高通量同位素反应堆的历史

2021-08-26 16:14  来源: 嘿嘿能源heypower    HFIR    核反应堆

高通量同位素反应堆(HFIR)建于20世纪60年代中期,以满足生产超铀同位素的需要,如钚和铯等重元素。从那时起,它的任务已经扩大到包括材料辐照、中子活化,以及最近的中子散射。


高通量同位素反应堆(HFIR)建于20世纪60年代中期,以满足生产超铀同位素的需要,如钚和铯等重元素。从那时起,它的任务已经扩大到包括材料辐照、中子活化,以及最近的中子散射。

美国原子能委员会(AEC)研究部在1958年1月17日的一次会议上对超铀生产计划的现状进行了严格审查。从该审查中,AEC启动了一项旨在满足超铀同位素预期需求的计划。通过在现有反应堆中进行某些辐射。到1958年底,显然该计划的步伐需要加快。继1958年11月24日华盛顿特区会议之后,AEC建议在橡树岭国家实验室(ORNL)设计,建造和运行高通量反应堆,并于1961年开始施工。

1959年7月收到了继续设计高通量反应堆的授权。反应堆的初步概念设计基于“通量阱”原理,在该原理中,堆芯由围绕未加燃料的慢化区或“岛”的燃料环形区组成。这样的配置将允许从燃料中泄漏的快中子在岛上慢化,从而在岛的中心产生一个热中子通量高的高温区。

这个蓄热中子的容器将被“捕获”在反应堆内,使其可用于同位素生产。通过将空束流管伸入反射层,利用反应堆燃料外反射层中中子的大通量,使中子可以在反应堆屏蔽层外的实验中使用。最后,反射器上的各种孔可以使材料辐照,以便以后回收。

1965年初,随着施工完成,最终的液压和机械测试开始,并于1965年8月25日达到临界状态。低功率测试计划于1966年1月完成,开始了20、50、75、90和100兆瓦的运行周期。

1966年9月达到100兆瓦的设计功率。从它开始建造到1986年底暂时关闭,历时5年多一点,FIR创造了美国任何其他反应堆都无法超越的运行时间纪录。到1973年12月,它已经完成了它的第100次燃料循环,每一次大约运行23天。

1986年11月对辐照监测试样的试验表明,中子辐照使反应堆容器脆化的速度比预测的要快。关闭HFIR以便对设施的运作进行广泛的评估。ORNL用了将近2.5年的时间进行了全面的评估,在保护压力容器完整性的同时,对核电站进行了延长寿命的改造,并改进了管理措施,然后在1989年4月18日重新启动了288燃料循环反应堆。

HFIR最初运行在非常低的功率水平(8.5MW),直到所有操作人员都接受了充分的培训,并可以进行持续的更高功率的操作。更新了文件,必要时会生成新文件。对技术规范进行了修改和重新格式化,以便随着能源部的接受而及时了解设计变更。为了在保持热裕度的同时保持容器的完整性,不仅降低了主冷却剂压力和核心功率,还对技术和程序升级做出了长期承诺。

1989年4月重新开始后,由于程序是否充分的问题,又关闭了9个月。1990年1月,经当时的能源部长詹姆斯·沃特金斯批准,电力恢复运行。自那时起,HFIR一直在运作。在HFIR的使用寿命期间,已经为其程序和技术升级制定了的计划。

2007年,HFIR进行了翻新,安装了一些新的仪器,包括一个冷中子源。改进包括对反应堆结构进行大修,使其更加可靠、持续运转,对束流室的8台热中子光谱仪进行重大升级,新的计算机系统控制,安装液氢冷源,以及新建一个冷中子引导大厅。

尽管HFIR的主要任务转移到中子散射研究,它最初的主要目的之一是生产用于研究、工业和医学应用的锎-252和其他超铀同位素。HFIR是西方世界唯一的锎-252同位素供应商,锎-252是一种用于癌症治疗和检测环境中的污染物和行李中的爆炸物的同位素。除了对同位素生产和中子散射的贡献外,HFIR还提供了各种辐照试验和实验,这些试验和实验都得益于该设施的超高中子通量。

2014年,美国核学会将HFIR定为核历史地标,以表彰它在核时代的历史上发挥的重要作用,以及它对美国同位素生产、中子散射研究和国家安全的持续重要性。

2017年,国际原子能机构(IAEA)将ORNL指定为国际研发中心,原因是HFIR在材料辐照后测试、中子散射和放射性同位素处理方面的重要性。国际原子能机构对美国的认定,使美国成为世界上在核研究方面具有独特能力和卓越表现的四个国家之一。

显著的成就

在HFIR进行的中子活化分析为半导体和环境修复行业以及美国食品和药物管理局的工作提供了依据。聚变能项目由HFIR在三个主要领域提供支持:中子-相互作用材料(结构材料和陶瓷)、高热流密度材料和等离子体-相互作用材料。HFIR中子散射设备为聚合物、胶体、磁性材料、合金、超导体和生物材料的中子散射等基础研究项目提供了支持。

HFIR简介

HFIR的工作功率为85兆瓦,是美国用于研究的最高通量反应堆中子源,它提供了世界上任何研究反应堆中最高的稳态中子通量之一。HFIR产生的热中子和冷中子用于研究物理、化学、材料科学、工程和生物学。强中子通量、恒功率密度和等长度燃料循环,每年被500多名研究人员用于中子散射研究凝聚态的基本性质。

HFIR的中子散射研究设施包含世界级的仪器,用于物质结构和动力学的基础和应用研究。HFIR还用于医疗、工业和研究同位素生产;研究中子对材料的严重损伤;中子活化分析以及检测环境中的微量元素。此外,该建筑还拥有一个使乏燃料组件的γ辐射设施,可以为研究辐射对材料的影响提供高γ剂量。

HFIR中子最近的发现有助于揭开材料和能源的秘密。这一新知识也导致了日常产品的改进,如太阳能电池、硬盘驱动器、药物和生物燃料。此外,HFIRs的能力有助于解决犯罪问题,HFIR生产的同位素正在推动新元素的发现和太空飞行。



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