Clementine era el nombre en clave del primer reactor de neutrones rápidos del mundo , también conocido como reactor de plutonio rápido de Los Alamos . Era un reactor a escala experimental. La potencia máxima fue de 25 kW y se alimentó con plutonio y se enfrió con mercurio líquido . Clementine estaba ubicada en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Los Alamos, Nuevo México . Clementine fue diseñado y construido en 1945-1946 y alcanzó la criticidad por primera vez en 1946 [1] y su potencia máxima en marzo de 1949. [2] El reactor recibió su nombre de la canción " Oh My Darling, Clementine. "Las similitudes con la canción eran que el reactor estaba ubicado en un cañón profundo y los operadores del reactor eran 49'ers, ya que 49 (últimos dígitos del elemento 94, isótopo 239) era uno de los nombres en clave del plutonio en ese momento. [3]
El objetivo principal de Clementine era determinar las propiedades nucleares de los materiales para la investigación de armas nucleares después del proyecto Manhattan . Se realizaron otros experimentos en el reactor, incluida la investigación de la viabilidad de los reactores reproductores civiles y la medición de secciones transversales de neutrones de diversos materiales.
Diseño del núcleo
El núcleo estaba contenido en un cilindro de acero dulce de 117 cm (46 pulgadas) de largo que tenía un diámetro interior de 15,2 cm (6,0 pulgadas) y una pared de 0,6 cm (0,24 pulgadas) de espesor. El conjunto de combustible tenía 15 cm (5,9 pulgadas) de diámetro, 14 cm (5,5 pulgadas) de alto y contenía 55 elementos combustibles. Cada elemento combustible estaba compuesto de plutonio-239 en fase δ . Cada uno tenía 1,64 cm (0,65 pulgadas) de diámetro y 14 cm (5,5 pulgadas) de largo. Los elementos combustibles estaban revestidos de acero al carbono liso de 0,5 milímetros (0,020 pulgadas) de espesor. El núcleo estaba ubicado en la parte inferior del cilindro de acero.
El núcleo se enfrió con mercurio líquido . La potencia térmica máxima fue de 25 kW. El mercurio se hizo circular a través del núcleo y salió a un intercambiador de calor de mercurio-agua a un caudal máximo de 0,15 litros por segundo (0,040 USgal / s) mediante una bomba electromagnética de inducción sin partes móviles. [4]
Estructura de blindaje y soporte
El núcleo del reactor estaba envuelto en una serie de reflectores de neutrones y estructuras de blindaje, comenzando con una capa cilíndrica de 15 cm (6 pulgadas) de espesor de uranio natural que rodeaba inmediatamente el núcleo. Esta manta estaba abierta en la parte superior e inferior y se podía mover hacia arriba y hacia abajo. A continuación, se encontraba un reflector de acero de 15,2 cm (6 pulgadas) de espesor y 10 cm (4 pulgadas) de plomo. Finalmente, la mayor parte del reactor estaba rodeada por múltiples laminaciones de acero y plástico de boro. Todo este conjunto estaba rodeado y sostenido por una gruesa carcasa de hormigón que proporcionaba un blindaje adicional. Varios agujeros atravesaban el blindaje para proporcionar neutrones rápidos a los diversos experimentos de física . [5]
Control de reactores
El reactor fue el primer reactor en demostrar el control de la reacción mediante el control de neutrones retardados , [5] [6] esto fue más una función de ser uno de los primeros reactores, más que una característica de diseño especial. El control se logró por varios medios. La manta de uranio descrita anteriormente se podría subir y bajar. 238 U es un buen reflector de neutrones , por lo que la posición del manto controlaba el número de neutrones disponibles para la reacción. Cuando se levantó la capa, se reflejaron más neutrones hacia el núcleo, lo que provocó un mayor número de fisiones y, en consecuencia, una mayor producción de energía. [5]
Además, había dos barras de apagado / control compuestas de uranio natural y boro que estaba enriquecido en el isótopo boro-10 . 10 B es un veneno de neutrones muy eficaz que podría insertarse para controlar y detener la reacción.
El cierre del reactor implicó dejar caer simultáneamente la capa de uranio e insertar las dos barras de control en el centro, lo que absorbió neutrones y envenenó la reacción. Hasta otros 20 orificios estaban disponibles en el núcleo para configuraciones experimentales o control adicional o barras de combustible. [5]
Uso y apagado
Clementine operó con éxito desde 1946 hasta 1950, cuando el reactor se apagó para corregir un problema con las varillas de control y calzas. Durante este cierre se observó que una de las varillas de uranio natural se había roto. Fue reemplazado y el reactor se reinició. [4]
Se volvió a operar con éxito hasta 1952 cuando se rompió el revestimiento de una de las barras de combustible. Esto provocó la contaminación del circuito de enfriamiento primario con plutonio y otros productos de fisión . En este momento se decidió que se habían logrado todos los objetivos principales de Clementine y el reactor fue apagado y desmantelado permanentemente. [4]
Resultados del experimento Clementine
La experiencia y los datos proporcionados por el funcionamiento del reactor Clementine fueron muy útiles tanto para aplicaciones militares como civiles. Uno de los logros notables del proyecto Clementine incluyó mediciones de las secciones transversales de neutrones totales de 41 elementos con una precisión del 10%. Además, Clementine brindó una experiencia invaluable en el control y diseño de reactores de neutrones rápidos. También se determinó que el mercurio no era un medio de enfriamiento ideal para este tipo de reactor debido a sus malas características de transferencia de calor. [4]
Especificaciones
- Tipo: reactor de neutrones rápido
- Combustible: plutonio-239
- Refrigerante: mercurio a 2 kilogramos por segundo (260 lb / min) como máximo.
- Moderador: ninguno
- Blindaje: múltiples capas de uranio-238, acero, plomo y plástico impregnado de boro.
- Potencia: 25 kW máximo.
- Temperatura del núcleo: entrada 38 ° C (100 ° F), salida 121 ° C (250 ° F), núcleo máximo 135 ° C (275 ° F) [5]
Ver también
Referencias
- ^ "Hitos en la historia del laboratorio nacional de Los Alamos" (PDF) . Ciencia de Los Alamos . Laboratorio Nacional de Los Alamos. 21 . 1993.
- ^ Jurney, Edward Thornton (1 de mayo de 1954). "El reactor rápido de plutonio de Los Alamos" . Reactores: investigación y energía . LA-1679 . Consultado el 5 de enero de 2021 .
- ^ Bunker, Merle E. (invierno-primavera de 1983). "Los primeros reactores de la caldera de agua de Fermi a los nuevos prototipos de energía" (PDF) . Ciencia de Los Alamos . Laboratorio Nacional de Los Alamos: 127.
- ^ a b c d Bunker, Merle E. (invierno-primavera de 1983). "Los primeros reactores de la caldera de agua de Fermi a los nuevos prototipos de energía" (PDF) . Ciencia de Los Alamos . Laboratorio Nacional de Los Alamos: 128.
- ^ a b c d e Adams, Steven R. (octubre de 1985). Teoría, diseño y operación de reactores reproductores rápidos de metal líquido, incluida la física de la salud operativa (Informe). NUREG / CR-4375, EGG-2415. Laboratorio Nacional de Ingeniería de Idaho. pag. A44.
- ^ Bell, Charles R. (marzo de 2007). "Seguridad del reactor reproductor: modelado de lo imposible" (PDF) . Ciencia de Los Alamos : 102.