Исследовательский реактор

Исследовательские реакторы — ядерные реакторы, которые служат главным образом источником нейтронов. Их также называют неэнергетическими реакторами, в отличие от энергетических реакторов, которые используются для производства электроэнергии, тепла или в качестве судовых энергетических установок.

Исследовательский реактор CROCUS Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии

Цель

Нейтроны, производимые исследовательским реактором, используются для неразрушающего контроля, анализа и испытания материалов, производства радиоизотопов, научных исследований и в образовательных целях. Исследовательские реакторы, которые производят радиоизотопы для медицинского или промышленного использования, иногда называют изотопными реакторами.

Технические аспекты

Исследовательские реакторы проще энергетических реакторов и работают при более низких температурах. Им нужно гораздо меньше топлива, и по мере использования топлива образуется гораздо меньше продуктов деления. С другой стороны, их топливо требует более высокообогащенного урана, обычно до 20% U-235, хотя некоторые используют 93% U-235. Обогащение менее 20% обычно не считается пригодным для использования в ядерном оружии, 93% обычно называют «оружейным уровнем». Также они имеют очень высокую удельную мощность в активной зоне, что требует некоторых конструктивных особенностей. Как и в энергетических реакторах, активная зона нуждается в охлаждении, которое обычно достигается за счёт естественной или принудительной конвекции водой. Также требуется замедлитель для уменьшения скорости нейтронов до оптимального уровня с точки зрения огощения из ядрами U-235. Поскольку производство нейтронов является основной функцией этих реакторов, большинство из них имеют отражатели нейтронов, чтобы уменьшить потери нейтронов из активной зоны.

Переход на низкообогащенный уран

Международное агентство по атомной энергии и Министерство энергетики США инициировали в 1978 году программу по разработке средств перевода исследовательских реакторов с высокообогащенного урана (ВОУ) на использование низкообогащенного урана (НОУ) в поддержку своей политики нераспространения.^[1][2] К тому времени США поставили исследовательские реакторы и высокообогащенный уран в 41 страну в рамках своей программы «Атом для мира». В 2004 г. Министерство энергетики США продлило до 2019 года свою программу приема отработавшего ядерного топлива зарубежных исследовательских реакторов. ^[3]

По состоянию на 2016 год в отчете Национальной академии наук, инженерии и медицины сделан вывод о том, что перевод всех исследовательских реакторов на НОУ не может быть завершен не ранее 2035 года. Отчасти это связано с тем, что разработка надежного низкообогащенного топлива для исследовательских реакторов с высоким потоком нейтронов, которое не выходит из строя из-за разбухания, идет медленнее, чем ожидалось. ^[4] По состоянию на 2020 год осталось 72 исследовательских реактора на ВОУ. ^[5]

Дизайнеры и конструкторы

Хотя в 1950-е, 1960-е и 1970-е годы существовал ряд компаний, специализирующихся на проектировании и строительстве исследовательских реакторов, впоследствии активность на этом рынке пошла на убыль, и многие компании ушли с рынка.

Сегодня рынок консолидировался в нескольких компаниях, которые концентрируют ключевые проекты по всему миру.

Самый последний международный тендер (1999 г.), связанный с исследовательскими реакторами, был организован ANSTO (Australian Nuclear Science and Technology Organisation) на проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию реактора OPAL. Предквалификацию прошли четыре компании: AECL (Atomic Energy of Canada Limited), INVAP, Siemens и Technicatom. Контракт был присужден компании INVAP, построившей реактор. В последние годы AECL ушла с этого рынка, а деятельность Siemens и Technicatom была объединена в AREVA .

Классы исследовательских реакторов

• Водный гомогенный реактор
• Реактор класса Аргонавт
• DIDO, шесть высокопоточных реакторов по всему миру
• TRIGA, очень успешный класс с более чем 50 установками по всему миру
• SLOWPOKE, разработанный AECL, Канада
• MNSR на основе конструкции SLOWPOKE, разработанный AECL, в настоящее время экспортируется Китаем.

Исследовательские центры

Полный список можно найти в Перечне ядерных исследовательских реакторов^[где?]

Исследовательские центры, эксплуатирующие реакторы:

Название	Страна	Город	Учреждение	Мощность	Дата пуска
BR2 Reactor	Бельгия	Мол	Belgian Nuclear Research Center SCK•CEN	100 МВт
Budapest Research Reactor[6]	Венгрия	Будапешт	Hungarian Academy of Sciences Centre for Energy Research	5 МВт[6]	1959[6]
Budapest University of Technology Training Reactor[7]	Венгрия	Будапешт	Будапештский университет технологии и экономики	100 кВт	1969
ILL High-Flux Reactor	Франция	Гренобль	Institut Laue-Langevin	63 МВт[8]
RA-6	Аргентина	Сан-Карлос-де-Барилоче	Balseiro Institute, / Bariloche Atomic Centre	1 МВт[9]	1982[9]
ZED-2	Канада	Дип-Ривер, Онтарио	AECL's Chalk River Laboratories	200 Вт[10]	1960
McMaster Nuclear Reactor	Canada	Гамильтон, Онтарио	McMaster University	5 МВт	1959
National Research Universal Reactor	Канада	Дип-Ривер, Онтарио	AECL's Chalk River Laboratories	135 МВт	1957
Petten nuclear reactors	Нидерланды	Petten	Dutch Nuclear Research and consultancy Group,[11] EU Joint Research Centre	30 кВт and 60 МВт	1960
ORPHEE	Франция	Saclay	Laboratoire Léon Brillouin	14 МВт	1980
FRM II	Германия	Гархинг	Technische Universität München	20 МВт	2004
HOR	Нидерланды	Делфт	Reactor Institute Delft, Делфтский технический университет	2 МВт
BER II	Германия	Берлин	Helmholtz-Zentrum Berlin	10 МВт
Mainz	Германия	Майнц	Universität Mainz, Institut für Kernchemie	100 кВт[12]
TRIGA Mark II[13]	Австрия	Вена	Technical University Vienna, TU Wien, Atominstitut	250 кВт	1962[13]
IRT-2000	Болгария	София	Болгарская академия наук	2 МВт
OPAL	Австралия	Lucas Heights, New South Wales	Australian Nuclear Science and Technology Organisation	20 МВт	2006
IEA-R1	Бразилия	Сан-Паулу	Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN)	3,5 МВт	1957
IRT-2000[14]	Россия	Москва	Moscow Engineering Physics Institute	2,5 МВт[14]	1967[14]
SAFARI-1	ЮАР	Pelindaba	NECSA	20 МВт[15]	1965[15]
HANARO	Юж. Корея	Тэджон	Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)	30 МВт[16]	1995[16]
LVR-15	Чехия	Řež	Nuclear Research Institute	10 МВт[17]	1995[17]
North Carolina State University Reactor Program	США	Роли, Сев. Каролина	North Carolina State University	1 МВт[18]	1953[18]
HFIR	США	Ок-Ридж, Теннесси	Oak Ridge National Laboratory
ATR[англ.]	США	Айдахо	Idaho National Laboratory	250 МВт[19]
University of Missouri Research Reactor	США	Колумбия, Миссури	University of Missouri	10 МВт	1966
Maryland University Training Reactor	США	Колледж-Парк, Мериленд	University of Maryland	250 кВт[20]	1970[20]
Washington State University Reactor	США	Пулмен, Вашингтон	Washington State University	1 МВт[21]
CROCUS	Швейцария	Лозанна	École polytechnique fédérale de Lausanne
Мария	Польша	Świerk-Отвоцк	National Centre for Nuclear Research	30 МВт	1974
TRIGA Mark I	США	Ирвайн, Калифорния	University of California, Irvine
ITU Reactor	Турция	Стамбул	Стамбульский технический университет
ETRR-1	Египет	Inshas	Ядерный исследовательский центр	2 МВт	1961
ETRR-2	Египет	Inshas	Ядерный исследовательский центр	22 МВт	1997
GHARR-1[22]	Гана	Аккра	National Nuclear Research Institute of the Ghanan Atomic Energy Commission	30 кВт

• Fast Flux Test Facility^[англ.] (Хэнфордский комплекс, США)

Выведенные из эксплуатации исследовательские реакторы

Название	Страна	Город	Учреждение	Мощность	Дата пуска	Дата остановки	Decommissioned
ASTRA	Австрия	Зайберсдорф		10 МВт	1960	1999
CONSORT	United Kingdom	Аскот	Imperial College	100 кВт
JASON reactor	Великобритания	Гринвич	Royal Naval College	10 кВт	1962	1996
MOATA	Австралия	Lucas Heights		100 кВт	1961	1995
HIFAR	Австралия	Lucas Heights			1958	2007
HTGR (Pin-in-Block Design)	Великобритания	Winfrith, Дорсет,	International Atomic Energy Agency	20 МВт	1964	1976	июль 2005[23]
DIDO	Великобритания	Харуэлл	Atomic Energy Research Establishment	10-26 МВт	1956	1990
Nuclear Power Demonstration	Канада	Дип-Ривер, Онтарио	AECL's Rolphton plant	20 МВт	1961	1987
NRX	Канада	Дип-Ривер, Онтарио	AECL's Chalk River Laboratories		1952	1992
PLUTO reactor	Великобритания	Харуэлл, Оксвордшир	Atomic Energy Research Establishment	10-26 МВт	1957	1990
Pool Test Reactor	Канада	Дип-Ривер, Онтарио	AECL's Chalk River Laboratories	10 кВт	1957	1990
WR-1	Канада	Pinawa, Manitoba	AECL's Whiteshell Laboratories	60 МВт	1965	1985
ZEEP	Канада	Дип-Ривер, Онтарио	AECL's Chalk River Laboratories		1945	1973
More Hall Annex	США	Сиэтл	University of Washington	100 кВт	1961	1988
Ewa reactor	Польша	Świerk-Отвоцк	POLATOM Institute of Nuclear Energy	10 МВт	1958	1995
FiR 1	Финляндия	Эспоо	Хельсинкский технологический университет, later VTT Technical Research Centre of Finland	250 кВт[24]	1962[24]	2015[25]
RV-1	Венесуэла	Каракас	Venezuelan Institute for Scientific Research	3 МВт	1960	1994

Примечания

1. CRP on Conversion of Miniature Neutron Source Research Reactors (MNSR) to Low Enriched Uranium (LEU) (англ.). International Atomic Energy Agency (13 января 2014). Дата обращения: 25 октября 2015. Архивировано 6 января 2018 года.
2. Reduced Enrichment for Research and Test Reactors (англ.). National Nuclear Security Administration. Архивировано 29 октября 2004 года.
3. U.S. Foreign Research Reactor Spent Nuclear Fuel Acceptance (англ.). National Nuclear Security Administration. Архивировано 22 сентября 2006 года.
4. Cho, Adrian (2016-01-28). "Ridding research reactors of highly enriched uranium to take decades longer than projected". Science. Архивировано 7 июля 2022. Дата обращения: 13 апреля 2020.
5. "IAEA highlights work to convert research reactors". World Nuclear News. 2020-02-24. Архивировано 25 февраля 2020. Дата обращения: 13 апреля 2020.
6. Budapest Research Reactor (англ.). Budapest Neutron Centre. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 16 февраля 2018 года.
7. Institute for Nuclear Technology (англ.). reak.bme.hu. Дата обращения: 11 сентября 2019. Архивировано 5 сентября 2019 года.
8. Nuclear Reactors (англ.). ucl. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 28 декабря 2017 года.
9. "RA-6 de Argentina" (исп.). Архивировано 16 февраля 2018. Дата обращения: 15 февраля 2018.
10. "Research reactors" (англ.). Canadian Nuclear Association. Архивировано 16 февраля 2018. Дата обращения: 15 февраля 2018.
11. High Flux Reactor (англ.). European Commission (13 февраля 2013). Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 16 февраля 2018 года.
12. Reactor (нем.). Mainz Johannes Gutenberg-Universität. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 16 февраля 2018 года.
13. Reactor (англ.). Atominstitut, Technische Universität Wien. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано из оригинала 16 февраля 2018 года.
14. The reactor (англ.). МИФИ. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 16 февраля 2018 года.
15. SAFARI-1 (англ.). www.necsa.co.za. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 31 января 2018 года.
16. High-Flux Advanced Neutron Application Reactor (HANARO) | Facilities (англ.). nti. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 4 февраля 2018 года.
17. Research Reactor LVR-15 (англ.). Centrum výzkumu Řež. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 16 февраля 2018 года.
18. "History - Nuclear Reactor Program" (англ.). NC State University. Архивировано 4 июля 2018. Дата обращения: 17 июля 2018.
19. ATR Factsheet (англ.) (PDF). Idaho National Laboratory. Дата обращения: 28 февраля 2008. Архивировано из оригинала 3 июля 2008 года.
20. Maryland University Training Reactor (MUTR) | 250 kW TRIGA Reactor (англ.). University of Maryland. Дата обращения: 11 июня 2018. Архивировано 12 июня 2018 года.
21. Nuclear Science Center Washington State University (англ.). Дата обращения: 6 августа 2019. Архивировано 6 августа 2019 года.
22. Research Reactor Database - GHARR-1 (англ.). International Atomic Energy Agency. Дата обращения: 15 февраля 2018. Архивировано 27 апреля 2021 года.
23. Winfrith's DRAGON loses its fire (англ.). nda. Дата обращения: 12 января 2022. Архивировано из оригинала 6 октября 2012 года.
24. Karlsen; Vilkamo, Olli Finland's old nuclear research reactor to be decommissioned – New Centre for Nuclear Safety under construction (англ.). VTT Impulse (14 декабря 2016). Дата обращения: 22 февраля 2018. Архивировано 23 февраля 2018 года.
25. Research Reactor Database (англ.). International Atomic Energy Agency. Дата обращения: 22 февраля 2018. Архивировано 23 февраля 2018 года.

Внешние ссылки

• WNA Information Paper # 61: Research Reactors
• Nuclear Nonproliferation: DOE Needs to Take Action to Further Reduce the Use of Weapons-Usable Uranium in Civilian Research Reactors, GAO, July 2004, GAO-04-807
• IAEA searchable list of Nuclear Research Reactors in the world
• The National Organization of Test, Research, and Training Reactors, Inc.
• NMI3 - EU-FP7 Integrated Infrastructure Initiative for Neutron Scattering and Muon Spectroscopy