Reactor de agua ligera australiano de piscina abierta

Ciencia con neutrones
Cimientos
Temperatura del neutrón Flujo , radiación , transporte Sección transversal , Absorción , Activación
Dispersión de neutrones
Difracción de neutrones Dispersión de neutrones de ángulo pequeño GISANOS Reflectometría Dispersión inelástica de neutrones Espectómetro de tres ejes Espectrómetro de tiempo de vuelo Espectrómetro de retrodispersión Espectrómetro de eco de espín
Otras aplicaciones
Tomografía de neutrones Análisis de activación , Análisis de activación gamma rápido Investigación fundamental con neutrones: Neutrones ultrafríos , Interferometría Terapia con neutrones rápidos Terapia de captura de neutrones
Infraestructura
Fuentes de neutrones : reactor de investigación , espalación , moderador de neutrones Óptica neutrónica: reflector , superespejo Detección
Instalaciones de neutrones
América: HFIR , LANSCE , NIST CNR - SNS Australia: ÓPALO Asia: J-PARC , Hanarō Europa: BER II , FRM II , ILL , ISIS Fuente de neutrones y muones , JINR , SINQ Histórico: IPNS , HFBR En construcción: ESS
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El reactor de agua ligera australiano de piscina abierta ( OPAL ) es un  reactor nuclear de investigación de piscina de 20 megavatios (MW) . Inaugurado oficialmente en abril de 2007, reemplazó al reactor australiano de alto flujo como único reactor nuclear de Australia, y está ubicado en el establecimiento de investigación de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO) en Lucas Heights, Nueva Gales del Sur , un suburbio de Sídney . Tanto OPAL como su predecesor han sido conocidos 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 utilizando 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 según un ciclo de operación de 30 días sin interrupción a plena potencia, seguido de una parada de 5 días para reorganizar el combustible.

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

La empresa argentina INVAP fue totalmente responsable, a través de un contrato llave en mano , firmado en junio de 2000, de la entrega del reactor, realizando el diseño, la construcción y la puesta en servicio. La construcción civil local estuvo a cargo del 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 gal imp; 5,3 gal EE.UU.]), ^[2] guías modernas 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 Petersburgo, ^[3] el sistema criogénico diseñado y suministrado por Air Liquide y el conjunto inicial de cuatro guías de superespejo 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 a los terrenos, al reactor HIFAR, al depósito de residuos de alta radiactividad y a la torre de radio. Su protesta puso de relieve los riesgos ambientales y de seguridad que entraña la producción de materiales nucleares y el envío de residuos radiactivos desde las instalaciones. ^[5]

El reactor OPAL fue inaugurado el 20 de abril de 2007 por el entonces Primer Ministro australiano John Howard ^[6] y es el sustituto del reactor HIFAR . La ANSTO recibió una licencia de operación de la Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear (ARPANSA) en julio de 2006, lo que le permitió comenzar la puesta en servicio en caliente, donde el combustible se carga primero en el núcleo del reactor. El reactor OPAL alcanzó su estado crítico por primera vez la tarde del 12 de agosto de 2006 y alcanzó su máxima potencia por primera vez la mañana del 3 de noviembre de 2006. ^[7]

El núcleo del reactor está formado por 16 conjuntos de combustible de placas poco enriquecidos y se encuentra bajo 13 metros (43 pies) de agua en una piscina abierta. Se utiliza agua ligera (H2O normal ₎ como refrigerante y moderador , mientras que se utiliza agua pesada (D2O _{) como reflector} de neutrones . El objetivo del reflector de neutrones es mejorar la economía de neutrones en el reactor y, por lo tanto, aumentar el flujo máximo de neutrones.

El reactor OPAL es el eje central de las instalaciones de ANSTO y proporciona producción de radiofármacos y radioisótopos , servicios de irradiación (incluido el dopaje de silicio mediante transmutación neutrónica ), análisis de activación neutrónica e investigación con haces de neutrones . El reactor 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. El 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 la instalación de dispersión de neutrones de OPAL . Actualmente funciona como instalación para usuarios que presta servicios a la comunidad científica de Australia y de todo el mundo. En 2009 se recibió nueva financiación para instalar más instrumentos y líneas de luz competitivos. La instalación actual consta de los siguientes instrumentos:

ECHIDNA es el nombre del difractómetro de polvo de neutrones de alta resolución . El 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 monotrema australiano , ya que los picos espinosos del instrumento se parecen a un equidna.

Opera con neutrones térmicos . Una de las principales características es el conjunto de 128 colimadores y detectores sensibles a la posición para la adquisición rápida de datos. ECHIDNA permite la determinación de la estructura, la medición de la textura y el mapeo espacial recíproco de monocristales en la mayoría de los entornos de muestra diferentes, al servicio de las comunidades de física, química, materiales, minerales y ciencias de la tierra. ECHIDNA es parte del parque de instrumentos de dispersión de neutrones del Instituto Bragg . ^[9]

• Guía de neutrones

  El instrumento está situado en la guía de neutrones térmicos TG1 del reactor OPAL. La distancia al reactor es de 58 metros (190 pies). Es la segunda posición en la guía después del instrumento WOMBAT . El tamaño de la guía es de 300 milímetros (12 pulgadas) de alto por 50 milímetros (2,0 pulgadas) de ancho y está recubierta con revestimientos supermirror .

• Colimador primario

  Antes del monocromador se encuentran los colimadores Söller para reducir la divergencia del haz y aumentar la resolución angular del instrumento. Como se trata de un compromiso de intensidad, dos elementos de 5' y 10' , respectivamente, se pueden intercambiar o eliminar por completo mediante un mecanismo automático. Los colimadores cubren todo el tamaño del haz emitido por la guía de neutrones.

• Monocromador

  El monocromador está formado por placas de cristales de germanio orientados [115] que están inclinados entre sí para enfocar el haz reflejado de Bragg. El dispositivo fue adquirido al Laboratorio Nacional de Brookhaven en los EE. UU. después del cierre de sus instalaciones de neutrones.

• Colimador secundario

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

• Sistema de hendidura

  Dos conjuntos automatizados de pares horizontales y verticales de placas absorbentes 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 fondo cerca del detector. Además, permiten seleccionar la posición de la muestra a estudiar.

• Monitor de haz

  Un monitor de fisión ^{de 235} U mide la cantidad de neutrones que inciden en la muestra. La 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 anterior.

• Etapa de muestra

  La muestra se sostiene mediante un goniómetro de carga pesada que consta de un eje de rotación omega vertical de 360°, mesas de traslación xy y una platina de inclinación cruzada chi-phi de rango ±20°. Puede soportar unos cientos de kilogramos para soportar entornos de muestra más pesados, como criostatos, hornos, imanes, marcos de carga, cámaras de reacción y otros. Una muestra de polvo típica se llena en latas de vanadio que dan poco fondo no estructurado. El entorno de muestra mencionado permite la medición de cambios en la muestra en función de parámetros externos, como temperatura, presión, 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 monocristal y textura, donde la orientación de la muestra juega un papel.

• Colimadores detectores

  Un conjunto de 128 detectores, cada uno equipado con un colimador de 5' en la parte delantera, están dispuestos en un sector de 160° enfocado hacia la muestra. Los colimadores seleccionan la radiación dispersa en rangos bien definidos de 128 posiciones angulares. Toda la configuración del colimador y el detector está montada en una mesa común que se escanea en pasos más finos alrededor de la muestra, para luego combinarse en un patrón de difracción continuo.

• Tubos detectores

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

PLATYPUS es un reflectómetro de tiempo de vuelo construido sobre una fuente de neutrones fríos . El instrumento sirve para determinar la estructura de las interfaces utilizando haces de neutrones altamente colimados . Estos haces se proyectan sobre la superficie en ángulos bajos (normalmente inferiores a 2 grados) y la intensidad de la radiación reflejada se mide en función del ángulo de incidencia.

Funciona con neutrones fríos con una banda de longitud de onda de 0,2 a 2,0 nm. Aunque se requieren hasta tres ángulos de incidencia diferentes para cada curva de reflectividad, la naturaleza del tiempo de vuelo significa que se pueden obtener escalas temporales de procesos cinéticos. Al analizar la señal reflejada se crea una imagen de la estructura química de la interfaz. Este instrumento se puede utilizar para examinar biomembranas, bicapas lipídicas, magnetismo, capas de surfactante adsorbidas, etc.

Recibe su nombre de Ornithorhynchus anatinus , el mamífero monotrema semiacuático nativo de Australia.

WOMBAT es un difractómetro de neutrones en polvo de alta intensidad . El 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 wombat , un marsupial autóctono de Australia.

Operará con neutrones térmicos . Ha sido diseñado para obtener el mayor flujo y la mayor velocidad de adquisición de datos con el fin de proporcionar patrones de difracción con resolución temporal en una fracción de segundo. Wombat se concentrará en estudios in situ e investigaciones en las que el tiempo es un factor crítico, como la determinación de estructuras, las mediciones de textura y el mapeo espacial recíproco de monocristales en los entornos de muestra más diversos, al servicio de las comunidades de física, química, materiales, minerales y ciencias de la tierra.

KOWARI es un difractómetro de tensión residual de neutrones . El escaneo de deformación mediante neutrones térmicos es una técnica de difracción de polvo en un bloque policristalino de material que sondea el cambio de espaciamiento atómico debido a la tensión interna o externa . Recibe su nombre del kowari , un marsupial australiano.

Proporciona una herramienta de diagnóstico no destructiva para optimizar, por ejemplo, el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT, similar al templado ) de las estructuras soldadas. Las tensiones de tracción, por ejemplo, impulsan el crecimiento de grietas en los componentes de ingeniería y las tensiones de compresión inhiben el crecimiento de grietas (por ejemplo, orificios expandidos en frío sujetos a ciclos de fatiga). Las estrategias de extensión de la vida útil tienen un alto impacto económico y el escaneo de deformación proporciona las tensiones necesarias para calcular la vida útil restante, así como los medios para monitorear el estado de los componentes, ya que no es destructivo. Una de las características principales es la mesa de muestra que permitirá el examen de grandes componentes de ingeniería mientras los orienta y posiciona con mucha precisión. ^{[ cita requerida ]}

• TAIPAN - Espectrómetro térmico de 3 ejes ^[10]
• KOALA - Difractómetro de Laue ^[11]
• QUOKKA - Dispersión de neutrones en ángulos pequeños ^[12]
• PELICAN - Espectrómetro de tiempo de vuelo de neutrones fríos ^[13]
• SIKA - Espectrómetro de 3 ejes en frío ^[14]
• KOOKABURRA - Dispersión de neutrones de ángulo ultrapequeño (USANS) ^[15]
• DINGO - Radiografía, Tomografía e Imágenes Neutrónicas ^[16]

Durante el período inicial de pruebas y puesta en servicio, todos los equipos y sistemas se probaron individualmente y luego de manera 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 nuclear en cadena por primera vez. La potencia del reactor se incrementó en etapas sucesivas para permitir finalmente que el reactor funcionara a su máxima potencia. Una vez completada la puesta en servicio, el regulador nuclear de Australia, la Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear (ARPANSA), emitió una licencia que autorizó la operación de OPAL a plena potencia. Durante los primeros ciclos de operación, se produjo un período de dentición típico de un diseño pionero. ^{[17] [18]} El reactor ha demostrado ser un proveedor confiable de radiofármacos , al mismo tiempo que sirve como fuente de neutrones para realizar investigaciones sobre materiales. ^{[19] [20]}

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

Hasta septiembre de 2016, ha acumulado un total de 2200 días de potencia máxima equivalentes. 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 lo que respecta 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 producido más de 600 artículos de investigación científica utilizando los neutrones provenientes del núcleo de OPAL. ^{[ cita requerida ]}

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• Diseños de la División Nuclear de INVAP
• Anuncio del nombre del nuevo reactor
• Reactor nuclear reabrirá tras seis meses cerrado
• El Gobierno espera que el reactor nuclear se reinicie este mes
• Reactor listo para segundo intento

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