เครื่องปฏิกรณ์มังกร
แบบจำลองตัดขวางของเครื่องปฏิกรณ์ดราก้อน
สถาบันปฏิบัติการ	องค์การพลังงานปรมาณูแห่งสหราชอาณาจักร
ที่ตั้ง	วินฟริธ , ดอร์เซ็ต , อังกฤษ
พิกัด	50°41′02″เหนือ2°16′10″ตะวันตก / 50.6840°N 2.2694°W / 50.6840; -2.2694
พิมพ์	เครื่องปฏิกรณ์ก๊าซอุณหภูมิสูง
วิกฤตการณ์ครั้งแรก	พ.ศ. 2508
วันที่ปิดระบบ	พ.ศ. 2519

ดราก้อน (Dragon)เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงเชิงทดลองที่วินฟริธ (Winfrith)ในดอร์เซ็ต (Dorset ) ประเทศอังกฤษ ดำเนินการโดยองค์การพลังงานปรมาณูแห่งสหราชอาณาจักร (UKAEA) วัตถุประสงค์คือเพื่อทดสอบเชื้อเพลิงและวัสดุสำหรับโครงการเครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงของยุโรป (European High Temperature Reactor programme) ซึ่งกำลังสำรวจการใช้ เชื้อเพลิง แบบไตรโครงสร้างไอโซโทรปิก (TRISO)และการระบายความร้อนด้วยแก๊สสำหรับการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ประสิทธิภาพสูงในอนาคต โครงการนี้สร้างและบริหารจัดการในฐานะ โครงการระหว่างประเทศของ องค์การเพื่อความร่วมมือทางเศรษฐกิจและการพัฒนา / สำนักงานพลังงานนิวเคลียร์ ( OECD/NUEA) โดยมี 13 ประเทศที่เกี่ยวข้องในการออกแบบและการดำเนินงานตลอดอายุโครงการ

เดิมทีเครื่องปฏิกรณ์นี้ถูกออกแบบให้เป็นเครื่องปฏิกรณ์วิจัยขนาดเล็ก แต่ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบก็มีขนาดใหญ่ขึ้น การเลือกใช้ฮีเลียมเป็นสารหล่อเย็นเกิดขึ้นหลังจากการถกเถียงกันอย่างยาวนานภายใน UKAEA ระหว่างผู้สนับสนุนฮีเลียมและคาร์บอนไดออกไซด์โดยในที่สุดก็เลือกใช้ฮีเลียม การวางศิลาฤกษ์เกิดขึ้นในปี 1960 เครื่องปฏิกรณ์นี้ดำเนินการตั้งแต่ปี 1965 ถึง 1976 ^{[ 1 ]}และโดยทั่วไปถือว่าประสบความสำเร็จอย่างมาก^{[ 2 ]}

หลังจากสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ดรากอนแล้ว ก็มีงานก่อสร้างที่คล้ายกันในสหรัฐอเมริกา ซึ่งนำไปสู่โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ฟอร์ตเซนต์เวรน ที่ใหญ่กว่ามากในที่สุด โรง ไฟฟ้าแห่งนี้ประสบปัญหาหลายอย่างเนื่องจากการกัดกร่อน และลูกค้าก็ไม่พอใจกับการออกแบบ สัญญาสำหรับแบบจำลองที่คล้ายกันในสหรัฐอเมริกาที่กำลังจะลงนามถูกยกเลิก และถึงแม้ว่าดรากอนจะไม่ประสบปัญหาเหล่านี้ แต่ก็ไม่มีคำสั่งซื้อเข้ามาในยุโรปเช่นกัน ในเวลานั้น ตลาดส่วนใหญ่ได้เปลี่ยนไปใช้เครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWR) สำหรับการก่อสร้างขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1980 และจึงมีการตัดสินใจปิดโรงไฟฟ้าดรากอน

นับตั้งแต่ปี 2023 ยานดรากอนจะถูกปลดประจำการ

ในช่วงทศวรรษ 1950 แนวคิดเชื้อเพลิง ไตรโครงสร้างไอโซโทรปิก (TRISO)กลายเป็นประเด็นที่น่าสนใจอย่างมาก ในแนวคิดนี้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุเซรามิกที่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงมากได้ ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าเชื้อเพลิงจะยังคงถูกห่อหุ้มอยู่แม้ว่าตัวเครื่องปฏิกรณ์เองจะเสียหายก็ตาม นอกจากนี้ยังช่วยให้เครื่องปฏิกรณ์ทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น^{[ 3 ]}

ในขณะที่ชุดประกอบ TRISO ให้เชื้อเพลิง เครื่องปฏิกรณ์ยังต้องการตัวลดความเร็วของนิวตรอนและของเหลวหล่อเย็นเพื่อกำจัดพลังงานในรูปของความร้อน ซึ่งการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ TRISO อาจแตกต่างกันอย่างมาก ในกรณีของ Dragon เชื้อเพลิงถูกผลิตเป็นเม็ดทรงกลมขนาดเล็กแล้วอัดเป็นบล็อกขนาดใหญ่ที่มี ตัวลดความเร็ว ของนิวตรอนกราไฟต์ซึ่งขึ้นรูปเป็นแท่งหกเหลี่ยมยาว บล็อกที่ได้จะถูกวางไว้ในตำแหน่งคงที่ในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเรียกว่าการออกแบบแบบ "ปริซึม" ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์ Dragon สำรวจการออกแบบแบบปริซึมเยอรมนีตะวันตกได้พัฒนาแนวคิดทางเลือกที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงกรวดซึ่งองค์ประกอบเชื้อเพลิงจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ เครื่องปฏิกรณ์^{[ 4 ]}

การเลือกใช้ก๊าซหล่อเย็นสำหรับการออกแบบนั้นเป็นประเด็นถกเถียงอย่างมากภายในหน่วยงานของสหราชอาณาจักร CA Rennie สนับสนุนการใช้ฮีเลียม เนื่องจากจะช่วยลดปัญหาการกัดกร่อน และมีข้อดีเพิ่มเติมคือมีค่าภาคตัดขวางนิวเคลียร์ ต่ำมาก ซึ่งช่วยปรับปรุงเศรษฐกิจนิวตรอนและหมายความว่าก๊าซจะไม่กลายเป็นกัมมันตรังสีสูงเมื่อเวลาผ่านไป ในขณะนั้น ฮีเลียมมีจำหน่ายในปริมาณที่ต้องการจากสหรัฐอเมริกาเท่านั้น ซึ่งจัดประเภทให้เป็นวัสดุเชิงยุทธศาสตร์และควบคุมการขายระหว่างประเทศอย่างระมัดระวังห้องปฏิบัติการนิวเคลียร์ริสลีย์ ซึ่งกำลังพัฒนา เครื่องปฏิกรณ์แบบระบายความร้อนด้วยก๊าซขั้นสูง (AGR) ที่ใช้ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ₎หล่อ เย็น โต้แย้งว่าการจัดหาจะเป็นปัญหาสำคัญ ในขณะที่ CO2 _แม้จะมีข้อเสียทางเทคนิค แต่ก็หาได้ง่าย ทีมงาน OEEC ที่ดูแลโครงการยอมรับว่าปัญหาของฮีเลียม "ทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการนำไปใช้ในโครงการพลังงานขนาดใหญ่" ^{[ 5 ]}

เมื่อถึงกลางทศวรรษ 1960 ความกังวลเกี่ยวกับความพร้อมใช้งานของฮีเลียมก็จางหายไปเป็นส่วนใหญ่ และในปี 1967 ถือว่าไม่ใช่ปัญหา ในช่วงเวลานี้ ความกังวลหลักคือการสร้างระบบระบายความร้อนที่กันรั่วได้เพียงพอที่จะกักเก็บก๊าซไว้ได้ ในขณะเดียวกันก็ต้องมีราคาไม่แพงพอที่จะสร้างได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง UKAEA ได้ดำเนินการตามโครงการ AGR ไปแล้ว และกำลังสังเกตปัญหาการกัดกร่อนเนื่องจาก CO2 _และแสดงความกังวลว่าฮีเลียมอาจจะไม่เฉื่อยอย่างที่ผู้สนับสนุนแนะนำ^{[ 5 ]}

การออกแบบ TRISO ไม่เคยได้รับการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวาง การออกแบบของเยอรมันประสบปัญหาหลายประการ และถึงแม้ว่า Dragon จะดำเนินการได้สำเร็จเป็นเวลาหลายปี แต่ความสนใจที่ลดลงในการออกแบบทางเลือกทำให้ต้องปิดตัวลงโดยไม่มีการสร้างรุ่นเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ขึ้น ณ ปี 2019 แนวคิดเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์วิจัยเพิ่มเติมอีกหลายแห่ง รวมถึงPeach Bottom , AVR , HTTRและHTR-10ตลอดจนเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์ขนาดเล็กFort St. VrainและTHTR-300 HTR -PMในประเทศจีนอยู่ระหว่างการก่อสร้าง โดยมีหน่วยหนึ่งที่อ่าวชิดาวเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าแล้ว ณ เดือนธันวาคม 2021 ^{[ 4 ]}

ศูนย์วิจัยพลังงานปรมาณูแห่ง วินฟริธ (Winfrith Atomic Energy Establishment) ถูกสร้างขึ้นเพื่อการก่อสร้างและการดำเนินงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทดลองและวิจัย เครื่องปฏิกรณ์ดรากอน (Dragon) ใช้ ก๊าซ ฮีเลียมเป็นสารหล่อเย็นและกราไฟต์เป็นตัวลดความเร็วของนิวตรอนเชื้อเพลิงถูกขึ้นรูปเป็นเม็ดทรงกลมขนาดเล็กแล้วเคลือบด้วยเซรามิก จากนั้นจึงนำมาผสมกับกราไฟต์และอัดรวมกันเป็นบล็อกรูปทรงและขนาดต่างๆ การเกิด ปฏิกิริยาที่สำคัญ (Criticality)จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อบล็อกเหล่านี้ถูกวางรวมกันในรูปแบบที่แน่นอนภายในตัวสะท้อนนิวตรอนซึ่งช่วยให้สามารถเก็บเชื้อเพลิงเพิ่มเติมไว้ในพื้นที่เตรียมพร้อมและเติมได้ทันที มีการใช้ฮีเลียมเนื่องจากมีค่าภาคตัดขวางนิวเคลียร์ ต่ำ ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพการใช้นิวตรอน ที่สูงขึ้น รวมถึงความเฉื่อยทางเคมีที่ทำให้สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นได้โดยไม่ต้องกังวลว่าวัสดุของเครื่องปฏิกรณ์จะสึกกร่อน อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังช่วยให้การ ทำงาน ของกังหันไอน้ำ มีประสิทธิภาพมากขึ้น และเหมาะสมสำหรับการใช้งานโดยตรงเป็นความร้อนในกระบวนการผลิตในกรณีที่ไฟฟ้าดับ การพาความร้อน ตามธรรมชาติ ของฮีเลียมจะช่วยระบายความร้อนฉุกเฉิน^{[ 6 ]}เชื้อเพลิงที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์เป็นอนุภาคเคลือบ ซึ่งประกอบด้วยเม็ดเล็กๆ ของวัสดุฟิสไซล์ (เช่น U235) ที่ล้อมรอบด้วยชั้นนอกที่เป็นเซรามิก^{[ 7 ]}ในตอนแรกเชื้อเพลิงส่วนใหญ่เป็นยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (ประมาณ 93% ยูเรเนียม-235 ) แม้ว่าต่อมาจะใช้เชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะที่ต่ำกว่า (ประมาณ 20%) มากขึ้น^{[ 8 ] [ 9 ]}เครื่องปฏิกรณ์มีลักษณะคล้ายขวดขนาดใหญ่ โดยพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ด้านล่างบรรจุเชื้อเพลิงที่ใช้งานอยู่ภายในตัวสะท้อน และพื้นที่ขนาดเล็กที่ด้านบนบรรจุองค์ประกอบเชื้อเพลิงเพิ่มเติมสำหรับการเติม^{[ 10 ]}

พื้นที่ Winfrith ขยายออกไปเป็นพื้นที่ทุ่งหญ้าขนาด 129.4 เฮกตาร์ (320 เอเคอร์) ในชนบททางตอนใต้ของดอร์เซ็ต และมีเครื่องปฏิกรณ์ทดลองที่แตกต่างกัน 9 เครื่องตั้งอยู่ที่นั่น^{[ 6 ]}

จากเครื่องปฏิกรณ์ทั้งเก้าเครื่อง เหลือเพียงเครื่องปฏิกรณ์ดราก้อนและเครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักเบาที่สร้างไอน้ำ เท่านั้น และกำลังอยู่ในกระบวนการปลดระวาง ในระหว่างการปลดระวาง ภาชนะบรรจุเครื่องปฏิกรณ์จะถูกนำไปเก็บไว้ในคลังเก็บรักษาเครื่องปฏิกรณ์ โครงสร้างอื่นๆ จะถูกรื้อถอนและเก็บรักษา กากกัมมันตรังสีที่เหลืออยู่จะถูกส่งไปยังสถานที่จัดเก็บที่จัดสรรไว้ และดินจะถูกนำออกตามความจำเป็นไปยังคลังเก็บกากกัมมันตรังสีระดับต่ำที่ เหมาะสม ในที่สุด พื้นที่ดังกล่าวจะถูกยกเลิกการจำแนกประเภทเป็นพื้นที่ที่ได้รับอนุญาตทางนิวเคลียร์ ปรับภูมิทัศน์ และกลับคืนสู่การใช้งานตามปกติ^{[ 6 ]}การปลดระวางพื้นที่ดังกล่าวได้รับการจัดการโดย NRS (Nuclear Restoration Services) ในนามของ NDA (Nuclear Decommissioning Authority) และขั้นตอนการปลดระวางขั้นสุดท้ายได้ถูกเลื่อนออกไปอย่างน้อยยี่สิบปี^{[ 10 ]}