石墨当主角-核反应堆诞生75周年，MIT重启开创性实验

日期：2017-12-09 点击次数：1719

　　【摘要】2017年12月2日，核反应堆诞生75周年，麻省理工学院（MIT）重启开创性实验，为学生和研究人员提供更多的实践机会。

　　1942年12月2日，在芝加哥大学斯塔格（Stagg）体育场的看台下，诺贝尔奖获得者恩利克·费米（EnricoFermi）率领一支实验团队，制造了人类**个可控的核链式裂变反应堆CP-1，这标志着核时代的开始，使得**颗原子弹和**座核动力堆的发展成为了可能。

　　2017年12月2日（周六），为了纪念芝加哥1号堆（CP-1）诞生75周年，麻省理工学院（MIT）在芝加哥重启了一个与CP-1反应堆类似的设备。

　　在纪念活动中，研究人员重新启动了一种称为石墨指数堆的装置，该装置始建于1957年，未来几年将为麻省理工学院的学生提供次临界核试验的实践机会，并将成为独特而有价值的研究工具，用于研究未来核电站的设计。

　　石墨指数堆将作为教学和研究工具

　　该装置实质上只是一个大立方体形状的块，由纯石墨制成，在石墨上打孔，孔中可以插入铀棒。这些天然铀棒的辐射非常低，以至于可以徒手进行处理，就像费米和他的合作者在1942年所做的那样，不过在这种情况下，他们无论如何都要用保护性手套来处理。

　　与MIT石墨指数堆相同的反应堆级石墨被切割成纪念品

　　在费米原始实验之后的几十年里，在全国各地的大学和国家实验室建立了二十几个类似的石墨堆装置，用于基础研究和教学。但这些年来，大多数装置已经被处置掉。麻省理工学院的这一个，只有费米原始实验堆的一半大，却是其他所有设施中规模*大的一个，逃脱了被处理的命运，但也已被闲置和遗忘多年，直到去年MIT核科学与工程学院教授MichaelShort“重新发现”。

　　核科学与工程系实验教授柯德·史密斯（KordSmith）惊讶地发现，该设备仍然完好无损。该设备被保护金属板覆盖，看起来像一个废弃的储藏柜，就在附近工作的学生和教师也忽视了它的存在。KordSmith与其他人员（包括核科学与工程系同事、核反应堆实验室主任大卫·蒙克顿（DavidMoncton）及其他工作人员）一起，迅速制定了一项计划，以恢复该设备，来纪念CP-1诞生75周年。1957年，麻省理工学院核科学与工程系学生理查德·纳普（RichardKnapp）本科学位论文的题目就是该设备系统的设计和建造。

　　KordSmith教授讲解石墨指数堆的历史

　　现在，随着该装置及其30吨石墨和2.5吨铀完全被清理和恢复。12月2日，与CP-1反应堆相同的实验时间，在现场49名教职员（人数与费米当时在场人数相同）的见证下，*后一个铀块也顺利滑落到位。

　　科学家胡林文将燃料棒插入石墨指数堆的孔道中

　　随着核工业迅速从石墨反应堆设计转向轻水、重水或液态钠的设计，麻省理工学院的次临界石墨堆就被废弃了。在这些装置中，石墨（或水）作为慢化剂，将中子的速度减慢超过一百万倍，使它们与铀原子发生相互作用，并将其他中子从原子核中击出，启动链式裂变反应。通过插入或提取由镉制成的控制棒来吸收中子并中断反应，从而控制CP-1石墨堆的临界。

　　今天，下一代核反应堆的各种尖端设计，包括非能动冷却系统及在线连续加料，重新用到了石墨，因此石墨反应堆又成为了有用的研究工具。该反应堆功率为6MWth，且几乎连续运行，将允许学生实际处理核燃料，以及进行其他的实验，比如研究新型燃料棒包壳或用于监测核反应的新仪器等。

　　学生在石墨指数堆上开展实验到获得实验结果，只需要几小时或几天。石墨堆将激发学生对MIT其他研究堆进行尖端实验的兴趣。

　　史密斯说：“多年来，石墨作为反应堆材料已经出现过好几次了，但现在，我们正处于重生的过程中。即使在今天，核反应散射的中子与石墨晶格之间仍然有很多重要的东西需要研究。*近提出了一个新的描述这些相互作用的物理模型，我们想基于此石墨堆，设计实验来验证这些新的理论模型”。

　　该实验装置，不仅可以帮助开发新反应堆设计，研究分析核燃料、包壳材料及实验测量系统，还将与MIT其他反应堆一道，成为核工程师有价值的教育工具。史密斯补充说：“我们倾向于培养非常擅长开发计算算法和模型的学生。但是如果你没有什么东西来验证你的计算结果，你就会自认为你的模拟是完美的。在现实世界中，实际的测量结果通常与预测结果不完全一致，理解这种差异，将会实质性地改进理论模型。”（来源：核子资讯）