Finał programu GAMMA MAJOR w reaktorze MARIA

Narodowe Centrum Badań Jądrowych zakończyło ostatni etap programu badawczego GAMMA MAJOR (Gamma Heating of Maria and Jules Horowitz Reactor). Efekty przeprowadzonych w Świerku eksperymentów, pomiarów i analiz pomogą zapewnić bezpieczną pracę powstającemu we Francji reaktorowi badawczemu Jules Horowitz Reactor.

Program GAMMA MAJOR realizowany był w latach 2013-2015. Jego główny cel stanowiło opracowanie narzędzia pozwalającego najlepiej określić ilości ciepła, jakie pojawiają się w dowolnie wybranym miejscu reaktora w związku z obecnością promieniowania gamma. Badania dotyczyły zarówno instalacji Jules Horowitz (JHR), jak i w polskiej Marii. Dodatkowym etapem programu było odtworzenie eksperymentu i jego wyników za pomocą kodu obliczeniowego, który rozwijano dla konstrukcji powstającej w Cadarache. W tym celu dokonano szczegółowych analiz kodów symulujących pracę reaktora i przeprowadzono szczegółowe pomiary wykorzystujące dedykowane instalacje doświadczalne przygotowane przez naukowców z Polski i Francji.

– Wspólne programy badawcze, takie jak zakończony właśnie GAMMA MAJOR, to jeden z ważnych elementów pozwalających zacieśnić naszą współpracę międzynarodową – podkreśla dyrektor Narodowego Centrum Badań Jądrowych dr hab. Krzysztof Kurek. – W tym przypadku bliska kooperacja z Uniwersytetem Marsylskim oraz Komisariatem ds. Energii Atomowej i Alternatywnych Źródeł Energii miała miejsce na każdym etapie przedsięwzięcia – począwszy od projektu, poprzez realizacje eksperymentu aż do interpretacji uzyskanych wyników – tłumaczy.

Zakończone w reaktorze Maria pomiary stanowiły ostatnią część tego przedsięwzięcia. Podczas badań potwierdzono eksperymentalnie efektywność francuskich kodów obliczeniowych Tripoli4 oraz Apollo2 służących do obliczeń dla instalacji powstającej w Cadarache. W tym celu konieczne było przeprowadzenie szczegółowych analizy kodów symulujących pracę reaktora oraz dokonanie licznych pomiarów z wykorzystaniem specjalnie przygotowanych przez stronę polską i francuską instalacji doświadczalnych. Na potrzeby programu GAMMA MAJOR w NCBJ wykonano między innymi wielodetektorową sondę służącą do mierzenia promieniowania gamma oraz promieniowania neutronowego. Sonda została wyposażona w innowacyjne instrumenty pomiarowe: kalorymetr gamma o nazwie Karolina – urządzenie odzwierciedlające warunki w reaktorze Maria, komorę jonizacyjną, termometr gamma oraz samozasilające się detektory służące do pomiaru gęstości strumienia neutronów. Podczas badań urządzenia umieszczano w różnych kanałach pionowych w rdzeniu reaktora działającego w Świerku.

– Kończący program sześciodniowy cykl pomiarów miał na celu porównanie efektywności czterech kalorymetrów nowej generacji – dwóch polskich oraz dwóch francuskich – a także ocenę grzania promieniowaniem gamma w wybranej lokalizacji. Specjalnie w tym celu przeprowadziliśmy rekonfigurację rdzenia reaktora Maria. Ostatni etap naszych wspólnych badań był wyjątkowy między innymi ze względu na niespotykaną zazwyczaj ilość instrumentów pomiarowych wykorzystanych
w jednym punkcie. Wspólnie z kolegami z Francji po raz pierwszy mieliśmy możliwość zastosowania m.in. innowacyjnego kalorymetru opartego na urządzeniu wykorzystywanym w reaktorze Osiris oraz zmodernizowanej wersji kalorymetru Karolina, zaprojektowanego i wykonanego w Dziale Analiz i Pomiarów Reaktorowych NCBJ – wyjaśnia koordynujący pomiary ze strony NCBJ Mikołaj Tarchalski. – Mamy nadzieje, że opracowane w Świerku urządzenie, które tak dobrze sprawdziło się w naszych ostatnich badaniach, spotka się z zainteresowaniem ze strony operatorów także innych badawczych instalacji jądrowych i już wkrótce znajdzie zastosowanie w kolejnych reaktorach na świecie – uzupełnia.

Jednym z istotnych parametrów reaktora jądrowego jest ciepło generowane przez promieniowanie jonizujące w każdym materiale umieszczonym w reaktorze. W około 90% pochodzi ono z reakcji neutronowych, a w 10% z reakcji gamma. Źródłem tego promieniowania w reaktorze – oprócz rozszczepień – jest rozpad powstających jąder promieniotwórczych. Proporcja miedzy ciepłem generowanym przez neutrony i promieniowanie gamma zmienia się na korzyść tego drugiego wraz
z oddalaniem od centrum rdzenia. Badania związane ze zjawiskiem tzw. grzania gamma są bardzo ważne dla budowanego w ośrodku CEA w Cadarache w Francji reaktora badawczego Jules Horowitz Reactor przewidzianego do testowania materiałów dla komercyjnych reaktorów.