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Un pan de l'histoire du nucléaire revit
Gretchen Ert
Il se cachait à la vue de tous dans une pièce latérale du laboratoire de réacteurs nucléaires du MIT, recouvert d'une fine couche de panneaux métalliques qui le faisait ressembler à une armoire de stockage surdimensionnée. Mais à l'intérieur de cette boîte en métal ordinaire se trouvait un élément important de l'histoire - et une aubaine potentielle pour les programmes de recherche et d'enseignement du MIT en génie nucléaire.
La boîte contenait une pile exponentielle en graphite - une version à plus petite échelle du dispositif que le physicien Enrico Fermi a construit sous les gradins du stade de football de l'Université de Chicago pour inaugurer l'ère atomique. L'expérience de Fermi en 1942 a utilisé du graphite pour ralentir les neutrons émanant d'une source de rayonnement d'un facteur de plus d'un million. Cela les a amenés à interagir avec des atomes dans des barres d'uranium insérées dans la pile, déclenchant la première réaction en chaîne de fission nucléaire contrôlée au monde. Il a prouvé les théories qui ont conduit à la première bombe atomique et, peu de temps après, aux premiers réacteurs nucléaires.
Au cours des années suivantes, après la levée du secret de la recherche en temps de guerre, les universités et les laboratoires de recherche du pays se sont précipités pour construire leurs propres piles de graphite - des versions plus petites qui ne produiraient pas de réactions en chaîne mais pourraient faire progresser la recherche dans cette technologie naissante. Au moins 25 ont été construits, dit Kord Smith, NUE '79, SM '79, PhD '80, professeur KEPCO du MIT de la pratique des sciences et de l'ingénierie nucléaires. Mais au début des années 1960, l'industrie de l'énergie nucléaire avait solidement opté pour une approche différente de la conception des réacteurs à fission, utilisant soit de l'eau ordinaire, soit de l'eau lourde (fabriquée à partir d'oxygène et de deutérium, la forme lourde de l'hydrogène) au lieu du graphite pour ralentir les neutrons et faciliter la scission. En quelques années, la plupart des piles de graphite restantes ont été démantelées ou mises sous cocon.
Le MIT avait été l'un des premiers à construire une pile de graphite, en 1957, et cet appareil était le plus grand construit après celui de Fermi, à la moitié de la largeur de l'original. Il a été fermé comme les autres, apparemment au début des années 60, et il est resté là, oublié, jusqu'à ce que le professeur Michael Short de NSE se demande ce qu'il y avait à l'intérieur de la mystérieuse boîte.
Il était difficile de croire que j'ignorais l'existence de cet appareil unique, même si j'étais étudiant en sciences et génie nucléaires et que j'avais entretenu une association de longue date avec NSE, explique Smith, qui enseigne au département depuis 2011. Mais une fois qu'il a su qu'il était là, il s'est mis en marche avec des plans pour le remettre en service, en partie parce qu'il savait, pour en avoir utilisé un dans l'État du Kansas dans les années 1970, à quel point il pourrait être utile pour la recherche et l'éducation, et en partie pour célébrer le 75e anniversaire de l'expérience de Fermi.
L'appareil est essentiellement un gros tas de blocs en forme de cube en graphite pur - le même matériau que celui que l'on trouve dans la mine de crayon - avec des trous percés pour permettre l'insertion des tiges d'uranium. Fabriqués à partir d'uranium naturel non enrichi, ils émettent des niveaux de rayonnement si faibles qu'ils peuvent être manipulés à mains nues en toute sécurité, explique Smith, ce que Fermi et ses collaborateurs ont fait en 1942.
Ce n'est pas seulement un peu de nostalgie ou une pièce de musée, cependant. De nombreuses conceptions de réacteurs plus récentes, telles que les réacteurs à lit de galets conçus pour être intrinsèquement sûrs et résistants à la fusion, reposent sur des pastilles de combustible à l'uranium avec un revêtement en graphite. Mais il existe très peu d'endroits aujourd'hui pour mener des recherches fondamentales sur le comportement du graphite dans un environnement de fission nucléaire.
La pile de graphite du MIT, composée de 30 tonnes de briques de graphite pur et de 2,5 tonnes d'uranium, a maintenant été remise en état de fonctionnement, et les membres de la NSE ont procédé à une reconstitution cérémonielle de l'expérience historique de Fermi au moment exact du 75e anniversaire de l'événement, le 2 décembre 2017. Cela a marqué le début de la nouvelle vie de la pile.
Alors que les expériences dans les grandes installations nationales de recherche nucléaire nécessitent des mois de planification et des processus d'application rigoureux, les étudiants pourront construire, tester et obtenir des résultats d'expériences dans la pile de graphite en quelques jours, explique Smith. Il leur donnera également une expérience pratique de l'exploitation d'un réacteur.
Les étudiants devaient utiliser la pile en mai pour effectuer des mesures de rayonnement in situ; à l'automne, deux cours en SNG l'utiliseront. L'enthousiasme des étudiants est énorme, dit Smith : Ils veulent tous faire le plein eux-mêmes !