Programa de reatores da North Carolina State University - North Carolina State University reactor program
| Pulstar | |
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.jpg) Imagem do reator R-1 durante a construção
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| Instituição Operacional | Universidade Estadual da Carolina do Norte |
| Localização | Raleigh , Carolina do Norte |
| Tipo | piscina |
| Poder | 1 MW (térmico) |
| Construção e manutenção | |
| Custo de construção | $ 1,5 milhões de dólares |
| Começou a construção | 1 ° de junho de 1969 |
| Primeira crítica | 1 ° de janeiro de 1972 |
| Funcionários | 7 |
| Operadores | 3 |
| Especificações técnicas | |
| Fluxo térmico máximo | 1,1e13 n / cm ^ 2-s |
| Tipo de combustível | U0 2 pelotas, rede de pinos |
| Resfriamento | n / cm ^ 2-s |
| Moderador de nêutrons | água leve |
| Refletor de nêutrons | grafite , berílio |
| Hastes de controle | 4 hastes |
| Material de Revestimento | Liga de zircônio |
| Fonte (s): Dados do Banco de Dados de Reatores da IAEA de 04/09/2002 | |
A North Carolina State University em 1950 fundou o primeiro programa universitário de reatores e currículo de Engenharia Nuclear nos Estados Unidos. O programa continua no início do século 21. Naquele ano, os administradores do NC State College aprovaram a construção de um reator e o estabelecimento de um programa colegiado de engenharia nuclear. O primeiro reator de pesquisa foi concluído em 1953; foi ampliado em 1957 e 1960 (referido como R-1 , R-2 e R-3 ). Foi desativado em 1973 para dar lugar ao reator PULSTAR . O antigo reator foi desativado.
O PULSTAR é usado para vários fins, incluindo treinamento e pesquisa. O reator está localizado nos laboratórios da Burlington Engineering no campus principal da NCSU . Esta instalação foi construída para abrigar o primeiro reator e depois expandida e renomeada quando o PULSTAR foi construído. O reator atual é um dos dois reatores PULSTAR construídos e o único ainda em operação. O outro reator era um reator de 2 MW da Universidade Estadual de Nova York em Buffalo . Tornou-se crítico em 1964 e foi desativado em 1994.
Operações atuais do reator
O reator PULSTAR está situado ao longo da Engineering Row no campus principal, cercado por Mann Hall , Daniels , Polk Hall e um parque. O reator tem um prédio dedicado e usa uma torre de resfriamento; ele libera vapor de água quando o reator está em alta potência. Este edifício não é um edifício de contenção , mas mantém uma pressão negativa para evitar qualquer liberação de material radioativo. O reator pode funcionar com potência de até 100 kW em circulação natural, ou 1 Megawatt (MW) com o uso de bombas.
O reator enriquece o currículo do departamento , proporcionando experiência prática e treinamento para os alunos. Em 2002, o número de matrículas no departamento era de 72 alunos de graduação, 15 alunos de mestrado e 22 alunos de doutorado, todos usando o reator. Além disso, 34 pesquisas fora da Engenharia Nuclear usam o reator e as instalações associadas.
O principal objetivo de pesquisa do reator é fornecer uma fonte de nêutrons para atividades como a análise de ativação de nêutrons . Por exemplo, irradiadores de cobalto-60 são usados por vários departamentos para esterilizar amostras biológicas. Ele também é usado para treinamento profissional para operadores e engenheiros de concessionárias de energia nuclear, estagiários do DOE e pessoal de proteção contra radiação local e estadual.
Este reator é adequado para duplicar o desempenho do combustível dos reatores de potência. O núcleo consiste em pinos de urânio de baixo enriquecimento que se destinam a ser muito semelhantes aos usados em usinas nucleares comerciais . Cinco portas de feixe são adjacentes ao núcleo do reator. Este reator é adequado para experimentos que requerem um grande fluxo de nêutrons porque o pico ocorre em torno da borda do núcleo devido à moderação. Em setembro de 2007, alunos, professores e funcionários produziram o feixe de pósitron operacional mais intenso em qualquer lugar do mundo.
O reator PULSTAR é uma instalação pública e oferece passeios frequentes com aviso prévio e autorização.
Em novembro de 2010, o reator PULSTAR foi vinculado ao departamento de engenharia nuclear da Jordan University of Science and Technology (JUST).
Incidentes
Um vazamento de água foi detectado na piscina, e o reator foi posteriormente desligado em 2 de julho de 2011. A taxa de vazamento foi de 10 galões americanos por hora (11 l / ks) (de um galão americano de 15.600 galões) piscina (59.000 l)), que está muito abaixo dos 350 galões americanos por hora (370 l / ks) que é obrigatório para ser oficialmente relatado ao regulador. O vazamento teria o tamanho de um "furo de alfinete" e exigia equipamento especial para ser detectado. Depois que o vazamento foi localizado e reparado, os técnicos devolveram o reator às operações normais.
História antiga
O primeiro reator fazia parte de um prédio de um andar chamado Burlington Nuclear Laboratories na época e atualmente conhecido como o antigo prédio dos Burlington Engineering Labs, que tem salas de aula ao redor da baía do reator. O prédio antigo ainda está em uso, com a baía do reator abrigando vários novos projetos. O próprio reator foi totalmente desativado e removido.
R-1
Em 1949, o Dr. Clifford K. Beck foi recrutado do Laboratório Nacional de Oak Ridge para se juntar ao corpo docente com planos de fazer do NCSU a primeira instituição acadêmica a operar um reator nuclear.
O primeiro reator em uma instituição acadêmica ficou crítico em 5 de setembro de 1953, aproximadamente quatro anos após o início da construção. Este reator foi apelidado de R-1 porque foi o primeiro reator de pesquisa universitária. Era um reator homogêneo de 10 kW usando sulfato de uranila altamente enriquecido como combustível. Ele operou por um curto período de tempo, mas foi desligado devido a problemas de corrosão que levam ao vazamento de combustível. Howard Blakeslee, editor de ciência do Associated Press Service, chamou o reator de Primeiro Templo do Átomo devido à natureza pública desse reator.
Em 1954, a construção do Laboratório Nuclear de Burlington começou com fundos da AEC e da Burlington Mills . O objetivo deste edifício era abrigar o sucessor do R-1. Também em 1954 foram apresentados os primeiros dois PhDs em Engenharia Nuclear .
Em 1955, o Dr. Raymond L. Murray , outro recruta do Oak Ridge National Laboratory, juntou-se ao corpo docente, que mais tarde se tornou o chefe de departamento por mais tempo.
R-3
Em 1956 começaram os trabalhos de construção de um reator heterogêneo denominado R-3. Este projeto era para usar combustível do tipo placa do reator de teste de materiais em Burlington Nuclear Labs. Este reator operou com uma potência máxima de 100 kW.
No final da década de 1950, o Dr. Raymond L. Murray tornou-se chefe do departamento de Física Aplicada, onde também liderou o início de um programa educacional de engenharia nuclear. A decisão foi de oferecer o primeiro bacharelado em Engenharia Nuclear do país. Em 1956, Clifford Beck abandonou o programa para aceitar um cargo na Comissão de Energia Atômica em Washington. Raymond Murray e o professor Harold Lammonds assumiram a supervisão do programa nuclear.
Entre 1962 e 1964, a blindagem do reator R-3 foi estendida para permitir a operação em níveis de potência mais elevados e este reator aprimorado começou a operar em 1963, operando em um nível de potência em estado estacionário de 250 kW. Este reator se tornou uma parte importante do programa de ensino de engenharia nuclear e também começou a fornecer alguns serviços na produção de radioisótopos e análise de ativação de nêutrons.
Em 1963, Raymond Murray renunciou ao cargo de chefe de Física Aplicada para se tornar Chefe do Departamento de Engenharia Nuclear. Simultaneamente a esta decisão, o Departamento de Engenharia Nuclear foi transferido da Física Aplicada para a Escola de Engenharia, então chefiada pelo Dr. Ralph E. Fadum, Reitor.
No final da década de 1960 e início da década de 1970, a Força Aérea e o Exército começaram a enviar alunos qualificados para o programa para obter o diploma de MS e, mais tarde, equipar os programas nucleares em suas próprias organizações. Na década de 70, o programa NESEP ( Programa de Educação Científica Naval Enlisted ) trouxe um número de homens alistados bem qualificados para o programa nuclear para obter diplomas de graduação e vários países estrangeiros contribuíram com alunos para obter diplomas de BS, MS ou PhD e depois retornar seus respectivos países.
No momento do desligamento, o reator atingiu um total de 2 megawatts-dias de operação.
História após a construção do PULSTAR
Discussões internas dentro da Engenharia Nuclear abordaram as escolhas de atualizar o reator R-3 para ensino e pesquisa ou desligá-lo para substituí-lo por um reator inteiramente novo. O Dr. Martin Welt defendeu o último ponto de vista, e essa posição foi adotada pelo departamento.
Uma nova adição de 3 andares ao Burlington Labs foi construída (conhecida como o novo edifício). Entre ele e o prédio antigo, um prédio do reator foi construído, junto com uma doca de carga e uma passarela que ligava os prédios novos e antigos. O prédio do reator abrigava o reator nuclear pool de 1 MW fabricado pela AMF e conhecido como o reator "Pulstar". Foi nomeado por sua capacidade de pulsação, pela qual pode com segurança se tornar superpronto crítico e produzir pulsos muito curtos de radiação. O reator entrou em operação em 25 de agosto de 1972, substituindo a série anterior. Os custos iniciais foram relatados em 1,5 M US $.
Na década de 1980, foram acrescentadas as instalações Prompt Gamma e Neutron Radiography. A facilidade gama imediata executa a análise de elementos que emitem assinaturas características imediatamente na captura de nêutrons. A facilidade de radiografia de nêutrons fornece recursos de imagem para a diferença fundamental na interação de nêutrons com núcleos em comparação com a interação de raios-x e elétrons.
Em 1997, a Comissão Reguladora Nuclear aprovou uma extensão de licença de 20 anos.
O reator Pulstar está atualmente funcionando a 1 MW, que é a potência máxima que ele pode atingir legalmente. Tem planos de mover até 2 MW no futuro. Os preparativos estão feitos e tudo o que eles estão esperando é a aprovação. Mudar para 2 MW permitirá que mais pesquisas sejam feitas com mais radiação e potência.
Instalações
Neutron Imaging Facility
A radiografia de nêutrons é uma técnica de imagem não destrutiva poderosa para a avaliação interna de materiais ou componentes. Envolve a atenuação de um feixe de nêutrons por um objeto a ser radiografado e o registro do processo de atenuação (como uma imagem) digitalmente ou em filme. A radiografia de nêutrons é semelhante em princípio à radiografia de raios-X e é complementar na natureza das informações fornecidas. As interações dos raios X e nêutrons com a matéria são fundamentalmente diferentes, porém, formando a base de muitas aplicações exclusivas que usam nêutrons. Enquanto os raios X interagem com a nuvem de elétrons ao redor do núcleo de um átomo, os nêutrons interagem com o próprio núcleo. Para obter mais informações, consulte radiologia de nêutrons .
Fonte de nêutrons ultrafrios
A Fonte de Nêutrons Ultra Frios (UCNS) usa nêutrons produzidos no reator, desacelerando-os através de uma câmara de metano e outros materiais e os mantém em um tanque de D 2 O. Esta adição é essencialmente uma derivação de nêutrons de uma porta de feixe adjacente ao a reação para fazer esta pesquisa.