquece el plan de estudios del departamento al brindar experiencia práctica y capacitación a los estudiantes. En 2002, la matrícula del departamento fue de 72 estudiantes de pregrado, 15 estudiantes de maestría y 22 estudiantes de doctorado, [5] todos los cuales utilizan el reactor. Además, 34 investigadores ajenos a la Ingeniería Nuclear utilizan el reactor e instalaciones asociadas. [6]
El principal objetivo de investigación del reactor es proporcionar una fuente de neutrones para actividades como el análisis de activación de neutrones . Por ejemplo, varios departamentos utilizan irradiadores de cobalto-60 para esterilizar muestras biológicas. También se utiliza para la capacitación profesional de operadores e ingenieros de servicios nucleares, pasantes del DOE y personal de protección radiológica estatal y local. [6]
Este reactor es muy adecuado para duplicar el rendimiento del combustible de los reactores de potencia. El núcleo consta de pines de uranio poco enriquecido que pretenden ser muy similares a los que se utilizan en las centrales nucleares comerciales . [7] Cinco puertos de haz están adyacentes al núcleo del reactor. Este reactor es muy adecuado para experimentos que requieren un gran flujo de neutrones porque el pico se produce alrededor del borde del núcleo debido a una moderación insuficiente. En septiembre de 2007, estudiantes, profesores y personal produjeron el haz de positrones operativo más intenso del mundo. [8]
El reactor PULSTAR es una instalación pública y ofrece visitas guiadas frecuentes con previo aviso y autorización.
En noviembre de 2010, el reactor PULSTAR se vinculó al departamento de ingeniería nuclear de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jordania (JUST). [9] [10]
Se detectó una fuga de agua en la piscina y el reactor se cerró posteriormente el 2 de julio de 2011. Se dijo que la tasa de fuga era de 10 galones estadounidenses por hora (11 L/ks) (de un total de 15.600 galones estadounidenses). piscina (59.000 L)), que está muy por debajo de los 350 galones estadounidenses por hora (370 L/ks) que deben informarse oficialmente al regulador. Se dijo que la fuga era del tamaño de un "estenopeo" y requería equipo especial para detectarla. [11] Después de localizar y reparar la fuga, los técnicos devolvieron el reactor a sus operaciones normales.
El primer reactor formaba parte de un edificio de un piso llamado Burlington Nuclear Laboratories en ese momento y actualmente se conoce como el antiguo edificio de Burlington Engineering Labs, que tiene aulas alrededor de la bahía del reactor. El antiguo edificio todavía está en uso y la bahía del reactor alberga varios proyectos nuevos. El reactor en sí ha sido completamente desmantelado y trasladado.
En 1949, el Dr. Clifford K. Beck fue reclutado del Laboratorio Nacional de Oak Ridge para unirse a la facultad con planes de hacer de NCSU la primera institución académica en operar un reactor nuclear.
El primer reactor de una institución académica entró en estado crítico el 5 de septiembre de 1953, aproximadamente cuatro años después de que se iniciara la construcción. Este reactor recibió el nombre de R-1 porque fue el primer reactor de investigación universitario. Se trataba de un reactor homogéneo de 10 kW que utilizaba como combustible sulfato de uranilo altamente enriquecido. Funcionó por un corto tiempo pero fue cerrado debido a problemas de corrosión que derivaron en fugas de combustible. Howard Blakeslee, editor científico de Associated Press Service, llamó al reactor el Primer Templo del Átomo debido a la naturaleza pública de este reactor.
En 1954 se inició la construcción del Laboratorio Nuclear de Burlington con fondos de la AEC y Burlington Mills . La finalidad de este edificio era albergar al sucesor del R-1. También en 1954 se presentaron los dos primeros doctorados en Ingeniería Nuclear . [12]
En 1955, el Dr. Raymond L. Murray, otro recluta del Laboratorio Nacional Oak Ridge, se unió a la facultad, quien más tarde se convirtió en el jefe de departamento con más años de servicio. [7]
En 1956 se iniciaron los trabajos para construir un reactor heterogéneo denominado R-3. Este diseño debía utilizar combustible tipo placa del reactor de prueba de materiales en los laboratorios nucleares de Burlington. Este reactor funcionó a una potencia máxima de 100 kW.
A finales de la década de 1950, el Dr. Raymond L. Murray se convirtió en jefe del departamento de Física Aplicada, donde también dirigió el inicio de un programa educativo de ingeniería nuclear. Se tomó la decisión de ofrecer la primera licenciatura en Ingeniería Nuclear del país. En 1956, Clifford Beck abandonó el programa para aceptar un puesto en la Comisión de Energía Atómica en Washington. Raymond Murray y el profesor Harold Lammonds asumieron la supervisión del programa nuclear.
Entre 1962 y 1964, el blindaje del reactor R-3 se amplió para permitir el funcionamiento a niveles de potencia más altos y este reactor mejorado comenzó a funcionar en 1963, funcionando a un nivel de potencia en estado estacionario de 250 kW. Este reactor se convirtió en una parte importante del programa de instrucción de ingeniería nuclear y también comenzó a brindar algunos servicios en producción de radioisótopos y análisis de activación de neutrones.
En 1963, Raymond Murray renunció a su puesto de jefe de Física Aplicada para convertirse en Jefe del Departamento de Ingeniería Nuclear. Simultáneamente con esta decisión, el Departamento de Ingeniería Nuclear fue transferido de Física Aplicada a la Escuela de Ingeniería, entonces dirigida por el Dr. Ralph E. Fadum, Decano.
A finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, la Fuerza Aérea y el Ejército comenzaron a enviar estudiantes calificados al programa para obtener títulos de maestría y luego dotar de personal a los programas nucleares en sus propias organizaciones. En los años 70, el programa NESEP (Programa de Educación Científica para Alistados Navales) incorporó al programa nuclear a varios hombres alistados bien calificados para obtener títulos universitarios y varios países extranjeros contribuyeron con estudiantes para obtener títulos de licenciatura, maestría o doctorado y luego regresar a sus respectivos países. [7]
En el momento de su parada, el reactor había alcanzado un total de 2 megavatios-día de funcionamiento. [13]
Las discusiones internas dentro de Ingeniería Nuclear abordaron las opciones de actualizar el reactor R-3 tanto para enseñanza como para investigación o cerrarlo para reemplazarlo con un reactor completamente nuevo. El Dr. Martin Welt defendió este último punto de vista y el departamento adoptó esta posición.
Se construyó una nueva adición de 3 pisos a Burlington Labs (conocida como el nuevo edificio). Entre éste y el edificio antiguo, se construyó un edificio del reactor, junto con un muelle de carga y una pasarela que unía el edificio antiguo y el nuevo. El edificio del reactor albergaba el reactor nuclear de piscina de 1 MW fabricado por AMF y conocido como reactor "Pulstar". Debe su nombre a su capacidad de pulsación, mediante la cual puede volverse crítico de forma segura y producir pulsos de radiación muy cortos. El reactor entró en funcionamiento el 25 de agosto de 1972, reemplazando a la serie anterior. [14] Se informó que los costos iniciales ascendieron a 1,5 millones de dólares estadounidenses.
En la década de 1980 se agregaron una instalación Prompt Gamma y una instalación de radiografía de neutrones. La instalación gamma rápida realiza el análisis de elementos que emiten firmas características inmediatamente después de la captura de neutrones. La instalación de radiografía de neutrones proporciona capacidades de obtención de imágenes de la diferencia fundamental en la interacción de los neutrones con los núcleos en comparación con la interacción de los rayos X y los electrones. [15]
En 1997, la Comisión Reguladora Nuclear aprobó una extensión de la licencia por 20 años. [dieciséis]
El reactor Pulstar funciona actualmente a 1MW, que es la potencia máxima que puede alcanzar legalmente. Tiene planes de ampliar hasta 2 MW en el futuro. Los preparativos están hechos y lo único que esperan es la aprobación. Pasar a 2 MW permitirá realizar más investigaciones con más radiación y potencia.
La radiografía de neutrones es una potente técnica de imagen no destructiva para la evaluación interna de materiales o componentes. Implica la atenuación de un haz de neutrones por un objeto que se va a radiografiar y el registro del proceso de atenuación (como una imagen) digitalmente o en una película. La radiografía de neutrones es similar en principio a la radiografía de rayos X y es complementaria en la naturaleza de la información suministrada. Sin embargo, las interacciones de los rayos X y los neutrones con la materia son fundamentalmente diferentes y forman la base de muchas aplicaciones únicas que utilizan neutrones. Mientras que los rayos X interactúan con la nube de electrones que rodea el núcleo de un átomo, los neutrones interactúan con el núcleo mismo. Para obtener más información, consulte radiología de neutrones.
La fuente de neutrones ultrafríos (UCNS) utiliza neutrones producidos en el reactor ralentizándolos a través de una cámara de metano y otros materiales y los mantiene en un tanque de D 2 O. Esta adición es esencialmente una toma de neutrones de un puerto de rayos adyacente a la reacción al hacer esta investigación.
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35°47′09″N 78°40′08″O / 35.78585241745253°N 78.66894524996331°W / 35.78585241745253; -78.66894524996331