Кіріспе
Австралиядағы ядролық зерттеу реакторы
Ашық бассейн Австралияның жеңіл су реакторы (OPAL) – 20 мегаватт (МВт) қуатты бассейн ядролық зерттеу реакторы. 2007 жылдың сәуір айында ресми түрде ашылған ол Австралияның жалғыз ядролық реакторы ретінде Австралияның жоғары ағынды реакторын ығыстырды және Сидней қаласының маңындағы Жаңа Оңтүстік Уэльс штатындағы Лукас-Хайтс қаласында орналасқан Австралия ядролық ғылым және технология ұйымының (ANSTO) ғылыми-зерттеу орталығында орналасқан. OPAL және оның бұрынғысы жиі Лукас-Хайтс реакторы деп аталады.
Тарих
Аргентиналық INVAP компаниясы 2000 жылдың маусым айында қол қойылған "ашық кілті" шарты бойынша реакторды жеткізу, жобалау, құрылыс және іске қосу жөніндегі толық жауапкершілікті өз мойнына алды. Жергілікті азаматтық құрылыс INVAP серіктесі John Holland Evans Deakin Industries компаниясымен жүзеге асырылды. Объектіде үлкен сұйық дейтерийлі суық нейтрон көзі, заманауи суперзеркаль жетекшілері және жетекші залы бар. Суық көзді Санкт-Петербург ядролық физика институты, криогендік жүйені Air Liquide компаниясы, ал Mirrotron компаниясы ұсынған төрт суперзеркаль жетекшінің бастапқы жиынтығы жобаланды. 2001 жылдың 17 желтоқсанында 46 Greenpeace белсендісі OPAL құрылысына наразылық білдіру үшін Лукас Хайтс нысанына басып кірді. Наразылар ХИФАР реакторына, жоғары деңгейдегі радиоактивті қалдықтар қоймасына және радио мұнарасына қол жеткізді. Олардың наразылық акциясы ядролық материалдар өндірісінің және объектіден радиоактивті қалдықтарды тасымалдаудың қауіпсіздік және экологиялық тәуекелдерін көрсетті. OPAL 2007 жылдың 20 сәуірінде сол кездегі Австралия премьер-министрі Джон Говард ашты және ол HIFAR реакторының орнын басады. ANSTO 2006 жылдың шілдесінде Австралия радиациялық қорғау және ядролық қауіпсіздік агенттігінен (ARPANSA) жұмыс лицензиясын алды, бұл реактордың активтік аймағына отынды алғаш рет жүктеуге мүмкіндік беретін ыстық іске қосуды бастауға рұқсат берді. OPAL 2006 жылдың 12 тамызының кешінде алғаш рет тізбектелген реакцияға (критическое состояние) қол жеткізіп, 2006 жылдың 3 қарашасының таңында алғаш рет толық қуатына жетті.
Құрылыс туралы мәліметтер
Реактордың өзегі 16 төмен байытылған пластиналы отын жиынтығынан тұрады және ашық бассейндегі судың астында орналасқан. Жеңіл су (қалыпты H2O) салқындатқыш және баяулатушы ретінде, ал ауыр су (D2O) нейтрон рефлекторы ретінде қолданылады. Нейтрон рефлекторының мақсаты реактордағы нейтрон экономикасын жақсарту, соның салдарынан нейтрон ағынының максималды деңгейін арттыру. OPAL – ANSTO мекемесінің орталық бөлігі, радиофармацевтикалық заттар мен радиоизотоптар өндірісін, сәулелендіру қызметтерін (кремнийдің нейтрондық трансмутациялық қоспасын қоса), нейтрондық активациялық талдауды және нейтрондық сәулелерді зерттеуді қамтамасыз етеді. OPAL бұрынғы HIFAR реакторына қарағанда ядролық медицинада емдеу үшін төрт есе көп радиоизотоптарды өндіре алады, сондай-ақ ауруларды емдеу үшін радиоизотоптардың кең ауқымын ұсынады. Заманауи конструкцияға суық нейтрон көзі (СНҚ) кіреді.
ОПАЛ-да нейтронды шашырату
Брэгг институты, ANSTO-да OPAL нейтронды шашырату құрылымын қонақтайды. Қазір ол Австралия және әлем ғылыми қауымдастығына қолданушылық қызмет ретінде қызмет етеді. 2009 жылы бәсекеге қабілетті жаңа құралдар мен сәулелік сызықтарды орнату үшін қосымша қаржы түсті. Аталған құрылымда келесі құралдар бар:
ЭЧИДНА
ЭХИДНА – жоғары ажыратымдылықтағы нейтронды ұнтақ дифрактометрі. Бұл құрал материалдардың кристалдық құрылымын анықтау үшін, рентген сәулесімен жұмыс істеу тәсіліне ұқсас, нейтронды сәулеленуді пайдаланады. Ол Австралия монотремасы – эхиднаның атымен аталады, себебі құралдың тікенді пішінді шыңдары эхиднаға еске түсіреді. Ол термиялық нейтрондармен жұмыс істейді. Басты ерекшеліктерінің бірі – деректерді жылдам алуға мүмкіндік беретін 128 коллиматор және позицияға сезімтал детекторлар жиынтығы. ECHIDNA физика, химия, материалдар, минералогия және жер ғылымдары салаларындағы зерттеушілерге әртүрлі сынама орталарында бір кристалдардың құрылымын анықтау, текстураны өлшеу және кері кеңістікті карталау мүмкіндігін ұсынады. ECHIDNA – Брэгг институтының нейтронды шашырату құралдары паркінің бір бөлігі.
ПЛАТИПУС
ПЛАТИПУС – суық нейтрондар көзінде құрылған ұшу уақыты рефлектометрі. Бұл құрал жоғары коллимацияланған нейтрондық сәулелерді пайдаланып, интерфейстердің құрылымын анықтауға арналған. Сәулелер бетке төмен бұрыштармен (әдетте 2 градустан кем) бағытталса, ал шағылысқан сәулеленудің қарқындылығы түсу бұрышына байланысты өлшенеді. Ол 0,2–2,0 нм толқын ұзындығы бар суық нейтрондарды қолданады. Әрбір рефлективтік қисық үшін үш түрлі түсу бұрышы қажет болғанымен, ұшу уақытының принципі кинетикалық процестердің уақыт өлшемдерін анықтауға мүмкіндік береді. Шағылысқан сигналды талдау арқылы интерфейстің химиялық құрылымы туралы толық картина жасалады. Бұл құрал биомембраналарды, липидтік екі қабаттарды, магнетизмді, адсорбцияланған беттік белсенді заттардың қабаттарын және т.б. зерттеу үшін қолданылуы мүмкін. Ол Австралияға тән жартылай сулы монотрема сүтқоректісі – Ornithorhynchus anatinus атымен аталған.
WOMBAT
WOMBAT - жоғары интенсивті нейтрондық ұнтақ дифрактометрі. Бұл құрал материалдардың кристалдық құрылымын анықтау үшін, рентген сәулелеріне ұқсас нейтрон сәулесін пайдаланады. Оның аты Австралияға тән сумкалы жануар – вомбаттың құрметіне берілген. Құрал термиялық нейтрондармен жұмыс істейді. Ол максималды ағын мен деректерді жылдам алу үшін жасалған, нәтижесінде дифракциялық суреттерді бір секундтың ішінде алуға болады. Wombat in situ зерттеулерге және уақытқа сезімтал зерттеулерге, мысалы, құрылымды анықтауға, текстураны өлшеуге және әртүрлі сынама ортасындағы жеке кристалдардың өзара кеңістікті карталауға баса назар аударады, бұл физика, химия, материалдар, минералогия және жер ғылымдары салаларындағы мамандарға қызмет етеді.
ҚОВАРИ
KOWARI – нейтрондық қалдық кернеулерді дифракциялайтын құрал. Термиялық нейтрондарды қолдана отырып, деформацияны сканерлеу – бұл материалдың поликристалликалық блогындағы ұнтақ дифракциясының әдісі, ол ішкі немесе сыртқы кернеулердің әсерінен атомдар арасындағы қашықтықтың өзгеруін анықтайды. Ол австралиялық сумкалы жануар – коваридің құрметіне аталған. Бұл құрал – диагностикалық, бұзбайтын әдіс, мысалы, дәнекерленген конструкцияларды дәнекерлеуден кейінгі термикалық өңдеуді (PWHT, кернеуді азайтуға ұқсас) оңтайландыру үшін қолданылады. Мысалы, созу кернеулері инженерлік бөлшектерде жарықтардың өсуіне себеп болады, ал қысым кернеулері жарықтардың өсуін тежейді (мысалы, шаршау циклына түскен салқындатылған кеңейтілген тесіктерде). Қызмет ету мерзімін ұзарту стратегияларының экономикалық тиімділігі жоғары, ал деформацияны сканерлеу қалған қызмет ету мерзімін есептеуге қажетті кернеулерді анықтайды, сонымен қатар бөлшектердің жағдайын бақылауға мүмкіндік береді, себебі бұл әдіс бұзбайды. Басты ерекшеліктерінің бірі – үлгілік платформа, ол ірі инженерлік бөлшектерді өте дәл бағыттап, орналастыра отырып тексеруге мүмкіндік береді.
Өнер көрсету
Бастапқы сынақтар мен іске қосу кезеңінде әрбір жабдық және жүйе жеке-жеке, содан кейін біріктірілген түрде сыналып көрiлдi. Алғашқы сынақтар ядроға ядролық отын жүктелмей тұрғанда жүргiзiлдi, содан кейін реактор ядросына ядролық отын жүктеу және алғаш рет ядролық тізбекке қол жеткізу үшін мұқият жоспар жасалды. Реактордың толық қуатпен жұмыс істеуіне қол жеткізу үшін қуатты кезең-кезеңімен арттыру шаралары қолданылды. Іске қосу аяқталғаннан кейін Австралияның ядролық реттеу органы (ARPANSA) толық қуатпен жұмыс істеуге рұқсат беретін лицензия берді. Бірінші, өзіне тән дизайн болғандықтан, реактор алғашқы кезеңдегі қалыпты жұмыстың қиындықтарын көрсетті. Реактор радиофармацевтикалық заттардың сенімді жеткізушісі болып табылады, сонымен қатар бірнеше құралдарды пайдалана отырып, материалдарды зерттеу жұмыстарын жүргізу үшін нейтрон көзі ретінде де қызмет етеді. Іске қосылғаннан бері реактор өте жоғары жұмысқа қабілеттілікпен жұмыс істеп келеді. 2012-13 жылдары ол толық қуатпен 265 күн жұмыс істеді (ұзартылған жоспарлы техникалық қызмет көрсету кезеңін қоса алғанда), 2013-14 жылдары – 294 күн, ал 2014-15 жылдары – 307 күн толық қуатпен жұмыс істеді. 2016 жылдың қыркүйегіне қарай ол барлығы 2200 эквивалентті толық қуатты күн жинақтады. Әр 30 күндік жұмыс циклында 150-ден астам кремний партиясы сәулелендіріледі, ал ядролық медицина нарығы үшін Mo99 тұрақты түрде өндіріледі. OPAL 4 миллион доза жеткізді. Нейтрондармен жүргізілетін зерттеулерге қатысты, Австралияның нейтронды шашырату орталығы (бұрынғы Брагг институты) 120-дан астам ғалым мен 13 операциялық нейтрондық сәуле құралдарына ие және OPAL ядросынан шыққан нейтрондарды пайдалана отырып, 600-дан астам ғылыми зерттеу жұмыстарын жүргізді.