NRX ( National Research Experimental ) — ядерный исследовательский реактор с тяжеловодным замедлителем и легководным охлаждением в канадских лабораториях Чок-Ривер , который вступил в эксплуатацию в 1947 году с номинальной проектной мощностью 10 МВт (тепловой), увеличивающейся до К 1954 году мощность составляла 42 МВт. На момент постройки это был самый дорогой научный центр Канады и самый мощный в мире ядерный исследовательский реактор. [1] NRX отличался как по своей тепловой мощности, так и по количеству генерируемых им свободных нейтронов . Когда ядерный реактор, такой как NRX, работает, его цепная ядерная реакция генерирует много свободных нейтронов. В конце 1940-х годов NRX был самым интенсивным источником нейтронов в мире.
NRX пережил одну из первых в мире крупных аварий на реакторе 12 декабря 1952 года. Реактор начал работу 22 июля 1947 года под управлением Национального исследовательского совета Канады и незадолго до аварии 1952 года был передан в управление компании Atomic Energy of Canada Limited (AECL). Авария была ликвидирована, и реактор был перезапущен в течение двух лет. NRX проработал 45 лет, а затем окончательно закрылся 30 марта 1993 года. [2] Вывод из эксплуатации ведется на территории лаборатории Чок-Ривер.
NRX был преемником первого канадского реактора ZEEP . Поскольку не ожидалось, что срок эксплуатации исследовательского реактора будет очень долгим, в 1948 году началось планирование строительства установки-преемника, Национального исследовательского универсального реактора , который начал автономную работу (или «перешел в критический режим») в 1957 году.
В реакторе с тяжеловодным замедлителем действуют два основных процесса. Во-первых, вода замедляет ( умершает ) нейтроны , образующиеся в результате ядерного деления, увеличивая вероятность того, что нейтроны высокой энергии вызовут дальнейшие реакции деления. Во-вторых, стержни управления поглощают нейтроны и регулируют уровень мощности или останавливают реактор в ходе нормальной работы. Остановить реакцию можно либо установкой регулирующих стержней, либо удалением тяжеловодного замедлителя.
Реактор NRX включал в себя каландрию, герметичный вертикальный алюминиевый цилиндрический сосуд диаметром 8 метров (26 футов) и высотой 3 метра (9,8 футов). В основном сосуде находилось около 175 вертикальных трубок диаметром шесть сантиметров (2,4 дюйма) в шестиугольной решетке, 14 000 литров (3100 имп галлонов; 3700 галлонов США) тяжелой воды и газообразного гелия для вытеснения воздуха и предотвращения коррозии . Уровень воды в реакторе можно было регулировать, чтобы установить уровень мощности. В вертикальных трубах, окруженных воздухом, находились топливные элементы или экспериментальные предметы. Эта конструкция была предшественником реакторов CANDU .
Топливные элементы содержали топливные стержни длиной 3,1 метра (10 футов), диаметром 31 миллиметр (1,2 дюйма) и весом 55 кг (121 фунт), содержащие урановое топливо и заключенные в алюминиевую оболочку. Топливный элемент окружала алюминиевая трубка охлаждающей жидкости, через которую протекало до 250 литров в секунду (3300 имп галлонов в минуту) охлаждающей воды из реки Оттава . Между кожухом теплоносителя и каландрией поддерживался поток воздуха 8 килограммов в секунду (1100 фунтов/мин).
Двенадцать вертикальных трубок содержали внутри стальных трубок управляющие стержни из порошка карбида бора . Их можно было поднимать и опускать, чтобы контролировать реакцию, причем любых семи вставленных было достаточно, чтобы поглотить достаточное количество нейтронов, чтобы не могла произойти цепная реакция. Стержни удерживались электромагнитами , так что при отключении электроэнергии они падали в трубки и прекращали реакцию. Пневматическая система могла бы использовать давление воздуха сверху, чтобы быстро загнать их в активную зону реактора, или снизу, чтобы медленно поднять их из нее . Четыре из них назывались защитными банками , а остальные восемь контролировались в автоматической последовательности. Две кнопки на главной панели в диспетчерской активировали магниты, чтобы герметизировать стержни в пневматической системе, а кнопка, вызывающая пневматическую установку стержней в активную зону, находилась в нескольких футах от них.
NRX какое-то время был самым мощным исследовательским реактором в мире , выведя Канаду на передний план физических исследований. Созданный в результате совместных усилий Великобритании , США и Канады во время Второй мировой войны , NRX представлял собой многоцелевой исследовательский реактор, используемый для разработки новых изотопов, испытательных материалов и топлива, а также для производства пучков нейтронного излучения , который стал незаменимым инструментом в бурно развивающейся области. физики конденсированного состояния .
Ядерно-физическая конструкция NRX возникла в Монреальской лаборатории Национального исследовательского совета Канады , которая была создана в Университете Монреаля во время Второй мировой войны для привлечения группы канадских, британских и других европейских ученых к сверхсекретным исследованиям тяжеловодных реакторов. Когда было принято решение о строительстве NRX в лаборатории, которая сейчас известна как Chalk River Laboratories , контракт на детальное техническое проектирование был заключен с канадской компанией Defense Industries Limited (DIL), которая передала строительство субподрядчику Fraser Brace Ltd.
На заре лучевой терапии рака реактор NRX был единственным в мире источником изотопа кобальта-60 , впервые использованного для бомбардировки опухолей в 1951 году. [3]
В 1994 году доктор Бертрам Брокхаус получил Нобелевскую премию по физике за свою работу в 1950-х годах в NRX, которая продвинула методы обнаружения и анализа, используемые в области рассеяния нейтронов для исследования конденсированных сред.
Реактор CIRUS , основанный на этой конструкции, был построен в Индии. В конечном итоге он был использован для производства плутония для ядерных испытаний Индии в рамках операции «Улыбающийся Будда» . [4]
Утверждается, что термин «crud» первоначально означал «Неопознанное месторождение Чок-Ривер», использовавшийся для описания радиоактивных отложений, которые накапливаются на внутренних компонентах реактора, впервые наблюдавшихся на установке NRX. [5] [ не удалось проверить ] С тех пор слово «Crud» стало нарицательным для обозначения «неопознанного месторождения, связанного с коррозией» и подобных выражений, и оно обычно используется без какого-либо отношения к заводу в Чок-Ривер. [ нужна цитата ]
12 декабря 1952 года реактор NRX частично расплавился из -за ошибки оператора и механических проблем в системах отключения. В целях испытаний некоторые трубки были отсоединены от водяного охлаждения высокого давления и подключены шлангами к временной системе охлаждения, а одна охлаждалась только потоком воздуха. [6]
Во время испытаний на малой мощности, с малым потоком теплоносителя через активную зону руководитель заметил выдергивание нескольких стержней управления из активной зоны и обнаружил в подвале оператора, открывающего пневмоклапаны. Неправильно открытые клапаны были немедленно закрыты, но некоторые стержни управления не вошли обратно в активную зону и застряли в почти выдвинутых положениях, но все еще достаточно низко, чтобы их индикаторы состояния указывали на то, что они опущены. Из-за недопонимания между диспетчером и оператором диспетчерской были нажаты не те кнопки, когда диспетчер попросил опустить стержни управления в активную зону. Вместо герметизации выведенных стержней управления к пневмосистеме из активной зоны был выведен блок защиты из четырех стержней управления. Оператор заметил, что уровень мощности растет по экспоненте, удваиваясь каждые 2 секунды, и отключил реактор. Однако три стержня защитного управления не были вставлены в активную зону, а четвертому потребовалось аномально много времени, около 90 секунд, чтобы вернуться назад, в то время как мощность продолжала расти. Всего за 10 секунд была достигнута мощность 17 МВт. Охлаждающая вода закипела в трубках, подключенных к временной системе охлаждения, и некоторые из них лопнули; положительный пустотный коэффициент реактора привел к еще большей скорости увеличения мощности. Примерно через 14 секунд открылись клапаны для слива тяжелой воды из каландрии. Поскольку это заняло некоторое время, мощность увеличилась еще на 5 секунд, достигла пика в 80 МВт, затем снизилась по мере снижения уровня модератора и через 25 секунд достигла нуля. При этом некоторые топливные элементы расплавились , а каландрия была пробита в нескольких местах; гелий вытек, и внутрь засосался воздух. Водород и другие газы выделялись в результате высокотемпературной реакции металлов с охлаждающей водой, а через 3–4 минуты в каландрии взорвался гремучий водород . Во время инцидента некоторые газообразные продукты деления были выброшены в атмосферу, а тяжелая вода в каландрии была загрязнена охлаждающей водой и продуктами деления. [6]
Для отвода остаточного тепла система водяного охлаждения продолжала работать, в результате чего загрязненная охлаждающая жидкость вытекала на пол. Около 10 килокури (400 ТБк ) радиоактивных материалов, содержащихся примерно в 4500 кубических метрах (1 200 000 галлонов США) воды, [6] были сброшены в подвал реакторного здания в течение следующих нескольких дней. [7]
Очистка этого места потребовала нескольких месяцев работы, частично выполненной 150 военнослужащими ВМС США, проходившими обучение в этом районе, включая будущего президента США Джимми Картера . [8] Активная зона реактора NRX и каландрия, поврежденные и не подлежащие ремонту, были удалены и закопаны, а улучшенная замена была установлена; отремонтированный реактор снова заработал через два года. [9] Очистка заняла четырнадцать месяцев и включала в себя 800 сотрудников Комиссии по атомной энергии, а также военнослужащих Канады и США. [6]
Уроки, извлеченные во время аварии 1952 года, значительно продвинули область безопасности реакторов [10] , а концепции, которые она выдвинула на первый план (разнообразие и независимость систем безопасности, гарантированная возможность останова, [10] эффективность человеко-машинного интерфейса ) стали основой проектирования реакторов. . [ нужна цитата ] Этот инцидент стал первой в мире аварией ядерного реактора. [6]
На заре лучевой терапии рака он также был единственным в мире готовым источником радиоактивного изотопа Кобальт-60, который канадские исследователи впервые использовали для бомбардировки опухолей в 1951 году.
46 ° 03'06 "с.ш. 77 ° 21'49" з.д. / 46,05167 ° с.ш. 77,36361 ° з.д. / 46,05167; -77,36361