Bugün öğrendim ki: 1950'ler ve 60'larda BORAX (Kaynama Reaktörü Deneyi) testleri, kaynar su reaktörü tasarımlarının uygulanabilirliğini test etmek için deneysel reaktörler oluşturmayı içeriyordu. Son test ise, yaylı kontrol çubuklarının çıkarılıp reaktörün ani kritiklik yoluyla patlatılmasını içeriyordu.
Peter Lobner
Yetmiş yıl önce, ABD Atom Enerjisi Komisyonu (AEC), Kaynama Reaktörü Deneyi (BORAX) serisinin reaktörleriyle Ulusal Reaktör Test İstasyonu'nda (NRTS, şimdi Idaho Ulusal Laboratuvarı) bir dizi test gerçekleştirdi. Bu küçük test reaktörleri, bugün dünyanın birçok ülkesinde faaliyet gösteren ticari hafif su soğutmalı, kaynama suyu reaktörlerinin (KWR) mühendislik temelini oluşturdu.
Haziran 2024'te, Amerikan Nükleer Topluluğu (ANS), BORAX programının kısa bir genel bakışını yayınladı ve şunları bildirdi:
“1952'den önce, hafif su reaktörü çekirdeğinde kaynama olayının yıkıcı kararsızlıklara yol açacağı düşünülüyordu. Samuel Untermeyer, buhar oluşumundan kaynaklanan reaktivite geri beslemelerinin zincir reaksiyonunu stabilize etmeye yardımcı olacağını öne sürdü ve bu nedenle Argonne (Ulusal Laboratuvarı), konsepti araştırmak için BORAX reaktör serisini tasarladı.”
BORAX-I deneyleri hakkında bir AEC videosunu burada izleyebilirsiniz. Bu 19 dakikalık video, özellikle BORAX-I'in açık çevrimli (çalışan kaynama suyu reaktöründen atmosfere buhar tahliyesi) çalışmasını ve bir dizi giderek daha şiddetli reaktivite geçici testinin etkilerini göstermesi nedeniyle dikkat çekicidir; bunların sonuncusu BORAX-I reaktörünün yıkıcı bir testi olarak tasarlanmıştır.
BORAX-I son testi. Kaynak: Argonne
BORAX-I geçici test serisi, "kaynama suyu reaktörü konseptinin uygulanabilir olduğunu ve işleyen bir güç reaktörüne dönüştürülebileceğini" göstermiştir.
BORAX-I'e ek olarak, BORAX serisinde dört test reaktörü daha vardı. Bunların tümü, Argonne Ulusal Laboratuvarı web sitesinde kısaca açıklanmıştır.
BORAX serisindeki bir sonraki test reaktörü olan BORAX-II, başlangıçta açık çevrimli olarak çalıştırıldı. Kapalı çevrimli çalışma ve 2 MWe'ye kadar elektrik enerjisi üretimi sağlamak için bir buhar ve güç dönüşüm sistemi eklendikten sonra BORAX-III olarak yeniden adlandırıldı. Idaho'daki Arco kasabası, 17 Temmuz 1955'te BORAX-III geçici olarak yerel şebekeye bağlandığında, elektrik enerjisinin tamamını bir nükleer reaktörden alan ülkenin ilk topluluğu oldu. ANL, 500 kW'ın BORAX tesisini, 1000 kW'ın NRTS'deki Merkezi Tesisler Alanını ve 500 kW'ın Arco şehrini çalıştırmak için kullanıldığını bildirdi.
Arco anma tabelası. Kaynak: Yazar fotoğrafı
BORAX-IV, 1956'dan 1958'e kadar çalışan ve esas olarak uranyum ve toryum oksit yakıtı test etmek ve küçük yakıt kusurlarının buhar santrali ekipmanlarındaki radyoaktivite seviyeleri üzerindeki etkisini ölçmek için kullanılan kapalı çevrimli bir KWR'ydi. ANL, "Bu deneyler temelinde, seramik yakıtla çalışan bir kaynama reaktörünün, uzun süreler boyunca birçok yakıt kaplaması kusuru ile güvenli bir şekilde çalışabileceği tahmin edildi" sonucuna vardı.
Serideki son test reaktörü olan BORAX-V, çekirdekten çıkan doymuş buhar koşullarını, geleneksel (fosil yakıtlı) aşırı ısıtılmış buhar santraline benzer yüksek basınçlı, kuru buhar koşullarına yükselten bütünleşik bir nükleer aşırı ısıtma sistemi tanıttı. Bu özellik daha sonra, AEC sponsorluğunda Güç Gösteri Reaktörü Programı kapsamında inşa edilen 17,5 MWe'lik BONUS (Kaynama Nükleer Aşırı Isıtma) reaktöründe kullanıldı. BONUS, General Nuclear Engineering Corp. tarafından tasarlandı ve Porto Riko Su Kaynakları İdaresi tarafından 1965'ten 1968'e kadar işletildi. BONUS reaktörü hakkında 1967 tarihli bir AEC videosunu burada izleyebilirsiniz.
BORAX-V'te gösterilen kaynama nükleer aşırı ısıtma özelliği, Güç Gösteri Reaktörü Programı reaktörlerinden biri olan ve 1962'den 1968'e kadar çalışan 203 MWt'lık Pathfinder'da da kullanıldı. Ancak bu özellik, daha sonra General Electric tarafından ABD'nin ticari KWR tasarımlarına dahil edilmedi.
BORAX serisi test reaktörlerini, 1961 yılında Illinois'deki Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda inşa edilen Deneysel Kaynama Suyu Reaktörü (EBWR) izledi. EBWR, başlangıçta 20 MWt (5 MWe) olmak üzere kararlı durum güç çalışması için tasarlanmıştır. 20 ila 40 MWt aralığında daha yüksek güçlü kararlı durum çalışmaları yapıldı ve kısa süreli çalışma 61,7 MWt'ye kadar gerçekleştirildi (besleme suyu pompası kapasitesiyle sınırlı). EBWR'nin 100 MWt'te kararlı bir şekilde çalışmasının mümkün olması bekleniyordu. EBWR'nin ANL video genel bakışını burada bulabilirsiniz.
EBWR. Kaynak: Argonne flickr galerisi
ANL videosunda,
“EBWR ile yapılan çalışmalar, doğrudan çevrim kaynama suyu reaktörü sisteminin, nominal ısı çıkışının beş katı güç seviyelerinde bile, buhar türbininin ciddi radyoaktif kontaminasyonu olmadan çalışabileceğini kanıtladı. Bazen CP-7 olarak da adlandırılan EBWR, 1967 yılına kadar çalıştırıldı.
EBWR, büyük ölçüde plütonyum çekirdeği ile çalıştırılarak, su reaktörlerinin plütonyum geri dönüşümü çalışması hakkında değerli bilgiler sağladı - 1966 yılında Argonne'un fiziksel tesisi için plütonyum bazlı elektrik üretti.
Ertesi yıl kapatıldığında, EBWR birçok ticari nükleer enerji santralinin öncüsü olarak bir üne kavuşmuştu. Bunlardan biri, 1960 yılında özel olarak işletilen ilk nükleer enerji santrali olan (General Electric tarafından tasarlanan) Illinois, Dresden'deki Commonwealth Edison tesisiydi.”
General Electric'in ticari KWR/1'den KWR/6 reaktörlerine genel bir bakış ve karşılaştırmayı aşağıda listelenen NUREG/CR-5640 raporunda bulabilirsiniz.
Daha fazla bilgi için:
BORAX
Ray Ottley Haroldsen, “Genel Bakış: Borax Reaktörü Nasıl Oluştu, Atomik Bilgiler,” (kitabın çevrimiçi bölümü, “The Story of the Borax Nuclear Reactor and the EBR-I Meltdown,” ISBN 1566847060, 9781566847063), 2008: https://atomicinsights.com/wp-content/uploads/Borax-Book.pdf
Will Davis, “BORAX, SPERT Testleri; INL 70 Yaşında!,” ANS Nükleer Cafe, 22 Şubat 2019: https://www.ans.org/news/article-2109/borax-spert-tests-inl-at-70/
R. Henry, M. Epstein & H. Fauske, “BORAX-1, SPERT-1 ve SL-1 kazasının açıklaması,” Fauske & Associates, LLC: http://glc.ans.org/nureth-16/data/papers/13489.pdf
“Idaho kasabası nükleer güç gösterisinde atomik güç ve ışık alıyor,” USAEC Basın Bülteni, 11 Ağustos 1955: https://www.ne.anl.gov/About/reactors/borax3/index.shtml
Anna Daly, “Dünyada ilk kez nükleer enerjiyle aydınlatılan Idaho kasabasının içinde,” BoiseDev, 21 Haziran 2023: https://boisedev.com/news/2023/06/21/inl-arco-power/
“Ön Tasarım ve Tehlikeler Raporu – Kaynama Reaktörü Deneyi V (BORAX V),” Argonne Ulusal Laboratuvarı, Şubat 1960: https://www.osti.gov/servlets/purl/4135874
EBWR
L. Boing & E. Wimunc, “Deneysel Kaynama Suyu Reaktörünün (EBWR) Tasarımı – Geliştirilmesi ve Çalıştırılması, 1955 – 1967,” Rapor ANL-91/13, Argonne Ulusal Laboratuvarı, Kasım 1990: https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc283040/m1/1/
J. Matousek, “Deneysel Kaynama Suyu Reaktörünün (EBWR) Daha Yüksek Güçlü Çalışma İçin Değiştirilmesi,” Rapor ANL-6552, Argonne Ulusal Laboratuvarı, Nisan 1962: https://www.osti.gov/servlets/purl/4828653
BONUS
Will Davis, “Porto Riko için Nükleer Enerji,” ANS Nükleer Cafe, 14 Nisan 2016: https://www.ans.org/news/article-1818/nuclear-energy-for-puerto-rico/
“Kaynama Nükleer Aşırı Isıtma (BONUS) Güç Santrali – Nihai Özet Tasarım Raporu,” Rapor PRWRA-GNEC-6, General Nuclear Engineering Corp. ve Porto Riko Su Kaynakları İdaresi, 1 Mayıs 1962: https://www.osti.gov/servlets/purl/4143826
Pathfinder
Will Davis, “Pathfinder: İzlenmeyen Bir Yol,” ANS Nükleer Cafe, 13 Haziran 2014: https://www.ans.org/news/article-1581/pathfinder/
GE ticari KWR'ler