Введение
В 1950 году в Университете штата Северная Каролина была основана первая в США университетская программа, основанная на реакторе, и учебная программа по ядерной инженерии. Эта программа продолжает функционировать и в начале XXI века. В том же году администрация NC State College одобрила строительство реактора и создание учебной программы по ядерной инженерии. Первый исследовательский реактор был завершен в 1953 году, затем модернизирован в 1957 и 1960 годах (обозначался как R1, R2 и R3). В 1973 году он был остановлен, чтобы освободить место для реактора PULSTAR. Старый реактор был выведен из эксплуатации. Реактор PULSTAR используется для различных целей, включая обучение и научные исследования. Реактор расположен в инженерных лабораториях Берлингтона на главном кампусе NCSU. Это сооружение было построено для размещения первого реактора, а затем расширено и переименовано после строительства PULSTAR. Нынешний реактор – один из двух построенных реакторов PULSTAR и единственный, который продолжает работать. Другой реактор, мощностью 2 МВт, находился в Университете штата Нью-Йорк в Буффало. Он достиг критического состояния в 1964 году и был выведен из эксплуатации в 1994 году.
Текущие работы реактора
Реактор PULSTAR расположен вдоль Инженерного ряда в главном кампусе, окруженный зданиями Манн-холл, Дэниелс, Полк-холл и парком. Реактор имеет собственное здание и использует одну градирню; она выделяет водяной пар при работе реактора на высокой мощности. Это здание не является защитной оболочкой, но в нем поддерживается отрицательное давление для предотвращения выброса радиоактивных материалов. Реактор может работать на мощности до 100 кВт при естественной циркуляции или 1 мегаватт (МВт) с использованием насосов. Реактором пользуются все сотрудники, работающие с ним. Кроме того, 34 исследователя из других областей, помимо ядерной инженерии, используют реактор и связанные с ним объекты. Основное назначение реактора в исследовательских целях – обеспечение источника нейтронов для таких видов деятельности, как нейтронный активационный анализ. Например, кобальтовые-60 облучатели используются рядом отделов для стерилизации биологических образцов. Он также используется для профессиональной подготовки операторов и инженеров атомных электростанций, стажеров Министерства энергетики США (DOE) и специалистов по радиационной защите на государственном и местном уровнях. Пять каналов вывода пучков расположены вблизи активной зоны реактора. Этот реактор хорошо подходит для экспериментов, требующих высокого нейтронного потока, поскольку максимум потока наблюдается по краям активной зоны из-за недостаточного замедления нейтронов. В сентябре 2007 года студенты, преподаватели и сотрудники создали самый интенсивный в мире пучок позитронов. Реактор PULSTAR является общедоступным объектом и проводит экскурсии по предварительному запросу и с разрешения. В ноябре 2010 года реактор PULSTAR был связан с кафедрой ядерной инженерии Иорданского университета науки и технологий (JUST).
Инциденты
В бассейне была обнаружена утечка воды, и реактор был впоследствии остановлен 2 июля 2011 года. Сообщалось, что скорость утечки составляет (из a), что значительно ниже порога, обязательного для официального уведомления регулирующего органа. Утечка описывалась как точечная и для ее обнаружения требовалось специальное оборудование. После локализации и устранения утечки, технические специалисты вернули реактор к нормальной эксплуатации.
Ранняя история
Первый реактор был частью одноэтажного здания, которое в то время называлось Берлингтонской ядерной лабораторией, а сейчас известно как старое здание инженерных лабораторий Берлингтона, вокруг реакторного зала которого расположены учебные классы. Старое здание до сих пор используется, а в реакторном зале размещаются различные новые проекты. Сам реактор был полностью выведен из эксплуатации и вывезен.
R-1
В 1949 году доктор Клиффорд К. Бек был приглашен из Национальной лаборатории Оук-Ридж для работы в качестве преподавателя с целью сделать NCSU первым академическим учреждением, эксплуатирующим ядерный реактор. Первый реактор в академическом учреждении достиг критического состояния 5 сентября 1953 года, примерно через четыре года после начала строительства. Этот реактор получил название R1, поскольку был первым университетским исследовательским реактором. Это был гомогенный реактор мощностью 10 кВт, использующий высокообогащенный сульфат урана в качестве топлива. Он проработал недолго, но был остановлен из-за проблем с коррозией, приведших к утечке топлива. Говард Блейксли, научный редактор Associated Press Service, назвал реактор «Первым храмом атома» из-за его открытости для публики. В 1954 году началось строительство Ядерной лаборатории Берлингтона при финансировании AEC и Burlington Mills. Здание предназначалось для размещения реактора, пришедшего на смену R1. Также в 1954 году были присуждены первые две докторские степени по ядерной инженерии. В 1955 году к преподавательскому составу присоединился доктор Раймонд Л. Мюррей, еще один специалист, приглашенный из Национальной лаборатории Оук-Ридж, который впоследствии стал самым долгое время занимавшим должность заведующего кафедрой.
История после строительства PULSTAR
Внутренние дискуссии в области ядерной инженерии касались вопроса о модернизации реактора R3 для использования в учебном процессе и исследованиях, либо о его закрытии и замене на совершенно новый реактор. Доктор Мартин Велт поддерживал последний вариант, и эта позиция была принята кафедрой. К лабораториям Берлингтона было пристроено новое 3-этажное здание (известное как новое здание). Между ним и старым зданием было построено здание реактора, а также причалочная платформа и переход, соединяющий старое и новое здания. В здании реактора размещался ядерный реактор с водяным замедлителем мощностью 1 МВт, произведенный компанией AMF и известный как реактор "Pulstar". Он получил свое название благодаря способности генерировать короткие импульсы излучения, безопасно достигая сверхбыстрой критичности. Реактор был введен в эксплуатацию 25 августа 1972 года, заменив предыдущую серию. Первоначальные затраты составили 1,5 млн долларов США. В 1980-х годах были добавлены установка для регистрации мгновенного гамма-излучения и установка нейтронной радиографии. Установка мгновенного гамма-излучения выполняет анализ элементов, испускающих характерные сигнатуры непосредственно при захвате нейтронов. Установка нейтронной радиографии обеспечивает возможность визуализации, основанную на фундаментальной разнице во взаимодействии нейтронов с ядрами по сравнению с взаимодействием рентгеновских лучей и электронов. В 1997 году Комиссия по ядерному регулированию одобрила продление лицензии на 20 лет. В настоящее время реактор Pulstar работает на мощности 1 МВт, что является максимально допустимой мощностью в соответствии с законодательством. В будущем планируется увеличить мощность до 2 МВт. Подготовка завершена, и сейчас ожидается только одобрение. Переход на 2 МВт позволит проводить больше исследований с более высокой интенсивностью излучения и мощности.
Нейтронная съемка
Нейтронная рентгенография — мощный неразрушающий метод визуального контроля для внутренней оценки материалов или компонентов. Он основан на ослаблении нейтронного пучка при прохождении через объект и регистрации этого ослабления в виде изображения, как в цифровом, так и в плёночном вариантах. По принципу действия нейтронная рентгенография аналогична рентгеновской рентгенографии, но предоставляет дополнительную информацию. Однако взаимодействия рентгеновских лучей и нейтронов с веществом принципиально различны, что и обуславливает уникальность многих областей применения нейтронов. Рентгеновские лучи взаимодействуют с электронной оболочкой атома, а нейтроны — непосредственно с ядром. Более подробную информацию можно найти в разделе "Нейтронная радиология".
Сверххолодный источник нейтронов
Ультрахолодный источник нейтронов (УКНС) использует нейтроны, рожденные в реакторе, замедляя их в камере, заполненной метаном и другими материалами, и удерживая в резервуаре с D2O. По сути, это отвод нейтронов из пучка, расположенного рядом с реактором, для проведения данного исследования.