Organic Moderated Reactor Experiment

El experimento del reactor de moderador orgánico, parte importante del programa de investigación de la Comisión de Energía Atómica con miras a obtener potencia económica de la energía nuclear, se desarrolla en la Estación Nacional de Ensayo de Reactores. Este experimento, comúnmente llamado OMRE, lo lleva a cabo la Atomics International, para estudiar el empleo de sustancias orgánicas como refrigerante, arrastre de calor y moderación de neutrones. La instalación del OMRE comprende tres secciones principales. El edificio de operación, que alberga las zonas de control y de preparación de productos, el cambiador de calor y soplantes de aire, y el núcleo del reactor, instalado bajo tierra debajo del edificio. Los problemas relativos al uso de refrigerantes orgánicos se han estudiado en los laboratorios de la Atomics International en California. Se ha determinado la estabilidad de diversos compuestos orgánicos mediante estudios en el interior de la pila y con distintos ciclos térmicos. El circuito de pilas se construyó para poder hacer circular las mezclas de hidrocarburos en el reactor de prueba de materiales en la Estación Nacional de Ensayos de Reactores, en condiciones semejantes a las que tendrán lugar posteriormente durante el funcionamiento del OMRE. Se ha utilizado un circuito térmico para determinar la transmisión de calor y las incrustaciones producidas por los fluidos orgánicos. Para el diseño del OMRE y su funcionamiento, así como su sistema de purificación, se han determinado las velocidades de descomposición de distintos refrigerantes orgánicos y estudiado los medios de purificarlo. Como resultado, se escogió como hidrocarburo para el OMRE un compuesto del grupo polifenílico. El sistema de refrigeración del OMRE contiene más de 19.000 litros de una mezcla polifenílica, cuyas características, una vez fundida, son similares a las del agua. El refrigerante entra en la zona de elementos combustibles por el fondo del recipiente que aloja el núcleo, asciende entre las placas de combustible para eliminar el calor, desciende entre los elementos combustibles y las barras de control y, finalmente, asciende entre el blindaje térmico y la pared del recipiente, hasta un tanque situado encima del núcleo. El compuesto orgánico se bombea del reactor al cambiador que trabaja en conexión con unos soplantes de aire donde el calor se disipa y el refrigerante regresa al reactor, formando así el circuito primario. El sistema primario de refrigeración se alimenta transvasando hidrocarburo fundido al tanque de desagüe. Se llena por el tanque de expansión usando una bomba de alimentación. El sistema de purificación elimina los productos de descomposición del hidrocarburo. La instalación recibe el refrigerante del circuito de transmisión de calor. La substancia purificada se recupera y envía al recipiente de alimentación y de éste el refrigerante se puede bombear de nuevo en el sistema. El control de la substancia orgánica durante su recorrido a través del sistema del reactor se efectúa desde el edificio de operaciones. Este edificio está dividido en dos partes principales por una pared protectora. En la zona de control se encuentran el pupitre de mandos, el equipo de instrumentación y el aparellaje eléctrico. Próxima a la sala de control se encuentra la estación de fusión del compuesto orgánico, los distribuidores de nitrógeno y la zona general de almacén. Al otro lado de la pared de protección, de hormigón, se encuentra la zona de recuperación. En ella se dispone de bombas y válvulas para el refrigerante orgánico, el sistema de purificación y el equipo anexo. La temperatura del compuesto orgánico en el sistema de baja presión del hombre varía entre 260 y 380 grados. Detrás de la zona de recuperación se encuentra el cambiador de calor que trabaja en conexión con un soplante de aire. En una central verdadera, con un reactor de moderador orgánico, este cambiador sería reemplazado por generadores de vapor para aprovechar los 16.000 kilovatios térmicos producidos por el reactor. Una gran ventaja en utilizar una sustancia orgánica como refrigerante es que no produce efectos apreciables de corrosión sobre los materiales estructurales ordinarios. El tanque para el núcleo del hombre se construyó con un acero de baja aleación y se eliminaron totalmente las tensiones térmicas en un horno adecuado. Las especificaciones fueron presión 28 kilogramos por centímetro cuadrado, temperatura 177 y coeficiente de trabajo del material 1.000 kilogramos por centímetro cuadrado. Se le sometió a una inspección sobre el terreno tan pronto fue retirado del horno. Las especificaciones para la parte superior del tanque fueron las mismas. Una vez mecanizado y recepcionado, el recipiente se despachó a los terrenos del hombre para su instalación. Se montó un sistema de calentamiento por inducción de 60 ciclos en todos los tanques y tuberías del hombre, de forma que la temperatura del sistema fuese superior a la temperatura de fusión del hidrocarburo antes de que empezase a funcionar el reactor. El tanque que aloja al núcleo tiene unos ocho metros y medio de alto. Su diámetro interior es de un metro treinta y cinco y el espesor de sus paredes es de dos centímetros cincuenta y cuatro. La cavidad donde está situado el tanque va recubierta por una placa corrugada de acero galvanizado. El tanque se colocó sobre una placa de hormigón apoyado sobre una base rocosa y se dispusieron galerías para los conductos principales de refrigeración. Después de instalar el tanque núcleo, se conectaron los tubos en las galerías y se rellenaron éstas. Para el hombre se adoptaron elementos combustibles del tipo de placa. Para fabricar cada placa de combustible se empezó por preparar una mezcla de acero inoxidable y óxido de uranio en polvo. Del peso de la mezcla un veinticinco por ciento era óxido de uranio. En una matriz se sometió la mezcla a una presión de seis mil trescientos kilogramos por centímetro cuadrado. El conjunto se endureció por tratamiento térmico y se revistió con una vaina de acero inoxidable. Durante esta fase de la fabricación, las placas de los elementos combustibles se llamaron sandwich. En un horno de atmósfera controlada, se calentaron las preparaciones en forma de sandwich antes de someterlas a un laminado en caliente. El espesor final se obtuvo por laminación en frío. Después de cortar y mecanizar las placas a las dimensiones requeridas, se comenzó el montaje de los elementos combustibles. Cada elemento de combustible del hombre contiene dieciséis placas activas de combustible. Las placas se mantuvieron separadas debidamente con el fin de disponer de un espacio para la circulación del refrigerante. Con los cierres laterales y de las aristas soldados para que formen una caja rectangular, el elemento de combustible se aproxima a su forma definitiva. Se acoplan a sus extremidades cajas de acero inoxidable para fijar el elemento combustible en las placas enrejadas superior e inferior. Se colocó en el conjunto del núcleo un modelo inerte para comprobación de dimensiones y ajustes. Un dispositivo de afianzamiento mantiene el elemento en posición en el núcleo. La placa enrejada dispone de treinta y seis espacios para los elementos combustibles. La fuente de neutrones del hombre está constituida por una cápsula de óxido de antimonio unida a una extensión e insertada en el interior de un tubo de verilio. Se reservó un espacio en la malla de la placa enrejada para la fuente de neutrones. Las barras de control, que igualmente tienen la función de barras de seguridad, se ensamblaron por pareja. Entre los espacios para los elementos combustibles se dispusieron simétricamente doce orificios para el guiado de las barras de control. Fue necesario separar la placa de rejilla superior del blindaje térmico antes de instalar esta estructura en el tanque del núcleo. Después de haber colocado la estructura de las placas enrejadas y barras de control en el tanque del núcleo, se comenzó a instalar el conjunto de estas. Los cilindros amortiguadores del movimiento de las barras se acoplaron a un puente adecuado. Después se introdujeron en el tanque del núcleo los seis dispositivos de afianzamiento de las barras de control y se les acopló estas. Luego se bajó el puente de cilindros amortiguadores a su debida posición. Se usa un sistema de piñón y cremallera para el desplazamiento de las barras durante el funcionamiento del reactor y un sistema de disparo por medio de muelles para la inserción rápida en el caso de emergencia. Cada pieza que afianza una barra está conectada a un pistón que amortigua la caída en los cilindros. Una vez instaladas las barras, se probaron para el caso de parada brusca y total. Durante la construcción se efectuaron ensayos previos en todos los órganos del reactor, circuitos y demás sistemas para estar seguros de que el hombre sería construido de acuerdo con las especificaciones del proyecto. Luego las instalaciones del hombre se transfirieron al personal encargado de su funcionamiento para las pruebas restantes. Los ensayos y comprobaciones que siguieron comprendían ya procesos especiales y detallados del funcionamiento del reactor. Se comprobó el funcionamiento de todos los sistemas tales como circuitos de calefacción por inducción y por resistencia, cubierta o envolvente de gas inerte y sistema de purga, equipo de detección de radiaciones, cambiador de calor y soplante, detectores de incendios y sistemas de alarma, sistema refrigerante auxiliar, mando a distancia de las válvulas, sistemas de ventilación y todos los instrumentos asociados. Se empleó keroseno para la comprobación de la red de tubería. Las muestras tomadas de los filtros interiores indicaban el grado de limpieza del sistema. Después de verificar los circuitos de potencia auxiliar y de calefacción, se puso en funcionamiento el tanque de fusión con el fluido orgánico adoptado. Las pruebas definitivas para la carga y descarga de los elementos de combustible se llevaron a cabo con el volumen normal del fluido orgánico en el conjunto del reactor. Cuando se empezó a cargar la masa crítica, los mecanismos de accionamiento de las varillas de control se colocaron sobre una plataforma de montaje especial. Se utilizaron aparatos especiales de detección y el reactor quedó listo para la fuente inicial de electrónica. Habiendo obtenido los informes necesarios para garantizar el funcionamiento del reactor con la máxima seguridad, se completó la carga del núcleo. La próxima fase de las pruebas consistió en la calibración del sistema nuclear y el funcionamiento a baja potencia. El sistema se puso bajo presión con nitrógeno, las bombas primarias de enfriamiento se pusieron en marcha y los niveles de potencia fueron elevándose paulatinamente hasta alcanzar el caudal normal del refrigerante. Se determinaron las características de funcionamiento del conjunto a distintas potencias. Una vez concluidas satisfactoriamente las pruebas de funcionamiento a baja potencia, el hombre se convirtió en un laboratorio de ensayo en gran escala. Siendo el primero que utiliza un hidrocarburo como moderador, reflector y refrigerante, este reactor proporciona informes esenciales para la solución del problema de producción de energía.