Atomowa Kanada
Piotr Bein 17.3.2013
Zatoczyliśmy w Ontario ogromne „koło“, fizycznie i przenośnie – od początków atomistyki energetycznej i medycznej w laboratoriach Chalk River (CRL) i Rolphton, po największą siłownię jądrową świata w Bruce. Wyprawę zaczęliśmy z Vancouver, gdzie mieści się największy w świecie cyklotron TRIUMF, kontynuujący badania, rozwój i produkcję w medycynie nuklearnej i atomistyce, o jakich nieśniło się uczonym CRL. Przerzuciliśmy „most“ między 1-szą, powojenną erą kanadyjskiej atomistyki, a drugą, także przywódczą w świecie. Obie ery żywił pionierski pragmatyzm, duch współpracy międzydyscyplinarnej i dążenia do doskonałości, dając szanse każdemu, kto się czuje na siłach i chce. W obu erach, nacisk na pokojowe wykorzystanie atomu dał Kanadzie uznanie i szacunek świata.
[Więcej pod grafiką]
Na począrku (1944) powstało Chalk River Laboratories, CRL, nad rzeką Ottawa… Badania i rozwój paliwa nuklearnego dla USA, reaktora energetycznego, izotopów dla medycyny… Otwarcie laboratoriów TRIUMF w Vancouver przejęło (1978) prym w medycynie nuklearnej.
Przyszły laureat nobla, Prof. Bertram Brockhouse patrzy, jak technik CRL, Ed Glaser reguluje zaprojektowany przez siebie system poruszania 3-osiowego spektrometru.
Pionierzy laboratoriów TRIUMF na U. Kolumbii Brytyjskiej i goście. Odsłonięciu tablicy w 40-tą rocznicę budowy placówki w 1969 r. Tablica upamiętnia zasadzenie jabłoni 40 lat przedtem, pochodzących z drzewa, którego owoc spadł na Izaaka Newtona. Dzień Otwartych Drzwi TRIUMFu cieszył się ogromną frekwencją. Po laboratoriach regularnie oprowadza się wycieczki.
Spektrometr 8π w TRIUMF. Ostatnio badania zmiennego kształtu atomów.
Zaprojektowany i zbudowany przez CRL (1969-1961) pokazowy napromieniowywacz żywności z CRL. Policjant Kanadyjskiej Królewskiej Policji Konnej na posterunku, jako że wewn. jest kobalt-60.
TRIUMF ogłosił (luty 2012) udaną produkcję izotopu medycznego Tc-99m w małych cyklotronach medycznych, eliminując potrzebę produkcji w reaktorach A.
Energetyczna przyszłość Kanady? Zaawansowany CANDU, ACR-1000 (1200 MW) jako jedyny w świecie reaktor generacji III+, przeszedł (grudzień 2010) przedprojektową atestację przez kanadyjską bezpiekę radiologiczną (CNSC). Doświadczenia z rozwoju ACR-1000 stosują się do EC6 i CANDU starszej generacji.
Schemat cieplny reaktora CANDU, jednego z najbezpieczniejszych i najwydajniejszych na świecie i jednego z 10 najwyższych osiągnięć technicznych Kanady. Kolor żółty i pomarańczowy – główny obieg ciężkiej wody, niebieski i czerwony – wtórny obieg lekkiej wody. Kolor różowy – moderator ciężkowodny w rdzeniu reaktora. W rdzeniu częściowo zanurzone pionowe pręty moderujące reakcję nuklearną.
| 1 | Wiązki prętów paliwowych | 8 | Automat do ładowania paliwa |
| 2 | Rdzeń reaktora z rurami poziomymi (calandria) | 9 | Ciężka woda (moderator reakcji) |
| 3 | Pionowe pręty regulujące | 10 | Rura ciśnieniowa |
| 4 | Zbiornik ciężkiej wody | 11 | Para do turbiny |
| 5 | Wytwornica pary | 12 | Powrót chłodnej wody z turbiny |
| 6 | Pompa lekkiej wody | 13 | Budynek-osłona z żelbetu |
| 7 | Pompa ciężkiej wody |
Wiązki prętów paliwowych dla CANDU. Pręty dłg. 0,5 m zawierają materiał rozszczepialny w osłonie cyrkonowej, uchwycone po 37 prętów w wiązki o średnicy 10 cm. 12 wiązek wypełnia rurę ciśnieniową dłg. 6 m, wewnątrz rury calandrii. Przez rurę ciśnieniową przepływa między odstępami prętów nośnik ciepła (woda ciężka, ale może być np. olej roślinny), skąd płynie do wytwornicy pary dla turbiny, napędzającej generator prądu. Wiązki dla CANDU niestwarzają problemu masy krytycznej i spontanicznej reakcji łańcuxhowej.
CANDU pracuje na kilku typach paliw. Kopaliny nuklearne: (1) tor (zasoby światowe kilka razy większe od uranu), (2) uran naturalny, (3) uran lekko wzbogacony. Odpady nuklearne: (1) zubożony uran ze wzbogacania uranu, (2) aktynowce ze zużytego paliwa. Odzysk: (1) pluton ze zużytego paliwa + zubożony uran (MOX), (2) uran ze zużytego paliwa + zubożony uran, (3) uran ze zużytego paliwa z reaktorów na wodę lekką.
Bruce (6232 MW, 8 reaktorów) – największa siłownia A w świecie. Piękne tereny rolnicze i rekreacyjne oraz kilka miaasteczek w zasięgu rutynowych emisji tzw. eksploatacyjnych.
Brzeg Jez. Huron w Parku Prowincjonalnym Inverhuron obok siłowni Bruce. Otwarcie wytwórni ciężkiej wody w Bruce wyłączyło kampingowanie w Parku do r. 1976. Po zamknięciu wytwórni (1998), przywrócono (2005) tę funkcję jednego z najpopularniejszych w Ontario. Nasza ekspedycja niedostała jednego ze 162 kampingów, musieliśmy nocować kilkadziesiąt km dalej “na dziko” na terenie wytwórczo-rzemieślniczym. Prywatne kampingi wzdłuż jeziora były przeładowane, zwłaszcza przy plażach piaskowych. Po skałach nadbrzeżnych chodzi się znakomicie, obserwując skamieniałości, formacje skalne i życie na pograniczu lądu i wielkiej wody.
Międzynarodowi fizycy odkryli (lipiec 2012) bozon Higgsa. TRIUMF brał w tym udział i gości bazę danych eksperymentu.
Rozmieszczenie 104 reaktorów w 65 siłowniach A w USA. Tak jak reaktory kanadyjskie zagrażają sąsiednim stanom, tak reaktory amerykańskie zagrażają Kanadzie. Poza tym obiekty nuklearne (np. śmietniskoA w Hanford, Waszyngton, 200 km od granicy z Brytyjską Kolumbią), emitują izotopy do atmosfery, skąd mogą opadać w przyległej Kanadzie.
Zasięg skażenia kwalifikującego do ewakuacji ludności, z katastrofy porównywalnej do Fukuszimy, w którejkolwiek z kanadyjskich siłowni A. Bruce przy + na adjustacji skali Google Map. Po Fukuszimie nie było ewakuacji, ani po scenariuszu w Ontario nie byłoby, z przyczyn czysto praktycznych i dla tuszowania skutków.
Niektóre z miejsc do “oczyszczania” z historycznej spuścizny nuklearnej Kanady. Niepokazano kopalń uranu, ani Port Hope i Port Granby nad Jez. Ontario, 90 km na wsch. od Toronto. Poza tym są śmietniska A przy każdej siłowni A oraz wyłączone na zawsze reaktory w Pickering (2) i Gentilly. Za x lat pracujące obcxnie reaktory będą zamykane na zawsze. z obciążeniem na demontaż na dziesiątki lat w przyszłości i składowanie rwysokoradioaktywnego szmelcu praktycznie w nieskonczoność.
Whiteshell Laboratories, Manitoba. Nowy budynek z osłoną radiologiczną do magazynowania szmelcu niskoradiacyjnego z demolki, prasowanego i pakowanego w specjalne kontenerki. Przygotowano teren pod hałdę skażonej gleby, 2000 m3, odseparowaną bentonitem i polietylenem. Podobne bydynki istnieją w Bruce i CRL, wymagają wykonawców licencjonowanych.
Historyczne wysypiska odpadów A na terenie CRL. Na zdjęciu satelitarnym, wieć Chalk River w lewym dolnym rogu, CRL nad Ottawą w prawym górnym, wysypiska pomiędzy nimi, bliżej CRL. Na mapce widać połączenia z rzeką Ottawa.
Betonowe grobowce na wysoce radioaktywne odpady A w CRL. Wys. 4,8 m. głęb. posadowienia ok. 5 m, średn. 40-90 cm. Ok. 100 z 3 tys. grobowców wymaga usunięcia radioaktywnego materiału, osuszenia i reperacji. Podobnie żadne in. sztuczki z magazynowaniem śmiecia A nie sprawdzą się za x lat, nawet w granitowych głębiach Tarczy Kanadyjskiej…
Program NLLP: usuwanie odpadów z bunkra CRL. Maski niezatrzymają mikropyłów.
Atomowa Kanada
Piotr Bein 17.3.2013
Od 1941 r., gdy George C. Laurence zbudował jeden z 1-ych w świecie reaktorów A w laboratoriach w Ottawie, Kanada jest w czołówce najbezpieczniejszych, najwydajniejszych reaktorów świata, CANDU, przedstawionego w in. artykule. Ma 4 siłownie w tym systemie, w tym największa w świecie, Bruce. Siłownie A pokrywają ok. 15% popytu na prąd w Kanadzie, ok. 50% w Ontario. Kraj nie ma broni atomowej i eksportuje reaktory, które nie produkują plutonu. Przoduje też w produkcji izotopów medycznych. Ma z tego pokaźny dochód, ale i nuklearne odpady i radioaktywny szmelc, co opisuje inny artykuł.
Do 2009, Kanada przodowała w kopalnictwie uranu, z którego produkuje się paliwa nuklearne i bomby. W 2009 Kanada pokrywała 20% światowego zapotrzebowania na uran, w tym 14,5% z jednej kopalni w Saskatchewan.
Kanadyjskie uniwersytety w partnerstwie z firmami i in. instytucjami badają, rozwijają i produkują w dziedzinach nuklearnych, np. największy cyklotron świata, TRIUMF na U. Brytyjskiej Kolumbii, światowy lider w medycynie nuklearnej.
Początki w Chalk River
W wyprawie ub. lata po Ontario, odkryliśmy w Dolinie Ottawy kolebkę kanadyjskiej atomistyki – Chalk River Labs (CRL) 180 km od stolicy, kilka km od Trasy Trans-Kanadyjskiej. Tu urodził się uważany za jeden z najbezpieczniejszych i najwydajniejszych na świecie reaktor CANDU – jedno z 10 najwyższych osiągnięć technicznych kraju. Przejechaliśmy k. pierwszego komercyjnego CANDU małej skali (NPD, 20 MW, 1962-1987) w Rolphton. Długo po wprowadzeniu większego CANDU, służył próbom paliw, materiałów, komponentów i instrumentacji oraz szkoleniu załóg CANDU w Kanadzie i za granicą.
CRL powstało (1942) ze wspólpracy z Brytyjczykami w laboratorium w Montrealu. CRL powstał w 1944 r., a we wrześniu 1945 r. funkcjonował już tam 1-szy reaktor rozszczepialny poza USA – ZEEP. Do powodzenia projektu znacznie przyczynił się Żyd pochodzenia polsko-ukraińskiego, Lew Kowarski. Z czasem, CRL zbudowało kilka reaktorów różnego typu i wielkości, z których obecnie funkcjonują badawcze: NRU (135 MW) z wiązką neutronową produkuje izotopy medyczne i ZED-2 (200 W) na ciężką wodę).
Profesor na U. McMaster, Bertram Brockhouse dostał (1994) nobla w fizyce za spektrometrię neutronową w CRL (1950-1962). Dyrektorem CRL był kiedyś laureat nobla, Sir John Cockcroft. CRL produkuje 1/3 światowego zapotrzebowania na radioizotopy dla medycyny. Od 1952 r. właścicielem CLR jest firma rządowa Atomic Energy of Canada Limited (AECL); produkuje w CRL i w TRIUMF (patrz niżej) izotopy dla medycyny i nauki światowej.
Kanada nieprodukuje broni A, lecz CRL dostarczyło USA (1955-1976) ok. 250 kg plutonu w formie zużytego paliwa nuklearnego, do produkcji broni atomowej. (Bomba zrzucona na Nagasaki użyła 6,4 kg plutonu.)
Przeskok do TRIUMFu
Tu gdzie mieszkam, znajduje się największy cyklotron świata, TRIUMF na U. Brytyjskiej Kolumbii, źródło protonów o energii 500 MeV. Międzynarodowa organizacja IEEE wyróżniła (2010) TRIUMF jako kamień milowy. Cyklotron zatrudnia ponad 350 uczonych, inżynierów i in. Przyciąga rocznie ponad 500 badaczy z Kanady i całego świata. W ciągu ostatniej dekady wytworzył działalność gospodarczą wartości ponad 1 mld C$. Na cześć TRIUMFu nazwano Asteroidę 14959.
Założony (1966) dla badań i rozwoju przez 3 miejscowe uniwersytety i U. Alberty, zrzesza już ponad 15 uczelni kanadyjskich. Przekształcił się w narodowe laboratorium, rozszerzając badania fizyki jądrowej na fizykę cząstki i molekuły, nauki o materiałach i medycynę nuklearną. Ma międzynarodowe znaczenie i osiągnięcia w fizyce cząstki, nuklearnej i akceleratorowej. Od otwarcia (1969), otrzymał ponad 1 mld C$ od rządu federalnego. Rząd prowincjonalny pokrywa koszty budynków.
TRIUMF jest prganizacją partnerską. Uniwersytety-członkowie, współpracują z placówkami badań medycznych i z firmą Nordion, wymagających izotopów do diagnozy i leczenia. W fizyce cząstki, TRIUMF partycypuje w imieniu Kanady w światoowych projektach np.:
- tor wiązki HERA w laboratorium DESY w Niemczech (1985-1986) i komponenty dla HERA (1995)
- dla Wielkiego Zderzacza Hadronów w CERN w Genewie: magnesy (2003) i 1 z 10 globalnych ośrodków danych z detektora 900 mln kolizji protonów (do 10 mln gigabajtów), skąd uniwersytety będą czerpać dane do analiz.
- komora projekcji czasu i detektory dla T2K (Tokai-Kamioka) – eksperymentu w Japonii z oscylacją neutrino, celem pomiaru własności wiązki przed wyruszeniem na tor dłg. 250 km.
Od 1964 r., gdy uczeni w Kolumbii Brytyjskiej zgodzili się co do potrzeby obiektu mezonowego, po rok 1986, TRIUMF zaprzątał temat cyklotronu. Już 3 lata od rozpoczęcia instalacji wyprodukował 1-szą wiązkę (1974). Podczas gdy dodawano aparaturę i prowadzono pionierskie eksperymenty, premier Trudeau odwiedził (1976) TRIUMF; jeden z inicjatorów cyklotronu, Dr Erich Vogt dostaje Order Kanady (Pragnący lepszej ojczyzny) za rolę w utworzeniu nowego multimilionowego cyclotronu na U. Brytyjskirj Kolumbii, głównego osiągnięcia fizyki z Kanadzie.
Umowa (1978) AECL z partnerem TRIUMFu, Nordion rozszerzyła profil placówki na izotopy medyczne. Wyprodukowano jod-123 do dystrybucji w Kanadzie. Zainicjowano (1979) terapię raka cząstką mezonową, pionem. Zainstalowano pocztę pneumatyczną do szpitala uniwersyteckiego (1982) do przesyłania izotopów. AECL wysyła pierwszą partię izotopów na rynek..
W l. 1987-1998 dołącza 5 uniwersytetów, TRIUMF dojrzewa do miana laboratorium narodowego. Urządzenie TISOL wytwarza 1-szą wiązkę radioaktywną. Partner TRIUMFu, EBCO kończy (1988) 1-szy cyklotron medyczny 30 MeV. Zaczyna się (1993) magnetyczne uchwytywanie atomów, a kończy instalacja cyklotronu medycznego TR-13. Rok 1995: początek leczenia raka błony naczyniowej gałki ocznej w TRIUMF, pierwsze testy efektu radiologicznego protonów. Pierwsza wiązka z ISAC-I (1998).
W l. 1999-2008, urządzenie wytwarzające najsilniejszą w świecie wiązkę protonową, ISOL (1999), uczyniło z TRIUMFu światowego lidera. Stał się narodowym laboratorium fizyki cząstki i nuklearnej. W 2000 r. dochodzi spektrometr 8π oraz urządzenie ISAC-I. ISAC przyspiesza po raz pierwszy rzadkie izotopy w 2001 r. Od tego czasu mierzy niezwykle rzadkie cząstki i pod-cząstki. Przybywa zaawansowanej aparatury. W 2005 r. leczy się w TRIUMF już setny pacjent ns raka oka.
Od 2009 r. TRIUMF jest zdywersyfikowaną placówką badawczo-rozwojowo-produkcyjną w dziedzinach nauk atomowych, cząstkowych, medycznych i materiałowych. Przybywa TIGRESS (2009), a starsze urządzenia ulegają modernizacji. Pierwszy aktynowiec w ISAC (2010). TRIUMF bije światowy rekord produkcji izotopów (2011).
Od 1995 r. TRIUMF zbudował kilka torów wiązek niskonatężeniowych protonów i neutronów do symulacji napromieniowania w Kosmosie, atmosferze i na Ziemi w przyspiezonym testowaniu elektroniki itp. Kanadyjskie firmy techniki kosmicznej i międzynarodowe firmy awiacji, mikroelektroniki i telekomunikacji (np. Boeing, Cisco Systems) uznają te tory za pierwszorzędne miejsca testów. Inny tor służy leczeniu raka oka wspólnie z instytucjami medycznymi. Przedtem chore oko wycinano. Usuwano też nowotwór chirurgicznie lub wszczepiano radioaktywną płytkę na jakiś czas, lecz przy większych nowotworach matody nienadawały się i mogły uszkodzić oko.
Główny cyklotron (500 MeV) zasila 4 tory i ich rozgałęzienia do produkcji izotopów, eksperymentów, leczenia oraz testowania produktów. ISAC wytwarza wiązki ciężkich jonów do produkcji krótkotrwałych izotopów w celach badawczych. W obrębie ISAC, spektrometr 8π pomaga w badaniach zachowań cząstek podczas rozpadu, a DRAGON mierzy tempo reakcji nuklearnych, dla astrofizyków studiujących eksplozje ciał niebieskich. Spektroskop laserowy CFBS mierzy poziom energii i zmiany w krótkotrwałych izotopach, a TITAN – ich masę. TRINAT utrzymuje grupę atomów w zawieszeniu w b. małej przestrzeni próżni, pozwalając badać produkty rozpadu izotopów.
ISAC-II stosuje technikę nadprzewodnikową, w której TRIUMF przoduje w świecie.. EMMA (2012) jest tu spektrometrem, głównie używanym przez międzynarodowych badaczy w studiach nuklearnych struktur i astrofizyki. HERACLES (z Chalk River Labs) użyto w TRIUMF w kilkunastu eksperymentach. TIGRESS jest zaawansowanym spektrometrem promieni gamma dla szerokiego wahlarza badań w fizyce jądrowej.
ISAC-I i II mają urządzenia wspólne. Dla astrofizyków, TUDA bada nuklearne reakcje a TACTIC jest komorą jonizującą. DSL mierzy dłg. życia wzbudzonego jądra.
W Ośrodku Nauk Molekularnych i Materiałowych, pod-cząstki testują struktury materiałów. Technika μSR bada materiały jak półprzewodniki, magnesy i nadprzewodniki, a β-NMR – brzegowe wlasności elektroniczne i magnetyczne nowych materiałów.
Podstawą programu medycyny nuklearnej TRIUMFu jest skanowanie PET. Cyklotron medyczny TR-13 produkuje radioizotopy, a laboratorium chemiczne – farmaceutyki, dla onkologii, leczenia parkinsona i alzheimera, badań mózgu i in. zastosowań. TRIUMF dostarczył emiterów do 1-go skanera PET/CT (2004) w Brytyjskiej Kolumbii.
Grupa od detektorów w TRIUMF opracowuje, projektuje i buduje zaawansowane detektory dla nauk molekularno-materiałowych i medycyny nuklearnej, w tym elektroniczne przetwarzanie sygnałów dla dużej ilości danych, charakterystycznych w nowoczesnych detektorach.
Kanadyjska atomistyka drogowa
Pytaliśmy mieszkańców okolic Bruce. Typowo odpowiadano: Nie ma żadnego zagrożernia. Jedna osoba pobiła rekord absurdu: Zatrudnili faceta odpowiedzialnego za bezpieczeństwo Czarnobyla, więc nie ma się co martwić. Niewiedzą, że emisji tzw. eksploatacyjnych nie trzeba raportować.
Przejechaliśmy autostradą 401 k. wysypisk nuklearnych w Port Hope i ominęliśmy nad Jez. Ontario siłownie Darlington (3512 MW, 4 reaktory) i Pickering (4124 MW, 8 reaktorów, z czego 2 wyłączono na stałe), objeżdżając wyścig szczurów zwany Wielkim Toronto. W drodze powrotnej przez Płd. Ontario (1/10 prowincji, przeważająca liczba jej ludności), w poszukiwaniu noclegu na kampingu Parku Prowincjonalnego Inverhuron, byliśmy 2 km od Bruce… Park ten słynie z pięknych plaż, ryb i orłów, przyciąganych ciepłą wodą z chłodzenia reaktorów.
Zatoczyliśmy w Ontario ogromne „koło“, fizycznie i przenośnie – od początków atomistyki energetycznej i medycznej w Chalk River i Rolphton, po największą siłownię jądrową świata w Bruce. Wyprawę zaczęliśmy z Vancouver, gdzie mieści się największy w świecie cyklotron TRIUMF, kontynuujący badania, rozwój i produkcję w medycynie nuklearnej i atomistyce, o jakich nieśniło się uczonym CRL.
Przerzuciliśmy „most“ między powojenną erą kanadyjskiej atomistyki, a następną, także przywódczą w świecie. Obie ery żywił pionierski pragmatyzm, duch współpracy międzydyscyplinarnej i dążenie do doskonałości, dając szanse każdemu, kto się czuje na siłach i chce. W obu erach, nacisk na pokojowe wykorzystanie atomu dał Kanadzie uznanie i szacunek świata.
Tylko po co udział w radiologicznych wojnach NATO na Bałkanach, w Iraku i Afganistanie, skąd żołnierz kanadyjski wracał skażony od broni uranowej tylko po to, by być porzuconym na pastwę losu przez przodującą w świecie kanadyjską medycynę nuklearną… Niezależna placówka UMRC w Toronto może pomóc, lecz nie ma poparcia przez rząd z powodu polityki lobby A.
Materiały żródłowe
Atomic Energy of Canada Limited Canada Enters the Nuclear Age McGill-Queen’s U. Press 1997
Candu Energy Inc. EC6 Enhanced CANDU 6. Technical Summary 2012
Canadian Nuclear Safety Commission Record of Proceedings, Including. Reasons for Decision in the Matter of TRIUMF Accelerators Inc. 2.5.2012
http://en.wikipedia.org/wiki/Chalk_River_Laboratories
http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_Power_Demonstration
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_Energy_of_Canada_Limited
http://en.wikipedia.org/wiki/Lew_Kowarski
http://en.wikipedia.org/wiki/CANDU_reactor
http://en.wikipedia.org/wiki/Bruce_Nuclear_Generating_Station
http://en.wikipedia.org/wiki/Pickering_Nuclear_Generating_Station
http://en.wikipedia.org/wiki/Darlington_Nuclear_Generating_Station
http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_in_Canada
http://en.wikipedia.org/wiki/Uranium_mining_in_Canada
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_electrical_generating_stations_in_Canada
http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power_in_Canada
http://en.wikipedia.org/wiki/TRIUMF
http://www.nuclearlegacyprogram.ca/
http://phai.ca/en/
Wybrane multimedia, więcej na portalu TRIUMF
http://www.triumf.ca/videos/about-triumf-video
http://www.triumf.ca/videos/future-nuclear-medicine
http://www.triumf.ca/home/for-media/publicationsgallery/videos/99-things
http://www.triumf.ca/home/for-media/publicationsgallery/slideshows
†††
Czytaj także:
.
8 comments
Comments are closed.