Reator de água leve australiano de piscina aberta - Open-pool Australian lightwater reactor

O reator de água leve australiano de piscina aberta ( OPAL ) é um reator de pesquisa nuclear de piscina de 20  megawatts (MW) . Inaugurado oficialmente em abril de 2007, ele substituiu o reator australiano de alto fluxo como o único reator nuclear da Austrália e está localizado no estabelecimento de pesquisa da Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO) em Lucas Heights, New South Wales , um subúrbio de Sydney . Tanto o OPAL quanto seu antecessor são comumente conhecidos como simplesmente o reator Lucas Heights , devido à sua localização.

Funções

Os principais usos do reator são:

O reator funciona em um ciclo de operação de 30 dias ininterruptos em potência máxima, seguido por uma parada de 5 dias para remanejar o combustível.

Durante o ano de 2014, o OPAL funcionou um total de 290 dias na alimentação e mais de 300 dias em 2015.

História

A empresa argentina INVAP foi integralmente responsável através de um contrato chave na mão , assinado em junho de 2000, pela entrega do reator, executando o projeto, construção e comissionamento. A construção civil local foi executada pelo sócio da INVAP, John Holland - Evans Deakin Industries. A instalação possui uma grande fonte de nêutrons de deutério líquido (20 litros (4,4 imp gal; 5,3 US gal)), guias de superespelhos modernos e um corredor de guia de 35 por 65 metros (115 pés x 213 pés). A fonte fria foi projetada pelo Instituto de Física Nuclear de Petersburgo, o sistema criogênico projetado e fornecido pela Air Liquide e o conjunto inicial de quatro guias de superespelhos fornecidos pela Mirrotron.

Em 17 de dezembro de 2001, 46 ativistas do Greenpeace ocuparam as instalações de Lucas Heights para protestar contra a construção da OPAL. Os manifestantes tiveram acesso ao terreno, ao reator HIFAR, ao depósito de lixo radioativo de alto nível e à torre de rádio. O protesto destacou os riscos ambientais e de segurança da produção de materiais nucleares e do transporte de resíduos radioativos da instalação.

O OPAL foi inaugurado em 20 de abril de 2007 pelo então primeiro-ministro australiano John Howard e é o substituto do reator HIFAR . A ANSTO recebeu uma licença de operação da Agência Australiana de Proteção contra Radiação e Segurança Nuclear (ARPANSA) em julho de 2006, permitindo o início do comissionamento a quente, onde o combustível é primeiro carregado no núcleo do reator. O OPAL atingiu o estado crítico pela primeira vez na noite de 12 de agosto de 2006 e atingiu a potência máxima pela primeira vez na manhã de 3 de novembro de 2006.

Detalhes das instalações

O reator OPAL se agrupa. Feito de aço inoxidável e com 4,5 metros (15 pés) de largura, ele contém água desmineralizada usada para proteção e resfriamento.

O núcleo do reator consiste em 16 conjuntos de combustível do tipo placa de baixo enriquecimento e está localizado a menos de 13 metros (43 pés) de água em uma piscina aberta. Água leve (H 2 O normal ) é usada como refrigerante e moderador, enquanto água pesada (D 2 O) é usada como refletor de nêutrons . O objetivo do refletor de nêutrons é melhorar a economia de nêutrons no reator e, portanto, aumentar o fluxo máximo de nêutrons.

Opala é a peça central das facilidades para ANSTO, proporcionando radiofármaco e radioisótopo produção, irradiação serviços (incluindo neutrões transmutação dopagem de silício), análise de activação de neutrões e feixe de neutrões pesquisa. O OPAL é capaz de produzir quatro vezes mais radioisótopos para tratamentos de medicina nuclear do que o antigo reator HIFAR , e uma gama mais ampla de radioisótopos para o tratamento de doenças. O design moderno inclui uma fonte de nêutrons frios (CNS).

O reator OPAL já recebeu sete prêmios na Austrália.

Espalhamento de nêutrons em OPAL

O Instituto Bragg da ANSTO hospeda a instalação de espalhamento de nêutrons da OPAL . Agora está funcionando como uma instalação de usuário servindo à comunidade científica na Austrália e em todo o mundo. Novo financiamento foi recebido em 2009, a fim de instalar mais instrumentos competitivos e linhas de luz. A instalação real compreende os seguintes instrumentos:

ECHIDNA

Desenho de engenharia do difratômetro de pó de alta resolução ECHIDNA (agosto de 2003)
O monocromador Ge-115 foi adquirido do Laboratório Nacional de Brookhaven .

ECHIDNA é o nome do difratômetro de pó de nêutrons de alta resolução . O instrumento serve para determinar as estruturas cristalinas de materiais usando radiação de nêutrons análoga às técnicas de raios-X. Seu nome vem da equidna monotremata australiana , já que os picos espinhosos do instrumento se parecem com uma equidna.

Ele opera com nêutrons térmicos . Uma das principais características é a matriz de 128 colimadores e detectores sensíveis à posição para aquisição rápida de dados. ECHIDNA permite determinações de estrutura, medições de textura e mapeamento de espaço recíproco de cristais únicos na maioria dos ambientes de amostra diferentes atendendo às comunidades de física, química, materiais, minerais e ciências da terra. ECHIDNA faz parte do parque de instrumentos de espalhamento de nêutrons do Instituto Bragg .

Componentes

  • Guia de nêutrons
    O instrumento está localizado na guia de nêutrons térmicos TG1 do reator OPAL. A distância do reator é de 58 metros (190 pés). A posição é a segunda na guia após o instrumento WOMBAT . O tamanho da guia é de 300 milímetros (12 pol.) De altura por 50 milímetros (2,0 pol.) De largura e é revestida com revestimentos de superespelho .
  • Colimador primário
    Existem colimadores Söller anteriores ao monocromador para reduzir a divergência do feixe e aumentar a resolução angular do instrumento. Uma vez que este é um compromisso de intensidade, dois itens de 5 ' e 10' , respectivamente, podem ser trocados ou totalmente removidos por um mecanismo automatizado. Os colimadores cobrem o tamanho total do feixe fornecido pelo guia de nêutrons.
  • Monocromador
    O monocromador é feito de placas de [115] cristais de germânio orientados que são inclinados em direção ao outro para focalizar o feixe refletido de Bragg. O dispositivo foi adquirido do Laboratório Nacional de Brookhaven, nos Estados Unidos, após o desligamento de sua instalação de nêutrons.
  • Colimador secundário
    Opcionalmente, um colimador secundário com aceitação angular de 10 ' e 200 por 20 milímetros (7,87 pol × 0,79 pol.) Pode ser colocado no feixe monocromático entre o monocromador e a amostra, o que novamente influencia a função de resolução do instrumento.
  • Sistema de fenda
    Dois conjuntos automatizados de pares horizontais e verticais de placas absorventes permitem reduzir o tamanho do feixe monocromático antes do colimador secundário e do tamanho da amostra. Eles removem nêutrons indesejados e reduzem o fundo perto do detector. Além disso, permitem a seleção da posição da amostra a ser estudada.
  • Monitor de feixe
    Um monitor de fissão 235 U mede a quantidade de nêutrons incidentes na amostra. A eficiência é de 10 −4 e a maioria dos nêutrons atravessa o dispositivo sem perturbações. As contagens do monitor são importantes para corrigir as variações do fluxo do feixe devido a mudanças no reator ou no instrumento a montante.
  • Estágio de amostra
    A amostra é suportada por um goniômetro de carga pesada que consiste em um eixo de rotação ômega vertical de 360 ​​°, tabelas de tradução xy e um estágio de inclinação cruzada chi-phi de ± 20 °. Pode conter algumas centenas de quilos para suportar ambientes de amostra mais pesados, como criostatos, fornos, ímãs, quadros de reação, câmaras de reação e outros. Uma amostra típica de pó é colocada em latas de vanádio que fornecem pouco fundo não estruturado. O ambiente de amostra mencionado permite a medição de mudanças na amostra em função de parâmetros externos, como temperatura, pressão, campo magnético, etc. O estágio do goniômetro é redundante para a maioria das medições de difração de pó, mas será importante para cristal único e medições de textura, onde a orientação da amostra desempenha um papel.
  • Colimadores detectores
    Um conjunto de 128 detectores, cada um equipado com um colimador 5 'na frente, estão dispostos em um setor de 160 ° com foco na amostra. Os colimadores selecionam a radiação espalhada nas faixas bem definidas de 128 posições angulares. Todo o colimador e a configuração do detector são montados em uma mesa comum que é varrida em etapas mais finas ao redor da amostra, para ser combinada em um padrão de difração contínuo.
  • Tubos detectores
    Os 128 tubos detectores de gás 3 He sensíveis à posição linear cobrem toda a altura de abertura de 300 milímetros (12 pol.) Atrás dos colimadores. Eles determinam a posição do evento de nêutron por divisão de carga sobre o ânodo resistivo em direção a cada extremidade do detector. As taxas de contagem geral e local estão na faixa de vários 10.000 Hz.

PLATYPUS

PLATYPUS é um refletômetro de tempo de vôo construído na fonte de nêutrons frios . O instrumento serve para determinar a estrutura de interfaces usando feixes de nêutrons altamente colimados . Esses feixes são direcionados à superfície em ângulos baixos (normalmente menos de 2 graus) e a intensidade da radiação refletida é medida em função do ângulo de incidência.

Ele opera usando nêutrons frios com uma banda de comprimento de onda de 0,2–2,0 nm. Embora sejam necessários até três ângulos de incidência diferentes para cada curva de refletividade, a natureza do tempo de vôo significa que as escalas de tempo dos processos cinéticos estão acessíveis. Ao analisar o sinal refletido, constrói-se uma imagem da estrutura química da interface. Este instrumento pode ser usado para examinar biomembranas, bicamadas lipídicas, magnetismo, camadas de surfactante adsorvido, etc.

tem o nome de Ornithorhynchus anatinus , o mamífero semi-aquático nativo da Austrália.

WOMBAT

WOMBAT é um difratômetro de pó de nêutrons de alta intensidade . O instrumento serve para determinar as estruturas cristalinas de materiais usando radiação de nêutrons análoga às técnicas de raios-X. Seu nome vem do wombat , um marsupial nativo da Austrália.

Ele operará com nêutrons térmicos . Ele foi projetado para o mais alto fluxo e velocidade de aquisição de dados, a fim de fornecer padrões de difração resolvidos no tempo em uma fração de segundo. Wombat se concentrará em estudos in-situ e investigações críticas de tempo, como determinações de estrutura, medições de textura e mapeamento espacial recíproco de cristais únicos nos mais diferentes ambientes de amostra servindo às comunidades de física, química, materiais, minerais e ciências da terra.

KOWARI

KOWARI é um difratômetro de tensão residual de nêutrons . A varredura de deformação usando nêutrons térmicos é uma técnica de difração de pó em um bloco policristalino de material que analisa a alteração do espaçamento atômico devido ao estresse interno ou externo . Tem o nome de kowari , um marsupial australiano.

Ele fornece uma ferramenta de diagnóstico não destrutiva para otimizar, por exemplo, tratamento térmico pós-soldagem (PWHT, semelhante ao revenimento ) de estruturas soldadas. As tensões de tração, por exemplo, impulsionam o crescimento de rachaduras em componentes de engenharia e as tensões de compressão inibem o crescimento de rachaduras (por exemplo, furos expandidos a frio sujeitos a ciclos de fadiga). As estratégias de extensão de vida têm alto impacto econômico e a varredura de deformação fornece as tensões necessárias para calcular a vida útil restante, bem como os meios para monitorar a condição dos componentes, uma vez que não é destrutiva. Uma das principais características é a mesa de amostra que permitirá o exame de grandes componentes de engenharia enquanto os orienta e posiciona com muita precisão.

Outros

  • TAIPAN - Espectrômetro Térmico de 3 Eixos
  • KOALA - Difratômetro Laue
  • QUOKKA - Dispersão de Nêutrons de Pequeno Ângulo
  • PELICAN - Espectrômetro de tempo de vôo de nêutrons frios
  • SIKA - Espectrômetro Frio de 3 Eixos
  • KOOKABURRA - Espalhamento de Nêutrons de Ângulo Ultra Pequeno (USANS)
  • DINGO - Radiografia, tomografia e imagem de nêutrons

Desempenho

Durante os estágios iniciais de teste e comissionamento, cada equipamento e sistema foi testado isolado e, em seguida, de maneira integrada. Os primeiros testes foram realizados sem combustível nuclear carregado no núcleo e, em seguida, um plano cuidadoso foi seguido para carregar o combustível nuclear no núcleo do reator e alcançar uma cadeia nuclear pela primeira vez. Etapas sucessivas de aumento de potência foram seguidas para fazer o reator funcionar com potência total. Uma vez concluído o comissionamento, o Órgão Regulador Nuclear Australiano (ARPANSA) emitiu uma licença que autoriza sua operação a plena potência. Durante os primeiros ciclos de operação, seguiu-se um período típico de dentição de um projeto pioneiro. O reator tem se mostrado um fornecedor confiável de radiofármacos , servindo também como fonte de nêutrons para a realização de atividades de pesquisa de materiais utilizando os diversos instrumentos.

Desde o comissionamento, o reator tem funcionado com uma disponibilidade muito alta, durante o período de 2012-13 operou 265 dias em potência total (incluindo um período de manutenção de rotina estendido), durante 2013-14 por 294 dias em potência total e durante 2014- 15 operou 307 dias em potência máxima.

Em setembro de 2016, acumulou um total de 2.200 Dias de Full Power equivalentes. A cada 30 dias de ciclo operacional mais de 150 lotes de Silício são irradiados, o Mo99 é produzido regularmente para o mercado de medicina nuclear. OPAL entregou 4 milhões de doses. Com relação à pesquisa com nêutrons, o Australian Centre for Neutron Scattering (antigo Bragg Institute) possui mais de 120 cientistas e 13 instrumentos operacionais de feixe de nêutrons, e produziu mais de 600 trabalhos de pesquisa científica usando os nêutrons provenientes do núcleo OPAL.

Veja também

Referências

links externos

Coordenadas : 34 ° 03′05 ″ S 150 ° 58′44 ″ E  /  34,051339 ° S 150,978799 ° E  / -34,051339; 150.978799