211service.com
Kawałek historii nuklearnej powraca do życia
Gretchen Ertl
Ukrywał się na widoku w bocznym pokoju w laboratorium reaktora jądrowego MIT, pokryty cienką warstwą metalowych paneli, które sprawiały, że wyglądał jak przewymiarowana szafka do przechowywania. Ale w tym zwykłym metalowym pudełku znajdował się ważny fragment historii – i potencjalny dobrodziejstwo dla programów badawczych i edukacyjnych MIT w dziedzinie inżynierii jądrowej.
Pudełko zawierało wykładniczy stos grafitu — mniejszą wersję urządzenia, które fizyk Enrico Fermi zbudował pod trybunami stadionu piłkarskiego Uniwersytetu w Chicago, aby zapoczątkować erę atomową. W eksperymencie Fermiego z 1942 r. użyto grafitu do ponad milionowego współczynnika spowolnienia neutronów emitowanych ze źródła promieniowania. To skłoniło ich do interakcji z atomami w prętach uranu umieszczonych w stosie, inicjując pierwszą na świecie kontrolowaną reakcję łańcuchową rozszczepienia jądra. Udowodnił teorie, które doprowadziły do powstania pierwszej bomby atomowej, a niedługo potem pierwszych reaktorów jądrowych.
W następnych latach, po zniesieniu tajności badań wojennych, uniwersytety i laboratoria badawcze w całym kraju pospieszyły z budową własnych stosów grafitu — mniejszych wersji, które nie wywoływały reakcji łańcuchowych, ale mogłyby przyspieszyć badania w tej powstającej technologii. Zbudowano co najmniej 25, mówi Kord Smith, NUE ’79, SM ’79, PhD ’80, profesor KEPCO Praktyki Nauki i Inżynierii Jądrowej w MIT. Jednak na początku lat sześćdziesiątych energetyka jądrowa mocno osiadła na innym podejściu do projektowania reaktorów rozszczepienia, używając zwykłej wody lub ciężkiej wody (wykonanej z tlenu i deuteru, ciężkiej formy wodoru) zamiast grafitu do spowolnienia neutronów i ułatwiają rozszczepienie. W ciągu kilku lat większość pozostałych stosów grafitu została rozebrana lub zakuta na mole.
MIT był jednym z pierwszych, który zbudował stos grafitu w 1957 roku, a to urządzenie było największym zbudowanym po Fermim, o połowie szerokości oryginału. Został zamknięty, jak inne, najwyraźniej na początku lat 60., i tam siedział zapomniany, dopóki profesor Michael Short z NSE nie zastanawiał się, co znajduje się w tajemniczym pudełku.
Trudno mi było uwierzyć, że nie wiedziałem o istnieniu tego wyjątkowego urządzenia, mimo że jako student studiowałem nauki i inżynierię jądrową i utrzymywałem długotrwały związek z NSE, mówi Smith, który wykłada na wydziale od 2011 roku. Ale kiedy już się dowiedział, że tam jest, zaczął planować jego ponowne uruchomienie — częściowo dlatego, że wiedział, korzystając z jednego w stanie Kansas w latach 70., jak przydatny może być do badań i edukacji, a częściowo z okazji 75. rocznicy eksperymentu Fermiego.
Urządzenie jest zasadniczo dużym stosem bloków w kształcie sześcianu wykonanych z czystego grafitu – tego samego materiału, który można znaleźć w ołówku – z wywierconymi otworami, aby umożliwić włożenie prętów uranu. Wykonane z naturalnego, niewzbogaconego uranu, emitują tak niski poziom promieniowania, że można je bezpiecznie obsługiwać gołymi rękami, mówi Smith, co zrobili Fermi i jego współpracownicy w 1942 roku.
Nie jest to jednak tylko odrobina nostalgii czy eksponat muzealny. Wiele nowszych konstrukcji reaktorów, takich jak reaktory ze złożem żwirowym, które są z natury bezpieczne i odporne na topnienie, opiera się na granulkach paliwa uranowego z powłoką grafitową. Jednak obecnie jest bardzo niewiele miejsc, w których można przeprowadzić podstawowe badania nad zachowaniem grafitu w środowisku rozszczepienia jądrowego.
Stos grafitowy MIT, wykonany z 30 ton czystych cegieł grafitowych i 2,5 tony uranu, został teraz przywrócony do stanu roboczego, a członkowie NSE przeprowadzili uroczyste odtworzenie historycznego eksperymentu Fermiego dokładnie w momencie 75. rocznicy wydarzenia. 2 grudnia 2017 r. To oznaczało początek nowego życia stosu.
Podczas gdy eksperymenty w głównych krajowych ośrodkach badań jądrowych wymagają miesięcy planowania i rygorystycznych procesów aplikacyjnych, uczniowie będą mogli budować, testować i uzyskiwać wyniki eksperymentów w stosie grafitu w ciągu kilku dni, mówi Smith. Da im także praktyczne doświadczenie w obsłudze reaktora.
Uczniowie mieli użyć stosu w maju do wykonania pomiarów promieniowania in situ; jesienią będą z niego korzystać dwa kursy NSE. Podekscytowanie uczniów jest ogromne, mówi Smith: Wszyscy chcą sami załadować paliwo!