Первый в мире реактор-размножитель EBR-I в Айдахо

Введение

Исторический выведенный из эксплуатации ядерный реактор в юго-восточном Айдахо, США. Экспериментальный реактор-размножитель I (EBR I) – выведенный из эксплуатации исследовательский реактор и Национальный исторический памятник США, расположенный в пустыне примерно в 18 милях (29 км) к юго-востоку от Арко, штат Айдахо. Он был первым в мире реактором-размножителем. 20 декабря 1951 года в 13:50 он стал одной из первых в мире атомных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, когда произвел достаточно электроэнергии для освещения четырех 200-ваттных лампочек. Впоследствии EBR I генерировал достаточно электроэнергии для питания своего здания и продолжал использоваться в экспериментальных целях до вывода из эксплуатации в 1964 году. Музей открыт для посетителей с конца мая до начала сентября.

История

В рамках Национальной станции испытаний реакторов (с 2005 года – Национальная лаборатория Айдахо), строительство EBR I началось в конце 1949 года. Реактор был спроектирован и построен командой под руководством Уолтера Зинна на площадке Аргоннской национальной лаборатории в Айдахо, известной как Аргонн-Уэст. На ранних этапах реакторная установка называлась Чикагским купом-4 (CP 4) и «Адским купом Зинна». Установка реактора на EBR I состоялась в начале 1951 года (первый реактор в Айдахо), а его эксплуатация началась 24 августа 1951 года. 20 декабря того же года EBR I впервые выработал электроэнергию. На следующий день реактор произвел достаточно мощности, чтобы осветить всё здание. EBR I вырабатывал 200 кВт электроэнергии из 1,4 МВт тепловой мощности реактора. Выработка электроэнергии на EBR I стала первым случаем, когда реактор произвел доступную для использования электроэнергию, и её иногда ошибочно называют первым случаем выработки электроэнергии ядерным реактором вообще. Однако первое в мире производство электроэнергии ядерным реактором произошло тремя годами ранее, в сентябре 1948 года, в ходе эксперимента на графитовом реакторе X-10 в Национальной лаборатории Оук-Ридж в штате Теннесси. Позже, в 1955 году, был достигнут еще один важный рубеж в ядерной энергетике, когда экспериментальная установка с кипящей водой BORAX III (также спроектированная, построенная и эксплуатируемая Аргоннской национальной лабораторией) была подключена к внешним нагрузкам, обеспечивая электроэнергией близлежащий город Арко, штат Айдахо – это был первый случай, когда город полностью обеспечивался ядерной энергией. Изначальной целью разработки EBR I было не производство электроэнергии, а проверка теории ядерной физики, предполагавшей возможность создания реактора-размножителя. В 1953 году эксперименты показали, что реактор производит дополнительное топливо в процессе деления, подтверждая эту гипотезу. 29 ноября 1955 года на реакторе EBR I произошла частичная перегрев активной зоны во время испытания расхода теплоносителя. Это испытание проводилось для определения причины неожиданной реакции реактора на изменение расхода теплоносителя. Реактор был впоследствии отремонтирован для проведения дальнейших экспериментов, которые показали, что причиной неожиданной реакции стало тепловое расширение топливных стержней и опорных пластин, удерживающих эти стержни. Помимо того, что EBR I был одним из первых в мире реакторов, вырабатывающих электроэнергию из атомной энергии, он также стал первым в мире реактором-размножителем и первым реактором, использующим плутониевое топливо для выработки электроэнергии (см. также ядерный реактор Clementine). Первоначальной целью EBR I было доказать принцип размножения топлива, предложенный Энрико Ферми, согласно которому ядерный реактор может производить больше атомов топлива, чем потребляет. EBR I подтвердил этот принцип.

As part of the National Reactor Testing Station (since 2005 Idaho National Laboratory), EBR I's construction started in late 1949. The reactor was designed and constructed by a team led by Walter Zinn at the Argonne National Laboratory Idaho site, known as Argonne West. In its early stages, the reactor plant was referred to as Chicago Pile 4 (CP 4) and Zinn's Infernal Pile. Installation of the reactor at EBR I took place in early 1951 (the first reactor in Idaho) and it began power operation on August 24, 1951. On December 20 of that year, EBR I produced electricity for its first time. The following day, the reactor produced enough power to light the whole building. The EBR I produced 200 kW of electricity out of 1.4 MW of heat generated by the reactor. The production of electricity at EBR I is the first time that a reactor created in house available electricity, and it is sometimes misreferred to as the first time that a nuclear reactor has ever created electricity. However, the world's first electricity produced by a nuclear reactor occurred during an experiment 3 years earlier in September 1948 at the X 10 Graphite Reactor at the Oak Ridge National Lab in Tennessee. Later in 1955, another nuclear milestone was reached when an experimental boiling water reactor plant called BORAX III (also designed, built, and operated by Argonne National Laboratory) was connected to external loads, powering the nearby city of Arco, Idaho, the first time a city had been powered solely by nuclear power. The design purpose of EBR I was not to produce electricity but instead to validate nuclear physics theory that suggested that a breeder reactor should be possible. In 1953, experiments revealed the reactor was producing additional fuel during fission, thus confirming the hypothesis. On November 29, 1955, the reactor at EBR I suffered a partial meltdown during a coolant flow test. The flow test was trying to determine the cause of unexpected reactor responses to changes in coolant flow. It was subsequently repaired for further experiments, which determined that thermal expansion of the fuel rods and the thick plates supporting the fuel rods was the cause of the unexpected reactor response. Besides being one of the world's first to generate electricity from atomic energy, EBR I was also the world's first breeder reactor and the first to use plutonium fuel to generate electricity (see also the Clementine nuclear reactor). EBR I's initial purpose was to prove Enrico Fermi's fuel breeding principle, a principle that a nuclear reactor can produce more fuel atoms than it consumes. EBR I proved this principle.

Дизайн

EBR I использовал уран-металлический теплоноситель и первичный теплоноситель NaK. Он был полностью идентичен первоначальной конфигурации более позднего быстрого реактора Даунрей, который впервые достиг критического состояния в 1959 году. Первичный жидкометаллический теплоноситель течет самотеком из накопительного резервуара через активную зону реактора, где поглощает тепло. Затем теплоноситель поступает в теплообменник, где отдает это тепло вторичному теплоносителю – другому жидкому металлу. Первичный теплоноситель возвращается в накопительный резервуар электромагнитным насосом. Вторичный теплоноситель подается в парогенератор, где отдает тепло воде, образуя пар. Этот пар направляется на турбину, что и обеспечивает выработку электроэнергии. Затем пар конденсируется и возвращается в парогенератор с помощью водяного насоса.

Снятие с эксплуатации и наследие

В 1964 году реактор EBR I был выведен из эксплуатации в Аргоннской национальной лаборатории и заменен новым реактором Experimental Breeder Reactor II. В 1965 году он был объявлен Национальным историческим памятником, а церемония его открытия состоялась 25 августа 1966 года под руководством президента Линдона Джонсона и Гленна Т. Сиборга. В 2004 году он также был признан IEEE Milestone.