В 1950 году Университет штата Северная Каролина основал первую университетскую программу по реакторам и учебную программу по ядерной инженерии в Соединенных Штатах. Программа продолжается и в начале 21-го века. В том же году администрация Колледжа штата Северная Каролина одобрила строительство реактора и создание университетской программы по ядерной инженерии. [2] Первый исследовательский реактор был завершен в 1953 году; [3] он был увеличен в 1957 и 1960 годах (называемый R-1 , R-2 и R-3 ). Он был дезактивирован в 1973 году, чтобы освободить место для реактора PULSTAR . Старый реактор был выведен из эксплуатации.
PULSTAR используется для различных целей, включая обучение и исследования. Реактор расположен в Burlington Engineering Laboratories в главном кампусе NCSU . Этот объект был построен для размещения первого реактора, а затем расширен и переименован, когда был построен PULSTAR. Текущий реактор является одним из двух построенных реакторов PULSTAR и единственным, который все еще находится в эксплуатации. Другой реактор был реактором мощностью 2 МВт в Государственном университете Нью-Йорка в Буффало . Он стал критическим в 1964 году и был выведен из эксплуатации в 1994 году. [4]
Реактор PULSTAR расположен вдоль Engineering Row в главном кампусе, окруженный Mann Hall, 111 Lampe Drive, Polk Hall и парком. Реактор имеет специальное здание и использует одну градирню; она выпускает водяной пар, когда реактор находится на высокой мощности. Это здание не является зданием сдерживания , но оно поддерживает отрицательное давление, чтобы предотвратить любой выброс радиоактивного материала. Реактор может работать на мощности до 100 кВт при естественной циркуляции или 1 мегаватт (МВт) с использованием насосов. [4]
Реактор обогащает учебные программы факультета , предоставляя практический опыт и обучение для студентов. В 2002 году на факультете обучалось 72 студента бакалавриата, 15 магистрантов и 22 аспиранта, [5] все из которых используют реактор. Кроме того, 34 исследователя за пределами ядерной инженерии используют реактор и связанные с ним объекты. [6]
Основная исследовательская цель реактора — предоставить источник нейтронов для таких видов деятельности, как нейтронный активационный анализ . Например, облучатели кобальта-60 используются рядом департаментов для стерилизации биологических образцов. Он также используется для профессиональной подготовки операторов и инженеров ядерных предприятий, стажеров DOE , а также государственных и местных сотрудников по радиационной защите. [6]
Этот реактор хорошо подходит для дублирования топливных характеристик энергетических реакторов. Активная зона состоит из низкообогащенных урановых штырей, которые должны быть очень похожи на те, что используются на коммерческих атомных электростанциях . [7] Пять портов пучка примыкают к активной зоне реактора. Этот реактор хорошо подходит для экспериментов, требующих большого потока нейтронов, поскольку пик происходит по краю активной зоны из-за недостаточного замедления. В сентябре 2007 года студенты, преподаватели и сотрудники создали самый интенсивный рабочий позитронный пучок в мире. [8]
Реактор PULSTAR является общественным объектом, и на нем часто проводятся экскурсии по предварительному уведомлению и с разрешения.
В ноябре 2010 года реактор PULSTAR был связан с кафедрой ядерной инженерии Иорданского университета науки и технологий (JUST). [9] [10]
В бассейне была обнаружена утечка воды, и реактор был впоследствии остановлен 2 июля 2011 года. Скорость утечки, как сообщается, составила 10 галлонов США в час (11 л/кВт) (из бассейна в 15 600 галлонов США (59 000 л)), что намного ниже 350 галлонов США в час (370 л/кВт), о которых официально должно быть сообщено регулирующему органу. Сообщалось, что утечка была размером с «точечное отверстие» и для ее обнаружения требовалось специальное оборудование. [11] После того, как утечка была обнаружена и устранена, техники вернули реактор в нормальный режим работы.
Первый реактор был частью одноэтажного здания, которое в то время называлось Burlington Nuclear Laboratories , а в настоящее время именуется старым зданием Burlington Engineering Labs, в котором учебные классы окружают реакторный отсек. Старое здание все еще используется, а в реакторном отсеке размещаются различные новые проекты. Сам реактор был полностью выведен из эксплуатации и вывезен.
В 1949 году доктор Клиффорд К. Бек был принят на работу из Национальной лаборатории Ок-Ридж на работу в состав факультета с целью сделать Университет Северной Каролины первым учебным заведением, эксплуатирующим ядерный реактор.
Первый реактор в академическом учреждении вышел на критический уровень 5 сентября 1953 года, примерно через четыре года после начала строительства. Этот реактор был назван R-1, потому что это был первый университетский исследовательский реактор. Это был 10-киловаттный гомогенный реактор, использующий в качестве топлива высокообогащенный сульфат уранила. Он проработал недолгое время, но был остановлен из-за проблем с коррозией, которые привели к утечке топлива. Говард Блейксли, научный редактор Associated Press Service, назвал реактор Первым храмом атома из-за публичного характера этого реактора.
В 1954 году началось строительство ядерной лаборатории Берлингтона, финансируемое AEC и Burlington Mills . Целью этого здания было размещение преемника R-1. Также в 1954 году были представлены первые две докторские степени в области ядерной инженерии . [12]
В 1955 году к факультету присоединился доктор Рэймонд Л. Мюррей, еще один новобранец из Национальной лаборатории Оук-Ридж, который впоследствии стал самым долгоработающим руководителем отдела. [7]
В 1956 году началась работа по созданию гетерогенного реактора под названием R-3. Этот проект должен был использовать пластинчатое топливо Materials Test Reactor в Burlington Nuclear Labs. Этот реактор работал на максимальной мощности 100 кВт.
В конце 1950-х годов доктор Рэймонд Л. Мюррей стал главой кафедры прикладной физики, где он также руководил началом образовательной программы по ядерной инженерии. Было принято решение предложить первую в стране степень бакалавра наук по ядерной инженерии. В 1956 году Клиффорд Бек покинул программу, чтобы занять должность в Комиссии по атомной энергии в Вашингтоне. Рэймонд Мюррей и профессор Гарольд Ламмондс взяли на себя руководство ядерной программой.
Между 1962 и 1964 годами защита реактора R-3 была расширена, чтобы обеспечить работу на более высоких уровнях мощности, и этот усовершенствованный реактор начал работать в 1963 году, работая на уровне мощности 250 кВт в стационарном режиме. Этот реактор стал важной частью учебной программы по ядерной инженерии, а также начал предоставлять некоторые услуги по производству радиоизотопов и нейтронному активационному анализу.
В 1963 году Рэймонд Мюррей оставил пост главы прикладной физики, чтобы стать главой департамента ядерной инженерии. Одновременно с этим решением, департамент ядерной инженерии был переведен из прикладной физики в инженерную школу, которую тогда возглавлял доктор Ральф Э. Фадум, декан.
В конце 1960-х и начале 1970-х годов ВВС и армия начали отправлять квалифицированных студентов в программу для получения степеней магистра наук и позже для укомплектования ядерных программ в своих собственных организациях. В 70-х годах программа NESEP (Naval Enlisted Scientific Education Program) привлекла ряд высококвалифицированных военнослужащих в ядерную программу для получения степеней бакалавра, а ряд иностранных государств направили студентов для получения степеней бакалавра наук, магистра наук или доктора наук, а затем для возвращения в свои страны. [7]
К моменту остановки реактор достиг общей мощности в 2 мегаватт-дня работы. [13]
Внутренние обсуждения в рамках Nuclear Engineering касались выбора между модернизацией реактора R-3 для обучения и исследований или его остановкой и заменой на совершенно новый реактор. Доктор Мартин Вельт отстаивал последнюю точку зрения, и эта позиция была принята отделом.
Было построено новое 3-этажное дополнение к Burlington Labs (известное как новое здание). Между ним и старым зданием было построено здание реактора, а также погрузочный док и переход, который соединил старое и новое здания. В здании реактора размещался ядерный реактор бассейнового типа мощностью 1 МВт, произведенный AMF и известный как реактор «Pulstar». Он был назван так из-за своей пульсирующей способности, благодаря которой он может безопасно становиться сверхбыстрым критическим и производить очень короткие импульсы излучения. Реактор был введен в эксплуатацию 25 августа 1972 года, заменив предыдущую серию. [14] Сообщалось, что первоначальные затраты составили 1,5 млн долларов США.
В 1980-х годах были добавлены установка Prompt Gamma и установка Neutron Radiography. Установка prompt gamma выполняет анализ элементов, которые испускают характерные сигнатуры сразу после захвата нейтрона. Установка Neutron Radiography обеспечивает возможности визуализации фундаментального различия во взаимодействии нейтронов с ядрами по сравнению с взаимодействием рентгеновских лучей и электронов. [15]
В 1997 году Комиссия по ядерному регулированию одобрила продление лицензии на 20 лет. [16]
Реактор Pulstar в настоящее время работает на 1 МВт, что является максимальной выходной мощностью, которую он может достичь по закону. В будущем планируется увеличить мощность до 2 МВт. Подготовка завершена, и все, что они ждут, — это одобрение. Переход на 2 МВт позволит проводить больше исследований с большей радиацией и мощностью.
Нейтронная радиография — это мощный метод неразрушающей визуализации для внутренней оценки материалов или компонентов. Он включает в себя ослабление нейтронного пучка объектом, который должен быть просвечен, и регистрацию процесса ослабления (в виде изображения) в цифровом виде или на пленке. Нейтронная радиография в принципе похожа на рентгеновскую радиографию и является дополнительной по характеру предоставляемой информации. Взаимодействие рентгеновских лучей и нейтронов с веществом принципиально различно, однако, формируя основу многих уникальных приложений с использованием нейтронов. В то время как рентгеновские лучи взаимодействуют с электронным облаком, окружающим ядро атома, нейтроны взаимодействуют с самим ядром. Для получения дополнительной информации см. нейтронную радиологию.
Источник ультрахолодных нейтронов (UCNS) использует нейтроны, полученные в реакторе, замедляя их в камере с метаном и другими материалами, и удерживает их в резервуаре с D2O . Это дополнение по сути представляет собой отвод нейтронов из пучкового порта, прилегающего к реакции, для проведения данного исследования .
{{cite news}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
35°47′09″с.ш. 78°40′08″з.д. / 35,78585241745253°с.ш. 78,66894524996331°з.д. / 35,78585241745253; -78,66894524996331