La Universidad Estatal de Carolina del Norte fundó en 1950 el primer programa universitario de reactores y el plan de estudios de Ingeniería Nuclear en los Estados Unidos. El programa continúa a principios del siglo XXI. Ese año, los administradores de NC State College aprobaron la construcción de un reactor y el establecimiento de un programa colegiado de ingeniería nuclear. [2] El primer reactor de investigación se completó en 1953; [3] se amplió en 1957 y 1960 (denominados R-1 , R-2 y R-3 ). Fue desactivado en 1973 para dar paso al reactor PULSTAR . El antiguo reactor ha sido desmantelado.
Pulstar | |
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Institución operativa | Universidad Estatal de Carolina del Norte |
Localización | Raleigh , Carolina del Norte |
Tipo | piscina |
Energía | 1 MW (térmico) |
Construcción y mantenimiento | |
Costo de construcción | $ 1.5 millones de dólares |
Comenzó la construcción | 1 de junio de 1969 |
Primera criticidad | 1 de enero de 1972 |
Personal | 7 |
Operadores | 3 |
Especificaciones técnicas | |
Flujo térmico máximo | 1.1e13 n / cm ^ 2-s |
Tipo de combustible | U0 2 pellets, celosía de clavijas |
Enfriamiento | n / cm ^ 2-s |
Moderador de neutrones | agua ligera |
Reflector de neutrones | grafito , berilio |
Barras de control | 4 varillas |
Material de revestimiento | Aleación de circonio |
Fuente (s): Datos de la base de datos de reactores del OIEA de 2002-09-04 |
El PULSTAR se utiliza para una variedad de propósitos, incluida la capacitación y la investigación. El reactor está ubicado en los laboratorios de ingeniería de Burlington en el campus principal de NCSU . Esta instalación se construyó para albergar el primer reactor y luego se amplió y se le cambió el nombre cuando se construyó el PULSTAR. El reactor actual es uno de los dos reactores PULSTAR construidos y el único que sigue en funcionamiento. El otro reactor era un reactor de 2 MW en la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo . Se volvió crítico en 1964 y fue dado de baja en 1994. [4]
Operaciones actuales del reactor
El reactor PULSTAR está situado a lo largo de Engineering Row en el campus principal, rodeado por Mann Hall , Daniels , Polk Hall y un parque. El reactor tiene un edificio dedicado y usa una torre de enfriamiento; libera vapor de agua cuando el reactor está a alta potencia. Este edificio no es un edificio de contención , pero mantiene una presión negativa para evitar cualquier liberación de material radiactivo. El reactor puede funcionar hasta una potencia de 100 kW en circulación natural, o 1 Megavatio (MW) con el uso de bombas. [4]
El reactor enriquece los planes de estudio del departamento al proporcionar experiencia práctica y capacitación a los estudiantes. En 2002, la matrícula del departamento fue de 72 estudiantes de pregrado en total, 15 estudiantes de maestría y 22 estudiantes de doctorado, [5] todos los cuales usan el reactor. Además, 34 investigaciones fuera de Ingeniería Nuclear utilizan el reactor e instalaciones asociadas. [6]
El objetivo principal de la investigación del reactor es proporcionar una fuente de neutrones para actividades como el análisis de activación de neutrones . Por ejemplo, varios departamentos utilizan irradiadores de cobalto-60 para esterilizar muestras biológicas. También se utiliza para la capacitación profesional de operadores e ingenieros de servicios nucleares, pasantes del DOE y personal de protección radiológica estatal y local. [6]
Este reactor es muy adecuado para duplicar el rendimiento de combustible de los reactores de potencia. El núcleo está formado por clavijas de uranio poco enriquecido destinadas a ser muy similares a las que se utilizan en las centrales nucleares comerciales . [7] Cinco puertos de haz están adyacentes al núcleo del reactor. Este reactor es muy adecuado para experimentos que requieren un gran flujo de neutrones porque el pico se produce alrededor del borde del núcleo debido a la moderación insuficiente. En septiembre de 2007, los estudiantes, profesores y personal produjeron el haz de positrones operativo más intenso del mundo. [8]
El reactor PULSTAR es una instalación pública y ofrece recorridos frecuentes con previo aviso y autorización.
En noviembre de 2010, el reactor PULSTAR se vinculó al departamento de ingeniería nuclear de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jordania (JUST). [9] [10]
Incidentes
Se detectó una fuga de agua en la piscina y el reactor se cerró posteriormente el 2 de julio de 2011. Se dijo que la tasa de fuga era de 10 galones estadounidenses por hora (11 l / ks) (de 15,600 galones estadounidenses). piscina (59.000 l)), que está muy por debajo de los 350 galones estadounidenses por hora (370 l / ks) que debe notificarse oficialmente al regulador. Se dijo que la fuga tenía el tamaño de un "agujero de alfiler" y requería un equipo especial para detectarla. [11] Después de localizar y reparar la fuga, los técnicos volvieron a poner el reactor en funcionamiento.
Historia temprana
El primer reactor era parte de un edificio de un piso llamado Burlington Nuclear Laboratories en ese momento y actualmente se lo conoce como el antiguo edificio de Burlington Engineering Labs, que tiene aulas alrededor de la bahía del reactor. El antiguo edificio todavía está en uso y la bahía del reactor alberga varios proyectos nuevos. El reactor en sí ha sido completamente desmantelado y trasladado.
R-1
En 1949, el Dr. Clifford K. Beck fue reclutado del Laboratorio Nacional de Oak Ridge para unirse a la facultad con planes para hacer de NCSU la primera institución académica en operar un reactor nuclear.
El primer reactor en una institución académica entró en estado crítico el 5 de septiembre de 1953, aproximadamente cuatro años después de iniciada la construcción. Este reactor recibió el nombre de R-1 porque fue el primer reactor de investigación universitario. Era un reactor homogéneo de 10 kW que utilizaba como combustible sulfato de uranilo altamente enriquecido. Funcionó durante un breve período de tiempo, pero se cerró debido a problemas de corrosión que provocaron fugas de combustible. Howard Blakeslee, editor científico de Associated Press Service, llamó al reactor el Primer Templo del Átomo debido a la naturaleza pública de este reactor.
En 1954 comenzó la construcción del Laboratorio Nuclear de Burlington con fondos de AEC y Burlington Mills . El propósito de este edificio era albergar al sucesor de la R-1. También en 1954 se presentaron los dos primeros doctorados en Ingeniería Nuclear . [12]
En 1955, el Dr. Raymond L. Murray , otro recluta del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, se unió a la facultad, quien luego se convirtió en el jefe de departamento con más años de servicio. [7]
R-3
En 1956 se iniciaron los trabajos de construcción de un reactor heterogéneo denominado R-3. Este diseño fue para usar combustible tipo placa del Reactor de Prueba de Materiales en Burlington Nuclear Labs. Este reactor funcionó a una potencia máxima de 100 kW.
A fines de la década de 1950, el Dr. Raymond L. Murray se convirtió en jefe del departamento de Física Aplicada, donde también brindó liderazgo para el comienzo de un programa educativo de ingeniería nuclear. Se tomó la decisión de ofrecer la primera licenciatura en Ingeniería Nuclear en el país. En 1956 Clifford Beck abandonó el programa para aceptar un puesto en la Comisión de Energía Atómica en Washington. Raymond Murray y el profesor Harold Lammonds asumieron la supervisión del programa nuclear.
Entre 1962 y 1964, el blindaje del reactor R-3 se amplió para permitir la operación a niveles de potencia más altos y este reactor mejorado comenzó a operar en 1963, operando a un nivel de potencia de estado estacionario de 250 kW. Este reactor se convirtió en una parte importante del programa de instrucción de ingeniería nuclear y también comenzó a proporcionar algunos servicios en la producción de radioisótopos y análisis de activación de neutrones.
En 1963 Raymond Murray renunció a su puesto de jefe de Física Aplicada para convertirse en Jefe del Departamento de Ingeniería Nuclear. Simultáneamente con esta decisión, el Departamento de Ingeniería Nuclear fue transferido de Física Aplicada a la Escuela de Ingeniería, entonces dirigido por el Dr. Ralph E. Fadum, Decano.
A finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, la Fuerza Aérea y el Ejército comenzaron a enviar estudiantes calificados al programa para obtener títulos de maestría y, más tarde, proporcionar personal a los programas nucleares en sus propias organizaciones. En los años 70, el programa NESEP ( Programa de Educación Científica para Alistados Navales ) trajo a varios hombres alistados bien calificados al programa nuclear para obtener títulos universitarios y varios países extranjeros contribuyeron con estudiantes para obtener títulos de licenciatura, maestría o doctorado y luego regresar a sus respectivos países. [7]
En el momento de la parada, el reactor había alcanzado un total de 2 megavatios-día de funcionamiento. [13]
Historia después de la construcción del PULSTAR
Las discusiones internas dentro de Ingeniería Nuclear abordaron las opciones de actualizar el reactor R-3 tanto para la enseñanza como para la investigación o cerrarlo para reemplazarlo con un reactor completamente nuevo. El Dr. Martin Welt defendió este último punto de vista, y el departamento adoptó esta posición.
Se construyó una nueva adición de 3 pisos a Burlington Labs (conocida como el nuevo edificio). Entre este y el edificio antiguo, se construyó un edificio de reactor, junto con un muelle de carga y una pasarela que unía los edificios antiguos y nuevos. El edificio del reactor albergaba el reactor nuclear de piscina de 1 MW fabricado por AMF y conocido como el reactor "Pulstar". Fue nombrado por su capacidad de pulsación, por la cual puede volverse crítico súper rápido y producir pulsos de radiación muy cortos. El reactor entró en funcionamiento el 25 de agosto de 1972, reemplazando a la serie anterior. [14] Se informó que los costos iniciales fueron de 1,5 millones de dólares EE.UU.
En la década de 1980 se agregaron una instalación de Prompt Gamma y una instalación de radiografía de neutrones. La función de gamma rápida realiza el análisis de elementos que emiten firmas características inmediatamente después de la captura de neutrones. La instalación de radiografía de neutrones proporciona capacidades de imagen para la diferencia fundamental en la interacción de neutrones con núcleos en comparación con la interacción de rayos X y electrones. [15]
En 1997, la Comisión Reguladora Nuclear aprobó una extensión de la licencia por 20 años. [dieciséis]
El reactor Pulstar está funcionando actualmente a 1MW, que es la potencia máxima de salida que puede alcanzar legalmente. Tiene planes de mover hasta 2 MW en el futuro. Los preparativos están hechos y todo lo que están esperando es la aprobación. Pasar a 2 MW permitirá que se realicen más investigaciones con más radiación y potencia.
Instalaciones
Instalación de imágenes de neutrones
La radiografía de neutrones es una poderosa técnica de obtención de imágenes no destructiva para la evaluación interna de materiales o componentes. Implica la atenuación de un haz de neutrones por un objeto a ser radiografiado y el registro del proceso de atenuación (como una imagen) digitalmente o en una película. La radiografía de neutrones es similar en principio a la radiografía de rayos X y es complementaria en la naturaleza de la información proporcionada. Las interacciones de los rayos X y los neutrones con la materia son fundamentalmente diferentes, sin embargo, forman la base de muchas aplicaciones únicas que utilizan neutrones. Mientras que los rayos X interactúan con la nube de electrones que rodea el núcleo de un átomo, los neutrones interactúan con el núcleo mismo. Para obtener más información, consulte Radiología de neutrones .
Fuente de neutrones ultrafríos
La fuente de neutrones ultrafríos (UCNS) utiliza neutrones producidos en el reactor reduciéndolos a través de una cámara de metano y otros materiales y los mantiene en un tanque de D 2 O. Esta adición es esencialmente una toma de neutrones de un puerto de haz adyacente a la reacción de hacer esta investigación.
Referencias
- ^ "Reactor R-1" , Archivos de la Universidad
- ^ "Programa de ingeniería nuclear aprobado (1950)" . Estado histórico: Historia en rojo y blanco . Centro de Investigación de Colecciones Especiales de NCSU . Consultado el 11 de enero de 2012 .
- ^ "El reactor nuclear entra en funcionamiento (5/9/1953)" . Estado histórico: Historia en rojo y blanco . Centro de Investigación de Colecciones Especiales de Bibliotecas de NCSU . Consultado el 11 de enero de 2012 .
- ^ a b Base de datos de reactores del OIEA "Copia archivada" . Archivado desde el original el 16 de mayo de 2008 . Consultado el 11 de junio de 2008 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ), datos de 2002-09-04
- ^ [1]
- ^ a b Binney, SE; SR Reese; DS Pratt (22 de febrero de 2000). "Reactores de investigación universitarios: contribución a la infraestructura científica y de ingeniería nacional desde 1953 hasta 2000 y más allá" . Organización Nacional de Reactores de Ensayo, Investigación y Formación. Archivado desde el original el 1 de julio de 2007 . Consultado el 7 de abril de 2007 .
- ^ a b c Kosmerick, Todd. "Hitos del Departamento de Ingeniería Nuclear de NCSU" (PDF) . Consultado el 7 de abril de 2007 .
- ^ Dave Pond , NCSU, Innovation-Discovery, octubre de 2007
- ^ "Jordan inaugura el Laboratorio de Reactores de Internet" . Ammonnews. 1 de noviembre de 2010 . Consultado el 22 de abril de 2013 .
- ^ "Universidad de Ciencia y Tecnología lanza un laboratorio de reactores nucleares a través de Internet" . Noticias de Almadenah. 1 de noviembre de 2010 . Consultado el 22 de abril de 2013 .
- ^ Personal de NBC 17 (7 de julio de 2011). "NCSU descubre fuga en su reactor nuclear" . NBC 17 . Consultado el 15 de julio de 2011 .
- ^ Industria nuclear estatal - Carolina del Norte Archivado el 24 de octubre de 2008 en la Wayback Machine.
- ^ www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/D446_web/6_DD_Table.pdf
- ^ "Arca de Noé: reactores sin energía en América" . Consultado el 22 de abril de 2013 .
- ^ Programa de reactores nucleares
- ^ "Reactor dado la renovación de la licencia de 20 años" . 27 de junio de 1997 . Consultado el 22 de abril de 2013 .
enlaces externos
- Sitio oficial
- Revisión de seguridad de viajes por carretera radiactivos de ABC
- Artículo de The Technician (el documento del campus de NCSU) sobre PULSTAR (versión reflejada)
- Colecciones de ingeniería nuclear en NCSU
- Guía de la colección de portaobjetos de vidrio de ingeniería nuclear 1950