是Safe Low Power Critical Experiment 之簡稱。它是一種水池式小型反應堆。
基本介紹
- 中文名：SLOWPOKE反應堆
- 外文名：SLOWPOKE reactor
歷史 1970年由加拿大原子能有限公司喬克河實驗室設計，1971 年投入商業生產。由於它經濟，實用，安全可靠，投資少，見效快，用途廣，所以特別適合建在研究所、大學、醫院、活化分析中心作中子活化分析以及生產少量短壽命同位素之用，也可以供高等專科院校作研究、訓練、教學之用。自商業生產以來，加拿大國內已建造了五座，1979 年西德科隆大學定購了一座。特點它採用高濃鈾作燃料，輕水作漫化劑和冷卻劑，用金屬鈹作反射層，一般運行功率為5 千瓦，最高可達20 千瓦。樣品照射處的熱中子注量率範圍為0.5×10中子/厘米·秒至l×10中子/厘米·秒。它比一般加速器所能提供的中子注量率高，但價格又遠低於一般實驗性反應堆。
SLOWPOKE原型堆取名SLOWPOKE-I，商品定型型號為SLOWPOKE-II，後者的臨界質量增加，安全性能提高，使用照射管道數量擴大五倍，其他方面也都有所改進。
SLOWPOKE反應堆的特點 與一般反應堆相比，它有如下特點：1 )臨界質量低：SLOWPOKE-II的臨界質量為828 克鈾-235 。由於反應堆裂變功率正比於裂變物質裝量與熱中子注量率之乘積，因而在達到同樣熱中子注量率的情況下，臨界質量越低、裝量越少，則反應堆運行功率越低，而低功率的運行使冷卻系統、禁止系統大為簡化，污染問題減輕，輔助設施也相應減少。2 )固有的安全性：該堆將後備反應性限定在0.34%△k /k 以下，這就從根本上杜絕了發生瞬發臨界事故的可能。另外，反應堆設計成具有較大負溫度效應及空泡效應，即使反應堆出現功率意外上升，隨著反應堆溫度的升高，也會由於負溫度效應的影響而將反應堆自動地穩定在一個較低的功率水平上。由於這種固有的安全性，使該堆省去了一般反應堆上配備的安全連鎖裝置，只須用一根控制棒就可代替一般反應堆上的安全棒和補償棒，並同時充當自動調節棒，大大簡化了操縱控制系統。由於反應堆很安全，所以加拿大國內建造的五座SLOWPOKE反應堆皆建在城市裡，多年運行過程中從未出過安全事故。該堆在運行過程中，操縱員能在兩分鐘內將反應堆開到額定功率，然後可以長時間離開，這是一般反應堆所做不到的。3 )簡單經濟：由於運行功率低，輔助設施簡單，運行費用也大為降低(為一般實驗性反應堆的十分之一)。反應堆廳面積僅四十平方米左右，測量房間大小則依各自情況而異。1973 年SLOWPOKE-I堆本身造價20 萬美元。1980 年3 月前SLOWPOKE-II堆售價35 萬美元(廠房與測量儀器設備未計算在內)。據估算，一爐燃料可運行十年。每年約消耗一克鈾-235。4 )樣品照射場的特點：由於反應堆體積很小(8.6 分米左右)，有大量中子泄漏到鈹反射層，並在鈹內形成可與堆芯相比的熱中子注量率峰。給設定照射區提供了良好的條件，照射空間較大，樣品對活性區內中子譜的干擾也較小。在反應堆運行時，堆內溫度約38 ℃ ，堆內外溫差有十餘度，側面鈹反射層內溫度與常溫相近，這就降低了對樣品照射盒的要求，濕性或溶液狀樣品都可進行照射。
SLOWPOKE反應堆的結構 該反應堆由五大部分組成，即活性區、控制台、輔助系統、樣品照射系統和水池。
活性區由元件和上下柵格板組成，燃料採用鈾一鋁合金，鈾濃縮度93 % ，鈾在合金中的重量比為28 % ，燃料直徑4.22 毫米，外包鋁殼厚0.5 毫米，每爐最多可裝342 根元件。活性區總高度為的226 毫米，直徑為220 毫米，外形很像一個小鳥籠。控制棒位於活性區中央，占據一根元件的位置。
整個活性區安放在厚106 毫米的鈹塊上，四周被厚100 毫米的鈹環包圍著，頂部有半圓形鈹墊片，以逐漸添加的方式補償反應堆因中毒、燃耗而引起的反應性變化。中子探測器是一套自給能探測器，它放在側面鈹反射層里。在頂部出水口還裝有一個熱電偶，用以測量活性區的水溫。整個活性區置於一個直徑600毫米、高5.27米的鋁桶內，鋁桶再吊掛在水池頂部兩根工字鋼樑上。鋁桶頂部作成封口。如果需要可很容易地打開。
控制台上的儀表很簡單，只有一台中子注量率測量儀，一台溫度測量儀，一套功率自動穩定裝置及少量操作按鈕。控制台就安在反應堆廳內。
輔助系統包括一套淨化水裝置、水位監督裝置和裝在鋁桶頂部、淨化桶內氣體的一套淨化系統，另外還有劑量監測系統(3套g劑量儀)及備用電源。
為了充分利用反應堆的中子，該堆設有10根垂直安裝並通到鋁桶外面的樣品照射管道，其中5 根的直徑稍小，置於側面鈹反射層內，另5 根直徑稍大，置於側面鈹反射層之外。兩種管道中的熱中子注量率值約相差一個數量級。利用專用的氣動傳送系統遠距離傳送樣品。
水池既作生物禁止層又幫助冷卻。水池直徑2.5 米，深約6 米，水池頂部可以作成敞開式，也可以加混凝土蓋。
廠房內還設有交流電源、普通上下水、耐酸鹼排水管道和壓縮空氣設備。反應堆大廳按低水平放射性實驗室標準設計。
SLOWPOKE反應堆的用途 該裝置主要是作為中子活化分析工作的中子源用。在標準照射條件下(即功率為10 千瓦情況下照射10 分鐘，“冷卻”1 分鐘，測量10 分鐘)，有52 種元素的探測靈敏度在ppm 量級以下，對石油樣品進行的18 種微量元素的分析結果表明，有些元素的探測靈敏度可達5xl0克。使用此類裝置的具體部門如下：
1 ．地質：可同時對大量地質岩石樣品做多元素微量分析，是地球化學找礦、研究成礦規律等工作的重要手段。
2 ．醫學：可分析骨骼、血液、指甲、毛髮和囊狀組織中的微量元素。
3 ．環境保護：可分析水樣品、空氣及飄塵等樣品。
4 ．考古：測恐龍骨、化石骨、古陶瓷等。
5 ．稀土元素微量元素分析。
6 ．高純物質中微量元素分析。
7 ．公安部門作查找罪證的分析工作。
8 ．動物學、植物學。
9 ．輕工業、化工工業及食品工業。
另外SLOWPOKE反應堆也可以生產少量短壽命同位素，在20 千瓦功率運行情況下，可以生產鈉、鉀、金、碘等同位素。由於該堆運行費用低廉，因此照射一個普遍樣品成本不足一美元，較之其他分析方法是比較便宜的。
自1971 年以來運行情況表明，SLOWPOKE 反應堆由於靈活機動，開啟和停閉容易，運行費用低廉，所提供中子注量率已經能夠開展多方面的工作，因而設備利用率比較高。以多倫多大學為例，該校之SLOWPOKE堆上1975 年至1976 年平均每天運行9.3 小時；1976 年至1977 年共照射10821 個樣品，平均每天運行12.9 小時，1977 年至1978 年共運行244 天，平均每月20 天，每天運行11.9 小時，一年內共照射13527 個樣品，完成了85 個科研題目。
