Кіріспе

Канададағы қолданыстан шығарылған ядролық зерттеу реакторы. Ұлттық зерттеу универсалды (NRU) реакторы – Канаданың ұлттық ғылыми мекемелерінің бірі, Онтарио провинциясындағы Чалк-Ривер зертханаларында салынған 135 МВт ядролық зерттеу реакторы. Бұл үш негізгі функцияны атқаратын көп мақсатты ғылыми мекеме болды. Ол жыл сайын 80 елде 20 миллионнан астам адамды емдеуге немесе диагностикалауға қолданылатын радионуклидтерді (сондай-ақ медициналық емес мақсаттарда қолданылатын басқа изотоптарды да) өндірді. Бұл NRC Канадтық нейтрондық сәуле орталығы үшін нейтрон көзі болды – Бертрам Брокхаусқа Нобель сыйлығын әкелген жұмысынан өркендеген материалдарды зерттеу орталығы. Сондай-ақ, бұл Atomic Energy of Canada Limited компаниясының CANDU реакторы үшін отын мен материалдарды әзірлеуге арналған сынақ полигоны болды. 2018 жылдың 31 наурызында қызметтен шығарылған кезде ол әлемдегі ең көне жұмыс істеп тұрған ядролық реактор еді.

Тарих

NRU реакторының құрылысы 1949 жылы басталды. Ол негізінен канадалық дизайн, NRX реакторынан едәуір жетілдірілген. Бұл реактор Канаданың Ұлттық зерттеу кеңесінің атом энергиясы жобасындағы Чалк-Ривер зертханасында NRX реакторының ізбасары ретінде салынды. NRX реакторы 1947 жылы іске қосылғанда әлемдегі ең қарқынды нейтрон көзі болды. Зерттеу реакторының қанша уақыт жұмыс істейтіні белгісіз болғандықтан, Чалк-Ривер зертханасының басшылығы зерттеу бағдарламаларының үздіксіздігін қамтамасыз ету үшін NRU реакторын жоспарлауды бастады. Уран отынының зақымдалған таяғы ядродан алынып жатқанда өртеніп, екіге бөлінді. Өрт сөндірілді, бірақ реактор ғимаратының ішкі бөлігін және аздап зертхана аумағын радиоактивті жану өнімдерімен ластады. Тазалау және жөндеу жұмыстары үш айға созылды. NRU 1958 жылдың тамызында қайтадан жұмыс істеді. Ешкімнің қауіпті радиацияға ұшырамауы үшін шаралар қабылданды және тазалау жұмысына қатысқан қызметкерлер келесі онжылдықтар бойы бақылауда болды. NRU реакторының каландрасы – ядролық реакциялар өтетін ыдысы алюминийден жасалған және 1971 жылы коррозияға байланысты ауыстырылды. Каландра сол кезде бері ауыстырылмаған, бірақ екінші рет ауыстыру қажет болуы мүмкін. NRU дизайнының бір артықшылығы – оны жаңарту және жөндеу үшін бөліп жинауға болады. 1986 жылдың қазан айында NRU реакторы Америкалық ядролық қоғам тарапынан ядролық тарихи ескерткіш ретінде танылды. NRX 1992 жылы 45 жыл қызмет еткеннен кейін тоқтатылғаннан бері NRU үшін қосалқы реактор жоқ. 1994 жылы Бертрам Брокхаус 1950 жылдары NRX және NRU реакторларында жүргізген пионерлік жұмысы үшін физика саласындағы Нобель сыйлығына ие болды. Ол бүкіл әлемде қолданылатын жаңа ғылыми әдіс жасады. 1996 жылы AECL Канаданың ядролық қауіпсіздік комиссиясына (бұрынғы Атом энергиясын бақылау кеңесі) NRU реакторының жұмысы 2005 жылдың 31 желтоқсанынан кейін жалғаспайтынын хабарлады. Осы мерзім ішінде жаңа нысан салынуы күтілді. Бірақ, жаңа реактор салынбады және 2003 жылы AECL компаниясы CNSC-ге NRU реакторының жұмысын 2005 жылдың желтоқсанынан кейін де жалғастыруды жоспарлап отырғанын мәлімдеді. Операциялық лицензия бастапқыда 2006 жылдың 31 шілдесіне дейін ұзартылды, ал 2006 жылдың шілдесінде 63 айлық лицензияны жаңартуға қол жеткізілді, бұл NRU реакторын 2011 жылдың 31 қазанына дейін пайдалануға мүмкіндік берді. 2007 жылдың мамыр айында NRU медициналық изотоптар өндірісі бойынша жаңа рекорд орнатты. 2007 жылдың маусым айында NRU-да жаңа нейтронды шашырату құралы ашылды. D3 нейтрондық рефлектометр беттерді, жұқа пленкаларды және интерфейстерді зерттеуге арналған. Нейтрондық рефлектометрия әдісі материалдар туралы нанометрлік деңгейде бірегей ақпарат беруге қабілетті.

2007 жылғы тоқтату

2007 жылдың 18 қарашасында NRU реакторы жоспарлы техникалық қызмет көрсету үшін тоқтатылды. Бұл тоқтату AECL сейсмикалық жағдайға төтеп бере алатын авариялық қуат жүйелерін (EPS) реактордың екі салқындату сорғысына орнатуға шешім қабылдағандықтан, өз еркімен ұзартылды (бұрыннан бар AC және DC резервтік қуат жүйелеріне қосымша). Бұл шара Канаданың Ядролық қауіпсіздік комиссиясының (CNSC) 2006 жылғы тамыздағы лицензиясын ұзарту шартында талап етілген. AECL баламалы көзді алдын ала дайындамағандықтан, бұл медициналық емдеулер үшін радиоизотоптардың бүкіл әлемде тапшылығына әкелді. 2007 жылдың 11 желтоқсанында Канаданың Өкілдер палатасы, үкіметтің "тәуелсіз сарапшылар" кеңесіне сүйене отырып, шұғыл заң қабылдады. Бұл заң екі сейсмикалық қосылымның бірі аяқталған күйінде (бір сорғы реактордың орталық бөлігін салқындатуға жеткілікті) NRU реакторын қайта іске қосуға және CNSC келісімінсіз 120 күн бойы жұмыс істеуге рұқсат берді. C 38 заңы Сенатта мақұлданды және 12 желтоқсанда Корольдік бекітілуді алды. Премьер-министр Стивен Харпер бұл тоқтатуға "либералдық тағайындалған" CNSC-ті айыптады, оның нәтижесінде "ондаған мыңдаған канадалықтардың денсаулығы мен қауіпсіздігіне қауіп төндірілді". Басқалар Премьер-министр мен үкіметтің AECL-ді жеке инвесторларға сатуды қорғау мақсатындағы әрекеттерін және басымдықтарын қарастырды. Үкімет 2009 жылдың мамыр айында AECL-дің бір бөлігін сату жоспарларын жариялады. NRU реакторы 2007 жылдың 16 желтоқсанында қайта іске қосылды. 2008 жылдың 29 қаңтарында CNSC-тің бұрынғы президенті Линда Кин Парламенттік комитет алдында NRU реакторында отынның бұзылу қаупі "1000 жылда 1 рет" болатынын мәлімдеді және бұл "халықаралық стандарттан" мың есе жоғары қауіп екенін айтты. AECL бұл мәлімдемені жоққа шығарды. 2008 жылдың 2 ақпанында екінші сейсмикалық қосылым аяқталды. Бұл C 38 заңында белгіленген 120 күндік мерзім ішінде жасалды.

2009 ж. Жабылу

2009 жылдың мамыр айының ортасында реактор ыдысының түбінде ауыр судың үлкен ағыны анықталды, бұл реактордың уақытша тоқтатылуына себеп болды. Ағын сағатына 5 кг (<5 литр) шамасында деп бағаланды, бұл коррозияның салдарынан болды. 2008 жылдың соңынан бері бұл екінші ауыр су ағыны еді. Реактор отыны алынып, барлық ауыр су модераторы тоқтатылды. Ағын кезінде немесе отынды алу кезінде радиоактивтіліктің қалыпты деңгейінен асып кеткені жоқ, ал барлық ағып кеткен су орында ұсталып, тазартылды. Реактор 2010 жылдың тамызына дейін тоқтатылып тұрды. Ұзақ тоқтату реакторды отыннан тазарту, ыдыстың тозу деңгейін анықтау және соңында жөндеу жұмыстарын жүргізу үшін қажет болды. Бұл жұмыстардың барлығы реактор ыдысындағы қалдық радиоактивті өрістерге байланысты кемінде 8 метр қашықтықтан қашықтан және шектеулі қолжетімділікпен жүзеге асырылды. 2009 жылғы тоқтату әлемдегі басқа төрт тұрақты медициналық изотоп өндіретін реактордың тек біреуі ғана жұмыс істеп тұрған кезде болды, нәтижесінде дүниежүзілік тапшылық туды.

Пайдаланудан шығару

2018 жылдың 31 наурызында үкіметтің қызметін тоқтату туралы тапсырмасынан кейін NRU жоспарланған істен шығаруға дейін, 2028 жылы басталатын бұл жұмыстардан бұрын толығымен жабылды.

Изотоптарды өндіру

Атомдар – табиғаттың құрылыс блоктары. Элементтердің периодтық кестесі сутек, азот немесе көміртек сияқты 118 түрлі элементті тізімдейді. Кез келген элементтің атомдары олардың құрамындағы нейтрондар санына байланысты бірнеше салмаққа ие болуы мүмкін. Мысалы, көміртек атомдарының екеуі 12 және 13 а.м.у. салмаққа ие болуы мүмкін. Олардың екеуі де көміртек атомдары, бірақ біреуі бір нейтрон артық. Олар көміртек изотоптары деп аталады. Барлық изотоптар тұрақты емес. Тұрақсыз изотоп энергияны және бір немесе бірнеше бөлшекті бөліп шығарып, тұрақты күйге өтеді. Осы бөлшектер және/немесе радиоизотоптар шығаратын энергия медицина, өнеркәсіп және ғылым салаларында кеңінен қолданылады. NRX реакторының салынуы арқасында табиғатта сирек кездесетін изотоптарды коммерциялық түрде өндіруге алғаш рет мүмкіндік туды. Реактордың ядросында миллиардтаған еркін нейтрон бар. Нысаналық материалдың бөлігін ядроға енгізу арқылы, нысанадағы атомдар осы нейтрондардың бір бөлігін сіңіріп алып, ауыр изотоптарға айналады. Медициналық изотоптарды өндіру 1950 жылдардың басында Канаданың медициналық жетістігі болды. NRU реакторы NRX-тың дәстүрін жалғастырды және 2018 жылдың 31 наурызына дейін әлемдегі кез келген мекемеден гөрі көп медициналық изотоптар өндірді. NRU-дан алынған Кобальт-60 радиациялық терапия машиналарында қолданылады, ол 80 елде жылына 15 миллион науқасты емдейді. NRU әлемдік өндірудің шамамен 75%-ын құрады. Кобальт-60 ыдырағанда жоғары энергиялы фотондар шығады. NRU-дан алынған 99m-Технеций жыл сайын 5 миллион науқастың диагнозында қолданылады және барлық ядролық медицина процедураларының шамамен 80%-ын құрайды. NRU әлемдегі жалпы өндірудің жартысынан астамын өндірді. NRU ксенон-133, йод-131 және йод-125 өндірді, олар диагностикалық және терапиялық қолданыстарда қолданылады. NRU-да өндірілген көміртек-14 химия, биология және экологиялық зертханаларға сатылды, онда ол маркер ретінде қолданылады. NRU-дан алынған Иридий-192 бірнеше салаларда дәнекерлеу тігістерін немесе басқа металл бөлшектердің қауіпсіздігін тексеру үшін қолданылады. NRU реакторының ядросы зерттеу реакторы үшін едәуір үлкен болатын және кең, биік болды. Бұл үлкен көлем изотоптарды көптеп өндіруге мүмкіндік берді. Әлемдегі басқа зерттеу реакторлары да медициналық және өнеркәсіптік мақсаттарда изотоптар өндіреді, мысалы, Нидерландыдағы Петтендегі Еуропалық жоғары ағымды реактор, Польшадағы Мария реакторы және 2007 жылдың сәуірінде жұмысын бастаған Австралиядағы OPAL реакторы. NRU-ның жабылуы 2016 жылдың қазан айында жоспарланған еді. Тұрақты изотоп өндіруші 2018 жылға дейін дайын болмағандықтан, Канада үкіметі NRU-ға 2018 жылдың наурызына дейін изотоптар өндіруге рұқсат берді.

Нейтрондық сәулелерді зерттеу

NRU реакторы Канаданың ұлттық нейтронды шашырату орталығына – NRC Canadian Neutron Beam Centre-ге орналасқан. Нейтронды шашырату – бұл әдіс, онда материалдың үлгісі арқылы нейтрон сәулесі жіберіледі және нейтрондардың үлгі ішіндегі атомдардан қалай шашырауына байланысты ғалымдар кристалл құрылымы және атомдардың қозғалысы туралы көптеген мәліметтерді анықтай алады. Бұл техниканың алғашқы дамушыларының бірі Бертрам Брокхаус болды, ол NRX және NRU реакторларында алғашқы нейтронды спектрометрлерді құрастырды және 1994 жылы нейтронды спектроскопияны дамытқаны үшін физика саласындағы Нобель сыйлығымен марапатталды. NRC Canadian Neutron Beam Centre бүгінгі күні осы ғылым саласын жалғастыруда, ол Канада мен әлемнің ғалымдарына зерттеу бағдарламаларында нейтрондарды пайдалануға мүмкіндік беретін ашық қолжетімді пайдаланушы орталығы ретінде жұмыс істейді. Дамыған елдер үшін нейтронды шашырату және рентгендік сәулелерді шашыратуға арналған ұлттық орталықтарды қолдау – қалыпты жағдай. Осы екі типтегі орталықтар материалдар туралы толықтыратын ақпаратты ұсынады. NRU реакторының Канаданың ұлттық нейтрон көзі ретіндегі ерекшелігі – оның көп мақсатты дизайны: изотоптар өндіруге, ядролық ҒЗТ-ны қолдауға және бірқатар нейтронды шашырату құралдарына нейтрондарды жеткізуге қабілетті. NRU реакторы кейде (бұрыс) жай ғана ядролық зерттеу орталығы деп сипатталады. Алайда, нейтронды шашырату – ядролық зерттеу емес, ол материалдарды зерттеу болып табылады. Нейтрондар – металдар, қорытпалар, биоматериалдар, керамика, магниттік материалдар, минералдар, полимерлер, композиттер, шыны, наноматериалдар және тағы да көптеген материалдарды зерттеу үшін өте қолайлы құрал. NRC Canadian Neutron Beam Centre-дегі нейтронды шашырату құралдарын Канаданың университеттері мен өнеркәсіптері жыл сайын пайдаланады, себебі материалдар туралы білім көптеген салалардағы жаңарулар үшін маңызды.

Ядролық энергияны зерттеу және дамыту

CANDU немесе PWR сияқты электр энергиясын өндіретін үлкен реактордың ішкі ядросында көптеген бос нейтрондар және ядролық бөліну процесінен туындаған жоғары деңгейлі гамма-сәулелену бар. Инженерлер мен ғалымдар үшін бұл ортаның реактор құрамына қалай әсер ететінін түсіну маңызды. Бұл білім ұзақ қызмет ету мерзіміне есептелген реакторды жобалау үшін қажет. NRU реакторының ядросына үлкен электр энергиясын өндіретін реактордың ішіндегі жағдайларды қайта жасай алатын сынақ құрылғылары орнатылған. NRU өзі бу (немесе электр энергиясы) өндірмейді; оның салқындату суы шамамен 55 градусқа дейін жылынады. Бірақ сынақ құрылғыларының ішінде жоғары температура мен қысым тудыруға болады. Ядролық электр станциясын салу үшін қолданылатын әртүрлі материалдарды сынақтан өткізу өте маңызды. NRU-дан алынған негізгі білім CANDU реакторын дамытуға және Канаданың ядролық индустриясының негізін қалауға мүмкіндік берді.