Ein Stück Nukleargeschichte wird wieder lebendig

Gretchen Ertl

Es versteckte sich gut sichtbar in einem Nebenraum des MIT Nuclear Reactor Lab, bedeckt mit einer dünnen Schicht Metallplatten, die es wie einen übergroßen Lagerschrank aussehen ließen. Aber in dieser einfachen Metallbox war ein wichtiges Stück Geschichte – und ein potenzieller Segen für die Forschungs- und Bildungsprogramme des MIT im Bereich Nukleartechnik.

Die Kiste enthielt einen Exponentialstapel aus Graphit – eine verkleinerte Version des Geräts, das der Physiker Enrico Fermi unter den Tribünen des Fußballstadions der Universität von Chicago gebaut hatte, um das Atomzeitalter einzuläuten. Fermis Experiment von 1942 verwendete Graphit, um Neutronen, die von einer Strahlungsquelle ausgehen, um einen Faktor von mehr als einer Million zu verlangsamen. Das brachte sie dazu, mit Atomen in Uranstäben zu interagieren, die in den Haufen eingeführt wurden, und löste die weltweit erste kontrollierte Kernspaltungskettenreaktion aus. Es bewies die Theorien, die zur ersten Atombombe und nicht lange danach zu den ersten Atomreaktoren führten.



In den folgenden Jahren, nachdem die Geheimhaltung der Kriegsforschung aufgehoben worden war, beeilten sich Universitäten und Forschungslabors im ganzen Land, ihre eigenen Graphithaufen zu bauen – kleinere Versionen, die keine Kettenreaktionen hervorrufen würden, aber die Forschung in dieser aufstrebenden Technologie vorantreiben könnten. Mindestens 25 wurden gebaut, sagt Kord Smith, NUE ’79, SM ’79, PhD ’80, MIT’s KEPCO Professor of the Practice of Nuclear Science and Engineering. Aber in den frühen 1960er Jahren hatte sich die Kernkraftindustrie fest auf einen anderen Ansatz zur Konstruktion von Spaltreaktoren festgelegt, bei dem entweder normales Wasser oder schweres Wasser (hergestellt aus Sauerstoff und Deuterium, der schweren Form von Wasserstoff) anstelle von Graphit verwendet wurde, um Neutronen zu verlangsamen und Spaltung erleichtern. Innerhalb weniger Jahre wurden die meisten verbliebenen Graphithalden abgebaut oder eingemottet.

Das MIT war 1957 eines der ersten, das einen Graphithaufen baute, und dieses Gerät war das größte, das nach dem von Fermi gebaut wurde, halb so breit wie das Original. Es wurde wie die anderen geschlossen, anscheinend in den frühen 60er Jahren, und da saß es vergessen, bis Professor Michael Short von NSE sich fragte, was sich in der mysteriösen Kiste befand.

Es war schwer zu glauben, dass mir die Existenz dieses einzigartigen Geräts nicht bewusst war, obwohl ich als Student in Nuclear Science and Engineering war und eine langjährige Verbindung mit NSE unterhielt, sagt Smith, der seit 2011 an der Abteilung lehrt Aber sobald er wusste, dass es da war, machte er sich daran, Pläne zu schmieden, um es wieder in Betrieb zu nehmen – teilweise, weil er wusste, wie nützlich es für Forschung und Bildung sein könnte, weil er in den 1970er Jahren eines an der Kansas State verwendet hatte, und teilweise um den 75. Jahrestag von Fermis Experiment zu feiern.

Das Gerät ist im Wesentlichen ein großer würfelförmiger Stapel von Blöcken aus reinem Graphit – dem gleichen Material, das auch in Bleistiftminen zu finden ist – mit durchbohrten Löchern, um das Einführen der Uranstäbe zu ermöglichen. Sie bestehen aus natürlichem, nicht angereichertem Uran und geben so wenig Strahlung ab, dass sie sicher mit bloßen Händen gehandhabt werden können, sagt Smith, was Fermi und seine Mitarbeiter 1942 taten.

Dies ist jedoch nicht nur ein bisschen Nostalgie oder ein Museumsstück. Viele neuere Reaktordesigns, wie z. B. Kieselbettreaktoren, die eigensicher und schmelzfest ausgelegt sind, basieren auf Uranbrennstoffpellets mit Graphitummantelung. Aber es gibt heute nur sehr wenige Orte, an denen Grundlagenforschung zum Verhalten von Graphit in einer Umgebung der Kernspaltung durchgeführt werden kann.

Der Graphithaufen des MIT, der aus 30 Tonnen reinen Graphitsteinen und 2,5 Tonnen Uran besteht, wurde nun wieder in einen funktionsfähigen Zustand versetzt, und NSE-Mitglieder führten genau zum 75. Jahrestag der Veranstaltung eine zeremonielle Nachbildung des historischen Experiments von Fermi durch. am 2. Dezember 2017. Damit begann das neue Leben des Pfahls.

Während Experimente in großen nationalen Nuklearforschungseinrichtungen monatelange Planung und strenge Anwendungsprozesse erfordern, können Studenten innerhalb weniger Tage Experimente im Graphithaufen bauen, testen und Ergebnisse aus Experimenten erhalten, sagt Smith. Es wird ihnen auch praktische Erfahrungen mit dem Betrieb eines Reaktors vermitteln.

Die Studenten sollten den Haufen im Mai verwenden, um Strahlungsmessungen vor Ort durchzuführen; im Herbst werden zwei NSE-Kurse damit arbeiten. Die Aufregung der Schüler sei riesig, sagt Smith: Sie wollen alle selbst tanken!

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