Programa de Energia Nuclear do Exército - Army Nuclear Power Program

Papel timbrado do Grupo de Reatores de Engenheiros do Exército dos EUA

O Programa de Energia Nuclear do Exército (ANPP) foi um programa do Exército dos Estados Unidos para desenvolver pequenos reatores nucleares de água pressurizada e água fervente para gerar energia elétrica e de aquecimento ambiente principalmente em locais remotos e relativamente inacessíveis. A ANPP teve várias conquistas, mas acabou sendo considerada "uma solução em busca de um problema". O Grupo de Reatores de Engenheiros do Exército dos EUA administrou esse programa, que estava sediado em Fort Belvoir , Virgínia . O programa começou em 1954 e foi efetivamente encerrado por volta de 1977, com a última turma de operadores de NPP se graduando em 1977. O trabalho continuou por algum tempo depois disso, seja para o descomissionamento das usinas ou para colocá-las no SAFSTOR (armazenamento de longo prazo e monitoramento antes do descomissionamento) . O desenvolvimento atual de pequenos reatores modulares gerou um interesse renovado em aplicações militares.

Fundo

Havia interesse na possível aplicação da energia nuclear às necessidades militares terrestres já em 1952. Um memorando do Secretário de Defesa , datado de 10 de fevereiro de 1954, atribuía ao Exército a responsabilidade de "desenvolver usinas nucleares para fornecer calor e eletricidade em instalações militares remotas e relativamente inacessíveis. " O Secretário do Exército estabeleceu o Programa de Energia Nuclear do Exército e o designou para o Corpo de Engenheiros .

A Lei de Energia Atômica de 1954 tornou a Comissão de Energia Atômica (AEC) responsável por P&D no campo nuclear, de modo que a ANPP passou a ser uma 'atividade' interagências conjunta do Departamento do Exército (DA) e da AEC. Quando a Lei de Energia Atômica foi revisada em 1954, o parágrafo 91b autorizou o Departamento de Defesa a obter material nuclear especial para uso em instalações de defesa. O foco do Programa de Energia Nuclear do Exército foi nas instalações de produção de energia, enquanto o Programa de Reatores Navais se concentrou na propulsão nuclear para submarinos e navios. Em 9 de abril de 1954, o Chefe de Engenheiros estabeleceu o Grupo de Reatores de Engenheiros do Exército dos EUA para realizar as missões atribuídas pelo DA. Essencialmente, essas missões eram para:

  • conduzir P&D, com a AEC, no desenvolvimento de usinas nucleares;
  • operar as usinas nucleares do Corpo de Engenheiros;
  • realizar treinamentos de apoio às fábricas;
  • fornecer suporte técnico a outras agências conforme necessário;
  • desenvolver programas para aplicação de reatores nucleares às necessidades militares.

Em um Objetivo de Desenvolvimento de Material Qualitativo Aprovado pelo Departamento do Exército para Usinas Nucleares, datado de 7 de janeiro de 1965, esses objetivos foram declarados para o programa:

  • Redução ou eliminação da dependência de fontes de combustível [fóssil].
  • Redução ou eliminação da carga logística necessária para dar suporte às usinas convencionais.
  • Operação confiável.
  • Reabastecimento e manutenção pouco frequentes.
  • Tamanho reduzido da tripulação, com objetivo final de operação autônoma.
  • Transportabilidade, mobilidade e tempos de reação compatíveis com a missão ou equipamento a ser apoiado.
  • Melhor relação custo-benefício.

Por fim, a AEC concluiu que a probabilidade de atingir os objetivos do Programa de Energia Nuclear do Exército em tempo hábil e a um custo razoável não era alta o suficiente para justificar o financiamento contínuo de sua parcela de projetos de desenvolvimento de reatores pequenos, estacionários e móveis. Cortes no financiamento militar para pesquisa e desenvolvimento de longo alcance por causa da Guerra do Vietnã levaram a AEC a interromper seu apoio ao programa em 1966. Os custos de desenvolvimento e produção de usinas nucleares compactas eram tão altos que só poderiam ser justificados se o reator tinha uma capacidade única e atendia a um objetivo claramente definido com o respaldo do DOD. Depois disso, a participação do Exército nos esforços de pesquisa e desenvolvimento de usinas nucleares diminuiu continuamente e acabou parando de vez.

Lista de plantas

Oito plantas foram construídas. Devido à necessidade de um tamanho físico pequeno, todos esses reatores, exceto o MH-1A, usavam urânio altamente enriquecido ( HEU ). O MH-1A tinha mais espaço para trabalhar e mais capacidade de carga, então este era um reator de baixo enriquecimento; ou seja, maior e mais pesado. O MH-1A foi brevemente considerado para uso no Vietnã, mas a idéia de qualquer coisa nuclear no Vietnã foi rapidamente rejeitada pelo Departamento de Estado.

As plantas são listadas em ordem de criticidade inicial. Veja a galeria de fotos na próxima seção. As fontes para esses dados incluem o único livro conhecido sobre a ANPP, de Suid, e um documento do DOE.

SM-1
Ft. Belvoir Virginia
  • SM-1 : 2 MW elétricos. Fort Belvoir , Virgínia, criticidade inicial em 8 de abril de 1957 (vários meses antes do Reator do porto de embarque ) e a primeira usina nuclear dos EUA a ser conectada a uma rede elétrica. Usado principalmente para treinamento e teste, ao invés de geração de energia para Ft. Belvoir. A usina foi projetada pela American Locomotive Company (rebatizada de ALCO Products, em 1955), e foi o primeiro reator desenvolvido no âmbito do Programa de Energia Nuclear do Exército. Veja a galeria de imagens SM-1 , abaixo. Esta planta era uma instalação de treinamento tri-serviço, com a Marinha e a Força Aérea dos EUA enviando pessoal para ser treinado em instalações baseadas em terra (a Marinha tinha um programa independente diferente para energia nuclear baseada em navios, que ainda está em operação ) O SM-1 e as instalações de treinamento associadas em Ft. Belvoir era a única instalação de treinamento para usinas militares em terra. A usina resfriou seus condensadores usando as águas do rio Potomac. Durante os primeiros 10 anos de sua operação, o SM-1, sem saber, lançou trítio nas águas da Baía de Chesapeake, até o desenvolvimento do detector Packard Tri-Carb, que foi o primeiro sistema detector capaz de detectar o beta de baixa energia decadência do trítio. A instrumentação no SM-1 antecedeu o desenvolvimento de dispositivos de estado sólido e tubos de vácuo usados.
SL-1
NRTS, Idaho
  • SL-1 : Reator de água fervente , 200 kW elétricos, 400 kW térmicos para aquecimento, National Reactor Testing Station , Idaho. Criticidade inicial em 11 de agosto de 1958. O SL-1 foi projetado pelo Laboratório Nacional de Argonne para ganhar experiência em operações de reator de água fervente, desenvolver características de desempenho, treinar equipes militares e testar componentes. A Engenharia de Combustão recebeu um contrato da AEC para operar o SL-1 e, por sua vez, empregou a tripulação operacional militar do Exército para continuar operando a usina. Este BWR foi projetado especificamente para alimentar estações de linha DEW .
Em 3 de janeiro de 1961, o reator estava sendo preparado para reiniciar após uma paralisação de onze dias durante o feriado. Os procedimentos de manutenção estavam em andamento, o que exigia que a haste de controle central principal fosse manualmente retirada alguns centímetros para reconectá-la ao seu mecanismo de acionamento; às 21h01, essa haste foi repentinamente retirada demais, fazendo com que o SL-1 fosse imediatamente crítico . Em quatro milissegundos, o calor gerado pela enorme onda de energia resultante fez com que a água ao redor do núcleo começasse a vaporizar de forma explosiva. O vapor de água fez com que uma onda de pressão atingisse o topo do vaso do reator, fazendo com que água e vapor espirrassem do topo do vaso. Essa forma extrema de golpe de aríete impulsionou as hastes de controle, os plugues de proteção e todo o vaso do reator para cima. Uma investigação posterior concluiu que a embarcação de 26.000 libras (12.000 kg) havia saltado 2,77 m (9 pés e 1 polegada) e os mecanismos de acionamento da haste de controle superior haviam atingido o teto do prédio do reator antes de voltar à sua localização original. O jato de água e vapor derrubou dois operadores no chão, matando um e ferindo gravemente outro. Um dos plugues de proteção no topo da nave do reator empalou o terceiro homem através de sua virilha e saiu de seu ombro, prendendo-o no teto. As vítimas foram os especialistas do Exército John A. Byrnes (27 anos) e Richard Leroy McKinley (22 anos), e o eletricista de construção Seabee da Marinha de primeira classe (CE1) Richard C. Legg (26 anos).
Mais tarde, foi estabelecido que Byrnes (o operador do reator) havia levantado a haste e causado a excursão, Legg (o supervisor de turno) estava de pé no topo da embarcação do reator e foi empalado e preso ao teto, e McKinley, o estagiário que estava nas proximidades, foi mais tarde encontrado vivo por equipes de resgate. Todos os três homens sucumbiram aos ferimentos de traumas físicos; a radiação da excursão nuclear não teria dado aos homens nenhuma chance de sobrevivência.
Este foi o único incidente fatal em um reator de energia nuclear dos EUA, que destruiu o reator. Este incidente foi importante no desenvolvimento de energia comercial porque projetos futuros impediram que o núcleo ficasse crítico com a remoção de uma única haste.
PM-2A
Camp Century , Groenlândia
  • PM-2A: 2 MW elétricos, mais aquecimento. Camp Century , Groenlândia. Criticidade inicial 3 de outubro de 1960. O primeiro reator nuclear "portátil". Trazido para a Groenlândia em partes, montado, operado, desmontado, enviado de volta para os Estados Unidos. O PM-2A em Camp Century foi projetado pela American Locomotive Company para demonstrar a capacidade de montar uma usina nuclear a partir de componentes pré-fabricados em um local remoto e ártico. O PM-2A operou com um enriquecimento de urânio-235 de 93 por cento. Ele alimentou com sucesso o Camp Century por 3 anos. O vaso de pressão também foi usado para investigar a fragilização por nêutrons em aço carbono. Esta fábrica foi fechada em 1963-1964. No entanto, apesar dos sucessos do reator, o Projeto Iceworm nunca foi colocado em campo e Camp Century foi posteriormente abandonado.
  • ML-1 : primeiro turbina a gás de ciclo fechado. A criticidade inicial foi em 30 de março de 1961. Projetado para 300 kW, mas atingiu apenas 140 kW. Operado por apenas algumas centenas de horas de teste. O ML-1 foi projetado pela Aerojet General Corporation para testar um pacote de reator integrado que era transportável por semirreboques militares, vagões-plataforma ferroviários e barcaças. Este reator foi encerrado em 1965.
Usina Nuclear PM-1, Estação da Força Aérea de Sundance
  • PM-1: 1,25 MW elétrico, mais aquecimento. Estação da Força Aérea de Sundance , Wyoming. Pertencente à Força Aérea, este reator de água pressurizada foi usado para alimentar uma estação de radar. A crítica inicial foi em 25 de fevereiro de 1962. O PM-1 foi projetado pela Martin Company e forneceu energia elétrica para o 731º Esquadrão de Radar do Comando de Defesa Aérea da América do Norte (NORAD). Esta planta foi fechada em 1968. A PM-1 operou com um enriquecimento de urânio-235 de 93 por cento.

Estação PM-3A McMurdo, Antártica
  • PM-3A: 1,75 MW elétrico, mais aquecimento e dessalinização. Estação McMurdo , Antártica. Propriedade da Marinha. Criticidade inicial em 3 de março de 1962, desativado em 1972. O PM-3A, localizado em McMurdo Sound, Antártica, foi projetado pela Martin Company para fornecer energia elétrica e aquecimento a vapor para a Naval Air Facility em McMurdo Sound. O PM-3A operou com um enriquecimento de urânio-235 de 93 por cento.
    O PM-3A (Portátil, Média potência, 3ª geração) foi uma planta instalada para fornecer energia para a Base McMurdo na Antártica. Durante 1970-1971, atingiu um recorde mundial de corrida de energia. Foi uma das primeiras usinas em terra a usar equipamentos de estado sólido. O PM-3A não era operado pelo Exército, mas estava sob o comando do NAVFAC (Naval Facilities Engineering Command), divisão de energia baseada em terra da Marinha dos Estados Unidos. Embora a maioria do pessoal fosse da Marinha, o PM-3A era um serviço triplo. Para 1970-1971, havia um Sargento do Exército e um Sargento da Força Aérea estacionados com a tripulação. A planta foi resfriada a ar com condensadores e ventiladores funcionando com glicol. O calor residual também foi usado para dessalinização usando destilação flash a vácuo. O reator foi localizado em tanques enterrados no solo.
    A planta sofreu uma série de problemas, incluindo um incêndio e vazamento de refrigerante. Foi fechada em setembro de 1972. Após o descomissionamento, a planta foi cortada em pedaços e transportada para os EUA para sepultamento. O solo ao redor dos tanques havia se tornado radioativo, por isso também foi removido e transportado para a Base Naval de Port Hueneme, na Califórnia, onde foi incorporado ao pavimento asfáltico.
SM-1A
Ft. Greely, Alasca
  • SM-1A: 2 MW elétricos, mais aquecimento. Fort Greely, Alasca . Criticidade inicial 13 de março de 1962. O SM-1A em Ft. Greely, Alasca, foi projetada pela ALCO Products e foi a primeira instalação de campo desenvolvida no Programa de Energia Nuclear do Exército. Este local foi selecionado para desenvolver métodos de construção em um local remoto do Ártico. Esta planta foi fechada em 1972. SM-1A operou com um enriquecimento de urânio-235 de 93 por cento.
MH-1A
Power Barge Sturgis, Gunston Cove, Ft. Belvoir,
Simulador de sala de controle MH-1A
  • MH-1A : 10 MW elétricos, mais abastecimento de água doce para a base adjacente. Montado no Sturgis , uma barcaça (sem sistemas de propulsão) convertida de um navio Liberty e ancorada na Zona do Canal do Panamá . Criticidade inicial em Ft. Belvoir (em Gunston Cove, próximo ao Rio Potomac), 24 de janeiro de 1967. Foi a última das oito usinas a encerrar definitivamente as operações. O MH-1A foi projetado por Martin Marietta Corporation. Permaneceu atracado no Lago Gatún no Canal do Panamá de 1968 até 1977, quando foi rebocado de volta para Fort. Belvoir para descomissionamento. Ele foi transferido para a Frota da Reserva do James River em 1978, para os esperados 50 anos de SAFSTOR . Este reator usava urânio de baixo enriquecimento (LEU) na faixa de 4 a 7 por cento. O MH-1A tinha um elaborado simulador alimentado por computador analógico instalado na Divisão de Treinamento, USAERG, Ft. Belvoir. O simulador MH-1A foi obtido pelo Centro de Estudos Nucleares da Universidade do Estado de Memphis no início dos anos 1980, mas nunca foi restaurado ou retornou ao serviço operacional. Seu desmantelamento foi concluído em março de 2019.
  • MM-1: ~ 2,5 MW elétricos, conceitualizado, mas nunca construído. Concebido como o "Reator Compacto Militar". Um reator refrigerado a metal líquido montado em caminhão, com tempos de inicialização e desligamento mais curtos. Não exigindo blindagem da Terra ou zonas de exclusão para proteger os operadores da radiação. Com seu núcleo de reator contendo a energia equivalente a mais de 8 milhões de libras de gasolina . Previsto para ter densidade de potência mais alta; sua produção de energia significava que, pela primeira vez, o motor pesaria menos do que um gerador a diesel de produção comparável. Embora inicialmente destinado a bases de força e operações de campo, o programa foi transferido para o "Conceito de Depósito de Energia" do Exército para investigar a produção de combustíveis sintéticos. O reator e reboques associados produziriam combustíveis líquidos para tanques, caminhões, veículos blindados de transporte de pessoal e aeronaves e reduziriam drasticamente a vulnerável cadeia de abastecimento logístico do petróleo. Os reboques associados usariam processos de conversão química para converter a energia de calor residual do reator em combustíveis úteis usando elementos universalmente encontrados no ar e na água ( hidrogênio , oxigênio , nitrogênio e carbono ), potencialmente produzindo metanol , hidrogênio líquido e / ou amônia .

Chave para os códigos:

  • Primeira letra: S - estacionário, M - móvel, P - portátil.
  • Segunda letra: H - alta potência, M - potência média, L - potência baixa.
  • Dígito: número de sequência.
  • Terceira letra: A indica instalação em campo.

Dos oito construídos, seis produziram energia operacionalmente útil por um período prolongado. Muitos dos projetos foram baseados em reatores da Marinha dos Estados Unidos , que foram projetos de reatores compactos comprovados.

Linha do tempo

SM-1
SM-1A
SL-1
PM-1
PM-2A
PM-3A
MH-1A
ML-1
│
1954
│
1955
│
1956
│
1957
│
1958
│
1959
│
1960
│
1961
│
1962
│
1963
│
1964
│
1965
│
1966
│
1967
│
1968
│
1969
│
1970
│
1971
│
1972
│
1973
│
1974
│
1975
Criticidade inicial para desligamento (aproximado)

Realizações significativas

As referências para esta lista incluem o documento DOE, o livro Suid e o Briefing Book.

  • Projetos detalhados para reatores de água pressurizada e fervente, bem como reatores resfriados a gás e metal líquido.
  • Primeira usina nuclear com estrutura de contenção (SM-1)
  • Primeiro uso de aço inoxidável para revestimento de elemento de combustível (SM-1)
  • Primeira usina nuclear nos EUA a fornecer energia elétrica a uma rede comercial (SM-1)
  • Primeiro recozimento do vaso do reator no local, usando fonte de calor nuclear, nos EUA (SM-1A)
  • Primeira substituição de gerador de vapor nos EUA (SM-1A)
  • Primeira contenção de supressão de pressão (SM-1A)
  • Primeira usina elétrica de reator de água fervente operacional (SL-1)
  • Primeira usina nuclear modular, portátil e pré-embalada a ser instalada, operada e removida (PM-2A)
  • Primeiro uso de energia nuclear para dessalinização (PM-3A)
  • Primeira usina nuclear móvel, transportável por terra (ML-1)
  • Primeiro ciclo de turbina a gás de circuito fechado movido a energia nuclear (Brayton) (ML-1)
  • Primeira usina nuclear flutuante (montada em barcaça) (MH-1A)

Treinamento de operadores de usinas nucleares

O Curso de Operador de Usina Nuclear (NPPOC) foi realizado em Ft. Belvoir. Os candidatos para o programa eram homens alistados que tinham que se comprometer a servir por um período mínimo de dois anos após a conclusão do treinamento. Os requisitos para admissão ao NPPOC incluíam notas em testes de aptidão pelo menos tão rigorosas quanto as exigidas para admissão à Escola de Candidatos a Oficial. Mais de 1.000 operadores de usinas nucleares foram licenciados entre os anos de 1958 a 1977. O NPPOC foi um curso de um ano intenso e academicamente desafiador.

Veja também

Referências

links externos