Эксперимент на сверхвысокотемпературном реакторе ( UHTREX ) был экспериментальным ядерным реактором с газовым охлаждением , работавшим в Лос-Аламосской национальной лаборатории с 1959 по 1971 год [1] [2] в рамках исследований по снижению стоимости ядерной энергии. [3] Его целью было проверить и сравнить преимущества использования простого топлива с недостатками загрязненного контура охлаждения. [4] Впервые он достиг полной мощности в 1969 году. [5]
Эксперимент был ответвлением проекта Rover , целью которого была разработка ядерной тепловой ракеты . [1]
Сердечник UHTREX состоял из вертикального полого вращающегося цилиндра (башни), изготовленного из твердого графита .
Цилиндр имел 70 дюймов OD x 23 дюйма ID x 39 дюймов в высоту. Активная зона имела 312 топливных каналов. Каналы были равномерно распределены радиально вокруг активной зоны с интервалом в 15 градусов, организованными в 13 отдельных слоев по 24 канала в каждом. Каждый канал вмещал до 4 топливных элементов и полностью простирался до внутренней части цилиндра. Активная зона могла заправляться дистанционно при полной мощности. [4] Заправка включала в себя вращение активной зоны к каналу, содержащему элемент, требующий замены, и вталкивание нового элемента. Использованный элемент выталкивался в центр и падал на основание реактора для сбора. На полной мощности реактор использовал от 1 до 6 топливных элементов в день в зависимости от обогащения и пористости топливного элемента. Он вырабатывал 3 МВт тепловой энергии.
Типичный ядерный реактор предотвращает прямой контакт охлаждающей среды с топливными таблетками либо путем покрытия топливных таблеток оболочкой, либо путем герметизации топливных таблеток внутри топливного стержня , либо путем пропускания охлаждающей среды через отдельный трубопровод. Это предотвращает загрязнение охлаждающей среды. Одним из недостатков герметичной топливной сборки является накопление продуктов деления внутри топливного элемента. Некоторые из этих продуктов отравляют реакцию, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности задолго до того, как значительная часть топлива будет израсходована. В это время реактору требуется повторная заправка. Раздельное хранение топлива и охлаждающей жидкости также может представлять значительные конструктивные проблемы. Например, металлические трубки, необходимые для этого, не могут работать при температурах выше температуры плавления, которая, как правило, значительно ниже, чем у топливной таблетки. Это снижает максимальный теоретический тепловой КПД реактора.
UHTREX использовал непокрытые пористые углеродные экструдированные топливные элементы, каждый из которых имел форму длинного полого цилиндра. [4] Топливные элементы изготавливались путем вакуумной пропитки пористых углеродных цилиндров водным раствором уранилнитрата , затем сушки на воздухе и обжига в печи, в конечном итоге создавая покрытие из оксида урана, прочно удерживаемое в пористой графитовой матрице. [4] Ожидалось, что это топливо будет существенно менее дорогим в производстве [4], чем другие виды топлива того времени. Основными преимуществами этого типа топлива было то, что пористость таблетки в дополнение к достигаемым высоким температурам позволяла большинству ядов, созданных продуктами деления , мигрировать из топлива. Затем яды уносились потоком охлаждающей жидкости для последующей фильтрации и удаления. Это позволяло сжигать более высокий процент топлива до того, как таблетка нуждалась в замене (до 50%). [4]
Основным недостатком пористого реакторного топлива является то, что весь первичный контур охлаждения, включая все насосы , компрессоры и теплообменники, будет сильно загрязнен продуктами деления . [4] Загрязнение, вызванное потенциальной утечкой загрязненного теплоносителя, будет представлять значительную опасность для персонала и окружающей среды. Высокий уровень загрязнения исключает возможность открытия корпуса реактора для возможной дозаправки. Поэтому реактор был спроектирован для дистанционной онлайн-дозаправки .
UHTREX имел следующие характеристики: [4]
где ID и OD — внутренний и наружный диаметр соответственно.