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Articulo de referencia

Instalación de prueba de reactores transitorios

Coordenadas : 43°41′11″N 112°45′36″O / 43.68647°N 112.75998°O / 43.68647; -112.75998 43°41′11″N 112°45′36″O / 43.68647°N 112.75998°O / 43.68647; -112.75998 [[Geographic coordina...

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Coordenadas : 43°41′11″N 112°45′36″O / 43.68647°N 112.75998°O / 43.68647; -112.75998

43°41′11″N 112°45′36″O / 43.68647°N 112.75998°O / 43.68647; -112.75998

TREAT está ubicada en los Estados Unidos.
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Ubicación en los Estados Unidos
TREAT está ubicado en Idaho.
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Ubicación en Idaho , al oeste de Idaho Falls.

La Instalación de Pruebas de Reactores Transitorios ( TREAT ) es un reactor nuclear de prueba de espectro térmico , refrigerado por aire y moderado por grafito , diseñado para probar combustibles y materiales estructurales de reactores. [ 1 ] Construido en 1958 y operado desde 1959 hasta 1994, TREAT se construyó para realizar pruebas de reactores transitorios donde el material de prueba se somete a pulsos de neutrones que pueden simular condiciones que van desde transitorios leves hasta accidentes de reactor . TREAT fue diseñado por el Laboratorio Nacional Argonne [ 2 ] y está ubicado en el Laboratorio Nacional de Idaho . Desde su construcción original, la instalación tuvo ampliaciones o mejoras de sistemas en 1963, 1972, 1982 y 1988. La ampliación de 1988 fue extensa e incluyó mejoras de la mayoría de los sistemas de instrumentación y control. [ 3 ]

Reactor TREAT (lado sur)

El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) decidió reanudar un programa de pruebas transitorias, [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] y planeó invertir alrededor de $ 75 millones para reiniciar la instalación TREAT para 2018. El renovado interés en TREAT fue impulsado por el desastre nuclear de Fukushima Daiichi de 2011 , que provocó el cierre de las centrales nucleares de Japón y Alemania . Uno de los usos previstos para TREAT es la prueba de nuevo combustible tolerante a accidentes para reactores nucleares. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] TREAT se reinició con éxito en noviembre de 2017, dentro del presupuesto y antes de lo previsto, y actualmente sigue en funcionamiento.

Combustible y núcleo

Los conjuntos de combustible TREAT tienen aproximadamente 2,74 metros de largo y 10,16 centímetros cuadrados de sección transversal. El combustible es una mezcla de uranio y grafito , con 1 parte de uranio por 10 000 partes de grafito. La parte activa del conjunto de combustible mide unos 122 centímetros, con un reflector de grafito de unos 61 centímetros por encima y por debajo de la parte activa. La parte activa de los conjuntos de combustible está recubierta de Zircaloy . También hay un reflector axial de grafito, compuesto por dos partes. La primera parte del reflector axial consiste en conjuntos móviles similares a los conjuntos de combustible, pero que contienen solo grafito y no combustible. La segunda parte del reflector axial consiste en bloques permanentes de grafito, de aproximadamente 61 centímetros de espesor, apilados fuera de la cavidad del núcleo. Este reflector permanente fue recuperado de Chicago Pile-1, el primer reactor nuclear del mundo . El núcleo puede cargarse hasta un tamaño de 5 pies por 5 pies (nominal) hasta 6 pies por 6 pies (máximo), dependiendo de las necesidades del experimento. [ 12 ] [ 13 ]

Como se describió anteriormente, el combustible está compuesto por una mezcla de grafito y uranio. El uranio se presenta en forma de partículas de óxido de uranio de aproximadamente 20 micras de tamaño, en contacto directo con el moderador de grafito. El grafito, además de ser el moderador de neutrones , también actúa como un gran disipador de calor. El retardo de la transferencia de calor es del orden de 1 milisegundo, mucho más rápido que la transferencia de calor a un refrigerante líquido que fluye alrededor de los conjuntos de combustible. Además, cuando el grafito se calienta, crea un coeficiente de temperatura del moderador negativo considerable. Estas características permiten que TREAT produzca grandes transitorios "autolimitados", limitados por el coeficiente negativo del moderador del combustible sin movimiento de las barras de control. [ 13 ]

Capacidades experimentales

TREAT es capaz de realizar una amplia gama de operaciones y condiciones de prueba. TREAT puede operar a una potencia constante de 120  kW, producir transitorios cortos de hasta 19  GW o producir transitorios conformados controlados por el sistema de control automático del reactor TREAT y las barras de control . Se puede insertar un conjunto de prueba en el centro del núcleo. El conjunto de prueba es un vehículo autónomo que puede contener combustible o materiales para diversos tipos de reactores. [ 14 ] Estos conjuntos de prueba, también denominados vehículos de prueba o bucles de prueba, pueden simular las condiciones de un reactor de agua ligera , un reactor de agua pesada , un reactor reproductor rápido de metal líquido o un reactor refrigerado por gas . [ 15 ]

En algunos experimentos, se tomaron medidas para realizar grabaciones de vídeo a alta velocidad del experimento, como estos vídeos .

Hodoscopio

TREAT dispone de un hodoscopio de neutrones rápidos que colima y detecta los neutrones de fisión rápidos emitidos por la muestra de combustible del experimento.

El hodoscopio TREAT consta de un colimador frontal, un colimador trasero, un banco de detectores, electrónica para la interfaz con los detectores y un sistema de adquisición de datos . El colimador tiene 10 columnas con 36 filas, alineadas con una matriz (o matrices) de 360 ​​detectores. El hodoscopio proporciona resolución temporal y espacial del movimiento del combustible durante transitorios y medición in situ de la distribución del combustible antes, durante y después de un experimento. [ 15 ] [ 16 ] Una matriz de detectores consta de detectores de botón de Hornyak. [ 17 ] El botón de Hornyak es un detector de neutrones rápidos que consiste en una película de ZnS aplicada a lucita, que juntas forman el "botón". El botón está conectado a un tubo fotomultiplicador. Este detector muestra una buena eficiencia en la detección de neutrones rápidos en un fondo de neutrones térmicos y radiación gamma. [ 18 ]

Instalación de radiografía de neutrones

TREAT dispone de una instalación de radiografía de neutrones en la cara oeste del reactor. Esto permite el examen no destructivo de conjuntos de prueba de experimentos (u otros materiales) de hasta 4 metros de longitud. TREAT puede operar a niveles de potencia constante de hasta 120  kW para producir neutrones para la instalación de radiografía. [ 19 ] [ 2 ] [ 14 ]

Sistemas

Accionamientos de varillas de control

Mecanismos de accionamiento de varilla de control TREAT

TREAT tiene tres bancos de mecanismos de accionamiento de barras de control: las barras de control/parada, las barras de compensación/parada y las barras transitorias. Hay 4 mecanismos de accionamiento en cada grupo. Los mecanismos de accionamiento están debajo del reactor y elevan las barras de control fuera del reactor para aumentar la reactividad. [ 20 ] Estos bancos de barras de control están dispuestos en dos anillos. El anillo interior contiene cuatro mecanismos de accionamiento, las barras de compensación/parada, con una barra de control para cada mecanismo de accionamiento. El anillo exterior tiene cuatro mecanismos de accionamiento de control/parada y cuatro mecanismos de accionamiento de barras transitorias. Los mecanismos de accionamiento de barras de control/parada y transitorias tienen dos barras de control para cada mecanismo de accionamiento. Todas las barras de control contienen secciones de veneno B 4 C. Los mecanismos de accionamiento de compensación/parada y control/parada son accionados mecánicamente por husillo de avance y utilizan presión neumática para asistir la función de parada de emergencia. Los cuatro accionamientos de barras transitorias son accionados hidráulicamente y son controlados por el Sistema Automático de Control del Reactor (ARCS) para controlar los transitorios. [ 21 ] Estas varillas transitorias se mueven hasta 170 in/seg en un recorrido total de 40 pulgadas (es decir, un recorrido completo de 40 pulgadas en aproximadamente 0,24 segundos). [ 22 ]

Sistema de parada del reactor

El Sistema de Disparo del Reactor TREAT (RTS) está diseñado para apagar automáticamente el reactor TREAT si alguno de los parámetros medidos supera los puntos de ajuste predeterminados. En esta función básica, el RTS de TREAT es similar al Sistema de Protección del Reactor (RPS) de una central eléctrica comercial . Sin embargo, el RTS de TREAT difiere del RPS de una central comercial en varios aspectos. En primer lugar, un RPS de una central comercial utiliza lógica combinacional (por ejemplo, 2 de 3 o 2 de 4) de los canales del sistema de protección para reducir la probabilidad de un disparo inadvertido del reactor. El RTS de TREAT tiene 3 canales de instrumentación transitoria y 2 canales de instrumentación de estado estacionario. El RTS de TREAT disparará el reactor si algún canal indica la necesidad de un disparo. Dado que TREAT no opera durante largos períodos de tiempo, no es necesario el uso de lógica combinacional para reducir la probabilidad de un disparo inadvertido. En segundo lugar, el RTS de TREAT tiene más disparos asociados a instrumentos nucleares y menos disparos relacionados con procesos que una central comercial. Por ejemplo, las centrales comerciales (PWR) pueden sufrir paradas por nivel del generador de vapor, flujo del sistema de refrigeración del reactor o pérdida de carga (parada del generador principal o de la turbina). TREAT no tiene tantas paradas relacionadas con el proceso, debido a la relativa simplicidad de sus sistemas de proceso. [ 23 ]

Sistema de Control Automático del Reactor (ARCS)

El control de la potencia del reactor durante los transitorios se realiza mediante el Sistema Automático de Control del Reactor (ARCS). El ARCS fue uno de los sistemas instalados durante las actualizaciones de TREAT en 1988. El sistema instalado entonces se basaba en computadoras Intel Multibus Chassis que utilizaban microprocesadores Intel 8086. El transitorio que se va a realizar se define mediante una "prescripción de transitorio", que se introduce en el ARCS antes de cada transitorio. [ 21 ]

En 2019, el ARCS fue reemplazado por un sistema National Instruments PXI con software LabView. Este nuevo sistema realiza las mismas funciones que el anterior, con algunas mejoras en los algoritmos. [ 24 ]

En 2024, el software ARCS se mejoró para permitir transitorios con formas de onda complejas. Como ejemplo de esta versatilidad, se ejecutó un transitorio con un perfil de potencia que delineaba la forma del estado de Idaho. [ 25 ]

Reinicio del TRATAMIENTO

El 14 de noviembre de 2017, el reactor TREAT alcanzó la criticidad por primera vez desde 1994. Esto se logró 12 meses antes de lo previsto y con un ahorro de aproximadamente 20 millones de dólares. Este es un hito importante hacia las pruebas de nuevo combustible nuclear, que se espera que comiencen en 2018. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

Finalización del primer experimento con combustible

El 18 de septiembre de 2018, TREAT completó el primer experimento con una pequeña muestra de combustible para reactores de agua ligera. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] Este fue un hito muy significativo para el reactor TREAT y un paso importante hacia una de sus misiones: validar un nuevo combustible nuclear tolerante a accidentes para centrales eléctricas comerciales. El senador Mike Crapo , senador de mayor antigüedad de Idaho , leyó la siguiente declaración en el Registro del Congreso.

RECONOCIMIENTO DEL REINICIO DE LAS INSTALACIONES DE PRUEBA DEL REACTOR TRANSITORIO

Señor CRAPO. Señor Presidente, junto con mis colegas, el Senador James Risch y el Representante Mike Simpson, hoy deseo llamar la atención sobre un importante acontecimiento que tiene lugar hoy en las instalaciones de 890 millas cuadradas del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) en Idaho. Hoy, el personal del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) realizó los primeros experimentos en la instalación de Prueba de Reactor Transitorio (TREAT) en casi un cuarto de siglo. 

El Laboratorio Nacional de Idaho es el principal laboratorio de investigación, desarrollo y demostración de energía nuclear de nuestra nación, donde se construyeron y probaron 52 reactores nucleares originales. Uno de esos reactores fue la instalación TREAT, que operó desde 1959 hasta 1994 y permaneció completamente abastecida de combustible mientras estaba en estado de reserva. Las pruebas transitorias se centran en probar el combustible nuclear en condiciones de accidente. TREAT es uno de los reactores de prueba transitoria más capaces y flexibles del mundo.   Tras el accidente en la central nuclear de Fukushima-Daiichi en Japón hace 11 años, el Congreso ordenó al Departamento de Energía (DOE) que desarrollara combustibles para reactores que pudieran soportar mejor las condiciones de un accidente. Durante los 35 años de operación de TREAT, el reactor realizó 6604 arranques y 2884 irradiaciones transitorias. Dado este historial, tenía más sentido reiniciar la instalación que construir un nuevo reactor. Esa decisión dio sus frutos cuando, el 31 de agosto de 2017, el Programa de Reanudación de Pruebas Transitorias se completó con más de un año de anticipación y con un ahorro aproximado de 17 millones de dólares. Este exitoso reinicio de las instalaciones TREAT fue reconocido en agosto, cuando un equipo conjunto del DOE y el INL ganó el Premio del Secretario de Energía. Este premio reconoce a los empleados o contratistas del DOE que logran importantes avances. Es el máximo reconocimiento interno no monetario que se puede obtener en el DOE. El Secretario de Energía de EE. UU., Rick Perry, destacó el esfuerzo y la eficiencia del equipo de reinicio de TREAT y reconoció la importancia de las instalaciones para los científicos e ingenieros de energía nuclear en su labor de desarrollar combustibles nucleares avanzados y tecnologías de reactores.   Felicitaciones, INL y DOE, por el reinicio de TREAT y por volver a poner en funcionamiento un importante activo nacional en el esfuerzo por desarrollar los reactores nucleares avanzados, tan vitales para nuestra economía, medio ambiente y seguridad nacional. [ 37 ]

Designación de Monumento Histórico por la Sociedad Nuclear Estadounidense

El 4 de marzo de 2019, la Sociedad Nuclear Estadounidense otorgó al Reactor de Prueba Transitoria (TREAT) del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) el Premio ANS a la Trayectoria Histórica Nuclear por la investigación dinámica e innovadora que ha llevado a cabo en las pruebas de combustibles y materiales nucleares en condiciones de accidente. [ 38 ]

Referencia general

Stacy, Susan M. (2000) Proving the Principle: A History of the Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, 1949–1999. Imprenta del Gobierno de los Estados Unidos. pp.  136, 268. ISBN 0-16-059185-6.

Referencias específicas

  1. ↑ Kelly, John E.; Wright, Steven Alan; Tikare, Veena; MacLean, Heather J.; Parma, Edward J.; Peters, Curtis D.; Vernon, Milton E.; Pickard, Paul S. (1 de octubre de 2007). La Alianza Mundial de Energía Nuclear impulsa las pruebas transitorias en las instalaciones nucleares de los Laboratorios Nacionales Sandia: opciones de planificación e infraestructura de las instalaciones (Informe técnico). OSTI 934862 . 
  2. 1 2 "Tecnología de reactores rápidos: reactores diseñados/construidos por el Laboratorio Nacional Argonne" . www.ne.anl.gov . Consultado el 21 de agosto de 2015 .
  3. ↑ "Hoja informativa del INL - Instalación de prueba de reactores transitorios" . Consultado el 25 de julio de 2015 .
  4. ↑ "Idaho reactiva un reactor de pruebas nucleares" . Associated Press. Associated Press. 5 de octubre de 2014. Consultado el 7 de agosto de 2015 .
  5. ↑ RAMSETH, LUKE (3 de octubre de 2014). "Reactivando un reactor de pruebas nucleares en INL". Post Register (Idaho Falls, ID).
  6. ↑ "El Departamento de Energía emite una Declaración de No Impacto Significativo para la Evaluación Ambiental sobre la Reanudación de Pruebas Transitorias de Combustibles y Materiales Nucleares en el Laboratorio Nacional de Idaho" . Departamento de Energía de los Estados Unidos, Oficina de Energía Nuclear, Iniciativas, Operaciones de Instalaciones Nucleares . Consultado el 26 de julio de 2015 .
  7. ↑ "Reanudación de las pruebas transitorias" . Departamento de Energía de los Estados Unidos, Oficina de Energía Nuclear, Iniciativas, Operaciones de Instalaciones Nucleares . Consultado el 26 de julio de 2015 .
  8. ↑ "TREAT Reactor Restart" . Snake River Alliance . Consultado el 7 de agosto de 2015 .
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  38. ↑ "ANS declara el reactor TREAT del INL como un hito histórico -- ANS / Noticias" . wx1.ans.org . Consultado el 9 de agosto de 2025 .
  • Laboratorio Nacional de Idaho TRATAMIENTO
  • Recorrido virtual de 360 ​​grados por las instalaciones de TREAT del Laboratorio Nacional de Idaho