Pátek, Prosinec 14

Bazénové reaktory – úvod

Historie bazénových reaktorů sahá až do 70. let, kdy se inženýři začali zajímat o vývoj jednoduchých reaktorů, primárně určených k vytápění částí měst. Jednalo se převážně o bazénové reaktory s otevřenou hladinou. Jednou ze společností vyvíjející tuto technologii byla také ASEA-ATOM. Nyní se opět tyto snahy vrací a jedná se o velmi chytré myšlenky. Nynější bazénové reaktory jsou většinou výzkumné, či výukové, ale nikoliv energetické. Studenti se pomocí nich učí základní charakteristiky a ovládání jaderných reaktorů. V tomto článku se můžete dozvědět základní informace o těchto reaktorech.

Konstrukce prvního bazénového reaktoru (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Typy reaktorů

Bazénové reaktory byly historicky chápány jako reaktory neurčené k výrobě elektřiny, ani výrobě tepla. Spadaly do kategorie výzkumných, testovacích a výukových reaktorů. Byly používány k experimentům a ozařování jak paliva, tak palivového pokrytí. Následně se zkoumal vliv neutronů na tyto materiály. Také se ozařovaly různé materiály a zkoumalo se následné záření a jeho destrukční účinky.

Výše je vidět první reaktor, klasifikovatelný jako „bazénový reaktor“ – Bulk Shielding Reactor v Oak Ridge, provozovaný od roku 1950. Zařízení byla tak jednoduchá, jak jen bylo možné. Aktivní zóna byla umístěna vespod rozšířené konstrukce na posuvném rameni. „Bulk Shielding“ (celkové stínění) poskytovala voda uvnitř bazénu, která tak udržovala bezpečnou radiační situaci pro personál poblíž reaktoru, či na posuvném rameni, při provozu reaktoru. Zajímavostí této koncepce je fakt, že ovládací zařízení byla umístěna na posuvném rameni, jak je vidět na ilustraci. Tento reaktor byl původně provozován s konvenčním MTR typem paliva (BSR-1). Také zde bylo testováno speciální palivo s disperzně rozmístěnými částicemi, umístěnými v ocelových deskách (BSR-2).

První soukromý bazénový reaktor na Pensylvánské státní univerzitě (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Tento jaderný reaktor se odlišoval od ostatních jaderných reaktorů té doby, například Material Test Reactor a Engineering Test Reactor (oba umístěné v NRTS – Nuclear Reactor Testing Station – v národních laboratořích Idaho), protože měl otevřenou konstrukci. Oba citované reaktory byly tankového uspořádání. Jejich aktivní zóna byla umístěna uvnitř uzavřené nádoby, chlazena tlakovou vodou. Chlazení Bulk Shielding reaktoru bylo zajištěno pouze vodou kolem aktivní zóny, takže reaktor nemohl být provozován na výkonech ani zdaleka podobných energetickým reaktorům. Z mnoha důvodů byly tyto reaktory přirovnávány k plaveckým bazénům, což byla poměrně vhodná identifikace. Po dokončení tohoto nového typu reaktoru se v roce 1950 ukázalo, že se jedná o řešení umožňující výstavbu velkého množství těchto systémů (po získání patřičných povolení a změn atomového zákona – 1954).

Široké spektrum možností

První soukromý dokončený bazénový reaktor byl postaven a provozován na Pensylvánské státní univerzitě. Tento reaktor byl poprvé spuštěn v roce 1955, následně proběhla výstavba dalších funkcí (například výstavba ovládacího panelu na posuvném rameni). Původně byl reaktor provozován s výkonem 100 W a MTR palivem, později byl výkon zvýšen na 200 w. Při zvyšování výkonu se do bazénu instalovaly také radiální trubky pro vývod neutronů a ozařování různých terčů.

Posuvné rameno s aktivní zónou pensylvánského univerzitního reaktoru. Díky posuvnému rameni mohla být aktivní zóna odsunuta z experimentální pozice a experimenty mohly být připravovány bez radiační zátěže personálu. Na obrázku je vidět fotografie bazénu s posuvným ramenem. (zdroj: ansnuclearcafe.org)
Pohled uvnitř bazénu na spodní podložku aktivní zóny bez paliva při její normální provozní pozici vedle vývodů svazků neutronů. Detektory neutronů jsou umístěny níže vedle podpůrného mostu. Ty jsou použity pro měření výkonu a provozu bezpečnostních systémů reaktoru, stejně jako v energetických reaktorech. Ačkoliv první malé reaktory byly typicky provozovány v pulzním režimu měření, měly detektory umístěny mimo aktivní zónu pro prodloužení jejich životnosti. (zdroj: ansnuclearcafe.org)
Fotografie reaktoru umístěného v laboratořích Chalk River (Canada) s palivem SYL-COR, umístěného uprostřed podložky aktivní zóny a obklopeného válcovými detektory, či vzorky. (zdroj: ansnuclearcafe.org)

 

Reaktor Ford, umístěný na Michiganské univerzitě. Provoz při plném výkonu – kolem aktivní zóny je vidět Čerenkovovo záření. (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Zatímco velké množství bazénových reaktorů bylo stavěno v klasické velikosti a uspořádání jak je vidět na předešlých fotografiích, bylo vynaloženo také úsilí k výstavbě tak malých reaktorů, jak bylo možné při zachování jejich provozních vlastností. S pomocí menších reaktorů by se zvýšila jejich dostupnost a snížily se i náklady na výstavbu.

Koncept drobnějšího jaderného výukového reaktoru společnosti ACF. Ta jej popsala následovně: „ACF bazénový reaktor je přenosný bazénový jaderný reaktor nízkého výkonu, navržený pro účely výuky a průmyslového využití. Je inherentně bezpečný (jakákoliv nehoda je vyloučena fyzikálními zákony).“ Jedná se o velmi jednoduchou konstrukci se snadným ovládáním. S použitím základních experimentů lze studentům a operátorům předvádět principy řízení jaderných reaktorů. Vyžaduje pouze standardní vybavení laboratoře a jeho výstavba může proběhnout již i v hotové budově. Minimální plocha pro výstavbu je 40 x 40 stop (12,2 x 12,2 m). (zdroj: ansnuclearcafe.org)
Zde jsou vidět rozměry reaktoru společnosti ACF. Reaktor byl nabízen s výkonem 1 W. Kromě samotného reaktoru společnost ACF nabízela také kontrolu při výstavbě, školení operátorů a záruku na servis, či laboratorní příručky. Bohužel však žádný takový reaktor nebyl postaven, a tak se jednalo pouze o koncept (zdroj: ansnuclearcafe.org)

Bazénové výukové reaktory a výzkumné reaktory dosáhly poměrně širokého využití. Do ženevské konference Atoms for Peace v roce 1958 bylo v provozu celkem 9 bazénových reaktorů ve Spojených státech a 7 dalších bylo ve výstavbě. Do roku 1963 bylo v provozu, ve výstavbě, nebo plánovaných 24 bazénových reaktorů ve Spojených státech a dalších 20 stavěly americké firmy v zahraničí (V porovnání v roce 1963 bylo 26 homogenních výukových a výzkumných reaktorů, patřících do skupiny AGN a Triga reaktorů, stavěných, či plánovaných ve Spojených státech).

V dalších dílech bazénových reaktorů se dozvíte důležité informace o výbavě těchto reaktorů a návrhu dalších mnoha variant. Dále budou uvedeny historické fotografie známých prvních, či novodobých bazénových reaktorů.

Zdroj: ansnuclearcafe.org

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.