石墨當(dāng)主角-核反應(yīng)堆誕生75周年，MIT重啟開創(chuàng)性實驗

日期：2017-12-09 點擊次數(shù)：1984

　　【摘要】2017年12月2日，核反應(yīng)堆誕生75周年，麻省理工學(xué)院（MIT）重啟開創(chuàng)性實驗，為學(xué)生和研究人員提供更多的實踐機會。

　　1942年12月2日，在芝加哥大學(xué)斯塔格（Stagg）體育場的看臺下，諾貝爾獎獲得者恩利克·費米（EnricoFermi）率領(lǐng)一支實驗團隊，制造了人類**個可控的核鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆CP-1，這標(biāo)志著核時代的開始，使得**顆原子彈和**座核動力堆的發(fā)展成為了可能。

　　2017年12月2日（周六），為了紀(jì)念芝加哥1號堆（CP-1）誕生75周年，麻省理工學(xué)院（MIT）在芝加哥重啟了一個與CP-1反應(yīng)堆類似的設(shè)備。

　　在紀(jì)念活動中，研究人員重新啟動了一種稱為石墨指數(shù)堆的裝置，該裝置始建于1957年，未來幾年將為麻省理工學(xué)院的學(xué)生提供次臨界核試驗的實踐機會，并將成為獨特而有價值的研究工具，用于研究未來核電站的設(shè)計。

　　石墨指數(shù)堆將作為教學(xué)和研究工具

　　該裝置實質(zhì)上只是一個大立方體形狀的塊，由純石墨制成，在石墨上打孔，孔中可以插入鈾棒。這些天然鈾棒的輻射非常低，以至于可以徒手進行處理，就像費米和他的合作者在1942年所做的那樣，不過在這種情況下，他們無論如何都要用保護性手套來處理。

　　與MIT石墨指數(shù)堆相同的反應(yīng)堆級石墨被切割成紀(jì)念品

　　在費米原始實驗之后的幾十年里，在全國各地的大學(xué)和國家實驗室建立了二十幾個類似的石墨堆裝置，用于基礎(chǔ)研究和教學(xué)。但這些年來，大多數(shù)裝置已經(jīng)被處置掉。麻省理工學(xué)院的這一個，只有費米原始實驗堆的一半大，卻是其他所有設(shè)施中規(guī)模*大的一個，逃脫了被處理的命運，但也已被閑置和遺忘多年，直到去年MIT核科學(xué)與工程學(xué)院教授MichaelShort“重新發(fā)現(xiàn)”。

　　核科學(xué)與工程系實驗教授柯德·史密斯（KordSmith）驚訝地發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備仍然完好無損。該設(shè)備被保護金屬板覆蓋，看起來像一個廢棄的儲藏柜，就在附近工作的學(xué)生和教師也忽視了它的存在。KordSmith與其他人員（包括核科學(xué)與工程系同事、核反應(yīng)堆實驗室主任大衛(wèi)·蒙克頓（DavidMoncton）及其他工作人員）一起，迅速制定了一項計劃，以恢復(fù)該設(shè)備，來紀(jì)念CP-1誕生75周年。1957年，麻省理工學(xué)院核科學(xué)與工程系學(xué)生理查德·納普（RichardKnapp）本科學(xué)位論文的題目就是該設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計和建造。

　　KordSmith教授講解石墨指數(shù)堆的歷史

　　現(xiàn)在，隨著該裝置及其30噸石墨和2.5噸鈾完全被清理和恢復(fù)。12月2日，與CP-1反應(yīng)堆相同的實驗時間，在現(xiàn)場49名教職員（人數(shù)與費米當(dāng)時在場人數(shù)相同）的見證下，*后一個鈾塊也順利滑落到位。

　　科學(xué)家胡林文將燃料棒插入石墨指數(shù)堆的孔道中

　　隨著核工業(yè)迅速從石墨反應(yīng)堆設(shè)計轉(zhuǎn)向輕水、重水或液態(tài)鈉的設(shè)計，麻省理工學(xué)院的次臨界石墨堆就被廢棄了。在這些裝置中，石墨（或水）作為慢化劑，將中子的速度減慢超過一百萬倍，使它們與鈾原子發(fā)生相互作用，并將其他中子從原子核中擊出，啟動鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。通過插入或提取由鎘制成的控制棒來吸收中子并中斷反應(yīng)，從而控制CP-1石墨堆的臨界。

　　今天，下一代核反應(yīng)堆的各種尖端設(shè)計，包括非能動冷卻系統(tǒng)及在線連續(xù)加料，重新用到了石墨，因此石墨反應(yīng)堆又成為了有用的研究工具。該反應(yīng)堆功率為6MWth，且?guī)缀踹B續(xù)運行，將允許學(xué)生實際處理核燃料，以及進行其他的實驗，比如研究新型燃料棒包殼或用于監(jiān)測核反應(yīng)的新儀器等。

　　學(xué)生在石墨指數(shù)堆上開展實驗到獲得實驗結(jié)果，只需要幾小時或幾天。石墨堆將激發(fā)學(xué)生對MIT其他研究堆進行尖端實驗的興趣。

　　史密斯說：“多年來，石墨作為反應(yīng)堆材料已經(jīng)出現(xiàn)過好幾次了，但現(xiàn)在，我們正處于重生的過程中。即使在今天，核反應(yīng)散射的中子與石墨晶格之間仍然有很多重要的東西需要研究。*近提出了一個新的描述這些相互作用的物理模型，我們想基于此石墨堆，設(shè)計實驗來驗證這些新的理論模型”。

　　該實驗裝置，不僅可以幫助開發(fā)新反應(yīng)堆設(shè)計，研究分析核燃料、包殼材料及實驗測量系統(tǒng)，還將與MIT其他反應(yīng)堆一道，成為核工程師有價值的教育工具。史密斯補充說：“我們傾向于培養(yǎng)非常擅長開發(fā)計算算法和模型的學(xué)生。但是如果你沒有什么東西來驗證你的計算結(jié)果，你就會自認(rèn)為你的模擬是完美的。在現(xiàn)實世界中，實際的測量結(jié)果通常與預(yù)測結(jié)果不完全一致，理解這種差異，將會實質(zhì)性地改進理論模型?！保▉碓矗汉俗淤Y訊）