Реактор PLUTO: Испытания материалов на Атомном энергетическом исследовательском центре Harwell.
PLUTO reactor
Реактор PLUTO в Харвелле, Великобритания: испытания материалов для ядерных программ. Высокий поток нейтронов, прототип DIDO, UKAEA. История ядерных исследований.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
ПЛУТОН – ядерный реактор для испытания материалов, расположенный на территории Исследовательского центра атомной энергетики, бывшего аэродрома Королевских ВВС в Харвелле, Оксфордшир, Великобритания.
Materials testing nuclear reactor at Harwell, Oxfordshire, United Kingdom
PLUTO was a materials testing nuclear reactor housed at the Atomic Energy Research Establishment, a former Royal Air Force airfield at Harwell, Oxfordshire in the United Kingdom.
Предыстория
ПЛУТО был одним из пяти реакторов на площадке. Площадка была выбрана в качестве научного центра для исследований и разработок расширяющихся ядерных программ Великобритании. Реактор был спроектирован Управлением по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA) и построен компанией Head Wrightson Processes Ltd, промышленным предприятием в Тизсайде, Англия. ПЛУТО был одним из двух реакторов с высоким потоком нейтронов; первый, DIDO, являлся его прототипом. ПЛУТО стал вторым из трех реакторов класса DIDO, введенных в эксплуатацию. ПЛУТО и DIDO располагались в Харвелле; третий, Dounreay (DMTR), был построен в Кейтнессе, Шотландия. Разработка многоцелевых реакторов типа ПЛУТО послужила основой для строительства многими странами собственных реакторов для испытания материалов, основанных на конструкции DIDO. Реактор ПЛУТО был запущен 27 октября 1957 года и эксплуатировался в течение тридцати трех лет, после чего был выведен из эксплуатации в 1990 году.
PLUTO was one of five reactors on the site. The site was selected as the scientific center for research and development of UK's expanding nuclear programs. Designed by the United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA), the reactor was built by Head Wrightson Processes Ltd, an industrial firm in Teesside, England. PLUTO was one of two high flux reactors; the first, DIDO, was its prototype. PLUTO was the second of three DIDO class reactors to become operational. PLUTO and DIDO were located at Harwell; the third, Dounreay (DMTR) was built in Caithness, Scotland. The development of multi purpose type PLUTO reactors gave rise to many countries building their own materials testing reactors based on DIDO's design. On 27 October 1957, the PLUTO reactor was commissioned and operated for thirty three years before decommissioning in 1990.
Дизайн
ПЛУТО был основан на конструкции DIDO и использовал обогащенное уран-металлическое топливо и тяжелую воду как нейтронный замедлитель, так и основной теплоноситель. Активная зона имела форму цилиндра диаметром и высотой приблизительно . Радиоактивная защита состояла из бора, свинца, железобетона и баритового бетона. Вокруг активной зоны был графитовый нейтронный отражатель. Топливный элемент представлял собой сплав из урана-235, обогащенного на восемьдесят процентов, с алюминиевыми пластинами. Реактор ПЛУТО начал работу с тепловой мощностью 10 МВт, которая в ходе модернизаций была увеличена до 25 МВт в период его эксплуатации.
PLUTO was based on the design of DIDO and used enriched uranium metal fuel, and heavy water as both neutron moderator and primary coolant. The core was a cylinder with a diameter of and a height of approximately The radioactive shielding consisted of boron, lead, of iron shot concrete, and of barytes concrete. There was a graphite neutron reflector surrounding the core. The fuel element was an eighty per cent enriched uranium, U 235, alloyed with aluminum plates. The PLUTO reactor started operating at 10 MW thermal power but increased during upgrades to 25 MW during its operation.
Проведенные испытания
Многоцелевой реактор ПЛУТО выполнял широкий спектр задач: от испытания материалов для коммерческих реакторов до исследования кристаллических структур. Основными функциями реактора были производство топлива, испытание материалов и эксперименты по активации образцов, в том числе изучение поведения графита под воздействием облучения. Испытания материалов, проводившиеся на площадке Харвелл, заключались в облучении материалов в реакторах. Это осуществлялось в одном из трех мест: в топливном элементе марки V реактора ПЛУТО, в позиции потока реактора DIDO и в преобразователе потока реактора ПЛУТО. Преобразователь потока был предназначен для создания спектра нейтронного и гамма-излучения с небольшими пространственными изменениями, характерного для реакторов на легкой воде, в отличие от реактора на тяжелой воде ПЛУТО. Эксперимент, проведенный для изучения поведения графита под облучением, позволил смоделировать эффекты облучения в течение 20–30 лет в действующем реакторе, используя материалы, испытанные в этих реакторах за несколько месяцев. Помимо этого, проводились исследования в области физики, такие как рассеяние нейтронов, химические исследования и производство радиоизотопов, используемых в медицинских учреждениях и других отраслях промышленности. Благодаря непрерывной работе реакторов-близнецов ПЛУТО и DIDO, с их поочередным включением и выключением, обеспечивалось постоянное снабжение больниц короткоживущими радиоизотопами. Произведенные радиоизотопы составляли 70% от общего объема радиоизотопов Великобритании, экспортируемых на международные рынки.
The multipurpose PLUTO reactor had many diverse functions; testing materials for commercial reactors to investigating crystal structures. Its main functions were fuel production, materials testing and sample activation experiments which involved testing the effects of graphite behavior under irradiation. Materials testing at the Harwell site involved irradiating materials using the reactors. This happened in one of 3 locations, a Mark V hollow fuel element in the Pluto reactor, a flux position in DIDO, and the flux converter in PLUTO. The aim of the flux converter was to give the materials the spectrum of low spatial variation of neutron and gamma fluxes seen by a light water reactor rather than the heavy water reactor, PLUTO. An experiment performed to test the effects of graphite behavior under irradiation revealed the effects of irradiation for 20–30 years in a civil reactor from materials tested in these reactors during the course of a few months. Other activities and experiments carried out were:physics research such as neutron scattering, chemistry studies, and radioisotopes production used in medical facilities and other industries. Because the twin reactors, PLUTO and DIDO, worked on a continuous basis rotating in and out of operation, there was continued flow of short lived radioisotopes for hospitals. The radioisotopes generated account for 70% of the UK radioisotopes sold on the international markets.
Вывод из эксплуатации
В 1957 году реактор ПЛУТО достиг критического состояния, а в 1990 году завершил срок службы. Ожидается, что к 2024 году он будет полностью демонтирован. Вывод из эксплуатации осуществляется в три этапа в соответствии со стандартами Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Он начался с остановки реактора после закрытия атомной электростанции. Первый этап заключался в извлечении радиоактивных материалов и эксплуатационных отходов. Второй этап включал демонтаж активного и неактивного оборудования, при этом сохранялась структура здания и защитная оболочка реактора. Третий этап предусматривает снос зданий и сооружений, демонтаж активной зоны реактора и биологической защиты, а также очистку площадки от всех радиоактивных отходов с целью восстановления площадки для других целей. К 1994 и 1995 годам реактор ПЛУТО находился на втором этапе вывода из эксплуатации.
PLUTO reactor went critical in 1957 and reached its end of life in 1990. It is expected to be completely dismantled by 2024. Decommissioning is carried out in three stages, as defined by the International Atomic Energy Agency (IAEA) Standards. It began with the shutdown of the reactor following closure of nuclear plant. The first stage was removing radioactive materials and operational waste. Second stage involved dismantling active and non active plants but keeping building structure and the reactor shield intact. Stage three involved demolishing building structures, dismantling the reactor core and bio shield, and site cleanup of all radioactive waste to restore site for other purposes. By 1994 and 1995, PLUTO was at stage two decommissioning