Clementine было кодовым названием первого в мире реактора на быстрых нейтронах , также известного как быстрый плутониевый реактор Лос-Аламоса . Это был реактор экспериментального масштаба. Максимальная мощность составляла 25 кВт, в качестве топлива использовался плутоний , а охлаждался он жидкой ртутью . Clementine находился в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико . Clementine был спроектирован и построен в 1945–1946 годах и впервые достиг критичности в 1946 году [1] [2] и полной мощности в марте 1949 года. [3] Реактор был назван в честь песни « Oh My Darling, Clementine ». Сходство с песней заключалось в том, что реактор располагался в глубоком каньоне, а операторы реактора были 49-ми, поскольку 49 (последние цифры элемента 94, изотопа 239) было одним из кодовых названий плутония в то время. [4]
Основной целью Клементины было определение ядерных свойств материалов для исследований ядерного оружия после Манхэттенского проекта . На реакторе был проведен ряд других экспериментов, включая исследование осуществимости гражданских реакторов-размножителей и измерение нейтронных сечений различных материалов.
Ядро было заключено в цилиндр из мягкой стали длиной 117 см (46 дюймов), который имел внутренний диаметр 15,2 см (6,0 дюймов) и толщину стенки 0,6 см (0,24 дюйма). Топливная сборка была диаметром 15 см (5,9 дюйма), высотой 14 см (5,5 дюйма) и содержала 55 топливных элементов. Каждый топливный элемент состоял из δ -фазы плутония-239 . Каждый из них был диаметром 1,64 см (0,65 дюйма) и длиной 14 см (5,5 дюйма). Топливные элементы были покрыты оболочкой из обычной углеродистой стали толщиной 0,5 миллиметра (0,020 дюйма). Ядро располагалось в нижней части стального цилиндра.
Ядро охлаждалось жидкой ртутью . Максимальная тепловая мощность составляла 25 кВт. Ртуть циркулировала через ядро и выходила в теплообменник ртуть-вода с максимальным расходом 0,15 литра в секунду (0,040 галлона США/с) с помощью электромагнитного насоса индукционного типа без подвижных частей. [5]
Активная зона реактора была обернута рядом нейтронных отражателей и защитных структур, начиная с цилиндрического бланкета из природного урана толщиной 15 см (6 дюймов), непосредственно окружавшего активную зону. Этот бланкет был открыт сверху и снизу и мог перемещаться вверх и вниз. Далее следовал стальной отражатель толщиной 15,2 см (6 дюймов) и свинец толщиной 10 см (4 дюйма). Наконец, большая часть реактора была окружена несколькими слоями стали и боропласта. Вся эта сборка была окружена и поддерживалась толстой бетонной оболочкой, которая обеспечивала дополнительную защиту. Через защиту проходило несколько отверстий, чтобы обеспечить быстрые нейтроны для различных физических экспериментов. [6]
Реактор был первым реактором, продемонстрировавшим управление реакцией посредством управления запаздывающими нейтронами , [6] [7] это было скорее функцией одного из самых ранних реакторов, а не особой конструкционной особенностью. Управление осуществлялось несколькими способами. Урановый бланкет, описанный выше, можно было поднимать и опускать. 238U является хорошим отражателем нейтронов , поэтому положение бланкета контролировало количество нейтронов, доступных для реакции. Когда бланкет был поднят, больше нейтронов отражалось обратно в активную зону, вызывая большее количество делений и, следовательно, большую выходную мощность. [6]
Кроме того, имелось два стержня отключения/управления, состоящих из природного урана и бора, обогащенного изотопом бор -10 . 10B — очень эффективный нейтронный поглотитель , который можно было вставить для управления и остановки реакции.
Остановка реактора включала одновременное сбрасывание уранового бланкета и вставку двух стержней управления в центр, которые поглощали нейтроны и отравляли реакцию. До 20 других отверстий были доступны в активной зоне для экспериментальных конфигураций или дополнительных стержней управления или топлива. [6]
Clementine успешно работал с 1946 по 1950 год, когда реактор был остановлен для устранения проблемы с регулирующими и регулировочными стержнями. Во время этого останова было отмечено, что один из стержней из природного урана разорвался. Его заменили, и реактор был перезапущен. [5]
Он снова успешно эксплуатировался до 1952 года, когда произошло разрушение оболочки одного из топливных стержней. Это вызвало загрязнение первичного контура охлаждения плутонием и другими продуктами деления . В это время было решено, что все основные цели Клементины достигнуты, и реактор был окончательно остановлен и демонтирован. [5]
Опыт и данные, полученные при эксплуатации реактора Clementine, были очень полезны как для военных, так и для гражданских применений. Одним из заметных достижений проекта Clementine стали измерения полных нейтронных сечений 41 элемента с точностью 10%. Кроме того, Clementine предоставил бесценный опыт в управлении и проектировании реакторов на быстрых нейтронах. Также было установлено, что ртуть не является идеальной охлаждающей средой для этого типа реактора из-за ее плохих характеристик теплопередачи. [5]