Ядролық зерттеу реакторларының SLOWPOKE отбасысы

Кіріспе

Ядролық зерттеу реакторларының отбасы

SLOWPOKE (Safe LOW POwer Kritical Experiment – қауіпсіз, төмен қуатты, сындық эксперимент) – 1960 жылдардың соңында Канаданың Атом энергиясы (AECL) компаниясы жобалаған, төмен энергиялы, резервуарлы-бассейн типіндегі ядролық зерттеу реакторларының отбасы. Джон У. Хилборн (1926 немесе 1927 жылы туған) – олардың құрылымымен ең тығыз байланысты ғалым. Олар бериллиймен шағылыстырылған және өте төмен сындық массаға ие, бірақ кішкентай бөлшектер үдеткішінен немесе басқа радиоактивті көздерден алуға болатын нейтрон ағынынан жоғарырақ нейтрон ағынын қамтамасыз етеді.

Негізгі жобалау

SLOWPOKE 2 реакторлары (SLOWPOKE реакторлары отбасының ең көп саны) бастапқыда 28% уран-алюминий қорытпасы түрінде 93% жоғары байытылған уранды, алюминий қаптамасымен қолданды, ал 1985 жылы керамикалық UO2 отыны бар, төмен байытылған уранның жаңа дизайны (~19,9% байытылған) пайдалануға берілді. Реакторлық ядро шамамен 200-300 отын штыбынан тұрады, олардың диаметрі және биіктігі белгілі, және бериллийден жасалған тұрақты сақина мен төменгі бериллий плитасымен қоршалған. Отын жанып келе жатқанда, ядроның үстіне бериллий пластиналарын қосып, сынақтық жағдай сақталады. Реакторлық ядро диаметрі және тереңдігі бар, қарапайым жеңіл су тоғанда орналасқан, ол табиғи конвекция арқылы салқындатуды қамтамасыз етеді. Пассивті салқындатудан басқа, реактор жоғары дәрежедегі қауіпсіздікке ие; яғни ол су қызып кетсе немесе көпіршіктер пайда болса, тізбекті реакцияны баяулату сияқты пассивті, табиғи тәсілдер арқылы өзін-өзі реттей алады. Бұл сипаттамалар соншалықты үстем, тіпті SLOWPOKE 2 реакторы түнде қадағалаусыз жұмыс істеуге лицензияланған (бірақ қашықтан бақыланады). Көптеген SLOWPOKE реакторлары 20 кВт номиналды қуатқа есептелген, бірақ қысқа мерзімге жоғары қуатта жұмыс істеуге болады.

SLOWPOKE-1 және SLOWPOKE-2

SLOWPOKE зерттеу реакторы 1967 жылы AECL-дің Whiteshell зертханаларында жобаланды. 1970 жылы SLOWPOKE деп аталған прототиптік құрылғы (реактордың атауы және 2 реактордан тұратын SLOWPOKE реакторлар класының мүшесі; әсіресе кейін SLOWPOKE реакторларының келесі буындары пайда болғанда, осы типтегі реакторлар SLOWPOKE 1 деп аталды), Chalk River Laboratories-те жобаланып, салынды. Ол негізінен Канада университеттері үшін арналған, кішкентай коммерциялық үдеткіштерден қол жетімді нейтрон ағынынан артық нейтрон ағынын қамтамасыз ететін, сонымен бірге қолданыстағы ядролық реакторлардың күрделілігі мен жоғары операциялық шығындарынан сақтайтын болды. 1970 жылы Chalk River прототипі сынақтан өтті, ал 1971 жылы Торонто университетіне көшірілді. Онда бериллий рефлекторында бір үлгі алу орны болды және 5 кВт қуатпен жұмыс істеді. 1973 жылы қуаты 20 кВт-қа дейін арттырылды және бақылаусыз жұмыс уақыты 4 сағаттан 18 сағатқа дейін ұзартылды. Реактор 1976 жылы демонтаждалды және Торонто университетінде келесі буын SLOWPOKE 2 реакторымен ауыстырылды. Алғашқы коммерциялық үлгі 1970 жылы салынып, 1971 жылдың 14 мамырында Оттава, Онтариодағы Туннидің Пастур 20 Goldenrod Driveway мекенжайындағы AECL коммерциялық өнімдер бөлімінде іске қосылды. Оның қуаты 20 кВт (термиялық) болды және ол SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 типіне жатты. Реактор прототип болды және 1984 жылы тоқтатылды. SLOWPOKE 1 типіндегі екі реактор салынды. Екі реактор да пайдаланудан шығарылды. 1976 жылы Торонто университетінде SLOWPOKE 2 деп аталған келесі буын коммерциялық дизайны орнатылды (қайтадан реактордың және реактор класының атауы, оның басқа мүшелері басқа жерлерде салынды), ол бастапқы SLOWPOKE 1 құрылғысын ауыстырды (жоғарыда қараңыз). Коммерциялық модельде бериллий рефлекторында бес үлгі алу орны және рефлектордан тыс жерде орналасқан бес орын болды. 1976-1985 жылдар аралығында жоғары байытылған уран (ЖБУ) отынымен тағы жеті SLOWPOKE 2 реакторы Канаданың алты қаласында және Ямайканың Кингстонында іске қосылды. 1985 жылы Кингстон қаласындағы Канада Корольдік әскери колледжінде (КӘК) төмен байытылған уранмен (ТБУ) жабдықталған SLOWPOKE 2 реакторы іске қосылды. Содан бері бес SLOWPOKE 2 реакторы пайдаланудан шығарылды (Саскачеван ғылыми-зерттеу кеңесі, Торонто университеті, Альберта университеті, Дальхаузи университеті және Канатадағы AECL/MDS Nordion реакторы), ал үшеуі ТБУ-ге ауыстырылды (Монреаль политехникалық институты, Вест-Индия университеті және Канада Корольдік әскери колледжі). Барлығы сегіз SLOWPOKE 2 реакторы салынды, жетісі Канадада, ал біреуі Ямайкада. 2022 жылғы мәліметтер бойынша, сегізінің үшеуі жұмыс істеп тұр (ТБУ-ді пайдаланатын/ТБУ-ге ауыстырылған), ал бесеуі пайдаланудан шығарылды.

The SLOWPOKE research reactor was conceived in 1967 at the Whiteshell Laboratories of AECL. In 1970 a prototype unit called SLOWPOKE (both the name of the reactor and of the prototype reactor class of 2 reactors it was a member of; especially later when further generations of SLOWPOKE reactors had appeared, these type of reactors were named SLOWPOKE 1), was designed and built at Chalk River Laboratories. It was primarily intended for Canadian universities, providing a higher neutron flux than available from small commercial accelerators, while avoiding the complexity and high operating costs of existing nuclear reactors. The Chalk River prototype went critical in 1970, and was moved to the University of Toronto in 1971. It had one sample site in the beryllium reflector and operated at a power level of 5 kW. In 1973 the power was increased to 20 kW and the period of unattended operation was increased from 4 hours to 18 hours. The reactor was dismantled in 1976 and replaced in University of Toronto by a next generation SLOWPOKE 2 reactor. The first commercial example started construction in 1970 and was started up 14 May 1971 at AECL's Commercial Products Division in Tunney's Pasture 20 Goldenrod Driveway, Ottawa, Ontario. It had a power output of 20 kW (thermal) and it was of the SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 type. The reactor was a prototype and was shut down 1984. Two reactors of SLOWPOKE aka SLOWPOKE 1 type were built. Both reactors have been decommissioned. In 1976 a next generation commercial design, named SLOWPOKE 2 (again both the name of the reactor and reactor class, further members of which were constructed elsewhere), was installed at the University of Toronto, replacing the original SLOWPOKE 1 unit (see above). The commercial model has five sample sites in the beryllium reflector and five sites stationed outside the reflector. Between 1976 and 1985, further seven SLOWPOKE 2 reactors with Highly Enriched Uranium (HEU) fuel were commissioned in six Canadian cities and in Kingston, Jamaica. In 1985 the first Low Enriched Uranium (LEU) fuelled SLOWPOKE 2 reactor was commissioned at the Royal Military College of Canada (RMC) in Kingston, Ontario. Since then five SLOWPOKE 2 reactors have been decommissioned (Saskatchewan Research Council, University of Toronto, University of Alberta, Dalhousie University, and AECL/MDS Nordion reactor in Kanata), and three converted to LEU (Polytechnique Montreal , University of the West Indies and Royal Military College of Canada ). All in all, eight SLOWPOKE 2 reactors were built, seven in Canada and one in Jamaica. as of 2022, of the eight, three are operational (the ones using/converted for LEU) and five have been decommissioned.

SLOWPOKE-3 және SLOWPOKE-4

AECL сонымен қатар Манитобадағы Whiteshell ядролық зерттеулер орталығында аудандық жылыту үшін SLOWPOKE демонстрациялық реакторын (SDR, SLOWPOKE 3) деп аталатын үлкейтілген нұсқасын (2 x 10 МВт жылулық) жобалап, салды (құрылысы 1985 жылы басталды, жұмысы 1987 жылы басталды). SDR технологиясын қолданатын аудандық жылыту жүйесінің экономикалық тиімділігі дәстүрлі жанармайлармен салыстырғанда бәсекеге қабілетті деп есептелді. Дегенмен, бұл технологияға деген сұраныс тумады, және жоспарланған SES 10 (SDR тәжірибесіне негізделген SLOWPOKE 4) ешқашан салынбады, ал SDR 1989 жылы тоқтатылып, жабылу процедурасы басталды.

Теңіз электр қуаты көзі

1980 жылдардың ортасында Канада қысқа мерзімге Оберон класындағы су асты кемелерін SLOWPOKE ядролық реакторын пайдаланып, су астындағы операциялар кезінде кеме батареяларын үздіксіз зарядтау арқылы ядролық қуатқа көшіруді қарастырды. Канада Корольдік әскери колледжінде реактордың теңізде қолданылуына қатысты көптеген зерттеулер жүргізілді.

Қазіргі қолданылулары

SLOWPOKE реакторлары негізінен нейтрондық активация талдауында (NAA), зерттеулерде және коммерциялық қызмет көрсетуде, сондай-ақ оқыту, оқу, сәулелендіру зерттеулерінде, нейтрондық рентгенографияда (тек Канада Корольдік әскери колледжінде) және радиоактивті іздеушілерді өндіруде қолданылады. Бұл реактор дизайнының сенімділігі мен пайдаланудың қарапайымдылығы, сондай-ақ нейтрондық ағынның қайталануы оның басты артықшылықтары болып табылады. Отын кем дегенде 20 жыл бойы өзгертілмегендіктен, сәулелендіру аймақтарындағы нейтрондық спектр өзгермейді және нейтрондық ағын шамамен 1% дейін қайталанады. Алғашқы үш реактор әлі де жұмыс істеп тұр. Бұл реактордың барлық техникалық мақсаттарына қол жеткізілсе де, шетелдік сатудың болмауы көңіл көншітпеді. Канада Корольдік әскери колледжінің қуатты емес реакторды пайдалану лицензиясы жаңартылды және ол 2023 жылдың 1 шілдесінен 2043 жылдың 30 маусымына дейін жарамды болады. RMC 1985 жылдан бері (құрылысы мен жұмысы 1985 жылы басталды) кішкентай SLOWPOKE 2 реакторын (номиналды реактор қуаты 20 кВт жылу) пайдаланып келеді. 1999 жылдың ақпан айында SLOWPOKE 2 нысанына радиографиялық және томографиялық операциялар (2 өлшемді және 3 өлшемді бұзылмайтын бейнелеу техникалары) үшін нейтрондық сәулелі түтік (NBT) қосылды. Монреаль политехникалық мектебінің қуатты емес SLOWPOKE 2 реакторының (20 кВт жылу) пайдалану лицензиясы жаңартылды және ол 2013 жылдың 1 шілдесінен 2023 жылдың 30 маусымына дейін жарамды болады. Реактор 36 жылдан бері жұмыс істеп келеді (құрылысы 1975 жылы басталды, жұмысы 1976 жылы басталды) және ғылыми зерттеулер, оқыту, нейтрон өндіру және изотоптар өндіру үшін қолданылады. Вест-Индия университетінің Халықаралық экологиялық және ядролық ғылымдар орталығы Кингстон, Ямайкадағы SLOWPOKE 2 реакторын жұмыс істеуге жалғастырып келеді, ол 2015 жылы Ұлттық ядролық қауіпсіздік басқармасымен (NNSA) және МАГАТЭ-нің көмегімен серіктестік арқылы LEU-ға түрлендірілді.

Бұрынғы өтінімдер

SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 реакторларының екеуі (салынған 2-ден), SLOWPOKE 2 реакторларының бесеуі (салынған 8-ден) және SLOWPOKE 3 реакторы (салынған 1-ден) пайдаланудан шығарылды. SLOWPOKE 4 реакторы ешқашан салынбаған. 2011 жылдың 31 тамызында Дальхаузи университеті Галифакстағы Дальхаузидің іздестіру талдау орталығының бөлігі болған SLOWPOKE 2 реакторының отынын шығару және оны пайдаланудан тоқтату лицензиясын сұрады және алды. Дальхаузидің SLOWPOKE 2 реакторы (20 кВт жылу) 1976 жылы салынды және іске қосылды; ол 2011 жылы демонтаждалды. Торонто университетінің SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 реакторы (алғаш 5 кВт, кейін 20 кВт жылу) 1970 жылы Чалк Ривер зертханаларында, ал 1971-1976 жылдары Торонто университетінде жұмыс істеді. SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 реакторы 1976 жылы бөлшектелді. Торонто университетінің SLOWPOKE 2 реакторы (20 кВт жылу) 1976 жылдан 1998 жылдың 31 желтоқсанына дейін жұмыс істеді. Торонто университеті 2001 жылы SLOWPOKE 2 ядролық зерттеу реакторын пайдаланудан тоқтатуға лицензия сұрады және алды. AECL-дің Коммерциялық өнімдер бөлімі (Tunney's Pasture, 20 Goldenrod Driveway, Оттава, Онтарио) SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 реакторы (20 кВт жылу) 1971-1984 жылдары жұмыс істеді. Ол орналасқан ғимарат кейін бұзылды. Альберта университетінің SLOWPOKE 2 реакторы (20 кВт жылу) 1977 жылдың 22 сәуірінен бастап 2017 жылдың 5 тамызында демонтаждалғанға дейін жұмыс істеді. Альберта университеті 2017 жылы SLOWPOKE 2 ядролық зерттеу реакторын пайдаланудан тоқтатуға лицензия сұрады және алды. U of A SLOWPOKE консолі қазір басқа SLOWPOKE артефакттарымен бірге Канаданың ядролық мұрасын сақтау қоғамының жинағында, Дип Ривер, Онтариода сақталады. Саскачеван Ғылыми-зерттеу Кеңесінің SLOWPOKE 2 реакторы (16 кВт жылу) 1981 жылдан бастап 2017 жылдың желтоқсанында тоқтатылғанға дейін жұмыс істеді. Пайдаланудан тоқтату жұмысы 2020 жылы аяқталуы күтілді. АЭСЛ-ге, кейін MDS Nordion-ға тиесілі және басқарылатын Канатадағы SLOWPOKE 2 реакторы (20 кВт жылу) 1984 жылы құрылысын бастады және жұмыс істеді. Ол 1989 жылы тоқтатылды. AECL-дің Whiteshell ядролық зерттеу орталығындағы SLOWPOKE демонстрациялық реакторы (SDR немесе SLOWPOKE 3; 2 x 10 МВтж) 1987-1989 жылдары жұмыс істеді (құрылысы 1985 жылы басталды). Ұсынылған SES 10 (SLOWPOKE 4) реакторы ешқашан салынбады.

Two of the SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 reactors (out of 2 built), five of the SLOWPOKE 2 reactors (out of 8 built) and the single SLOWPOKE 3 reactor (out of 1 built) have been decommissioned. No SLOWPOKE 4 reactor was ever built. Dalhousie University applied for, and was issued, a Licence to de fuel, and decommission the SLOWPOKE 2 Reactor Facility, which was part of Dalhousie’s Trace Analysis Research Centre in Halifax, Nova Scotia on August 31, 2011. Dalhousie's SLOWPOKE 2 reactor (20 kW thermal) was built and started operation in 1976; it was dismantled 2011. The University of Toronto’s SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 reactor (first 5 then 20 kW thermal) operated first in Chalk River Laboratories in 1970 and in the University of Toronto 1971 1976. The SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 reactor was dismantled in 1976. University of Toronto’s SLOWPOKE 2 reactor (20 kW thermal) operated from 1976 until December 31, 1998. The University of Toronto applied for, and was issued, a Licence to Decommission its SLOWPOKE 2 Nuclear Research Reactor Facility in 2001. The AECL's Commercial Products Division (Tunney's Pasture 20 Goldenrod Driveway, Ottawa, Ontario) SLOWPOKE/SLOWPOKE 1 reactor (20 kW thermal) operated 1971 1984. The building that housed it has since been demolished. University of Alberta’s SLOWPOKE 2 reactor (20 kW thermal) operated from April 22, 1977 until being dismantled on August 5, 2017. The University of Alberta applied for, and was issued a Licence to Decommission its SLOWPOKE 2 Nuclear Research Reactor Facility in 2017. The U of A SLOWPOKE console is now part of the collection of the Society for the Preservation of Canada's Nuclear Heritage, Inc, in Deep River, Ontario, along with other SLOWPOKE artifacts. Saskatchewan Research Council's SLOWPOKE 2 reactor (16 kW thermal) operated from 1981, until being shut down in December 2017. Decommissioning was expected to be completed sometime in 2020. The SLOWPOKE 2 reactor (20 kW thermal) located in Kanata, originally owned and operated by AECL and later by MDS Nordion, started construction and operation in 1984. It was shut down 1989. The SLOWPOKE Demonstration Reactor (SDR or SLOWPOKE 3; 2 10 MWth) at AECL's Whiteshell Nuclear Research Establishment operated 1987–1989 (start of construction 1985). The proposed SES 10 (SLOWPOKE 4) reactor was never built.