Neděle, Říjen 20

Testy BORAT a SPERT, INL slaví 70 let

Národní laboratoře Idaho slaví 70 let provozu a poslání rozvíjení znalostí v oblasti jaderné techniky. Materiály, metody, dokonce i základní otázky proveditelnosti určitých konceptů byly během desítek let testovány a dokázány v tomto velkém a odlehlém zařízení v poušti. Nespočet poznatků bylo v těchto laboratořích zjištěno. Také zde byla vyvinuta první provozovaná jaderná elektrárna, navržená pro umístění na jaderných lodích (STR, později S1W) stejně tak, jako testovací program jaderných bomb. Tisíce cenných testovacích hodin bylo provedeno, v rámci těch se testovaly vzorky v legendárním materiálovém testovacím reaktoru a jeho přilehlém inženýrském testovacím reaktoru. Oba tyto bloky jsou nyní odstaveny a z jejich původního místa se stalo parkoviště.

Uspořádání experimentálního reaktoru BORAX-I (Zdroj: ansnuclearcafe.org)

Jeden z testovacích konceptů teoretické proveditelnosti na místě, kde byla původně národní zkušební reaktorové stanice, byl také varný jaderný reaktor. Zatímco se zdál jasný a pravděpodobně i dobře prozkoumaný koncept moderátoru a chladiva v reaktoru při bodu varu, existovalo mnoho nezodpovězených otázek ohledně stability a chování aktivní zóny při přechodových procesech tohoto návrhu. NRTS bylo jen místem pro demonstraci experimentů potřebných k dokázání vyvíjené myšlenky.

Za účelem demonstrace konceptu varného reaktoru byl vytvořen experiment BORAX, jehož provoz začal v roce 1953 v NRTS. Přitom byl postaven experimentální reaktor o výkonu 1,2 MW tepelných. Ten stál nedaleko historického reaktoru EBR1.

Experimentální zařízení BORAX-I bylo provozováno v široké škále přechodových testů, tak, aby bylo možné stanovit vývoj plynných bublin uvnitř aktivní zóny během provozu. Ty ohrožují provoz reaktoru, nebo jeho přechodové procesy. Bylo zjištěno, že byl reaktor velmi stabilní ve většině provozních stavů. Důležité je poznamenat, že reaktor dokázal, že s určitým vylepšením bude koncepce s varným reaktorem účinná a energeticky efektivní pro energetické reaktory. Po ukončení všech praktických testů byly shrnuty výsledky. Dále bylo rozhodnuto o nepraktickém, avšak experimentálně důležitém testu. Do reaktoru byla extrémně rychle zavedena kladná reaktivita v podobě vystřelení jedné z regulačních tyčí. Tento experiment dokázal, zdali může záporný dutinový koeficient zastavit jadernou reakci v raném stádiu poničení palivových souborů. Tento experiment se považuje za naprosto nezbytný v případě, že má být zajištěna absolutní bezpečnost varných reaktorů.

„Spokojen s proveditelností konceptu varného reaktoru po destrukčním testu v létě 1954, Walter H. Zinn a jeho skupina v národní laboratoři Argonne vytvořili plány na výstavbu nového reaktoru, pracujícím na vyšším výkonu a s mnohem větší aktivní zónou, než jakou měl reaktor BORAX-I. Mezitím však bylo rozhodnuto o výstavbě mnohem praktičtější elektrárny pro aktuální výrobu elektřiny. Nakonec se jím stal reaktor EBWR, neboli experimentální varný reaktor, postavený v Lemontu, poblíž národních laboratoří Argonne poblíž Chickaga.“

Bez ohledu na úspěchy reaktorů BORAX od první do čtvrté modifikace, zde byly nadále otázky bezpečnosti, které se objevily po prozkoumání zjištění reaktorů BORAX. Zatímco EBWR a podobné projekty by zkoumaly aspekty trvalého energetického nasazení této technologie (s ohledem na ekonomiku provozu), jiná testovací zařízení v NRTS byla iniciována k dodatečnému zkoumání bezpečnostních aspektů během přechodových procesů. Tato série testů, známá také jako SPERT (Special Power Excursion Reactor Tests) byla provozovaná společností Phillips Petroleum Company, provozovatelem NRTS pro AEC.

Uspořádání testovacího zařízení SPERT-I. K tomuto mimořádně jednoduchému, avšak robustnímu zařízení není připojen žádný systém chlazení, ani systém výroby elektřiny. (Zdroj: ansnuclearcafe.org)

SPERT-I byl postaven velmi jednoduše, podobně jako reaktor BORAX-I. Tento testovací reaktor byl vystaven podobným, ale mnohem silnějším přechodovým jevům, které nakonec vedly k testovací destrukci reaktoru BORAX-I.

Pohled na vrchní část systému SPERT-I. Zde jsou vidět pohony regulačních tyčí a potřebná instrumentace (Zdroj: ansnuclearcafe.org)
Tento pulzní test reaktorového systému SPERT-I byl fotografován zcela pomocí Čerenkovova záření (Zdroj: ansnuclearcafe.org)

Tak, jak jsem zmínil předtím, závažnost přechodových procesů systému SPERT-I se zvyšovala, dokud nebylo dosaženo úplné destrukce tohoto zařízení.

Tyto násilné přechodové testy, které vyvrcholily do destrukce reaktorů BORAX-I a SPERT-I, byly naprosto nezbytné, aby bylo možné popsat chování varných reaktorů v průběhu možných a dokonce i vzdáleně nemožných podmínek. Dozorný orgán US Atomic Energy Commission koupil NRTS, nynější INL právě pro účely testování pokročilých jaderných konceptů, které v té době čelily určitému riziku. Varné reaktory byly v polovině 50. let opravdu považovány za pokročilou reaktorovou technologii. Tyto konečné testy ukázaly, že i v případě rychlého zavedení kladné reaktivity, která je nemyslitelná v normálních provozních podmínkách, nemohou varné reaktory explodovat a nechat uniknout radioaktivitu. Parní exploze je myslitelná, ale násilná tvorba páry zastaví štěpnou řetězovou reakci tím, že sníží moderační schopnost vody v aktivní zóně. Ve skutečnosti v konečném destruktivním experimentu reaktoru BORAX-I trval Čerenkoův záblesk pouze 0,03 sekundy a výkonový přechodový proces zastavil vývin tepla dříve, než došlo k vypaření veškeré vody z aktivní zóny. V textu Atomic Energy Deskbook ohledně jejich textu stálo: „Experiment dramaticky potvrdil samozhášecí charakteristiku tvorby parních bublin, která byla pozorována na začátku, v méně násilných demonstracích.“

Samozřejmě jsou tyto dramatické testy jedním z aspektů provozu 52 různých jaderných reaktorů v INL v průběhu 70 let. Tyto destruktivní testy jsou velmi dramatické a nyní je již nemožné takové experimenty provádět. INL pokračuje ve vývoji bezpečných jaderných technologií v mnoha různých cestách, stejně jako se připravují na výstavbu prvního několika modulového malého modulárního reaktoru, jehož výstavba by měla probíhat v následujícím desetiletí.

Will Davis je členem Board of Directors NS Savannah Association. Pracuje jako konzultant Global American Business Institute. Píše populární články o palivovém cyklu, historii jaderných elektráren a novodobých technologiích. Také je členem provozovatelů reaktoru na USS Simon Bolivar.

Zdroj: ansnuclearcafe.org

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..