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Fragmento de la historia nuclear vuelve a la vida
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Estaba escondido a simple vista en una habitación lateral en el Laboratorio de Reactores Nucleares del MIT, cubierto con una fina capa de paneles de metal que lo hacía parecer un gabinete de almacenamiento de gran tamaño. Pero dentro de esa simple caja de metal había una parte importante de la historia, y una bendición potencial para los programas de investigación y educación en ingeniería nuclear del MIT.
La caja contenía una pila exponencial de grafito, una versión a menor escala del dispositivo que el físico Enrico Fermi construyó bajo las gradas del estadio de fútbol de la Universidad de Chicago para marcar el comienzo de la era atómica. El experimento de Fermi de 1942 usó grafito para reducir la velocidad de los neutrones que emanan de una fuente de radiación en un factor de más de un millón. Eso los llevó a interactuar con átomos en barras de uranio insertadas en la pila, iniciando la primera reacción en cadena de fisión nuclear controlada del mundo. Probó las teorías que condujeron a la primera bomba atómica y, no mucho después, a los primeros reactores nucleares de potencia.
En los años siguientes, después de que se levantó el secreto de la investigación durante la guerra, las universidades y los laboratorios de investigación de todo el país se apresuraron a construir sus propias pilas de grafito, versiones más pequeñas que no producirían reacciones en cadena pero que podrían avanzar en la investigación de esta tecnología naciente. Se construyeron al menos 25, dice Kord Smith, NUE '79, SM '79, PhD '80, Profesor KEPCO de Práctica de Ciencias e Ingeniería Nucleares del MIT. Pero a principios de la década de 1960, la industria de la energía nuclear se había asentado firmemente en un enfoque diferente para el diseño de reactores de fisión, utilizando agua ordinaria o agua pesada (hecha de oxígeno y deuterio, la forma pesada del hidrógeno) en lugar de grafito para reducir la velocidad de los neutrones y facilitar la fisión. En unos pocos años, la mayoría de las pilas de grafito restantes fueron desmanteladas o suspendidas.
El MIT había sido uno de los primeros en construir una pila de grafito, en 1957, y ese dispositivo fue el más grande construido después del de Fermi, con la mitad del ancho del original. Se cerró como los demás, aparentemente a principios de los años 60, y allí permaneció, olvidado, hasta que el profesor Michael Short de NSE se preguntó qué había dentro de la caja misteriosa.
Era difícil creer que desconocía la existencia de este dispositivo único, a pesar de haber estado en Ciencias e Ingeniería Nucleares como estudiante y haber mantenido una asociación de larga duración con NSE, dice Smith, quien ha enseñado en el departamento desde 2011. Pero una vez que supo que estaba allí, se puso en marcha con planes para volver a ponerlo en funcionamiento, en parte porque sabía, por haber usado uno en Kansas State en la década de 1970, lo útil que podría ser para la investigación y la educación, y en parte porque para celebrar el 75 aniversario del experimento de Fermi.
El dispositivo es esencialmente una gran pila de bloques en forma de cubo hechos de grafito puro, el mismo material que se encuentra en la mina de un lápiz, con agujeros perforados para permitir la inserción de las barras de uranio. Fabricados con uranio natural no enriquecido, emiten niveles tan bajos de radiación que pueden manipularse con seguridad con las manos desnudas, dice Smith, que es lo que hicieron Fermi y sus colaboradores en 1942.
Sin embargo, esto no es solo un poco de nostalgia o una pieza de museo. Muchos diseños de reactores más nuevos, como los reactores de lecho de guijarros diseñados para ser intrínsecamente seguros ya prueba de fusión, se basan en gránulos de combustible de uranio con revestimiento de grafito. Pero hoy en día hay muy pocos lugares para llevar a cabo investigaciones básicas sobre el comportamiento del grafito en un entorno de fisión nuclear.
La pila de grafito del MIT, hecha de 30 toneladas de ladrillos de grafito puro y 2,5 toneladas de uranio, ahora se ha vuelto a poner en condiciones de funcionamiento, y los miembros de NSE llevaron a cabo una recreación ceremonial del experimento histórico de Fermi en el momento exacto del 75 aniversario del evento. el 2 de diciembre de 2017. Eso marcó el comienzo de la nueva vida de la pila.
Mientras que los experimentos en las principales instalaciones nacionales de investigación nuclear requieren meses de planificación y estrictos procesos de aplicación, los estudiantes podrán construir, probar y obtener resultados de los experimentos en la pila de grafito en cuestión de días, dice Smith. También les dará experiencia práctica en la operación de un reactor.
Los estudiantes estaban programados para usar la pila en mayo para hacer mediciones de radiación in situ; en el otoño, dos cursos de NSE lo usarán. La emoción de los estudiantes es tremenda, dice Smith: ¡Todos quieren cargar combustible ellos mismos!