Redaktor:Zalessim/pieskovisko

Grafitový reaktor X-10 je druhým (jeho predchodcom bol experimentálny reaktor CP-1) experimentálnym jadrovým reaktorom na svete. Nachádza sa v Národnom laboratóriu Oak Ridge v Tennessee a v dnešnej dobe je už z prevádzky odstavený. Skonštruovaný bol počas druhej svetovej vojny ako súčasť Projektu Manhattan.

Schematický obrázok reaktora X-10

História

Reaktor X-10 bol do prevádzky uvedený 4. novembra roku 1943 ako súčasť Projektu Manhattan, v ktorom zohrával dôležitú úlohu, a to demonštrovanie výroby plutónia v jadrových reaktoroch pre vojenské účely. Reaktor X-10 bol následníkom prvého experimentálneho reaktoru Chicago Pile-1 (CP-1), v ktorom bola prvýkrát udržaná štiepna reťazová reakcia. Na rozdiel od CP-1, v ktorom bola reakcia udržaná len po dobu niekoľkých minút, bolo úlohou X-10 udržať reakciu kontinuálne, aby bola možná neustála produkcia plutónia a taktiež, aby personál Projektu Manhattan nadobudol potrebné skúsenosti pre produkciu plutónia v jadrových reaktoroch. Produkcia plutónia bola v tom čase podstatná pre výrobu jadrových zbraní.

Konštrukcia

Grafitový reaktor X-10 pozostával z veľkého bloku grafitu, ktorý bol obklopený betónom slúžiacim ako tienenie proti radiácii. Celkové rozmery reaktora boli 11,6 m na šírku, 14,3 m na dĺžku a 9,8 m na výšku. V grafitovom bloku sa nachádzalo 1248 horizontálnych kanálov, z ktorých bolo použitých len 800. V týchto kanáloch sa nachádzali valcovité palivové elementy z prírodného uránu v kovovej forme, ktoré tvorili dlhé tyče. Palivové elementy boli asi 10,4 cm dlhé a ich priemer bol približne 2,5 cm. Jeden kanál obsahoval 24 až 54 takýchto palivových valčekov. Materiál palivového pokrytia bol hliník. Grafitové bloky zohrávali úlohu moderátora, teda spomaľovali neutróny na tepelné energie a umožňovali tak štiepenie jadier uránu. Reaktor bol chladený vzduchom prúdiacim kanálmi okolo palivových elementov. Prúdenie vzduchu zaisťovali dva ventilátory, každý s prietokom vzduchu približne 93000 m³/h. Pôvodne dizajnovaný výkon bol 1000 kW, ale reaktor bol predimenzovaný a dovoľoval tak dosiahnutie výkonu až 4000 kW. Palivové pokrytie z hliníka nastavilo teploty paliva na približne 200°C.

Bezpečnostný systém reaktora, ktorý poskytoval jeho bezpečné odstavenie a reguláciu výkonu pozostával zo siedmich regulačných tyčí, ktoré absorbovali neutróny a zabránili im tak v ďalšom štiepení jadier uránu. Tri regulačné tyče vyrobené z kadmia a ocele sa zasúvali do reaktora vertikálne zhora. Boli pripevnené na oceľových lankách navinutých na bubnoch poháňaných elektromotormi cez elektromagnetickú spojku. Pri výpadku prúdu elektromagnetická spojka stratila napájanie a lanká navinuté na bubnoch sa uvoľnili, čím regulačné tyče gravitáciou spadli do reaktora a došlo k jeho odstaveniu. Zvyšné štyri tyče vyrobené z bóru a ocele sa do reaktora zasúvali horizontálne. Ich úlohou bola kompenzácia vyhorenia paliva. Dve z nich boli poháňané pomocou hydraulických piestov a zvyšné dve pomocou elektrických motorov.

Prevádzka

3. novembra roku 1943 sa začalo zavážanie palivových elementov do reaktora. Celú procedúru mal pod dohľadom Enrico Fermi, ktorý bol zodpovedný aj za reaktor CP-1. Palivové elementy boli do reaktora vkladané ručne a plánované množstvo paliva zanesené do reaktora bolo približne 50 až 60 ton. 4. novembra o piatej hodine ráno bol dosiahnutý kritický stav, ktorý odpovedal 31 tonám paliva. Ďalších 6 dní bolo venovaných určeniu prevádzkových charakteristík a zavážaniu ďalšieho paliva. V nasledujúcich dňoch bol výkon reaktora zdvíhaný postupne až na 700 kW. 20. decembra bola odobraná prvá dávka ožiarených palivových elementov obsahujúcich približne 1,54 mg plutónia. Prvá zásielka plutónia do Národného laboratória Los Alamos prebehla 26. februára 1944 a jednalo sa o 1 až 2 gramy plutónia, a tak sa reaktor X-10 stal dodávateľom plutónia pre Národné laboratórium Los Alamos v Novom Mexiku, ktoré sa v tom čase zaoberalo vývojom a výrobou jadrovej bomby. Z plutónia, ktoré bolo dodané laboratóriu, bolo možné dizajnovať prvú plutóniovú jadrovú bombu použitú vo vojne, Fat Man. Reaktor X-10 bol taktiež predchodcom reaktorov väčších rozmerov a závodov pre chemickú separáciu používaných pre výrobu a separáciu plutónia, ako sú B Reactor a T Plant. Prevádzka grafitového reaktora X-10 bola ukončená 4. novembra 1963, presne 20 rokov od dosiahnutia prvého kritického stavu, a v roku 1965 bol vyhlásený za národnú kultúrnu pamiatku.

Mierové využitie

Okrem produkcie plutónia počas druhej svetovej vojny bola v reaktore X-10 vyrobená prvýkrát v histórií elektrická energia z jadrového zdroja. Taktiež bol prvým reaktorom, ktorý dokázal vyrobiť významné množstvo tepelnej energie. Po vojne bol reaktor použitý na štúdium zdravotných rizík rádioaktivity, výrobu rádionuklidov pre medicínu, priemysel, poľnohospodárstvo a pre Spojené štáty americké slúžil dlhé roky ako hlavné zariadenie pre jadrový výskum. Prvá zásielka rádionuklidov, konkrétne uhlíku-14, bola odoslaná do nemocnice Barnard Free Skin and Cancer Hospital v St. Louis, Missouri, 2. augusta 1945. V roku 1968 bol rektor X-10 otvorený pre verejnosť.

Podobné reaktory

• Magnox

Reaktory typu Magnox boli dizajnované pre použitie prírodného uránu s grafitovým moderátorom a chladením pomocou oxidu uhličitého. Tento dizajn pochádzal zo Spojeného kráľovstva, odkiaľ bol neskôr exportovaný do iných krajín za účelom výroby elektrickej energie, ale aj plutónia. Termín "Magnox" je názov zliatiny, ktorý pochádza zo slovného spojenia "Magnesium Non-Oxidising", v preklade, zo zliatiny z magnézia, ktorá neoxiduje. Táto zliatina je použitá ako pokrytie palivových článkov vovnútri reaktora.

Jadrová elektráreň Calder Hall je v dnešnej dobe už odstavená a čiastočne zdemolovaná. Jej súčasťou boli štyri reaktory typu Magnox. Bola prvou komerčnou jadrovou elektrárňou na svete, ktorá vyrábala elektrinu do verejnej siete. Nachádza sa v jadrovom komplexe Sellafield v Anglicku a jej prvý blok s elektrickým výkonom bol spustený v roku 1956. Elektráreň Calder Hall bola primárne zamýšľaná na produkciu plutónia pre Program jadrových zbraní Spojeného kráľovstva. Výroba elektriny bola považovaná za vedľajší produkt. V roku 1995 bola produkcia plutónia pre vojenské účely ukončená.

• Výskumný grafitový reaktor Brookhaven (BGRR)

BGRR bol prvým reaktorom na svete, ktorý bol postavený len pre účely mierového a vedeckého využitia. Bol vzduchom chladený a grafitom moderovaný, obklopený tienením z betónu s vysokou hustotou. Výkon reaktora bol riadený 16 regulačnými tyčami, ktoré boli do reaktora zasúvané horizontálne. Prvotným palivom tohto reaktora bol prírodný urán s hliníkovým pokrytím. V roku 1958 bol prírodný urán v palivových elementoch vymenený za obohatený, kvôli častým poruchám v palivových elementoch. Maximálny výkon reaktora bol 32 MW tepelných. Reaktor bol odstavený z prevádzky v roku 1969.

• Reaktor BR-1

Reaktor BR-1 je prvým výskumným reaktorom v Belgicku. Je vzduchom chladený a grafitom moderovaný. Používa palivo z prírodného uránu, hliníkové pokrytie a je obklopený betónovým tienením. Najväčší dosiahnuteľný výkon je 1 MW tepelný. V prevádzke je od roku 1956. Najprv bol používaný hlavne na výskum reaktorovej fyziky a výrobu rádionuklidov. V dnešnej dobe sa používa na ožarovanie rôznych predmetov, kalibráciu meracích prístrojov a školenia expertov v oblasti jadra.