Reactor de agua ligera australiano de piscina abierta

El reactor australiano de agua ligera de piscina abierta ( OPAL ) es un reactor de investigación nuclear de 20 megavatios (MW) con forma de piscina . Inaugurado oficialmente en abril de 2007, sustituyó al reactor australiano de alto flujo (HIFAR) como el único reactor nuclear de Australia y está ubicado en el centro de investigación de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO) en Lucas Heights , un suburbio de Sídney , Nueva Gales del Sur . Tanto OPAL como su predecesor se conocían simplemente como el reactor de Lucas Heights . 

Los principales usos del reactor son:

• Irradiación de materiales objetivo para producir radioisótopos para aplicaciones médicas e industriales.
• Investigación en los campos de la ciencia de los materiales y la biología estructural mediante haces de neutrones y su sofisticado conjunto de equipos experimentales.
• Análisis de minerales y muestras mediante la técnica de activación neutrónica y la técnica de activación neutrónica retardada.
• Irradiación de lingotes de silicio para doparlos con fósforo y producir el material básico utilizado en la fabricación de dispositivos semiconductores.

El reactor funciona en un ciclo operativo de 30 días sin interrupción a plena potencia, seguido de una parada de 5 días para redistribuir el combustible.

Normalmente, el reactor funciona a plena potencia durante un total de 300 días al año.

La empresa argentina INVAP fue responsable, mediante un contrato llave en mano firmado en junio de 2000, de la entrega del reactor, realizando el diseño, la construcción y la puesta en marcha. La construcción civil local fue realizada por el socio de INVAP, John Holland - Evans Deakin Industries. ^{[ 1 ]} La instalación cuenta con una gran fuente de neutrones fríos de deuterio líquido ( 20 litros (4,4 galones imperiales ; 5,3 galones estadounidenses )), ^{[ 2 ]} modernas guías de superespejo y una sala de guías de 35 por 65 metros (115 pies × 213 pies) . La fuente fría fue diseñada por el Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo, ^{[ 3 ]} el sistema criogénico fue diseñado y suministrado por Air Liquide y el conjunto inicial de cuatro guías de superespejo fue suministrado por Mirrotron. ^{[ 4 ]}       

El 17 de diciembre de 2001, 46 activistas de Greenpeace ocuparon las instalaciones de Lucas Heights para protestar contra la construcción de OPAL. Los manifestantes lograron acceder al recinto, al reactor HIFAR, al depósito de residuos radiactivos de alta actividad y a la torre de radio. Su protesta puso de relieve los riesgos para la seguridad y el medio ambiente que conlleva la producción de materiales nucleares y el transporte de residuos radiactivos desde las instalaciones. ^{[ 5 ]}

OPAL fue inaugurado el 20 de abril de 2007 por el entonces primer ministro australiano John Howard ^{[ 6 ]} y es el reemplazo del reactor HIFAR . ANSTO recibió una licencia de operación de la Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear (ARPANSA) en julio de 2006, lo que permitió el inicio de la puesta en marcha en caliente, donde se carga el combustible por primera vez en el núcleo del reactor. OPAL alcanzó la criticidad por primera vez la noche del 12 de agosto de 2006 y llegó a plena potencia la mañana del 3 de noviembre de 2006. ^{[ 7 ]}

El núcleo del reactor consta de 16 conjuntos de combustible de placas de bajo enriquecimiento y se encuentra sumergido a 13 metros (43 pies) de agua en una piscina abierta. Se utiliza agua ligera (H₂O normal ₎ como refrigerante y moderador , mientras que el agua pesada (D₂O ₎ se utiliza como reflector de neutrones . El objetivo del reflector de neutrones es mejorar la eficiencia neutrónica del reactor y, por lo tanto, aumentar el flujo máximo de neutrones. 

OPAL es la pieza central de las instalaciones de ANSTO, donde se realizan la producción de radiofármacos y radioisótopos , servicios de irradiación (incluido el dopaje por transmutación neutrónica del silicio), análisis por activación neutrónica e investigación con haces de neutrones . OPAL puede producir cuatro veces más radioisótopos para tratamientos de medicina nuclear que el antiguo reactor HIFAR , y una gama más amplia de radioisótopos para el tratamiento de enfermedades. Su diseño moderno incluye una fuente de neutrones fríos (CNS). ^{[ 2 ]}

El reactor OPAL ya ha recibido siete premios en Australia. ^{[ 8 ]}

El Instituto Bragg de ANSTO alberga las instalaciones de dispersión de neutrones de OPAL . Actualmente funciona como centro de investigación para usuarios, al servicio de la comunidad científica en Australia y en todo el mundo. En 2009 se recibieron nuevos fondos para instalar instrumentos y líneas de haz más competitivos. Las instalaciones actuales constan de los siguientes instrumentos:

EQUIDNA

ECHIDNA es el nombre del difractómetro de polvo de neutrones de alta resolución . Este instrumento sirve para determinar las estructuras cristalinas de los materiales mediante radiación de neutrones, análoga a las técnicas de rayos X. Recibe su nombre del equidna , un monotrema australiano , ya que las puntas espinosas del instrumento se asemejan a las de un equidna.

Funciona con neutrones térmicos . Una de sus principales características es la matriz de 128 colimadores y detectores sensibles a la posición para una rápida adquisición de datos. ECHIDNA permite determinar estructuras, medir texturas y mapear el espacio recíproco de monocristales en la mayoría de los entornos de muestra, lo que resulta útil para las comunidades de física, química, ciencia de los materiales, ciencia de los minerales y ciencias de la Tierra. ECHIDNA forma parte del conjunto de instrumentos de dispersión de neutrones del Instituto Bragg . ^{[ 9 ]}

Componentes

• guía de neutrones

  El instrumento está ubicado en la guía de neutrones térmicos TG1 del reactor OPAL. Se encuentra a 58 metros (190 pies) del reactor . Su posición es la segunda en la guía, después del instrumento WOMBAT . La guía mide 300 milímetros (12 pulgadas) de alto por 50 milímetros (2,0 pulgadas) de ancho y está recubierta con un revestimiento de superespejo .   

• Colimador primario

  Se utilizan colimadores Söller antes del monocromador para reducir la divergencia del haz y aumentar la resolución angular del instrumento. Dado que esto implica un compromiso en la intensidad, dos elementos de 5' y 10' , respectivamente, pueden intercambiarse o retirarse por completo mediante un mecanismo automatizado. Los colimadores cubren todo el tamaño del haz emitido por la guía de neutrones.

• monocromador

  El monocromador está compuesto por láminas de cristales de germanio orientados en la dirección [115] e inclinados entre sí para enfocar el haz reflejado de Bragg. El dispositivo fue adquirido del Laboratorio Nacional de Brookhaven en Estados Unidos tras el cierre de su instalación de neutrones.

• Colimador secundario

  Opcionalmente, se puede colocar un colimador secundario con una aceptación angular de 10' y unas dimensiones de 200 por 20 milímetros (7,87 pulgadas × 0,79 pulgadas) en el haz monocromático entre el monocromador y la muestra, lo que influye de nuevo en la función de resolución del instrumento.   

• Sistema de ranuras

  Dos conjuntos automatizados de pares de placas absorbentes horizontales y verticales permiten reducir el tamaño del haz monocromático antes del colimador secundario y el tamaño de la muestra. Eliminan los neutrones no deseados y reducen el ruido de fondo cerca del detector. Además, permiten seleccionar la posición de la muestra que se va a estudiar.

• Monitor de haz

  Un monitor de fisión de ^235U mide la cantidad de neutrones incidentes sobre la muestra. Su eficiencia es ^de 10⁻⁴ y la mayoría de los neutrones atraviesan el dispositivo sin sufrir perturbaciones. Los recuentos del monitor son importantes para corregir las variaciones del flujo del haz debidas a cambios en el reactor o en el instrumento aguas arriba.

• Etapa de muestra

  La muestra se apoya en un goniómetro de carga pesada que consta de un eje de rotación vertical omega de 360°, mesas de traslación xy y una platina de inclinación cruzada chi-phi con un rango de ±20°. Puede soportar varios cientos de kilogramos para acomodar entornos de muestra más pesados, como criostatos, hornos, imanes, bastidores de carga, cámaras de reacción, entre otros. Una muestra típica en polvo se introduce en recipientes de vanadio que generan poco ruido de fondo no estructurado. El entorno de muestra mencionado permite medir los cambios en la muestra en función de parámetros externos, como la temperatura, la presión, el campo magnético, etc. La platina del goniómetro es redundante para la mayoría de las mediciones de difracción de polvo, pero será importante para mediciones de monocristales y textura, donde la orientación de la muestra influye.

• Colimadores de detectores

  Un conjunto de 128 detectores, cada uno equipado con un colimador de 5' en la parte frontal, se disponen en un sector de 160° enfocado a la muestra. Los colimadores seleccionan la radiación dispersa en rangos bien definidos de 128 posiciones angulares. Todo el conjunto de colimadores y detectores está montado sobre una mesa común que se escanea en pasos más pequeños alrededor de la muestra, para luego combinarlos en un patrón de difracción continuo.

• Tubos detectores

  ^{Los 128 tubos detectores de gas 3He} lineales sensibles a la posición cubren la altura total de apertura de 300 milímetros (12 pulgadas) detrás de los colimadores. Determinan la posición del evento de neutrones mediante la división de carga sobre el ánodo resistivo hacia cada extremo del detector. Las tasas de conteo totales y locales se sitúan en el rango de varios miles de Hz.  

Durante el período inicial de pruebas y puesta en marcha, todos los equipos y sistemas se probaron individualmente y luego de forma integrada. Las pruebas iniciales se llevaron a cabo sin combustible nuclear cargado en el núcleo, y luego se siguió un plan cuidadoso para cargar combustible nuclear en el núcleo del reactor y, posteriormente, alcanzar una reacción en cadena nuclear por primera vez. La potencia del reactor se incrementó en etapas sucesivas para finalmente permitir que el reactor funcionara a su máxima potencia. Una vez completada la puesta en marcha, el regulador nuclear australiano, la Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear (ARPANSA), emitió una licencia que autorizaba el funcionamiento de OPAL a plena potencia. Durante los primeros ciclos de operación, se produjo un período de adaptación típico de un diseño pionero . ^{[ 17 ] [ 18 ]} El reactor ha demostrado ser un proveedor fiable de radiofármacos , al tiempo que sirve como fuente de neutrones para realizar investigación de materiales. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Desde su puesta en marcha, el reactor ha funcionado con una disponibilidad muy alta. Durante el periodo 2012-13 operó 265 días a plena potencia (incluido un periodo prolongado de mantenimiento rutinario), durante 2013-14 durante 294 días a plena potencia y durante 2014-15 operó 307 días a plena potencia.

A septiembre de 2016, había acumulado un total de 2200 días equivalentes de plena potencia. En cada ciclo operativo de 30 días, se irradian más de 150 lotes de silicio y se produce Mo99 de forma regular para el mercado de la medicina nuclear. OPAL ha suministrado 4 millones de dosis. En cuanto a la investigación con neutrones, el Centro Australiano de Dispersión de Neutrones (anteriormente Instituto Bragg) cuenta con más de 120 científicos y 13 instrumentos operativos de haz de neutrones, y ha publicado más de 600 artículos de investigación científica utilizando los neutrones procedentes del núcleo de OPAL.

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• Instituto Bragg
• Diseños de la División Nuclear de INVAP
• Anuncio del nombre del nuevo reactor
• El reactor nuclear reabrirá sus puertas tras seis meses de inactividad.
• El gobierno espera que el reactor nuclear vuelva a funcionar este mes.
• El reactor está listo para el segundo intento.

34°03′05″S 150°58′44″E / 34.051339°S 150.978799°E / -34.051339; 150.978799