Zaawansowane badania Reactor (ATR) jest badawczy reaktor jądrowy z National Laboratory of Idaho , położone na wschód od Arco , w stanie Idaho , w Stanach Zjednoczonych . Ten reaktor został zaprojektowany i jest używany do testowania paliw jądrowych i materiałów do elektrowni, napędu morskiego, badań i zaawansowanych reaktorów. Może pracować z maksymalną mocą cieplną 250 MW i ma rdzeń „ czterolistnej koniczyny ” (podobny do róży kamunian), który umożliwia przeprowadzanie różnych testów. Unikalna konstrukcja pozwala na różne warunki strumienia (liczba neutronów uderzających jeden centymetr kwadratowy na sekundę) w różnych miejscach. Sześć stanowisk testowych izoluje eksperyment od głównego układu chłodzenia, zapewniając własne środowisko dla temperatury, ciśnienia, przepływu i chemii, naśladując środowisko fizyczne, jednocześnie przyspieszając warunki jądrowe.
ATR to ciśnieniowy reaktor lekkowodny (LWR), w którym woda jest zarówno chłodziwem, jak i moderatorem. Jądro jest otoczone berylowym odbłyśnikiem, który skupia neutrony na eksperymentach, ale mieści również wiele pozycji eksperymentalnych. Działa w niskich temperaturach i ciśnieniu -71 ° C oraz nie większym niż 2,69 MPa ciśnieniu wody. Zbiornik reaktora ATR jest wykonany z litej stali nierdzewnej o wysokości 35 stóp i szerokości 12 stóp. Rdzeń ma około 4 stopy wysokości i 4 stopy szerokości.
Oprócz swojej roli w napromieniowywaniu paliw i materiałów jądrowych, ATR jest jedynym krajowym źródłem kobaltu 60 (Co-60) o wysokiej aktywności właściwej (HSA) w Stanach Zjednoczonych do zastosowań medycznych. HSA Co-60 jest stosowany przede wszystkim w leczeniu raka mózgu nożem Gamma . Wyprodukowano również inne izotopy medyczne i przemysłowe, które mogłyby być ponownie wyprodukowane, w tym radioizotop używany do dostarczania ciepła i energii do statków kosmicznych NASA lub łazików powierzchniowych, pluton 238 (Pu-238).
Od 1951 r. Zbudowano pięćdziesiąt dwa reaktory Na terenie dawnej Krajowej Stacji Testowania Reaktorów Komisji Energii Atomowej, w której obecnie mieści się Narodowe Laboratorium Idaho (INL) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Zbudowany w 1967 r. ATR jest drugim najstarszym z trzech nadal działających reaktorów na tym terenie. Jego główną funkcją jest intensywne bombardowanie próbek materiałów i paliw neutronami w celu odtworzenia długotrwałego narażenia na wysokie poziomy promieniowania, jak miałoby to miejsce po latach w komercyjnym reaktorze jądrowym. ATR jest jednym z zaledwie czterech reaktorów testowych na świecie, które mają taką możliwość. Reaktor wytwarza również rzadkie izotopy do użytku w medycynie i przemyśle.
W kwiecień 2007ATR został wyznaczony jako National Science User Facility, a następnie przemianowany na Nuclear Science User Facility, aby zachęcić do korzystania z reaktora przez uniwersytety, laboratoria i przemysł. Statut ten ma na celu stymulowanie eksperymentów mających na celu wydłużenie żywotności istniejących reaktorów komercyjnych i wspieranie rozwoju energetyki jądrowej. Eksperymenty te umożliwią przetestowanie „materiałów, paliwa jądrowego i instrumentów funkcjonujących w reaktorach”. W ramach tego programu eksperymentatorzy nie będą musieli płacić za przeprowadzanie eksperymentów na reaktorach, ale są zobowiązani do publikowania ich wyników. Dzięki systemowi NSUF, ATR i placówki partnerskie gościły 213 nagradzanych doświadczeń z 42 różnych instytucji (uniwersytetów, laboratoriów krajowych i przemysłu), co zaowocowało 178 publikacjami i prezentacjami.
Wygląd i konstrukcja reaktorów testowych bardzo różnią się od tych z komercyjnych reaktorów jądrowych. Komercyjne reaktory są duże, działają w wysokich temperaturach i ciśnieniach oraz wymagają dużej ilości paliwa jądrowego. Typowy komercyjny reaktor ma objętość 48 metrów sześciennych z 5400 kg uranu w 288 ° C i 177 barach. Ze względu na swoje duże rozmiary i zmagazynowaną energię, komercyjne reaktory wymagają solidnej „konstrukcji zabezpieczającej”, aby zapobiec uwolnieniu materiału radioaktywnego w przypadku zagrożenia.
Odwrotnie, ATR wymaga mniejszej struktury obudowy: przy objętości 1,4 m 3 zawiera 43 kg uranu i działa przy 60 ° C i 26,5 bara (warunki podobne do podgrzewacza wody). Sam reaktor, który jest wykonany ze stali nierdzewnej, otoczony betonem, który rozciąga się ponad 6,1 m pod ziemią, jest wzmocniony przed przypadkowym lub celowym uszkodzeniem. Cały obszar reaktora jest również otoczony strukturą zabezpieczającą (w przeciwieństwie do „struktury zabezpieczającej”) zaprojektowaną w celu dalszej ochrony otaczającego środowiska przed jakimkolwiek potencjalnym uwolnieniem radioaktywności.
Rdzeń ATR został zaprojektowany tak, aby był jak najbardziej elastyczny dla potrzeb badawczych. Można go bezpiecznie włączać i wyłączać tak często, jak to konieczne, w celu zmodyfikowania eksperymentów lub wykonania konserwacji. Reaktor jest również automatycznie wyłączany w przypadku nietypowych warunków eksperymentalnych lub awarii zasilania.
Elementy rdzenia reaktora są wymieniane w razie potrzeby co 7-10 lat, aby zapobiec zmęczeniu wynikającemu z narażenia na promieniowanie i zapewnić eksperymentatorom zawsze nowy reaktor do pracy. Strumień neutronów dostarczany przez reaktor może być stały lub zmienny, a każdy płat konstrukcji czterolistnej koniczyny może być niezależnie kontrolowany w celu wytworzenia do 1015 neutronów termicznych na sekundę na centymetr kwadratowy lub 5-1014 neutronów szybkich s-1. Cm -2. Wewnątrz reflektora znajduje się 77 różnych miejsc testowych i 34 inne lokalizacje o niskiej intensywności poza rdzeniem (patrz rysunek po prawej), co umożliwia przeprowadzenie wielu eksperymentów jednocześnie w różnych środowiskach testowych. Można pomieścić objętości testowe o średnicy do 130 mm (5,0 cali) i długości 1,2 m (4 stopy). Doświadczenia zmieniane są średnio co siedem tygodni, a reaktor pracuje nominalnie (110 MW) przez 75% roku.
W reaktorze można przeprowadzić trzy rodzaje eksperymentów:
Bardzo ograniczone monitorowanie i sterowanie temperaturą jest dostępne dla statycznej konfiguracji kapsuły i wszystkie przypadki powinny być wbudowane w doświadczenie kapsuły (takie jak druty topliwe lub izolacyjna szczelina powietrzna).
Eksperymenty badawcze reaktorów obejmują: