Clementina (reactor nuclear)

Clementine fue el nombre en clave del primer reactor continuo de neutrones rápidos del mundo, también conocido como el reactor rápido de plutonio de Los Álamos. Se trataba de un reactor a escala experimental. Su potencia máxima era de 25 kW, alimentado por plutonio y refrigerado por mercurio líquido. Clementine se ubicaba en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Los Álamos, Nuevo México. Clementine se diseñó y construyó entre 1945 y 1946, alcanzando su criticidad por primera vez en 1946 y su potencia máxima en marzo de 1949. El reactor recibió su nombre de la canción "Oh My Darling, Clementine". Las similitudes con la canción radicaban en que el reactor estaba ubicado en un profundo cañón y que sus operadores eran del tipo 49, ya que 49 (últimos dígitos del elemento 94, isótopo 239) era uno de los nombres en clave del plutonio en aquel momento.

El objetivo principal de Clementine era determinar las propiedades nucleares de los materiales para la investigación de armas nucleares tras el Proyecto Manhattan. Se realizaron otros experimentos en el reactor, incluyendo la investigación de la viabilidad de los reactores reproductores civiles y la medición de las secciones eficaces de neutrones de diversos materiales.

El núcleo estaba contenido en un cilindro de acero dulce de 117 cm (46 pulgadas) de largo, con un diámetro interior de 15,2 cm (6 pulgadas) y una pared de 0,6 cm (0,24 pulgadas) de espesor. El conjunto combustible tenía 15 cm (5,9 pulgadas) de diámetro y 14 cm (5,5 pulgadas) de alto, y contenía 55 elementos combustibles. Cada elemento combustible estaba compuesto de plutonio-239 en fase δ. Tenían 1,64 cm (0,65 pulgadas) de diámetro y 14 cm (5,5 pulgadas) de largo. Los elementos combustibles estaban revestidos de acero al carbono de 0,5 milímetros (0,020 pulgadas) de espesor. El núcleo se encontraba en la parte inferior del cilindro de acero.El núcleo se enfriaba con mercurio líquido. La potencia térmica máxima era de 25 kW. El mercurio circulaba a través del núcleo hasta un intercambiador de calor de mercurio-agua a un caudal máximo de 0,15 litros por segundo (0,040 USgal/s) mediante una bomba electromagnética de inducción sin partes móviles.

El núcleo del reactor estaba envuelto en una serie de reflectores de neutrones y estructuras de blindaje, comenzando con una manta cilíndrica de uranio natural de 15 cm (6 pulgadas) de espesor que rodeaba inmediatamente el núcleo. Esta manta estaba abierta por arriba y por abajo y podía moverse hacia arriba y hacia abajo. A continuación, había un reflector de acero de 15,2 cm (6 pulgadas) de espesor y 10 cm (4 pulgadas) de plomo. Finalmente, la mayor parte del reactor estaba rodeada por múltiples láminas de acero y plástico de boro. Todo este conjunto estaba rodeado y soportado por una gruesa carcasa de hormigón que proporcionaba blindaje adicional. Varios orificios atravesaban el blindaje para proporcionar neutrones rápidos a los diversos experimentos de física.El reactor fue el primero en demostrar control de la reacción mediante el control de neutrones retardados. Esto se debió más a ser uno de los primeros reactores que a una característica especial de diseño. El control se lograba por varios medios. La capa de uranio descrita anteriormente podía elevarse y bajarse. El ²³⁸U es un buen reflector de neutrones, por lo que la posición de la capa controlaba el número de neutrones disponibles para la reacción. Al elevarse la capa, se reflejaban más neutrones hacia el núcleo, lo que provocaba un mayor número de fisiones y, en consecuencia, una mayor potencia de salida.Además, había dos barras de control/apagado compuestas de uranio natural y boro enriquecido con el isótopo boro-10. El ¹⁰B es un veneno neutrónico muy eficaz que podía insertarse para controlar y detener la reacción.La parada del reactor implicó la eliminación simultánea de la capa de uranio y la inserción de las dos barras de control en el centro, lo que absorbió neutrones y envenenó la reacción. Se disponía de hasta 20 orificios adicionales en el núcleo para configuraciones experimentales o barras de control o combustible adicionales.Clementine operó con éxito desde 1946 hasta 1950, cuando el reactor se apagó para corregir un problema con las barras de control y de compensación. Durante esta parada, se observó la rotura de una de las barras de uranio natural. Esta se reemplazó y el reactor se reinició.Volvió a operar con éxito hasta 1952, cuando se rompió el revestimiento de una de las barras de combustible. Esto provocó la contaminación del circuito de refrigeración primario con plutonio y otros productos de fisión. En ese momento, se decidió que se habían cumplido todos los objetivos principales de Clementine y el reactor se apagó y desmanteló definitivamente.La experiencia y los datos obtenidos durante la operación del reactor Clementine resultaron muy útiles tanto para aplicaciones militares como civiles. Uno de los logros notables del proyecto Clementine incluyó la medición de las secciones eficaces neutrónicas totales de 41 elementos con una precisión del 10 %. Además, Clementine aportó una experiencia invaluable en el control y diseño de reactores de neutrones rápidos. También se determinó que el mercurio no era un medio de refrigeración ideal para este tipo de reactor debido a sus deficientes características de transferencia de calor.

• Tipo: reactor de neutrones rápido
• Combustible: plutonio-239
• Refrigerante: mercurio a 2 kilogramos por segundo (260 lb/min) máximo.
• Moderador: ninguno
• Escudo: múltiples capas de uranio-238, acero, plomo y plástico impregnado de hierro.
• Potencia: 25 kW máximo.
• Temperatura del núcleo: entrada 38 °C (100 °F), salida 121 °C (250 °F), núcleo máximo 135 °C (275 °F)

• Omega West Reactor (OWR)
• UHTREX
• Reactor líquido de metal refrigerado