Reactor universal de investigación nacional
46°3′15.53″N 77°21′52.12″W/ 46.0543139°N 77.3644778°W / 46.0543139; -77.3644778 El reactor National Research Universal (NRU) era un reactor de investigación nuclear de 135 MW construido en los Laboratorios Chalk River, Ontario, uno de los laboratorios científicos nacionales de Canadá. instalaciones. Era una instalación científica de usos múltiples que cumplía tres funciones principales. Generó radionucleidos utilizados para tratar o diagnosticar a más de 20 millones de personas en 80 países cada año (y, en menor medida, otros isótopos utilizados con fines no médicos). Era la fuente de neutrones del Centro Canadiense de Haz de Neutrones de la NRC: un centro de investigación de materiales que surgió a partir del trabajo de Bertram Brockhouse, ganador del Premio Nobel. Fue el banco de pruebas de Atomic Energy of Canada Limited para desarrollar combustibles y materiales para el reactor CANDU. En el momento de su retirada el 31 de marzo de 2018, era el reactor nuclear en funcionamiento más antiguo del mundo.
Historia
El diseño del reactor NRU se inició en 1949. Es fundamentalmente un diseño canadiense, significativamente avanzado respecto al NRX. Fue construido como sucesor del reactor NRX en el Proyecto de Energía Atómica del Consejo Nacional de Investigación de Canadá en los Laboratorios Chalk River. El reactor NRX era la fuente de neutrones más intensa del mundo cuando comenzó a funcionar en 1947. No se sabía cuánto tiempo se podía esperar que funcionara un reactor de investigación, por lo que la dirección de Chalk River Laboratories comenzó a planificar el reactor NRU para garantizar la continuidad de los programas de investigación.
La NRU inició una operación autosostenida (o se volvió "crítica") el 3 de noviembre de 1957, una década después de la NRX, y era diez veces más poderosa. Inicialmente fue diseñado como un reactor de 200 MW, alimentado con uranio natural. NRU se convirtió a 60 MW con combustible de uranio altamente enriquecido (UME) en 1964 y se convirtió por tercera vez en 1991 a 135 MW con combustible de uranio poco enriquecido (UBE).
El sábado 24 de mayo de 1958 la NRU sufrió un grave accidente. Una barra de combustible de uranio dañada se incendió y se partió en dos mientras la retiraban del núcleo. El incendio fue extinguido, pero una cantidad considerable de productos radiactivos de la combustión contaminó el interior del edificio del reactor y, en menor medida, una zona del laboratorio circundante. La limpieza y reparación tomó tres meses. La NRU volvió a funcionar en agosto de 1958. Se tuvo cuidado de garantizar que nadie estuviera expuesto a niveles peligrosos de radiación y el personal involucrado en la limpieza fue monitoreado durante las siguientes décadas. Un cabo llamado Bjarnie Hannibal Paulson que estaba en la limpieza desarrolló cánceres de piel inusuales y recibió una pensión de invalidez.
La calandria de NRU, el recipiente que contiene sus reacciones nucleares, está hecha de aluminio y fue reemplazada en 1971 debido a la corrosión. La calandria no ha sido reemplazada desde entonces, aunque probablemente sea necesario un segundo reemplazo. Una ventaja del diseño de NRU es que se puede desmontar para permitir su actualización y reparación.
En octubre de 1986, la Sociedad Nuclear Estadounidense reconoció el reactor NRU como un hito histórico nuclear. Desde que NRX fue dado de baja en 1992, después de 45 años de servicio, no ha habido respaldo para NRU.
En 1994, Bertram Brockhouse recibió el Premio Nobel de Física, por su trabajo pionero realizado en los reactores NRX y NRU en los años cincuenta. Dio origen a una técnica científica que ahora se utiliza en todo el mundo.
En 1996, AECL informó a la Comisión Canadiense de Seguridad Nuclear (entonces conocida como Junta de Control de Energía Atómica) que la operación del reactor NRU no continuaría más allá del 31 de diciembre de 2005. Se esperaba que se construyera una instalación de reemplazo dentro de ese tiempo. Sin embargo, no se construyó ningún reemplazo y en 2003, AECL informó a la CNSC que tenían intención de continuar la operación del reactor NRU más allá de diciembre de 2005. La licencia de operación se extendió inicialmente hasta el 31 de julio de 2006, y se obtuvo una renovación de la licencia por 63 meses en julio de 2006, permitiendo el funcionamiento de la NRU hasta el 31 de octubre de 2011.
En mayo de 2007, la NRU estableció un nuevo récord en la producción de isótopos médicos.
En junio de 2007, se inauguró en NRU un nuevo instrumento de dispersión de neutrones. El reflectómetro de neutrones D3 está diseñado para examinar superficies, películas delgadas e interfaces. La técnica de Reflectometría de Neutrones es capaz de proporcionar información única sobre materiales en la escala de longitud nanométrica.
Cierre de 2007
El 18 de noviembre de 2007, el reactor NRU fue cerrado por mantenimiento de rutina. Esta parada se extendió voluntariamente cuando AECL decidió instalar sistemas de energía de emergencia (EPS) sísmicamente calificados en dos de las bombas de enfriamiento del reactor (además de los sistemas de energía de respaldo de CA y CC ya instalados), como se requiere como parte del la extensión de su licencia de operación en agosto de 2006 por parte de la Comisión Canadiense de Seguridad Nuclear (CNSC). Esto resultó en una escasez mundial de radioisótopos para tratamientos médicos porque AECL no había organizado previamente un suministro alternativo. El 11 de diciembre de 2007, la Cámara de los Comunes de Canadá, actuando en base a lo que el gobierno describió como "experto independiente" asesoramiento, aprobó una legislación de emergencia que autoriza el reinicio del reactor NRU con una de las dos conexiones sísmicas completa (una bomba es suficiente para enfriar el núcleo) y autoriza la operación del reactor durante 120 días sin la aprobación del CNSC. La legislación, C-38, fue aprobada por el Senado y recibió la aprobación real el 12 de diciembre. El primer ministro Stephen Harper acusó al gobierno "nombrado por los liberales" CNSC por este cierre que "puso en peligro la salud y la seguridad de decenas de miles de canadienses". Otros vieron las acciones y prioridades del Primer Ministro y del gobierno en términos de protección de la eventual venta de AECL a inversores privados. Posteriormente, el gobierno anunció planes para vender parte de AECL en mayo de 2009.
El reactor NRU se reinició el 16 de diciembre de 2007.
El 29 de enero de 2008, la ex presidenta del CNSC, Linda Keen, testificó ante un comité parlamentario que el riesgo de fallo de combustible en el reactor NRU era "1 en 1.000 años", y afirmó que esto suponer un riesgo mil veces mayor que el "estándar internacional". Estas afirmaciones fueron refutadas por la AECL.
El 2 de febrero de 2008 se completó la segunda conexión sísmica. Este plazo se encontraba dentro del plazo de 120 días mencionado anteriormente previsto por el proyecto de ley C-38.
Cierre de 2009
A mediados de mayo de 2009 se detectó una fuerte fuga de agua en la base de la vasija del reactor, lo que provocó una parada temporal del reactor. Se estimó que la fuga era de 5 kg (<5 litros) por hora, como resultado de la corrosión. Esta fue la segunda fuga de agua pesada desde finales de 2008. El reactor fue vaciado de combustible y drenado de todo su moderador de agua pesada. No se excedieron los niveles administrativos de radiactividad durante la fuga o la descarga de combustible, y toda el agua filtrada fue contenida y tratada en el sitio.
El reactor permaneció apagado hasta agosto de 2010. La prolongada parada fue necesaria para vaciar el reactor, determinar el alcance total de la corrosión en la vasija y, finalmente, efectuar las reparaciones, todo con acceso remoto y restringido desde una distancia mínima. de 8 metros debido a los campos radiactivos residuales en la vasija del reactor. El cierre de 2009 se produjo en un momento en que sólo uno de los otros cuatro reactores habituales de abastecimiento de isótopos médicos en todo el mundo estaba produciendo, lo que provocó una escasez mundial.
Desmantelamiento
El 31 de marzo de 2018, siguiendo las instrucciones del gobierno de cerrar las operaciones, NRU se cerró permanentemente antes del desmantelamiento programado para comenzar en 2028.
Producción de isótopos
| Los átomos son los bloques de la naturaleza. La tabla periódica de los elementos enumera hasta 118 tipos diferentes de átomos, llamados elementos, como hidrógeno, nitrógeno o carbono. Los átomos de cualquier elemento pueden ocurrir en más de un peso, dependiendo del número de neutrones que contengan. Dos átomos de carbono, por ejemplo, pueden pesar 12 y 13 a.m.u. Ambos son átomos de carbono, pero uno tiene un neutron extra. Se les conoce como isotopes de carbono.
No todos los isótopos son estables. Un isótopo inestable se desintegrará a un estado más estable, liberando energía y posiblemente una o más partículas. Estas partículas y/o la energía emitida por dicho radioisótopos se utiliza en una gran variedad de aplicaciones médicas, industriales y científicas. |
Con la construcción del anterior reactor NRX, fue posible por primera vez fabricar comercialmente isótopos que no se encontraban comúnmente en la naturaleza. En el núcleo de un reactor en funcionamiento hay miles de millones de neutrones libres. Al insertar un trozo de material objetivo en el núcleo, los átomos del objetivo pueden capturar algunos de esos neutrones y convertirse en isótopos más pesados. La fabricación de isótopos médicos fue una innovación médica canadiense a principios de la década de 1950.
El reactor NRU continuó el legado de NRX y hasta su desmantelamiento el 31 de marzo de 2018 produjo más isótopos médicos que cualquier instalación en el mundo.
- Cobalto-60 desde La NRU se utiliza en máquinas de radioterapia que tratan el cáncer en 15 millones de pacientes en 80 países cada año. El NRU produjo alrededor del 75% del suministro mundial. La decadencia de Cobalt-60 resulta en la emisión de fotones de alta energía.
- El tecnetio-99m del NRU utilizado en el diagnóstico de 5 millones de pacientes al año representaba alrededor del 80% de todos los procedimientos de medicina nuclear. La NRU produjo más de la mitad del suministro total del mundo. Technetium-99m emite menos energía ya que decae que la mayoría de los emisores de gamma, aproximadamente tanto como los rayos X de un tubo de rayos X. Esto puede actuar como un in situ fuente para una cámara especial que crea una imagen del paciente llamada escaneo SPECT. NRU realmente produjo el isótopo padre más estable, molibdeno-99, que se envía a laboratorios médicos. Allí se descompone en technetium-99m, que se separa y se utiliza para la prueba.
- NRU produjo xenón-133, yodo-131 y yodo-125, que se utilizan en una variedad de aplicaciones diagnósticas y terapéuticas.
- Carbon-14 producido en NRU fue vendido a laboratorios de química, biociencia y medio ambiente donde se utiliza como rastreador.
- Iridium-192 de NRU se utiliza en varias industrias para inspeccionar soldaduras u otros componentes metálicos para asegurar que sean seguros para su uso.
El núcleo del reactor NRU tenía unos 3 metros (9,8 pies) de ancho y 3 metros (9,8 pies) de alto, lo que es inusualmente grande para un reactor de investigación. Ese gran volumen permitió la producción a granel de isótopos. Otros reactores de investigación en el mundo producen isótopos para usos médicos e industriales, por ejemplo el reactor europeo de alto flujo en Petten (Países Bajos), el reactor María en Polonia y el reactor OPAL en Australia, que comenzó a funcionar en abril de 2007.
Originalmente estaba previsto que la NRU cerrara en octubre de 2016. Sin ningún fabricante de isótopos estables listo para intervenir hasta 2018, el gobierno canadiense permitió a la NRU producir isótopos hasta marzo de 2018.
Investigación con haces de neutrones
El reactor NRU alberga la instalación nacional de dispersión de neutrones de Canadá: el Centro Canadiense de Haz de Neutrones NRC. La dispersión de neutrones es una técnica en la que un haz de neutrones brilla a través de una muestra de material y, dependiendo de cómo se dispersan los neutrones de los átomos del interior, los científicos pueden determinar muchos detalles sobre la estructura cristalina y los movimientos de los átomos dentro de la muestra.
Uno de los primeros pioneros de la técnica fue Bertram Brockhouse, quien construyó algunos de los primeros espectrómetros de neutrones en los reactores NRX y NRU y recibió el Premio Nobel de Física en 1994 por el desarrollo de la espectroscopia de neutrones.
El Centro Canadiense de Haz de Neutrones de la NRC continúa ese campo de la ciencia hoy en día, operando como una instalación de usuario de acceso abierto que permite a los científicos de todo Canadá y de todo el mundo utilizar neutrones en sus programas de investigación.
Es común que un país desarrollado apoye una instalación nacional para la dispersión de neutrones y otra para la dispersión de rayos X. Los dos tipos de instalaciones proporcionan información complementaria sobre los materiales.
Una característica inusual del reactor NRU como fuente nacional de neutrones de Canadá es su diseño multipropósito: capaz de fabricar isótopos y respaldar la investigación y el desarrollo nuclear al mismo tiempo que suministra neutrones al conjunto de instrumentos de dispersión de neutrones. .
El reactor NRU a veces se caracteriza (incorrectamente) como simplemente una instalación de investigación nuclear. Sin embargo, la dispersión de neutrones no es investigación nuclear, sino investigación de materiales. Los neutrones son una sonda ideal para materiales que incluyen metales, aleaciones, biomateriales, cerámicas, materiales magnéticos, minerales, polímeros, compuestos, vidrios, nanomateriales y muchos otros. Los instrumentos de dispersión de neutrones del Centro Canadiense de Haz de Neutrones de la NRC son utilizados por universidades e industrias de todo Canadá cada año porque el conocimiento de los materiales es importante para la innovación en muchos sectores.
Investigación y desarrollo de energía nuclear
| Dentro del núcleo de un gran reactor que produce electricidad como un CANDU o un PWR, hay muchos neutrones libres y altos niveles de radiación gamma del proceso de fisión nuclear. Es importante que ingenieros y científicos entiendan cómo ese entorno afectará a los materiales que el reactor está fabricado. Ese conocimiento es necesario para diseñar un reactor con una larga vida útil. |
El reactor NRU tiene instalaciones de prueba integradas en su núcleo que pueden replicar las condiciones dentro de un gran reactor productor de electricidad. La propia NRU no genera vapor (ni electricidad); su agua de refrigeración se calienta hasta aproximadamente 55 grados centígrados. Sin embargo, dentro de las instalaciones de prueba se pueden producir altas temperaturas y presiones. Es fundamental probar diferentes materiales antes de utilizarlos en la construcción de una central nuclear.
El conocimiento fundamental adquirido en NRU permitió el desarrollo del reactor CANDU y es la base de la industria nuclear canadiense.