211service.com
Et stykke atomhistorie springer tilbage til livet
Gretchen Ertl
Det gemte sig i almindeligt syn i et siderum på MIT's Nuclear Reactor Lab, dækket af et tyndt lag metalpaneler, der fik det til at ligne et overdimensioneret opbevaringsskab. Men inde i den almindelige metalkasse var et vigtigt stykke historie - og en potentiel velsignelse for MIT's forsknings- og uddannelsesprogrammer inden for nuklear teknik.
Kassen indeholdt en eksponentiel grafitbunke - en mindre skala version af enhedsfysikeren Enrico Fermi bygget under tribunerne på University of Chicagos fodboldstadion for at indvarsle atomalderen. Fermis eksperiment fra 1942 brugte grafit til at bremse neutroner, der stammer fra en strålingskilde, med en faktor på mere end en million. Det fik dem til at interagere med atomer i stænger af uran indsat i bunken, hvilket igangsatte verdens første kontrollerede nukleare fissionskædereaktion. Det beviste de teorier, der førte til den første atombombe og ikke længe efter de første atomkraftreaktorer.
I de følgende år, efter at hemmeligholdelsen af krigsforskningen var ophævet, skyndte universiteter og forskningslaboratorier rundt om i landet at bygge deres egne grafitbunker - mindre versioner, der ikke ville producere kædereaktioner, men som kunne fremme forskningen i denne spirende teknologi. Mindst 25 blev bygget, siger Kord Smith, NUE ’79, SM ’79, PhD ’80, MIT’s KEPCO-professor i Practice of Nuclear Science and Engineering. Men i begyndelsen af 1960'erne havde atomkraftindustrien slået sig fast på en anden tilgang til at designe fissionsreaktorer, ved at bruge enten almindeligt vand eller tungt vand (lavet af oxygen og deuterium, den tunge form for brint) i stedet for grafit til at bremse neutronerne og lette fission. I løbet af få år blev de fleste af de resterende grafitpæle demonteret eller malkugle.
MIT havde været en af de første til at bygge en grafitbunke i 1957, og denne enhed var den største bygget efter Fermi's, med halvdelen af bredden af originalen. Den blev lukket ned ligesom de andre, tilsyneladende i begyndelsen af 60'erne, og der sad den, glemt, indtil professor Michael Short fra NSE undrede sig over, hvad der var inde i den mystiske æske.
Det var svært at tro, at jeg var uvidende om eksistensen af denne unikke enhed, på trods af at jeg har været i Nuclear Science and Engineering som studerende og har opretholdt en langvarig tilknytning til NSE, siger Smith, der har undervist i afdelingen siden 2011 Men da han først vidste, at den var der, var han i gang med planer om at få den i drift igen - dels fordi han, fra at bruge en i Kansas State i 1970'erne, vidste, hvor nyttig den kunne være til forskning og uddannelse, og dels. for at fejre 75-året for Fermis eksperiment.
Enheden er i det væsentlige en stor kubeformet bunke af blokke lavet af ren grafit - det samme materiale som findes i blyantbly - med huller boret igennem for at tillade indsættelse af uranstængerne. Lavet af naturligt, uberiget uran udsender de så lave niveauer af stråling, at de sikkert kan håndteres med bare hænder, siger Smith, hvilket er, hvad Fermi og hans samarbejdspartnere gjorde i 1942.
Dette er dog ikke bare en smule nostalgi eller et museumsværk. Mange nyere reaktordesigns, såsom stenbundsreaktorer designet til at være iboende sikre og nedsmeltningssikre, er afhængige af uranbrændselspiller med grafitbeklædning. Men der er meget få steder i dag at udføre grundlæggende forskning i grafits adfærd i et nuklear fissionsmiljø.
MIT's grafitbunke, lavet af 30 tons rene grafitmursten og 2,5 tons uran, er nu blevet bragt tilbage i funktionsdygtig stand, og NSE-medlemmer gennemførte en ceremoniel genskabelse af Fermis historiske eksperiment på det nøjagtige tidspunkt for begivenhedens 75-års jubilæum, den 2. december 2017. Det markerede begyndelsen på bunkens nye liv.
Mens eksperimenter i store nationale nukleare forskningsfaciliteter kræver måneders planlægning og stringente ansøgningsprocesser, vil eleverne være i stand til at bygge, teste og få resultater fra eksperimenter i grafitbunken inden for få dage, siger Smith. Det vil også give dem praktisk erfaring med at drive en reaktor.
Eleverne skulle bruge bunken i maj til at foretage strålingsmålinger in situ; i efteråret vil to NSE-kurser bruge det. Elevernes begejstring er enorm, siger Smith: De vil alle gerne selv læsse brændstof!