高通量同位素反應(yīng)堆(HFIR)建于20世紀(jì)60年代中期，以滿足生產(chǎn)超鈾同位素的需要，如钚和銫等重元素。從那時起，它的任務(wù)已經(jīng)擴(kuò)大到包括材料輻照、中子活化，以及最近的中子散射。

美國原子能委員會(AEC)研究部在1958年1月17日的一次會議上對超鈾生產(chǎn)計劃的現(xiàn)狀進(jìn)行了嚴(yán)格審查。從該審查中，AEC啟動了一項旨在滿足超鈾同位素預(yù)期需求的計劃。通過在現(xiàn)有反應(yīng)堆中進(jìn)行某些輻射。到1958年底，顯然該計劃的步伐需要加快。繼1958年11月24日華盛頓特區(qū)會議之后，AEC建議在橡樹嶺國家實驗室(ORNL)設(shè)計，建造和運行高通量反應(yīng)堆，并于1961年開始施工。

1959年7月收到了繼續(xù)設(shè)計高通量反應(yīng)堆的授權(quán)。反應(yīng)堆的初步概念設(shè)計基于“通量阱”原理，在該原理中，堆芯由圍繞未加燃料的慢化區(qū)或“島”的燃料環(huán)形區(qū)組成。這樣的配置將允許從燃料中泄漏的快中子在島上慢化，從而在島的中心產(chǎn)生一個熱中子通量高的高溫區(qū)。

這個蓄熱中子的容器將被“捕獲”在反應(yīng)堆內(nèi)，使其可用于同位素生產(chǎn)。通過將空束流管伸入反射層，利用反應(yīng)堆燃料外反射層中中子的大通量，使中子可以在反應(yīng)堆屏蔽層外的實驗中使用。最后，反射器上的各種孔可以使材料輻照，以便以后回收。

1965年初，隨著施工完成，最終的液壓和機械測試開始，并于1965年8月25日達(dá)到臨界狀態(tài)。低功率測試計劃于1966年1月完成，開始了20、50、75、90和100兆瓦的運行周期。

1966年9月達(dá)到100兆瓦的設(shè)計功率。從它開始建造到1986年底暫時關(guān)閉，歷時5年多一點，F(xiàn)IR創(chuàng)造了美國任何其他反應(yīng)堆都無法超越的運行時間紀(jì)錄。到1973年12月，它已經(jīng)完成了它的第100次燃料循環(huán)，每一次大約運行23天。

1986年11月對輻照監(jiān)測試樣的試驗表明，中子輻照使反應(yīng)堆容器脆化的速度比預(yù)測的要快。關(guān)閉HFIR以便對設(shè)施的運作進(jìn)行廣泛的評估。ORNL用了將近2.5年的時間進(jìn)行了全面的評估，在保護(hù)壓力容器完整性的同時，對核電站進(jìn)行了延長壽命的改造，并改進(jìn)了管理措施，然后在1989年4月18日重新啟動了288燃料循環(huán)反應(yīng)堆。

HFIR最初運行在非常低的功率水平(8.5MW)，直到所有操作人員都接受了充分的培訓(xùn)，并可以進(jìn)行持續(xù)的更高功率的操作。更新了文件，必要時會生成新文件。對技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了修改和重新格式化，以便隨著能源部的接受而及時了解設(shè)計變更。為了在保持熱裕度的同時保持容器的完整性，不僅降低了主冷卻劑壓力和核心功率，還對技術(shù)和程序升級做出了長期承諾。

1989年4月重新開始后，由于程序是否充分的問題，又關(guān)閉了9個月。1990年1月，經(jīng)當(dāng)時的能源部長詹姆斯·沃特金斯批準(zhǔn)，電力恢復(fù)運行。自那時起，HFIR一直在運作。在HFIR的使用壽命期間，已經(jīng)為其程序和技術(shù)升級制定了的計劃。

2007年，HFIR進(jìn)行了翻新，安裝了一些新的儀器，包括一個冷中子源。改進(jìn)包括對反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)進(jìn)行大修，使其更加可靠、持續(xù)運轉(zhuǎn)，對束流室的8臺熱中子光譜儀進(jìn)行重大升級，新的計算機系統(tǒng)控制，安裝液氫冷源，以及新建一個冷中子引導(dǎo)大廳。

盡管HFIR的主要任務(wù)轉(zhuǎn)移到中子散射研究，它最初的主要目的之一是生產(chǎn)用于研究、工業(yè)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用的锎-252和其他超鈾同位素。HFIR是西方世界唯一的锎-252同位素供應(yīng)商，锎-252是一種用于癌癥治療和檢測環(huán)境中的污染物和行李中的爆炸物的同位素。除了對同位素生產(chǎn)和中子散射的貢獻(xiàn)外，HFIR還提供了各種輻照試驗和實驗，這些試驗和實驗都得益于該設(shè)施的超高中子通量。

2014年，美國核學(xué)會將HFIR定為核歷史地標(biāo)，以表彰它在核時代的歷史上發(fā)揮的重要作用，以及它對美國同位素生產(chǎn)、中子散射研究和國家安全的持續(xù)重要性。

2017年，國際原子能機構(gòu)(IAEA)將ORNL指定為國際研發(fā)中心，原因是HFIR在材料輻照后測試、中子散射和放射性同位素處理方面的重要性。國際原子能機構(gòu)對美國的認(rèn)定，使美國成為世界上在核研究方面具有獨特能力和卓越表現(xiàn)的四個國家之一。

顯著的成就

在HFIR進(jìn)行的中子活化分析為半導(dǎo)體和環(huán)境修復(fù)行業(yè)以及美國食品和藥物管理局的工作提供了依據(jù)。聚變能項目由HFIR在三個主要領(lǐng)域提供支持:中子-相互作用材料(結(jié)構(gòu)材料和陶瓷)、高熱流密度材料和等離子體-相互作用材料。HFIR中子散射設(shè)備為聚合物、膠體、磁性材料、合金、超導(dǎo)體和生物材料的中子散射等基礎(chǔ)研究項目提供了支持。

HFIR簡介

HFIR的工作功率為85兆瓦，是美國用于研究的最高通量反應(yīng)堆中子源，它提供了世界上任何研究反應(yīng)堆中最高的穩(wěn)態(tài)中子通量之一。HFIR產(chǎn)生的熱中子和冷中子用于研究物理、化學(xué)、材料科學(xué)、工程和生物學(xué)。強中子通量、恒功率密度和等長度燃料循環(huán),每年被500多名研究人員用于中子散射研究凝聚態(tài)的基本性質(zhì)。

HFIR的中子散射研究設(shè)施包含世界級的儀器，用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。HFIR還用于醫(yī)療、工業(yè)和研究同位素生產(chǎn);研究中子對材料的嚴(yán)重?fù)p傷;中子活化分析以及檢測環(huán)境中的微量元素。此外，該建筑還擁有一個使乏燃料組件的γ輻射設(shè)施，可以為研究輻射對材料的影響提供高γ劑量。

HFIR中子最近的發(fā)現(xiàn)有助于揭開材料和能源的秘密。這一新知識也導(dǎo)致了日常產(chǎn)品的改進(jìn)，如太陽能電池、硬盤驅(qū)動器、藥物和生物燃料。此外，HFIRs的能力有助于解決犯罪問題，HFIR生產(chǎn)的同位素正在推動新元素的發(fā)現(xiàn)和太空飛行。