Clementine era el nombre en clave del primer reactor de neutrones rápidos del mundo , también conocido como reactor rápido de plutonio de Los Álamos . Era un reactor a escala experimental. La potencia máxima era de 25 kW y estaba alimentada con plutonio y enfriada por mercurio líquido . Clementine estaba ubicada en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Los Alamos, Nuevo México . Clementine fue diseñado y construido en 1945-1946 y alcanzó la criticidad por primera vez en 1946 [1] [2] y plena potencia en marzo de 1949. [3] El reactor recibió su nombre de la canción " Oh My Darling, Clementine ". Las similitudes con la canción eran que el reactor estaba ubicado en un cañón profundo y los operadores del reactor eran 49'ers, ya que 49 (últimos dígitos del elemento 94, isótopo 239) era uno de los nombres en clave del plutonio en ese momento. [4]
El objetivo principal de Clementine era determinar las propiedades nucleares de los materiales para la investigación de armas nucleares después del proyecto Manhattan . En el reactor se realizaron varios otros experimentos, incluida la investigación de la viabilidad de reactores reproductores civiles y la medición de secciones transversales de neutrones de diversos materiales.
El núcleo estaba contenido en un cilindro de acero dulce de 117 cm (46 pulgadas) de largo que tenía un diámetro interior de 15,2 cm (6,0 pulgadas) y una pared de 0,6 cm (0,24 pulgadas) de espesor. El conjunto combustible tenía 15 cm (5,9 pulgadas) de diámetro, 14 cm (5,5 pulgadas) de alto y contenía 55 elementos combustibles. Cada elemento combustible estaba compuesto de plutonio-239 en fase δ . Cada uno tenía 1,64 cm (0,65 pulgadas) de diámetro y 14 cm (5,5 pulgadas) de largo. Los elementos combustibles estaban revestidos de acero al carbono simple de 0,5 milímetros (0,020 pulgadas) de espesor. El núcleo estaba ubicado en el fondo del cilindro de acero.
El núcleo se enfrió con mercurio líquido . La potencia térmica máxima era de 25 kW. El mercurio se hizo circular a través del núcleo y salió a un intercambiador de calor de mercurio-agua a un caudal máximo de 0,15 litros por segundo (0,040 gal EE.UU./s) mediante una bomba electromagnética de tipo inducción sin partes móviles. [5]
El núcleo del reactor estaba envuelto en una serie de reflectores de neutrones y estructuras protectoras, comenzando con una capa cilíndrica de 15 cm (6 pulgadas) de espesor de uranio natural que rodeaba inmediatamente el núcleo. Esta manta estaba abierta en la parte superior e inferior y podía moverse hacia arriba y hacia abajo. Lo siguiente fue un reflector de acero de 15,2 cm (6 pulgadas) de espesor y 10 cm (4 pulgadas) de plomo. Finalmente, la mayor parte del reactor estaba rodeada por múltiples láminas de acero y plástico de boro. Todo este conjunto estaba rodeado y sostenido por una gruesa capa de hormigón que proporcionaba protección adicional. Varios agujeros atravesaron el blindaje para proporcionar neutrones rápidos a los distintos experimentos de física . [6]
El reactor fue el primer reactor en demostrar el control de la reacción mediante el control de neutrones retardados , [6] [7] esto fue más una función de ser uno de los primeros reactores, que una característica de diseño especial. El control se logró por varios medios. El manto de uranio descrito anteriormente podría subirse y bajarse. 238 U es un buen reflector de neutrones , por lo que la posición de la manta controlaba el número de neutrones disponibles para la reacción. Cuando se levantó la manta, se reflejaron más neutrones de regreso al núcleo, provocando un mayor número de fisiones y, en consecuencia, una mayor producción de energía. [6]
Además, había dos barras de control/apagado compuestas de uranio natural y boro enriquecido en el isótopo boro-10 . El 10 B es un veneno de neutrones muy eficaz que podría insertarse para controlar y detener la reacción.
El cierre del reactor implicó dejar caer simultáneamente la capa de uranio e insertar las dos barras de control en el centro que absorbieron neutrones y envenenaron la reacción. Había otros 20 orificios disponibles en el núcleo para configuraciones experimentales o barras de control o combustible adicionales. [6]
Clementine operó con éxito desde 1946 hasta 1950, cuando el reactor se cerró para corregir un problema con el control y las varillas de calce. Durante esta parada se observó que una de las barras de uranio natural se había roto. Fue reemplazado y el reactor fue reiniciado. [5]
Volvió a funcionar con éxito hasta 1952, cuando se rompió el revestimiento de una de las barras de combustible. Esto provocó la contaminación del circuito de refrigeración primario con plutonio y otros productos de fisión . En ese momento se decidió que se habían logrado todos los objetivos principales de Clementine y el reactor se cerró y desmanteló permanentemente. [5]
La experiencia y los datos proporcionados por la operación del reactor Clementine fueron muy útiles para aplicaciones tanto militares como civiles. Uno de los logros notables del proyecto Clementine incluyó mediciones de las secciones transversales totales de neutrones de 41 elementos con una precisión del 10%. Además, Clementine aportó una experiencia invaluable en el control y diseño de reactores de neutrones rápidos. También se determinó que el mercurio no era un medio de refrigeración ideal para este tipo de reactor debido a sus malas características de transferencia de calor. [5]