Reactor reproductor experimental I

El reactor reproductor experimental I ( EBR-I ) es un reactor de investigación fuera de servicio y Monumento Histórico Nacional de los Estados Unidos ubicado en el desierto a unas 18 millas (29 km) al sureste de Arco, Idaho . Fue el primer reactor reproductor del mundo . ^{[3] A la 1:50 p. m. del 20 de diciembre de 1951, se convirtió en una de las primeras} plantas de energía nuclear generadoras de electricidad del mundo cuando produjo suficiente electricidad para iluminar cuatro bombillas de 200 vatios . ^{[4] [5]} El EBR-I pronto generó suficiente electricidad para alimentar su edificio y la ciudad de Arco y continuó siendo utilizado para investigación experimental hasta que fue desmantelado en 1964. El museo está abierto para visitantes desde fines de mayo hasta principios de septiembre. ^{[ cita requerida ]}

La construcción del EBR-I comenzó a finales de 1949. El reactor fue diseñado y construido por un equipo dirigido por Walter Zinn en el sitio de Idaho del Laboratorio Nacional de Argonne , ^[6] conocido como Argonne-West (desde 2005 parte del Laboratorio Nacional de Idaho ). En sus primeras etapas, la planta del reactor se conocía como Chicago Pile 4 (CP-4) y Zinn's Infernal Pile. ^[7] La ​​instalación del reactor en EBR-I tuvo lugar a principios de 1951 (el primer reactor en Idaho) y comenzó a funcionar el 24 de agosto de 1951. El 20 de diciembre de ese año, EBR-I produjo electricidad por primera vez. Al día siguiente, el reactor produjo suficiente energía para iluminar todo el edificio. El EBR-I produjo 200 kW de electricidad a partir de 1,4 MW de calor generado por el reactor. ^[8]

La producción de electricidad en el EBR-I es la primera vez que un reactor crea electricidad disponible internamente, y a veces se la considera erróneamente como la primera vez que un reactor nuclear crea electricidad o alimenta una bombilla. Sin embargo, la primera electricidad del mundo producida por un reactor nuclear ocurrió durante un experimento 3 años antes, en septiembre de 1948, en el reactor de grafito X-10 del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee. Una pequeña turbina de vapor permitió que ese reactor alimentara una sola bombilla. ^[9] Más tarde, en 1955, se alcanzó otro hito nuclear cuando una planta experimental de reactor de agua en ebullición llamada BORAX -III (también diseñada, construida y operada por el Laboratorio Nacional de Argonne) se conectó a cargas externas, alimentando a la cercana ciudad de Arco, Idaho , la primera vez que una ciudad había sido alimentada únicamente con energía nuclear. ^[10]

El propósito del diseño del EBR-I no era producir electricidad, sino validar la teoría de la física nuclear que sugería que era posible un reactor reproductor . El concepto sugería utilizar la radiación de neutrones de un reactor para convertir o "reproducir" un manto de material fértil en nuevo material fisible. La reacción utilizada en el diseño del EBR-I era la reproducción de uranio-238 en plutonio mediante neutrones rápidos :

${\displaystyle {\ce {{}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n -> {}^{239}_{92}U ->[\beta^-][23.5\ {\ce {min}}] {}^{239}_{93}Np ->[\beta^-][2.356\ {\ce {d}}] {}^{239}_{94}Pu}}}$

Esta reacción ya se había utilizado en el reactor de grafito X-10 y en los reactores B, D, F y DR de Hanford para producir plutonio para Gadget , Fat Man y otros pozos . Sin embargo, los reactores de Hanford solo producirían alrededor del 0,025% de ²³⁹ Pu fisible, a partir del contenido de ²³⁵ U fisible del 0,7% en los residuos de combustible de uranio natural. Esto corresponde a una "tasa de conversión" de 1/30. ^[11] El diseño del EBR-I tenía como objetivo aumentar esto limitando la pérdida de neutrones y manteniendo un espectro rápido , logrando una relación superior a uno. En el EBR-I, la relación se calculó experimentalmente como:

${\displaystyle {\text{conversion ratio}}={\frac {\text{fissile atoms created}}{\text{fissile atoms destroyed}}}={\frac {^{239}{\text{Pu production}}}{^{235}{\text{U fission}}\ +\ ^{236}{\text{U production}}}}}$

En 1956, un informe de la AEC concluyó que la relación de conversión medida radioquímicamente era de 1,00 ± 0,04 y la relación medida físicamente era de 1,01 ± 0,05, lo que lo convirtió tentativamente en el primer reactor reproductor del mundo. ^{[12] [13]}

El 29 de noviembre de 1955, el reactor de EBR-I sufrió una fusión parcial durante una prueba de flujo de refrigerante. La prueba de flujo intentaba determinar la causa de las respuestas inesperadas del reactor a los cambios en el flujo de refrigerante. Posteriormente, se reparó para realizar más experimentos, que determinaron que la expansión térmica de las barras de combustible y las placas gruesas que las sostenían eran la causa de la respuesta inesperada del reactor. ^[14]

Además de ser uno de los primeros reactores del mundo en generar electricidad a partir de energía atómica, el EBR-I fue también el primer reactor reproductor del mundo y el primero en utilizar combustible de plutonio para generar electricidad (véase también el reactor nuclear Clementine ). El objetivo inicial del EBR-I era demostrar el principio de reproducción de combustible de Enrico Fermi , un principio según el cual un reactor nuclear puede producir más átomos de combustible de los que consume. El EBR-I demostró este principio. ^[15]

Como reactor reproductor, el EBR-I utilizó un diseño de "semilla y manta". La "semilla" del núcleo era uranio altamente enriquecido al 90% de uranio-235. La manta interior contenía barras de uranio natural con un contenido de uranio-235 del 0,7%. Esta estructura estaba rodeada por el tanque de doble pared que contenía el refrigerante primario NaK . Este tanque estaba rodeado por la manta exterior enfriada por aire de uranio natural, utilizada por sus propiedades efectivas de reflexión de neutrones , y que también contenía las barras de control . La manta exterior era el componente móvil, ya que la técnica para mover partes dentro del metal líquido estaba en etapas tempranas. Sin embargo, la refrigeración por aire limitó en gran medida la potencia operativa máxima, que se alcanzó a 1,4 MWth. ^{[13] [16]}

El refrigerante primario de metal líquido fluye por gravedad desde el tanque de suministro a través del núcleo del reactor, donde absorbe calor. Luego, el refrigerante fluye para calentar el intercambiador, donde cede este calor al refrigerante secundario, otro metal líquido. El refrigerante primario es devuelto al tanque de suministro por una bomba electromagnética. El refrigerante secundario es bombeado a la caldera, donde cede su calor al agua, generando vapor. Este vapor pasa a la turbina, que es como se produce la electricidad. Luego, este vapor se condensa y regresa a la caldera mediante una bomba de agua. ^[17] Este diseño de refrigerante fue compartido por el posterior reactor rápido Dounreay, que entró en funcionamiento crítico por primera vez en 1959.

El EBR-I fue desactivado por Argonne en 1964 y reemplazado por un nuevo reactor, el Experimental Breeder Reactor II .

Fue declarado Monumento Histórico Nacional en 1965 ^{[2] [18]} con su ceremonia de dedicación celebrada el 25 de agosto de 1966, dirigida por el presidente Lyndon Johnson y Glenn T. Seaborg . ^[19] También fue declarado Hito del IEEE en 2004. ^[20]

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  Placas en el sitio EBR-I
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  Montaje del núcleo, 1951

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  La primera producción de electricidad en EBR-I se produjo el 20 de diciembre de 1951, cuando se encendieron cuatro bombillas.
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  El reactor está en el edificio del centro; las dos estructuras abajo a la izquierda son reactores del Proyecto de Propulsión Nuclear de Aeronaves .
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  Vista de la EBR-I, desde el estacionamiento

• Central nuclear de Obninsk , 5 MWe, el primer reactor nuclear que suministra electricidad a una red eléctrica.
• Calder Hall , Inglaterra, la primera central nuclear que suministró energía en cantidades comerciales.
• Lista de monumentos históricos nacionales en Idaho
• Listados del Registro Nacional de Lugares Históricos del condado de Butte, Idaho

Citas

Bibliografía

• Sitio web oficial
• Zinn, Informe de viabilidad: Pila de neutrones rápidos para una prueba de conversión, ANL-4356, 1949, Una descripción detallada del reactor
• "Un reactor produce electricidad". Popular Mechanics . 97 (3): 105. Marzo 1952.
• "Pioneros nucleares: creación del reactor reproductor experimental n.° 1" en YouTube "Cómo se desarrolló el reactor a través de entrevistas con los investigadores originales". Laboratorio Nacional de Idaho (INL). 13 de abril de 2011.
• Desmontaje del núcleo ERB-I