Эксперимент ARE: ядерная двигательная установка для самолетов. Испытания реактора в 1954 году, 2.5 МВт мощности. Программа ANP, ядерная авиация, история.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Эксперимент по технической осуществимости ядерного двигателя для самолётов
Feasibility experiment for aircraft nuclear propulsion
Эксперимент по реактору для самолётов (англ. Aircraft Reactor Experiment, ARE) — экспериментальный ядерный реактор, разработанный для проверки технической осуществимости реакторов с жидким топливом, высокой температурой и высокой плотностью мощности для двигателей сверхзвуковых самолётов. Он работал с 8 по 12 ноября 1954 года в Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) с максимальной устойчивой мощностью 2,5 мегаватт (МВт) и выработал в общей сложности 96 МВт-часов энергии. Предполагалось, что уникальные характеристики ядерной энергии могут быть применены к сверхзвуковым полётам на большие расстояния, что считалось весьма ценным с точки зрения военной стратегии. Сложности, связанные с этой идеей, были осознаны сразу, и к 1950 году Комиссия по атомной энергии объединила усилия с Военно-воздушными силами для изучения возможностей посредством разработки технологий в рамках программы ядерного двигателя самолёта (ANP), которая действовала с 1946 года (первоначально как USAF NEPA) до её закрытия в 1961 году. Сотрудники ORNL проекта ANP пришли к выводу, что наиболее экономичным способом получения необходимой технической информации и опыта для достижения цели полётов на ядерной энергии является строительство и эксплуатация ARE. Они считали задачу полёта сверхзвукового самолёта на ядерной энергии чрезвычайно сложной и полагали, что для получения достаточной информации для проектирования и постройки реактора для полёта может потребоваться более одного экспериментального реактора. Изначально ARE задумывался как реактор на твёрдом топливе с охлаждением жидким натриевым металлом и замедлителем из оксида бериллия (BeO). Блоки замедлителя BeO были закуплены с расчётом на конструкцию с твёрдым топливом. Однако опасения относительно стабильности цепной реакции, связанные с ксеноном в твёрдом топливе при очень высоких температурах, были настолько серьёзными, что потребовали отказа от твёрдого топлива и его замены на циркулирующее жидкое топливо. В первоначальную конструкцию был включён вариант с жидким топливом на основе расплавленной фторидной соли.
The Aircraft Reactor Experiment (ARE) was an experimental nuclear reactor designed to test the feasibility of fluid fuel, high temperature, high power density reactors for the propulsion of supersonic aircraft. It operated between November 8–12, 1954 at the Oak Ridge National Laboratory (ORNL) with a maximum sustained power of 2.5 megawatts (MW), and generated a total of 96 MW hours of energy. It was supposed that the unique characteristics of nuclear power could be applied to long range supersonic flight, which was considered highly valuable in terms of military strategy. Challenges in the proposal were understood immediately, and by 1950 the Atomic Energy Commission joined with the Air Force to study the possibilities via technology development in the Aircraft Nuclear Propulsion (ANP) program which ran from 1946 (originally as USAF NEPA) until cancelled in 1961. The ORNL staff of the ANP project decided that technical information and experience needed to support the objective of nuclear powered flight could most economically be obtained from building and operating the ARE. They considered the task of flying a supersonic airplane on nuclear energy exceedingly complex, and thought more than one experimental reactor may be necessary before sufficient information was obtained to design and construct a reactor for flight. Originally, the ARE was conceived as a liquid sodium metal cooled beryllium oxide (BeO) moderated solid fuel reactor. The BeO moderator blocks were purchased with the solid fuel design in mind. However, concerns regarding chain reaction stability related to xenon in solid fuel at very high temperatures were serious enough to warrant abandoning solid fuel and replacing it with circulating fluid fuel. A fluid fueled option with molten fluoride salt was worked into the original design.
Реактор
АРЭ был разработан как прототип 350-мегаваттного авиационного реактора с циркулирующим топливом и замедлителем из BeO. В качестве топлива использовалась смесь, состоящая из 53,09 моль % NaF, 40,73 моль % ZrF4 и 6,18 моль % UF4. Расчетный срок службы АРЭ составлял 1000 часов, при этом максимально возможное время предполагалось проводить на полном уровне мощности 3 мегаватт. Проектная температура топлива составляла , с повышением температуры на ядре , хотя максимальная температура достигала при устойчивом режиме работы и возрастала до в переходных процессах. Через реактор прокачивалось топлива со скоростью в минуту при давлении в ядре около. Сводный отчет об опасностях АРЭ был выпущен 24 ноября 1952 года. Для проверки расчетных моделей была собрана критическая сборка реактора. Модераторные блоки из BeO были оснащены прямыми трубами, заполненными порошковой смесью для имитации топлива. Измерялись критическая масса, эффективность регулирующих стержней, эффективность аварийных стержней, распределение нейтронного потока и коэффициенты реактивности различных материалов. Строительство здания испытательного комплекса началось 6 июля 1951 года.
The ARE was designed to be a prototype of a 350 megawatt, BeO moderated, circulating fuel aircraft reactor. It used a fuel composed of 53.09 mole % NaF, 40.73 mole % ZrF4, and 6.18 mole % UF4. The ARE operational life targeted 1000 hours, with as much time as possible at the full power level of 3 megawatts. The design fuel temperature was , with a temperature rise across the core, though the peak temperature reached in steady operation and peaked at in transients. of fuel flowed through the reactor per minute at a core pressure of about Sodium was pumped through the reactor at a rate of per minute with about of pressure. The ARE Hazards Summary Report was issued on November 24, 1952. A low temperature critical mockup of the reactor was assembled to verify the calculation models. The BeO moderator blocks were fitted with straight tubes filled with a powder mixture to simulate the fuel. Critical mass, regulating rod worth, safety rod worth, neutron flux distributions, and reactivity coefficients of a wide variety of materials were measured. Construction of the test facility building began on July 6, 1951.
Последующие действия
После того, как АРЭ был запущен в эксплуатацию, проект ANP перешел к планам по строительству более крупного эксперимента – испытательного реактора для самолетов мощностью 60 МВт (ART). ART должен был иметь активную зону с топливом NaF ZrF4 UF4, замедлителем из бериллия, отражателем из бериллия, с жидким натрием в качестве теплоносителя отражателя и NaK в качестве вторичного теплоносителя, а также защиту из свинца и борированной воды. Здание 7503 в ORNL было значительно перестроено в рамках проекта расширения, включавшего новые глубокие котлованы для размещения ART, но программа была отменена до проведения нового эксперимента. Впоследствии в этом здании и сооружениях был размещен Эксперимент реактора с расплавленной солью.
After the ARE operated, the ANP project moved on with plans to build a larger experiment, the 60 MW Aircraft Reactor Test (ART). The ART was to be a NaF ZrF4 UF4 fueled, Be moderated, Be reflected core with sodium metal as the reflector coolant and NaK as the secondary coolant, with shield made of lead and borated water. Building 7503 at ORNL was significantly re excavated in an extension project including new deep excavations to accommodate the ART, but the program was cancelled before the new experiment was performed. The building and facilities later went on to house the Molten Salt Reactor Experiment.