L' Advanced Test Reactor (ATR) è un reattore nucleare di ricerca del National Laboratory of Idaho , situato a est di Arco , nell'Idaho , negli Stati Uniti . Questo reattore è stato progettato e viene utilizzato per testare combustibili nucleari e materiali per centrali elettriche, propulsione navale, ricerca e reattori avanzati. Può funzionare a una potenza termica massima di 250 MW e ha un nucleo " Four Leaf Clover " (simile alla rosa camuna) che consente una varietà di luoghi di prova. Il design unico consente diverse condizioni di flusso (numero di neutroni che colpiscono un centimetro quadrato al secondo) in posizioni diverse. Sei dei siti di test isolano un esperimento dal sistema di raffreddamento primario, fornendo il proprio ambiente per temperatura, pressione, flusso e chimica, imitando l'ambiente fisico mentre accelera le condizioni nucleari.
L'ATR è un reattore ad acqua leggera pressurizzata (LWR), che utilizza l'acqua sia come refrigerante che come moderatore. Il nucleo è circondato da un riflettore in berillio per focalizzare i neutroni sugli esperimenti, ma ospita anche più posizioni sperimentali. Funziona a bassa temperatura e pressione -71 ° C e non più di 2,69 MPa di pressione dell'acqua. La nave del reattore ATR è in acciaio inossidabile solido di 35 piedi di altezza per 12 piedi di larghezza. Il nucleo è alto circa 4 piedi e largo 4 piedi.
Oltre al suo ruolo nell'irradiazione di combustibili e materiali nucleari, ATR è l'unica fonte domestica di cobalto 60 (Co-60) ad alta attività specifica (HSA) negli Stati Uniti per applicazioni mediche. HSA Co-60 è utilizzato principalmente nel trattamento del Gamma Knife del cancro al cervello . Sono stati prodotti anche altri isotopi medici e industriali che potrebbero essere nuovamente prodotti, compreso il radioisotopo utilizzato per fornire calore ed energia ai veicoli spaziali della NASA o ai rover di superficie, il plutonio.238 (Pu-238).
Dal 1951 sono stati costruiti cinquantadue reattori Sulla base di quella che originariamente era la National Reactor Testing Station della Commissione per l'energia atomica, che attualmente ospita l'Idaho National Laboratory (INL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Costruito nel 1967, l'ATR è il secondo più antico dei tre reattori ancora in funzione sul sito. La sua funzione principale è quella di bombardare intensamente campioni di materiali e combustibili con neutroni per replicare l'esposizione a lungo termine a livelli elevati di radiazioni, come sarebbe il caso dopo anni in un reattore nucleare commerciale. L'ATR è uno dei soli quattro reattori di prova al mondo ad avere questa capacità. Il reattore produce anche isotopi rari per l'uso in medicina e nell'industria.
Nel aprile 2007, l'ATR è stato designato National Science User Facility, successivamente ribattezzato Nuclear Science User Facility, per incoraggiare l'uso del reattore da parte di università, laboratori e industria. Questo statuto mira a stimolare esperimenti volti a prolungare la vita dei reattori commerciali esistenti e incoraggiare lo sviluppo dell'energia nucleare. Questi esperimenti permetteranno di testare "i materiali, il combustibile nucleare e gli strumenti che funzionano nei reattori". Nell'ambito di questo programma, gli sperimentatori non dovranno pagare per eseguire esperimenti sul reattore, ma sono tenuti a pubblicare i loro risultati. Attraverso il sistema NSUF, ATR e le strutture dei partner hanno ospitato 213 esperienze pluripremiate da 42 diverse istituzioni (università, laboratori nazionali e industria), risultando in 178 pubblicazioni e presentazioni.
L'aspetto e il design dei reattori di prova sono molto diversi da quelli dei reattori nucleari commerciali. I reattori commerciali sono grandi, funzionano a temperature e pressioni elevate e richiedono una grande quantità di combustibile nucleare. Un tipico reattore commerciale ha un volume di 48 metri cubi con 5400 kg di uranio a 288 ° C e 177 bar. A causa delle loro grandi dimensioni e dell'energia immagazzinata, i reattori commerciali necessitano di una robusta "struttura di contenimento" per prevenire il rilascio di materiale radioattivo in caso di emergenza.
Al contrario, l'ATR richiede una struttura di contenimento più piccola: con un volume di 1,4 m 3 , contiene 43 kg di uranio e funziona a 60 ° C e 26,5 bar (condizioni simili a uno scaldabagno). Il reattore stesso, che è realizzato in acciaio inossidabile circondato da cemento che si estende per 6,1 m sottoterra, è rinforzato contro danni accidentali o intenzionali. L'intera area del reattore è inoltre circondata da una struttura di contenimento (al contrario di una “struttura di contenimento”) progettata per proteggere ulteriormente l'ambiente circostante da qualsiasi potenziale rilascio di radioattività.
Il nucleo di ATR è progettato per essere il più flessibile possibile per le esigenze di ricerca. Può essere portato in linea in sicurezza e spento tutte le volte che è necessario per modificare gli esperimenti o eseguire la manutenzione. Il reattore si spegne automaticamente anche in caso di condizioni sperimentali anormali o interruzione di corrente.
I componenti del nucleo del reattore vengono sostituiti secondo necessità ogni 7-10 anni per prevenire l'affaticamento dovuto all'esposizione alle radiazioni e per garantire che gli sperimentatori abbiano sempre un nuovo reattore con cui lavorare. Il flusso di neutroni fornito dal reattore può essere costante o variabile e ciascun lobo del design a quadrifoglio può essere controllato indipendentemente per produrre fino a 1015 neutroni termici al secondo per centimetro quadrato o 5-1014 s-1 neutroni veloci. Cm -2. Ci sono 77 diverse posizioni di test all'interno del riflettore e 34 altre posizioni a bassa intensità all'esterno del nucleo (vedere la figura a destra), consentendo a molti esperimenti di essere eseguiti simultaneamente in diversi ambienti di test. Possono essere contenuti volumi di prova fino a 130 mm (5,0 pollici) di diametro e lunghi 1,2 m (4 piedi). Gli esperimenti vengono cambiati in media ogni sette settimane e il reattore è in funzionamento nominale (110 MW) per il 75% dell'anno.
Tre tipi di esperimenti possono essere eseguiti nel reattore:
Il monitoraggio e il controllo della temperatura molto limitati sono disponibili per la configurazione della capsula statica e tutte le istanze dovrebbero essere integrate nell'esperienza della capsula (come fili hot melt o un traferro isolante).
Gli esperimenti di ricerca sui reattori includono: