M I T O C W | H o w N u c l e a r E n e r g y W o r k s
T h e f o l l o w i n g c o n t e n t i s p r o v i d e d u n d e r a C r e a t i v e C o m m o n s l i c e n s e . Y o u r s u p p o r t w i l l h e l p M I T O p e n C o u r s e W a r e c o n t i n u e t o o f f e r h i g h q u a l i t y e d u c a t i o n a l r e s o u r c e s f o r f r e e . T o m a k e a d o n a t i o n o r t o v i e w a d d i t i o n a l m a t e r i a l s f r o m h u n d r e d s o f M I T c o u r s e s , v i s i t M I T O p e n C o u r s e W a r e a t o c w . m i t . e d u .
M I C H A E L S H O R T : S o t o d a y , I w a n t e d t o g i v e y o u s o m e c o n t e x t f o r w h y w e ' r e l e a r n i n g a b o u t a l l t h e n e u t r o n s t u f f a n d g o o v e r a l l t h e r e a c t o r t y p e s t h a t , u n t i l t h i s y e a r , t h e f i r s t t i m e y o u l e a r n e d a b o u t t h e n o n - l i g h t w a t e r r e a c t o r s a t M I T w a s o n c e y o u l e f t M I T . I r e m e m b e r t h a t a s a n u n d e r g r a d a s w e l l . T h e o n l y e x p o s u r e w e h a d t o n o n - l i g h t w a t e r r e a c t o r s i s i n o u r d e s i g n c o u r s e , b e c a u s e w e d e c i d e d t o d e s i g n o n e .
S o I w a n t e d t o s h o w y o u g u y s a l l t h e d i f f e r e n t t y p e s o f r e a c t o r s t h a t a r e o u t t h e r e , h o w t h e y w o r k , a n d s t a r t g e n e r a t i n g a n d m a r i n a t i n g i n a l l t h e d i f f e r e n t v a r i a b l e s a n d n o m e n c l a t u r e t h a t w e ' l l u s e t o d e v e l o p t h e n e u t r o n t r a n s p o r t a n d n e u t r o n d i f f u s i o n e q u a t i o n s . T h e n i c e p a r t i s n o w , u n t i l q u i z t w o , y o u c a n p r e t t y m u c h f o r g e t a b o u t t h e c o n c e p t o f c h a r g e . S o 8 . 0 2 c a n g o b a c k o n t h e s h e l f , b e c a u s e e v e r y i n t e r a c t i o n w e d o h e r e i s n e u t r a l , c h a r g e n e u t r a l .
T h e r e ' l l b e r a d i o a c t i v e d e c a y s t h a t a r e n o t t h e c a s e . B u t e v e r y t h i n g n e u t r o n i s n e u t r a l . I t d o e s n ' t m e a n i t ' s g o i n g t o b e s i m p l e . I t ' s j u s t g o i n g t o b e d i f f e r e n t . B u t i n t h e m e a n t i m e , t o d a y i s n o t g o i n g t o b e p a r t i c u l a r l y i n t e n s e , b u t I d o w a n t t o s h o w y o u w h e r e w e ' r e g o i n g . A n d t h i s g o e s w i t h t h e p e d a g o g i c a l s w i t c h t h a t w e m a d e i n t h i s d e p a r t m e n t s t a r t i n g t h i s y e a r . A n d y o u g u y s a r e t h e f i r s t t r i a l o f t h i s .
W e ' r e s w i t c h i n g t o c o n t e x t f i r s t a n d t h e o r y s e c o n d . I p e r s o n a l l y f i n d i t m u c h m o r e i n t e r e s t i n g t o s t u d y t h e t h e o r y o f s o m e t h i n g f o r w h i c h I k n o w t h e a p p l i c a t i o n e x i s t s . W h o h e r e w o u l d a g r e e ? J u s t a b o u t a c t u a l l y e v e r y b o d y . O K . Y e a h . T h a t ' s w h a t I t h o u g h t t o o . S o i n t h e e n d , w e h a d a r g u m e n t s a m o n g s t t h e f a c u l t y a b o u t , w e l l , y o u h a v e t o l e a r n t h e t h e o r y t o u n d e r s t a n d t h e a p p l i c a t i o n . A n d t h a t w o r k s r e a l l y w e l l w h e n y o u s a y i t b e h i n d t h e c l o s e d o f f i c e d o o r b y y o u r s e l f . B u t t h e f a c t i s , I ' m i n i t f o r - - y e a h .
I ' m i n i t f o r m a x i m u m s u b j e c t m a t t e r r e t e n t i o n , s o i n w h a t e v e r o r d e r t h a t w o r k s t h e b e s t . A n d s o u n d s l i k e , f o r y o u g u y s , t h i s w o r k s t h e b e s t . T h a t ' s w h a t w e ' r e d o i n g w i t h t h e w h o l e u n d e r g r a d c u r r i c u l u m , n o t j u s t t h i s c l a s s . S o l e t ' s l a u n c h i n t o a l l t h e d i f f e r e n t m e t h o d s o f m a k i n g n u c l e a r p o w e r , b o t h f i s s i o n a n d f u s i o n , a n d t o s w i t c h g e a r s s i n c e w e ' r e d e a l i n g w i t h
n e u t r o n s . I d o n ' t k n o w w h a t h a p p e n e d w i t h t h e - - o h , t h e r e w e g o .
T h e i d e a h e r e i s t h a t n e u t r o n s h i t t h i n g s l i k e u r a n i u m a n d p l u t o n i u m , t h e f i s s i l e i s o t o p e s t h a t y o u g u y s s a w o n t h e e x a m , a n d c a u s e d t h e r e l e a s e o f o t h e r n e u t r o n s . A n d a s w e c o m e u p w i t h t h e s e v a r i a b l e s , I ' m g o i n g t o s t a r t l a y i n g t h e m o u t h e r e . I t m i g h t t a k e m o r e t h a n a b o a r d t o f i l l t h e m a l l . A n d I ' l l w a r n y o u a h e a d o f t i m e , t h i s i s t h e o n l y t i m e i n t h i s c o u r s e t h a t w e ' r e g o i n g t o h a v e V a n d n u , t h e G r e e k l e t t e r n u , o n t h e b o a r d a t t h e s a m e t i m e . A n d I ' m g o i n g t o m a k e i t r e a l l y o b v i o u s w h i c h o n e i s n u a n d w h i c h o n e i s V .
S o t h i s p a r a m e t e r t h a t d e s c r i b e s h o w m a n y n e u t r o n s c o m e o u t f r o m e a c h f i s s i o n r e a c t i o n w e r e f e r t o a s n u , o r t h e a v e r a g e n u m b e r y o u ' l l s e e i n t h e d a t a t a b l e s a s n u b a r . A n d s o a s w e c o m e u p w i t h t h e s e s o r t s o f t h i n g s , I w i l l s t a r t g o i n g o v e r t h e m . A n d t h e i d e a h e r e i s t h a t e a c h u r a n i u m - 2 3 5 , o r p l u t o n i u m , o r w h a t e v e r n u c l e u s b e g e t s t w o t o t h r e e n e u t r o n s , t h e e x a c t n u m b e r f o r w h i c h i s s t i l l u n d e r a h o t d e b a t e , a n d I d o n ' t t h i n k i t a c t u a l l y m a t t e r s , w i l l m a k e a c o u p l e o f f i s s i o n p r o d u c t s t h a t t a k e a w a y m o s t o f t h e h e a t o f t h e n u c l e a r r e a c t i o n .
A n d I j u s t w a n t t o s t o p t h e r e , e v e n t h o u g h y o u k n o w t h e r e ' s g o i n g t o b e a c h a i n r e a c t i o n . A n d t h a t ' s w h a t m a k e s n u c l e a r p o w e r h a p p e n . A n d w e c a n g o o v e r t h e t i m e l i n e o f w h a t a c t u a l l y h a p p e n s i n f i s s i o n a n d w h a t k i n d o f a n u c l e a r r e a c t i o n i t r e a l l y i s . S o i n t h i s c a s e , t h i s i s a r e a c t i o n w h e r e a n e u t r o n i s h e a d i n g t o w a r d s , t h i s t i m e w e ' r e a c t u a l l y g o i n g t o g i v e i t a l a b e l , a u r a n i u m - 2 3 5 n u c l e u s . A n d i t v e r y t e m p o r a r i l y , l i k e I s h o w e d y o u y e s t e r d a y , f o r m s a c o m p o u n d n u c l e u s , s o m e s o r t o f l a r g e e x c i t e d n u c l e u s t h a t l a s t s f o r a b o u t 1 0 t o t h e m i n u s 1 4 s e c o n d s .
S o i t d o e s n ' t i n s t a n t l y f i z z a p a r t . T h e r e ' s a c t u a l l y a n e u t r o n a b s o r p t i o n e v e n t , s o m e s o r t o f n u c l e a r i n s t a b i l i t y , a t w h i c h p o i n t y o u r t w o f i s s i o n p r o d u c t s b r e a k o f f . N o t i c e , y o u d o n ' t h a v e - - l e t ' s c a l l t h e m f i s s i o n p r o d u c t o n e a n d f i s s i o n p r o d u c t t w o . N o t i c e , y o u d o n ' t q u i t e h a v e a n y n e u t r o n s y e t . N e u t r o n p r o d u c t i o n i s n o t i n s t a n t a n e o u s f o r t h e f o l l o w i n g r e a s o n . I f y o u r e m e m b e r b a c k t o n u c l e a r s t a b i l i t y , w h e n w e p l o t t e d , l e t ' s s a y , I t h i n k t h a t w a s m a y b e Z a n d t h i s w a s N . A n d I t h i n k t h i s w a s a h o m e w o r k p r o b l e m . A n d y o u h a d t o c o m e u p w i t h s o m e s o r t o f c u r v e o f b e s t f i t f o r t h e m o s t s t a b l e c o m b i n a t i o n o f N Z f o r a n u c l e u s .
I t w a s n o t a s t r a i g h t l i n e . I t w a s s o m e t h i n g o n t h e o r d e r o f l i k e N e q u a l s - - w h a t i s i t ? - - 1 . 0 0 5 5 Z p l u s s o m e c o n s t a n t , s o m e t h i n g w i t h a r a t h e r s m a l l s l o p e . W e l l , i f y o u h a v e a h e a v y n u c l e u s , l i k e u r a n i u m - 2 3 5 , a n d y o u s p l i t i t a p a r t e v e n l y , l e t ' s j u s t p r e t e n d i t s p l i t s e v e n l y f o r n o w , y o u ' r e k i n d o f s p l i t t i n g t h a t n u c l e u s a l o n g a r a t h e r u n s t a b l e l i n e . A n d , a s y o u s a w i n t h e s e m i - e m p i r i c a l m a s s f o r m u l a , a l i t t l e b i t o f i n s t a b i l i t y g o e s a r e a l l y l o n g w a y t o w a r d s m a k i n g t h e
n u c l e u s e x t r e m e l y u n s t a b l e . S o l e t ' s s a y y o u ' d m a k e a c o u p l e o f f i s s i o n p r o d u c t s t h a t j u s t c l e a v e d t h a t n u c l e u s w i t h t h e s a m e p r o p o r t i o n o f p r o t o n s a n d n e u t r o n s .
H o w w o u l d t h e y d e c a y ? O r h o w c a n t h e y d e c a y ? T h e r e ' s a c o u p l e d i f f e r e n t w a y s . W h a t d o y o u g u y s t h i n k ?
A U D I E N C E : I t c a n e m i t n e u t r o n s .
M I C H A E L S H O R T : I t c a n e m i t n e u t r o n s i f i t ' s r e a l l y u n s t a b l e , a t w h i c h p o i n t i t w o u l d j u s t g o d o w n a n e u t r o n n u m b e r . O r h o w e l s e c o u l d i t d e c a y ?
A U D I E N C E : A l p h a d e c a y .
M I C H A E L S H O R T : A l p h a d e c a y . L e t ' s s e e , y e a h , a l o t o f t h o s e w i l l - - t h e h e a v i e r o n e s t e n d t o d o a l p h a d e c a y . W h a t w o u l d i t d o a t a l p h a d e c a y ? F o r a l p h a , I g u e s s i t w i l l b e g o i n g t h a t d i r e c t i o n , r i g h t ? Y o u k n o w w h a t ? I ' m n o t g o i n g t o r u l e t h a t o u t y e t . S o l e t ' s g o w i t h t h a t . H o w e l s e c o u l d t h e y d e c a y ?
A U D I E N C E : T h r o u g h b e t a d e c a y .
M I C H A E L S H O R T : T h r o u g h b e t a d e c a y , l e t ' s s a y i n t h a t d i r e c t i o n . P r e t t y m u c h a l l t h e s e h a p p e n , j u s t n o t n e c e s s a r i l y i n t h i s o r d e r . W h e n y o u h a v e a r e a l l y , r e a l l y a s y m m e t r i c n u c l e u s , a l o t o f t h e s e f i s s i o n p r o d u c t s w i l l e m i t n e u t r o n s a l m o s t i n s t a n t a n e o u s l y i n t h e r e a l m o f l i k e 1 0 t o t h e m i n u s 1 7 s e c o n d s , s o m e i n c r e d i b l y s h o r t t i m e l i n e . Y o u w i l l s t a r t t o d e c a y d o w n w a r d s a l i t t l e b i t . B u t y o u ' r e n o t q u i t e a t t h e s t a b i l i t y l i n e , w h i c h i s w h y a l o t o f t h e f i s s i o n p r o d u c t s t h e n g o o n . A n d t h e y d e p o s i t t h e i r k i n e t i c e n e r g y b y b o u n c i n g a r o u n d t h e d i f f e r e n t a t o m s i n m a t e r i a l c r e a t i n g h e a t . B u t a l o t o f t h e m w i l l a l s o s e n d o f f b e t a s o r g a m m a s .
A n d i t m a y t a k e 1 0 t o t h e m i n u s 1 3 s e c o n d s f o r t h e m t o w h a t e v e r t h e h a l f - l i f e o f t h a t p a r t i c u l a r i s o t o p e i s . A n d a f t e r a r o u n d , l e t ' s s a y , 1 0 t o t h e m i n u s 1 0 t o 1 0 t o t h e m i n u s 6 s e c o n d s , d e p e n d i n g o n t h e i s o t o p e i n t h e m e d i u m , t h o s e t w o f i s s i o n p r o d u c t s w i l l s t o p . A n d l e t ' s j u s t s a y t h a t t h e y s t o p t h e r e . S o t h e w h o l e p r o c e s s o f f i s s i o n , i t ' s a c t u a l l y q u i t e a c o m p o u n d p r o c e s s .
F i r s t , t h e n e u t r o n i s a b s o r b e d , f o r m i n g a c o m p o u n d n u c l e u s . T h e n i t s p l i t s a p a r t . T h e n t h o s e i n d i v i d u a l f i s s i o n p r o d u c t s u n d e r g o w h a t e v e r d e c a y s s u i t t h e m b e s t . A n d t h a t ' s t h e s o u r c e o f t h e n e u t r o n s i n f i s s i o n . S o m e t i m e s o n e o f t h o s e f i s s i o n p r o d u c t s m i g h t b e p a r t i c u l a r l y u n s t a b l e . A n d i t m i g h t s e n d o f f t w o n e u t r o n s . I n o t h e r c a s e s , t h o u g h I d o n ' t k n o w o f o n e o f f t h e t o p m y h e a d , i t m i g h t b e n o n e . B u t t h i s i s t h e w h o l e t i m e l i n e o f e v e n t s i n f i s s i o n a n d t h e j u s t i f i c a t i o n f o r w h y t h i s h a p p e n s s t r a i g h t f r o m t h e f i r s t m o n t h o f 2 2 . 0 1 .
A n d I w a n t e d t o p u l l u p s o m e o f t h e n u c l e a r d a t a s o y o u c a n s e e w h a t t h e s e v a l u e s t e n d t o l o o k l i k e a n d a l s o w h e r e t o f i n d t h e m . I ' m g o i n g t o d o t h a t s c r e e n c l o n i n g t h i n g a g a i n . T h e r e w e g o . S o I ' v e a l r e a d y p r e - p u l l e d u p t h e J A N I S l i b r a r y . I ' v e a l r e a d y c l i c k e d o n u r a n i u m - 2 3 5 . T h a n k s t o y o u g u y s , I h a v e a l l t h e d a t a n o w o n m y s h i r t s o y o u c a n s e e a l i t t l e b e t t e r . I a l s o h a v e i t o n t h e s c r e e n .
S o l e t ' s l o o k a t t h i s v a l u e r i g h t h e r e , n u b a r t o t a l , n e u t r o n p r o d u c t i o n . A n d I ' l l m a k e i t b i g g e r s o i t ' s e a s i e r t o s e e . D i d I c l i c k o n t h e r i g h t o n e ? Y e a h . S o t a k e a l o o k a t t h a t . T h e t o t a l n u m b e r o f n e u t r o n s p r o d u c e d d u r i n g U - 2 3 5 , f o r m o s t e n e r g i e s i t ' s h o v e r i n g a r o u n d t h e 2 . 4 o r s o . T h e r e ' s b e e n a r g u m e n t s a b o u t w h e t h e r i t ' s 2 . 4 3 o r 2 . 4 4 . A n d t h a t ' s a l i n e a r s c a l e . T h a t ' s n o t v e r y h e l p f u l . L e t ' s g o t o a l o g a r i t h m i c s c a l e .
T h a t ' s m o r e l i k e w h a t I ' m u s e d t o s e e i n g . M o s t o f t h e f i s s i o n h a p p e n s f o r U - 2 3 5 i n t h e t h e r m a l r e g i o n , i n t h e r e g i o n w h e r e t h e n e u t r o n s a r e a t v a l u e s , l e t ' s s a y , t h e c u t o f f i s u s u a l l y a b o u t o n e e l e c t r o n v o l t o r l o w e r i n a v e r a g e e n e r g y . A n d n u b a r i s f a n t a s t i c a l l y c o n s t a n t a t t h a t l e v e l . T h e n a s y o u g o u p a n d u p i n e n e r g y , y o u s t a r t t o m a k e m o r e a n d m o r e n e u t r o n s . W h y d o y o u g u y s t h i n k t h a t w o u l d b e t h e c a s e ? W h a t a r e y o u d o i n g t o t h a t c o m p o u n d n u c l e u s a s y o u i n c r e a s e t h e i n c o m i n g n e u t r o n e n e r g y ?
A U D I E N C E : I t ' s g o i n g t o h a v e m o r e e n e r g y .
M I C H A E L S H O R T : I t ' s g o i n g t o h a v e m o r e e n e r g y i t s e l f . Y o u m i g h t e x c i t e o t h e r n u c l e a r s t a t e s t h a t c a n t h e n l e a d t o o t h e r s o r t s o f d e c a y s o r o t h e r n e u t r o n e m i s s i o n . S o t o m e , t h a t ' s t h e r e a s o n w h y , o n c e y o u h i t a b o u t 1 M e V , y o u c a n s t a r t t o s e e a l o t m o r e n e u t r o n s b e i n g g i v e n o f f . T h e r e a s o n w e u s u a l l y t r e a t t h i s a s a c o n s t a n t , n o t i c e I h a v e n ' t g i v e n i t a n e n e r g y d e p e n d e n c e , i s b e c a u s e m o s t o f t h e f i s s i o n t h a t h a p p e n s i s a t t h e r m a l e n e r g i e s .
F o r t h a t , I w a n t t o s h o w y o u t h e f i s s i o n c r o s s s e c t i o n . T h e r e a r e a l o t o f c r o s s s e c t i o n s . A n d i t ' s p r o b a b l y g o i n g t o b e o n a d i f f e r e n t g r a p h , b e c a u s e i t ' s i n d i f f e r e n t u n i t s . A n d t h i s g i v e s y o u a r o u g h m e a s u r e p e r a t o m , w h a t ' s t h e p r o b a b i l i t y o f f i s s i o n h a p p e n i n g a s a f u n c t i o n o f i n c o m i n g n e u t r o n e n e r g y ? A t t h o s e h i g h e n e r g i e s , y o u h a v e r e l a t i v e l y l o w c r o s s s e c t i o n s , o r l o w p r o b a b i l i t i e s , o f f i s s i o n h a p p e n i n g .
T h e n t h e r e ' s t h i s c r a z y r e s o n a n c e r e g i o n t h a t l o o k s l i k e a s i d e w a y s m u s t a c h e . B u t t h e n a s y o u g e t d o w n t o t h e l o w e r e n e r g y l e v e l s , i t g e t s m u c h m o r e , i n f a c t , e x p o n e n t i a l l y m o r e , l i k e l y t h a t f i s s i o n w i l l h a p p e n . S o a l m o s t a l l t h e f i s s i o n i n g i n a l i g h t w a t e r r e a c t o r , o r a n y s o r t o f o t h e r
t h e r m a l r e a c t o r , h a p p e n s a t t h e r m a l e n e r g i e s . A n d t h a t ' s w h y w e t a k e n u b a r a s a c o n s t a n t . Y o u d o n ' t h a v e t o , e s p e c i a l l y i f y o u ' r e a n a l y z i n g w h a t ' s c a l l e d a f a s t r e a c t o r o r a r e a c t o r w h o s e n e u t r o n p o p u l a t i o n r e m a i n s f a s t o n p u r p o s e .
A n d s o w i t h t h a t , I w a n t t o l a u n c h i n t o s o m e o f t h e d i f f e r e n t t y p e s o f r e a c t o r s t h a t y o u m i g h t s e e . A n d y o u g u y s a l r e a d y d i d t h o s e c a l c u l a t i o n s i n p r o b l e m s e t o n e , s o I d o n ' t h a v e t o r e p e a t t h e m f o r y o u . L e t ' s g e t r i g h t i n t o t h e a c r o n y m s . S o i f y o u h a v e n ' t f i g u r e d t h i s o u t a l r e a d y , n u c l e a r i s a p r e t t y a c r o n y m d e n s e f i e l d . C a n a n y o n e s a y t h e y k n o w a l l t h e a c r o n y m s o n t h i s s l i d e ? Y o u ' r e g o i n g t o k n o w a b o u t 9 0 % o f t h e m i n a b o u t 9 0 m i n u t e s . S o i t ' s O K . O r y o u ' l l h a v e s e e n t h e m a t l e a s t . A n y l o o k c o m p l e t e l y u n f a m i l i a r ?
A U D I E N C E : M o s t o f t h e m .
M I C H A E L S H O R T : M o s t o f t h e m ?
[ L A U G H T E R ]
W e l l , l e t ' s k n o c k t h e m o f f . S o [ I N A U D I B L E ] , l a s t T h u r s d a y , a l r e a d y s h o w e d y o u t h e b a s i c l a y o u t o f a b o i l i n g w a t e r r e a c t o r , o n e o f t h e t y p e s o f l i g h t w a t e r r e a c t o r s . A n d t h e r e a s o n t h a t t h i s i s a t h e r m a l r e a c t o r i s b e c a u s e i t ' s f u l l o f w a t e r . W a t e r , a s w e s a w i n o u r o l d q e q u a t i o n a r g u m e n t , i s v e r y g o o d a t s t o p p i n g n e u t r o n s , b e c a u s e , i f y o u g u y s r e m e m b e r t h i s , t h e m a x i m u m c h a n g e i n e n e r g y t h a t a n e u t r o n c a n g e t i s r e l a t e d t o a l p h a t i m e s i t s i n c o m i n g e n e r g y . O r t h i s a l p h a i s j u s t A m i n u s 1 o v e r A p l u s 1 s q u a r e d . A n d I t h i n k t h i s w o u l d a c t u a l l y b e a 1 m i n u s r i g h t t h e r e .
A i s t h a t m a s s n u m b e r o f w h a t e v e r t h e n e u t r o n s a r e h i t t i n g . A n d t h a t o n e c o m e s d i r e c t l y f r o m t h e n e u t r o n m a s s n u m b e r . I f y o u r e m e m b e r , t h i s w a s t h e s i m p l e s t r e d u c t i o n o f t h e q e q u a t i o n , t h e g e n e r a l i z e d q e q u a t i o n f o r k i n e m a t i c s t h a t w e l o o k e d a t . W h e n I s a i d l e t ' s d o t h e g e n e r a l f o r m , t h e n O K , l e t ' s t a k e t h e s i m p l e s t f o r m , n e u t r o n e l a s t i c s c a t t e r i n g . H e r e ' s w h e r e i t c o m e s b a c k . I f a n e u t r o n h i t s w a t e r , w h i c h i s m a d e m o s t l y o f h y d r o g e n , a n d A i s 1 , t h e n i t c a n t r a n s f e r a m a x i m u m o f a l l o f i t s e n e r g y , l e t ' s s a y , t o t h a t h y d r o g e n a t o m , t h e r e f o r e , g i v i n g t h e n e u t r o n n o e n e r g y a n d t h e r m a l i z i n g i t o r s l o w i n g i t d o w n v e r y q u i c k l y .
T o s h o w y o u w h a t o n e o f t h e s e t h i n g s a c t u a l l y l o o k s l i k e , t h a t ' s t h e u n d e r s i d e o f a B W R . D i d [ I N A U D I B L E ] s h o w y o u t h i s b e f o r e ? O K . S o y o u ' v e a l r e a d y s e e n w h a t t h i s g e n e r a l l y l o o k s l i k e . W h a t a b o u t t h e t u r b i n e ? H a s a n y o n e a c t u a l l y s e e n a t u r b i n e t h i s s i z e c l o s e u p , a g i g a w a t t e l e c t r i c t u r b i n e ? I ' m t r y i n g t o s e e w h i c h o n e o f t h o s e p i x e l s i s a p e r s o n .
I d o n ' t s e e a n y t h i n g p e r s o n - s i z e d . T h e r e ' s a l a d d e r t h a t l o o k s t o b e a b o u t 6 f e e t t a l l , s o t o g i v e y o u g u y s a s e n s e o f s c a l e o f t h e s o r t o f t u r b i n e s t h a t w e s a y , o h , y e a h , w e d r a w a t u r b i n e o n o u r d i a g r a m . W e l l , i t ' s n o t a c t u a l l y t h a t s i m p l e . T h e s e t h i n g s t a k e u p e n t i r e h a l l w a y s , o r k i n d o f a i r p o r t h a n g a r s i z e d b u i l d i n g s . I ' v e n e v e r s e e n o n e i n t h e U S , b u t I ' v e s e e n o n e i n J a p a n . I t w a s a l o t c l e a n e r t h a n t h i s . B u t , o t h e r w i s e , i t l o o k e d p r e t t y m u c h t h e s a m e .
A n d t h e w a y t h i s a c t u a l l y w o r k s , f o r t h o s e w h o h a v e n ' t t a k e n a n y t h e r m o c l a s s e s y e t , i s t h i s t u r b i n e i s f u l l o f d i f f e r e n t s e t s o f b l a d e s t h a t a r e c u r v e d a t a n a n g l e s o t h a t w h e n s t e a m s h o o t s i n , i t t r a n s f e r s s o m e o f i t s e n e r g y t o g e t t h e t u r b i n e r o t a t i n g . A n d t h e r e ' s g o i n g t o b e a g e n e r a t o r , k i n d o f l i k e a n a l t e r n a t o r , t o g e n e r a t e t h e e l e c t r i c i t y t h e r e , w h i c h l o o k s t o b e r o u g h l y 1 0 0 f e e t a w a y . J u s t t o g i v e y o u a s e n s e o f s c a l e f o r t h i s s t u f f .
A s [ I N A U D I B L E ] s h o w e d y o u , a p r e s s u r i z e d w a t e r r e a c t o r i s a n o t h e r k i n d o f l i g h t w a t e r r e a c t o r w i t h w h a t ' s c a l l e d a n i n d i r e c t c y c l e . S o t h i s w a t e r s t a y s p r e s s u r i z e d . I t a l s o s t a y s l i q u i d , w h i c h i s g o o d f o r n e u t r o n m o d e r a t i o n o r s l o w i n g d o w n . B e c a u s e i n a d d i t i o n t o t h e p r o b a b i l i t y o f a n y i n t e r a c t i o n , s o m e p r o b a b i l i t y s i g m a , i f y o u w a n t t o g e t t h e t o t a l r e a c t i o n p r o b a b i l i t y , y o u h a v e t o m u l t i p l y b y i t s n u m b e r d e n s i t y t o g e t a m a c r o s c o p i c c r o s s s e c t i o n . T h i s i s w h y I i n t r o d u c e t h i s s t u f f w a y a t t h e b e g i n n i n g o f c l a s s , s o y o u ' d h a v e t i m e t o m a r i n a t e i n i t a n d t h e n b r i n g i t b a c k a n d r e m e m b e r w h a t i t w a s a l l a b o u t .
A n d s o e v e r y s i n g l e r e a c t i o n t h a t g o e s o n i n a n u c l e a r r e a c t o r h a s g o t i t s o w n c r o s s s e c t i o n . W e ' l l p r o b a b l y n e e d h a l f t h e b o a r d f o r t h i s o n e . Y o u c a n s a y y o u h a v e a t o t a l m i c r o s c o p i c c r o s s s e c t i o n . T h e s e a r e a l l g o i n g t o b e a s a f u n c t i o n o f n e u t r o n e n e r g y . W h a t ' s t h e p r o b a b i l i t y o f a n y t h i n g h a p p e n i n g a t a l l ? A n d t h e s e a r e a c t u a l l y t a b u l a t e d u p o n t h e J A N I S w e b s i t e . S o l e t ' s u n c l i c k t h a t , g e t r i d o f n e u t r o n p r o d u c t i o n , a n d g o a l l t h e w a y t o t h e t o p , n c o m m a t o t a l .
S o a l l t h i s s t u f f i s w r i t t e n i n n u c l e a r r e a c t i o n p a r l a n c e , w h e r e i f y o u h a v e , l e t ' s s a y , n c o m m a t o t a l , t h a t m e a n s a n e u t r o n c o m e s i n , a n d t h a t ' s t h e r e a c t i o n t h a t y o u ' r e l o o k i n g a t . S o t h i s d a t a f i l e h e r e , o n c e I o p e n i t u p , w i l l g i v e y o u t h e p r o b a b i l i t y t h a t a n y t h i n g a t a l l w i l l h a p p e n . Y o u c a n s e e a s t h e n e u t r o n e n e r g y g e t s h i g h e r , t h e p r o b a b i l i t y o f a n y t h i n g h a p p e n i n g a t a l l g e t s l e s s , a n d l e s s , a n d l e s s . A n d i t f o l l o w s t h e s h a p e o f m o s t o f t h e o t h e r c r o s s s e c t i o n s . A n d I ' m g o i n g t o l e a v e t h i s u p r i g h t t h e r e .
Y o u ' v e a l s o g o t a f e w d i f f e r e n t k i n d s o f r e a c t i o n s . Y o u c a n h a v e a s c a t t e r . L e t ' s c a l l t h a t s c a t t e r , w h i c h w e ' v e a l r e a d y s a i d c a n e i t h e r b e e l a s t i c o r i n e l a s t i c . I t m a y n o t m a t t e r t o u s f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f n e u t r o n p h y s i c s w h e t h e r t h e c o l l i s i o n i s e l a s t i c o r i n e l a s t i c . A l l t h a t m a t t e r s
i s t h e n e u t r o n g o e s i n , a n d a s l o w e r n e u t r o n c o m e s o u t . B e c a u s e w h a t w e ' r e r e a l l y c o n c e r n e d w i t h h e r e i s t r a c k i n g t h e f u l l p o p u l a t i o n o f n e u t r o n s a t a n y p o i n t i n t h e r e a c t o r .
S o w e ' l l g i v e t h i s a p o s i t i o n v e c t o r r , w h i c h h a s j u s t g o t x , y , a n d z i n i t o r w h a t e v e r o t h e r c o o r d i n a t e s y s t e m y o u m i g h t h a p p e n t o u s e . I p r e f e r C a r t e s i a n , b e c a u s e i t m a k e s s e n s e . A t e v e r y e n e r g y g o i n g i n a n y d i r e c t i o n , s o w e n o w h a v e a s o l i d a n g l e d v e c t o r t h a t ' s g o t b o t h t h e t a a n d p h i i n i t a n y g i v e n t i m e . A n d t h e w h o l e g o a l o f w h a t w e ' r e g o i n g t o b e d o i n g t o d a y a n d a l l o f n e x t w e e k i s t o f i n d o u t , h o w d o y o u s o l v e f o r a n d s i m p l i f y t h i s p o p u l a t i o n o f n e u t r o n s ?
M a k e s u r e t o f i l l t h a t i n a s v e l o c i t y . L e t ' s s e e . L e t m e g e t b a c k t o t h e c r o s s s e c t i o n s a n d s t u f f . I f w e w a n t t o k n o w h o w m a n y n e u t r o n s a r e i n a c e r t a i n l i t t l e v o l u m e e l e m e n t , i n s o m e d v o l u m e , i n s o m e c e r t a i n l i t t l e i n c r e m e n t o f e n e r g y , d E , t r a v e l i n g i n s o m e v e r y s m a l l , s o l i d a n g l e , d o m e g a , s u p p o s e d l y , i f y o u h a v e t h i s f u n c t i o n , t h e n y o u k n o w t h e d i r e c t i o n , a n d l o c a t i o n , a n d s p e e d o f e v e r y s i n g l e n e u t r o n e v e r y w h e r e i n t h e r e a c t o r .
A n d t h i s i s e v e n t u a l l y w h a t t h e g o a l o f t h i n g s l i k e B e n a n d K o r d ' s g r o u p d o e s , t h e C o m p u t a t i o n a l R e a c t o r P h y s i c s G r o u p , i s s o l v e f o r t h i s o r a s i m p l i f i e d v e r s i o n o f i t , o v e r , a n d o v e r , a n d o v e r a g a i n f o r d i f f e r e n t s o r t s o f g e o m e t r i e s . A n d i n o r d e r t o d o s o , y o u n e e d t o k n o w t h e r a t e s o f r e a c t i o n s o f e v e r y k i n d o f p o s s i b l e r e a c t i o n t h a t c o u l d t a k e a n e u t r o n o u t o f i t s c u r r e n t p o s i t i o n , l i k e i f i t h a p p e n s t o b e m o v i n g , w h i c h m o s t o f t h e m a r e , o u t o f i t s c u r r e n t e n e r g y g r o u p . W h i c h p r e t t y m u c h a n y r e a c t i o n w i l l c a u s e t h e n e u t r o n t o l o s e e n e r g y . W h a t ' s t h e o n l y r e a c t i o n w e ' v e t a l k e d a b o u t w h e r e t h e n e u t r o n l o s e s a b s o l u t e l y n o e n e r g y ? I t ' s a t y p e o f s c a t t e r i n g .
A U D I E N C E : F o r w a r d s c a t t e r i n g ?
M I C H A E L S H O R T : Y e p , e x a c t l y , f o r w a r d s c a t t e r i n g . S o f o r f o r w a r d s c a t t e r i n g f o r t h a t c a s e w h e r e t h e t a s c a t t e r i n g e q u a l s 0 . A g a i n , y o u m i s s e d . T h e n e u t r o n d i d n ' t a c t u a l l y c h a n g e d i r e c t i o n a t a l l . A n d , t h e r e f o r e , i t d i d n ' t t r a n s f e r a n y e n e r g y . B u t f o r e v e r y t h i n g e l s e , f o r e v e r y o t h e r p o s s i b l e r e a c t i o n , t h e r e ' s g o i n g t o b e a n e n e r g y c h a n g e a s s o c i a t e d w i t h i t a n d p r o b a b l y s o m e c o r r e s p o n d i n g c h a n g e i n a n g l e , b e c a u s e a n e u t r o n c a n ' t j u s t b e m o v i n g , a n d h i t s o m e t h i n g , a n d c o n t i n u e m o v i n g m o r e s l o w l y . T h e r e ' s g o t t o b e s o m e c h a n g e i n m o m e n t u m t o b a l a n c e a l o n g w i t h t h a t c h a n g e o f e n e r g y .
A n d i t m i g h t s l i g h t l y m o v e i n s o m e d i f f e r e n t d i r e c t i o n . A n d a l l t h i s i s h a p p e n i n g a s a f u n c t i o n o f t i m e . A s y o u c a n s e e , t h i s g e t s p r e t t y h a i r y p r e t t y q u i c k . T h a t ' s w h y w e p u t t h e f u l l e q u a t i o n f o r t h i s o n o u r d e p a r t m e n t t - s h i r t s . B u t n o o n e e v e r s o l v e s t h e f u l l t h i n g . W h a t w e ' r e g o i n g t o b e
g o i n g o v e r i s , h o w d o y o u s i m p l i f y i t i n t o s o m e t h i n g y o u c a n s o l v e w i t h a p e n a n d p a p e r o r p o s s i b l y a g i g a n t i c c o m p u t e r ? B u t i t ' s n o t i m p o s s i b l e .
S o i n s i d e t h i s s i g m a t o t a l , w e t a l k e d a b o u t d i f f e r e n t s c a t t e r i n g . A n d t h e n y o u c o u l d h a v e a b s o r p t i o n i n a l l i t s d i f f e r e n t f o r m s . W h a t s o r t o f r e a c t i o n s w i t h a n e u t r o n w o u l d c a u s e i t t o b e a b s o r b e d ?
A U D I E N C E : F i s s i o n .
M I C H A E L S H O R T : Y e s , f i s s i o n . T h a n k y o u . S o t h e r e ' s g o i n g t o b e s o m e s i g m a f i s s i o n c r o s s s e c t i o n a s a f u n c t i o n o f e n e r g y . A n d i f i t d o e s n ' t f i z z , b u t i t i s a b s o r b e d , w e ' l l c a l l t h a t c a p t u r e . B u t c a p t u r e c a n m e a n a w h o l e b u n c h o f d i f f e r e n t t h i n g s t o o , r i g h t ? T h e r e c o u l d b e a l s o a w h o l e b u n c h o f o t h e r n u c l e a r r e a c t i o n s . T h e r e c o u l d b e a r e a c t i o n w h e r e o n e n e u t r o n c o m e s i n , t w o n e u t r o n s g o o u t , l i k e w e l o o k e d a t w i t h b e r y l l i u m i n t h e C h a d w i c k p a p e r f r o m t h e f i r s t d a y o r l i k e w h a t a c t u a l l y d o e s e x i s t f o r t h i s s t u f f .
S o J A N I S d o e s n ' t l i k e m u l t i - t o u c h , s o y o u h a v e t o b e a r w i t h m e o n t h e s m a l l p r i n t o n t h e s c r e e n . B u t t h e r e s h o u l d b e - - y e p , h e r e i t i s . C r o s s s e c t i o n n u m b e r 1 6 , t h e r e i s a p r o b a b i l i t y t h a t o n e n e u t r o n g o e s i n . T h a t z r i g h t t h e r e i s w h a t e v e r y o u r i n c o m i n g p a r t i c l e h a p p e n s t o b e . A n d i n t h i s c a s e , w e k n o w i t ' s a n e u t r o n , b e c a u s e w e p i c k e d i n c i d e n t n e u t r o n d a t a . A n d 2 n m e a n s t w o n e u t r o n s c o m e o u t . L e t ' s p l o t t h a t c r o s s s e c t i o n .
Y o u c a n s e e t h a t t h e v a l u e i s 0 u n t i l y o u h i t a b o u t 4 o r 5 . O h , i t ' s a c t u a l l y 5 . 2 9 7 7 8 1 M e V . S o t h a t ' s t h e q v a l u e a t w h i c h t h i s p a r t i c u l a r r e a c t i o n h a p p e n s t o t u r n o n . M i g h t b e r e s p o n s i b l e f o r a l i t t l e b i t o f t h e b l i p i n t h e t o t a l c r o s s s e c t i o n . S o t e c h n i c a l l y , i f w e w e r e t o t u r n o n e v e r y s i n g l e c r o s s s e c t i o n i n t h i s d a t a b a s e , i t s h o u l d a d d u p t o t h a t r e d l i n e r i g h t t h e r e . S o y o u c a n s t a r t t o g e t a n i d e a f o r h o w m u c h o f a l l t h e r e a c t i o n s o f u r a n i u m - 2 3 5 a r e d u e t o f i s s i o n . T h a t ' s t h e o n e w e w a n t t o e x p l o i t .
S o l e t ' s f i n d f i s s i o n , r i g h t d o w n t h e r e . O h , w o w , t h e r e ' s a 3 n r e a c t i o n . I w a n t t o s e e t h a t . T h a t d o e s n ' t h a p p e n u n t i l 1 2 M e V . Y e a h . S o n e u t r o n s d o n ' t t y p i c a l l y t e n d t o h i t 1 2 M e V i n a f i s s i o n r e a c t o r . S o t h i s i s a p e r f e c t f l i m s y p r e t e x t t o b r i n g i n a n o t h e r v a r i a b l e . I t ' s c a l l e d t h e c h i s p e c t r u m o r w h a t ' s c a l l e d t h e f i s s i o n b i r t h s p e c t r u m . Y e a h .
W e ' v e a l r e a d y t a l k e d a b o u t t h e n e u t r o n s b e i n g b o r n a n d h o w m a n y t h e r e w e r e . B u t w e d i d n ' t s a y a t w h a t e n e r g y t h e y ' r e b o r n . I n f u s i o n r e a c t o r s , t h i s i s p r e t t y s i m p l e . Y o u ' v e a l r e a d y l o o k e d a t t h i s c a s e . W h a t i s i t ? 1 4 . 7 M e V . T h a t ' s a l o t s i m p l e r . T h a t ' s t h e f u s i o n . F o r f i s s i o n , i t ' s n o t s o
s i m p l e . F o r t h e c a s e o f f i s s i o n , i f y o u d r a w e n e r g y v e r s u s t h i s c h i s p e c t r u m , i t t a k e s a n i n t e r e s t i n g l o o k i n g c u r v e f r o m a b o u t 1 M e V t o a b o u t 1 0 M e V w i t h t h e m o s t l i k e l y e n e r g y b e i n g a r o u n d 2 M e V .
S o y o u a r e n ' t r e a l l y g o i n g t o g e t n e u t r o n s a t t h e e n e r g y r e q u i r e d f o r a 3 n r e a c t i o n i n a r e g u l a r f i s s i o n r e a c t o r , j u s t n o t g o i n g t o h a p p e n . B u t i t ' s g o o d t h a t y o u k n o w t h a t t h a t e x i s t s . S o l e t ' s g o a n d a n s w e r m y o r i g i n a l q u e s t i o n . H o w m u c h o f t h e t o t a l c r o s s s e c t i o n i s d u e t o f i s s i o n ?
M o s t o f i t , e s p e c i a l l y a t l o w e n e r g i e s . S o l e t m e g e t r i d o f t h o s e 2 n a n d 3 n o n e s , b e c a u s e t h e y ' r e k i n d o f r u i n i n g o u r d a t a . I t ' s m a k i n g i t h a r d e r t o s e e . T h a t ' s b e t t e r . S o y o u c a n s e e a t e n e r g i e s b e l o w a r o u n d , l e t ' s s a y , a k e V o r s o , a l m o s t a l l o f t h e r e a c t i o n s h a p p e n i n g w i t h n e u t r o n s i n u r a n i u m - 2 3 5 a r e f i s s i o n . T h i s i s p a r t o f w h a t m a k e s i t s u c h a p a r t i c u l a r l y g o o d i s o t o p e t o u s e i n r e a c t o r s . T h e o t h e r o n e i s , y o u c a n f i n d i t i n t h e g r o u n d , u n l i k e m o s t o f t h e o t h e r f i s s i l e i s o t o p e s , u n l i k e , I t h i n k , a n y o f t h e o t h e r f i s s i l e i s o t o p e s .
T h o r i u m y o u g o t t o b r e e d a n d t u r n i t i n t o u r a n i u m - 2 3 3 . I ' l l h a v e t o t h i n k a b o u t t h a t o n e . B u t t h e n y o u s t a r t t o l o o k a t , w h a t a r e t h e o t h e r c o m p o n e n t s o f t h i s c r o s s s e c t i o n , l i k e z n p r i m e , i n e l a s t i c s c a t t e r i n g , w h i c h d o e s n ' t t u r n o n u n t i l a b o u t 0 . 0 0 2 M e V , b u t l a t e r o n i s o n e o f t h e m a j o r c o n t r i b u t o r s a n d a c t u a l l y i s r e s p o n s i b l e f o r - - w a i t , I ' v e b r o u g h t t h i s f o r a r e a s o n . - - i s r e s p o n s i b l e f o r t h a t l i t t l e b u m p i n t h e t o t a l c r o s s s e c t i o n . S o e v e n t u a l l y a l l t h e s e t h i n g s d o m a t t e r .
B u t l e t ' s t h i n k a b o u t w h i c h o n e s w e a c t u a l l y c a r e a b o u t a t a l l , b e c a u s e w h a t w e e v e n t u a l l y w a n t t o d o i s d e v e l o p s o m e s o r t o f n e u t r o n b a l a n c e e q u a t i o n . I f w e c a n m e a s u r e t h e c h a n g e i n t h e n u m b e r o f n e u t r o n s a s a f u n c t i o n o f p o s i t i o n , e n e r g y , a n g l e , a n d t i m e , a s a f u n c t i o n o f t i m e , a n d t h a t w o u l d p r o b a b l y b e a p a r t i a l d e r i v a t i v e , b e c a u s e t h e r e a r e l i k e s e v e n v a r i a b l e s h e r e . B e f o r e I w r i t e a n y e q u a t i o n s , i t ' s j u s t g o i n g t o b e a m e a s u r e o f t h e g a i n s m i n u s t h e l o s s e s .
A n d w h i l e e v e r y p a r t i c u l a r r e a c t i o n h a s i t s o w n c r o s s s e c t i o n , t h e r e ' s o n l y g o i n g t o b e a f e w t h a t w e c a r e a b o u t . T h e r e w i l l o n l y b e o n e o r t w o t y p e s o f r e a c t i o n s t h a t c a n r e s u l t i n a g a i n o f t h e n e u t r o n p o p u l a t i o n i n t o a c e r t a i n v o l u m e w i t h a c e r t a i n e n e r g y w i t h a c e r t a i n a n g l e . A n d f o r l o s s e s , t h e r e ' s o n l y o n e w e r e a l l y c a r e a b o u t , t o t a l , b e c a u s e a n y i n t e r a c t i o n w i t h a n e u t r o n i s g o i n g t o c a u s e t h a t n e u t r o n t o l e a v e t h i s l i t t l e g r o u p o f p e r f e c t p o s i t i o n , e n e r g y , a n d a n g l e .
S o t h a t ' s w h e r e w e ' r e g o i n g . W e ' l l p r o b a b l y s t a r t d o w n t h a t r o u t e o n T u e s d a y , b e c a u s e I p r o m i s e d y o u g u y s c o n t e x t t o d a y . Y o u ' v e a l l b e e n t o t h e M I T R e s e a r c h R e a c t o r . A c o u p l e o f
y o u - - a r e y o u r u n n i n g i t y e t ?
A U D I E N C E : Y e a h .
M I C H A E L S H O R T : A w e s o m e . O K . Y e a h . Y e a h , s o S a r a h a n d J a r e d a r e d o i n g t h a t . A n y o n e e l s e t r a i n i n g o r t r a i n e d ? N o . I ' d s a y f o l k s a r e u s u a l l y p r e t t y s c a r e d w h e n t h e y f i n d o u t M I T h a s a r e a c t o r . A n d t h e y ' r e e v e n m o r e s c a r e d w h e n t h e y f i n d o u t y o u g u y s r u n i t .
A U D I E N C E : Y e a h .
M I C H A E L S H O R T : W h a t t h e y d o n ' t r e a l i z e i s t h e r e ' s b e e n b a s i c a l l y n o p r o b l e m s s i n c e 1 9 5 4 . T h e o n l y o n e I k n o w o f i s s o m e o n e f e l l a s l e e p a t t h e c o n t r o l s o n c e a n d f o r g o t t o p u s h t h e D o n ' t C a l l F o x N e w s b u t t o n , a n d i t c a l l e d F o x N e w s o r s o m e t h i n g . S o t h e r e w a s a b i g s t o r y a b o u t , a s l e e p a t t h e h e l m , i g n o r i n g a l l o f t h e a l a r m s , a n d p a s s i v e s a f e t y s y s t e m s , a n d b a c k u p o p e r a t o r s , a n d e v e r y t h i n g e l s e t h a t a c t u a l l y m a d e s u r e t h a t n o t h i n g h a p p e n e d .
B u t n o w a d a y s , c o r r e c t m e i f I ' m w r o n g , y o u a c t u a l l y h a v e t o g e t u p e v e r y h a l f h o u r , r e a c h a r o u n d a p a n e l , a n d h i t a b u t t o n , r i g h t ?
A U D I E N C E : N o . I t ' s o n c o n s o l e , b u t i t b e e p s a t y o u .
M I C H A E L S H O R T : A h .
A U D I E N C E : Y e a h , i t ' s p r e t t y t i r i n g .
M I C H A E L S H O R T : S o y o u w a n t t o h i t i t b e f o r e i t b e e p s a t y o u .
A U D I E N C E : I t ' s r e m i n d i n g y o u t o t a k e h o u r l y l o g s .
M I C H A E L S H O R T : O K .
A U D I E N C E : I t d o e s g o o f f e v e r y h a l f h o u r .
A U D I E N C E : I t i s h a l f h o u r , b u t y o u w e d o n ' t d o [ I N A U D I B L E ] .
M I C H A E L S H O R T : A h , O K , y e a h . I ' d h e a r d t h e b u t t o n ' s e v e r y h a l f h o u r . G o t c h a . C o o l . Y e a h , s o f o r a l l o f y o u w a t c h i n g o n c a m e r a o r w h a t e v e r , j u s t k n o w t h a t t h e s e g u y s g o t i t u n d e r c o n t r o l . S o o n t o s o m e g a s c o o l e d r e a c t o r s a n d t o e x p l a i n s o m e o f t h e s e a c r o n y m s . T h e r e a r e s o m e t h a t u s e n a t u r a l u r a n i u m , t h o u g h p r e t t y m u c h a l l t h e o n e s i n t h i s c o u n t r y , y o u n e e d t o e n r i c h t h e u r a n i u m t o g e t e n o u g h U - 2 3 5 t o t u r n t h e r e a c t i o n o n . B u t y o u d o n ' t h a v e t o d o t h a t i n e v e r y c a s e .
A n d y o u ' l l a l s o s e e t h e s e a c r o n y m s , L E U , M E U , o r H E U , s t a n d i n g f o r L o w , M e d i u m , o r H i g h E n r i c h m e n t . T h e a c c e p t e d s t a n d a r d f o r w h a t ' s l o w e n r i c h e d u r a n i u m i s 2 0 % o r b e l o w . A n i n t e r e s t i n g f a c t , t h o u g h , y o u c a n ' t h a v e s o m e t h i n g a t 1 9 . 9 9 % e n r i c h e d u r a n i u m a n d e x p e c t i t t o b e l o w e n r i c h e d u r a n i u m , b e c a u s e e v e r y m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e h a s s o m e e r r o r . A n d w h a t r e a l l y d e t e r m i n e s i f i t ' s L E U i s w h e n a n i n s p e c t o r c o m e s a n d t a k e s a s a m p l e , i t b e t t e r b e b e l o w 2 0 % i n c l u d i n g t h e i r e r r o r .
S o y o u ' l l u s u a l l y s e e 1 9 . 7 5 % g i v e n a s t h e L E U l i m i t , b e c a u s e t h e r e ' s a l w a y s s o m e p r o c e s s i n g e r r o r , i n h o m o g e n e i t i e s , m e a s u r e m e n t e r r o r . H e d g e y o u r b e t s , p r e t t y m u c h . L i k e i n E n g l a n d o r t h e U K , t h e a d v a n c e d g a s r e a c t o r s h a v e b e e n c h u r n i n g a l o n g f o r d e c a d e s . T h e y a c t u a l l y u s e C O 2 a s t h e c o o l a n t , w h i c h i s r e l a t i v e l y i n e r t . A n d t h e y u s e g r a p h i t e a s t h e m o d e r a t o r . S o i n t h i s c a s e , t h e c o o l a n t a n d t h e m o d e r a t o r a r e s e p a r a t e , u n l i k e t h e l i g h t w a t e r r e a c t o r s w e h a v e . S o t h i s w a y , t h e g r a p h i t e , r i g h t h e r e , j u s t s i t s i n s o l i d f o r m a n d s l o w s d o w n t h e n e u t r o n s , n o t q u i t e a s g o o d a s w a t e r , b u t p r e t t y g o o d .
T h e r e i s a n i s s u e , t h o u g h , t h a t C O 2 , j u s t l i k e a n y t h i n g , h a s a n a t u r a l d e c o m p o s i t i o n r e a c t i o n , w h e r e C O 2 n a t u r a l l y i s i n e q u i l i b r i u m w i t h C O a n d O 2 . A n d O 2 p l u s g r a p h i t e y i e l d s C O 2 g a s . G r a p h i t e w a s s o l i d . I n t a l k i n g w i t h a c o u p l e f o l k s f r o m t h e N a t i o n a l N u c l e a r L a b o r a t o r y , t h e y s a i d t h a t 4 0 y e a r s l a t e r , w h e n t h e y t o o k t h e c a p s o f f t h e s e r e a c t o r s , a l o t o f t h a t g r a p h i t e w a s j u s t g o n e w i t h a g o o d e x p l a n a t i o n . I t v a p o r i z e d v e r y , v e r y , v e r y s l o w l y o v e r 4 0 y e a r s o r s o d u e t o t h i s n a t u r a l r e c o m b i n a t i o n w i t h w h a t e v e r l i t t l e b i t o f O 2 i s i n e q u i l i b r i u m w i t h C O 2 a n d p o s s i b l y s o m e o t h e r l e a k s .
I ' m s u r e I w o u l d n ' t h a v e b e e n t o l d t h a t i f t h e r e w a s a l e a k . S o I ' d s a y t h e f e a s i b i l i t y i s h i g h , b e c a u s e t h e y ' v e b e e n r u n n i n g f o r a l m o s t h a l f a c e n t u r y . T h e p o w e r d e n s i t y i s v e r y l o w . W h y d o y o u g u y s t h i n k t h a t ' s t h e c a s e ? Y e a h .
A U D I E N C E : [ I N A U D I B L E ]
M I C H A E L S H O R T : M m - h m .
A U D I E N C E : [ I N A U D I B L E ]
M I C H A E L S H O R T : A b s o l u t e l y . S o w e l l , l e t ' s s a y , y o u n e e d t h e s a m e c o o l i n g c a p a c i t y , b u t y o u ' r e r i g h t . C O 2 , e v e n i f p r e s s u r i z e d , i s n o t a s g o o d a h e a t t r a n s f e r m e d i u m a s w a t e r . W a t e r i s d e n s e . I t ' s a l s o g o t o n e o f t h e h i g h e s t h e a t c a p a c i t i e s o f a n y t h i n g w e ' v e e v e r s e e n . T h e o t h e r r e a s o n i s r i g h t h e r e . I f y o u w a n t e n o u g h r e a c t i o n d e n s i t y , t h e n i t n o t o n l y m a t t e r s w h a t t h e p e r a t o m d e n s i t y i s , b u t
w h a t t h e n u m b e r d e n s i t y i s . A n d i f y o u ' r e u s i n g g a s e o u s C O 2 c o o l a n t , e v e n i f i t ' s p r e s s u r i z e d , t h e r e a r e f e w e r r e a c t i o n s h a p p e n i n g p e r u n i t v o l u m e , b e c a u s e t h e r e a r e f e w C O 2 m o l e c u l e s p e r u n i t v o l u m e t h a n w a t e r w o u l d h a v e .
S o t h a t ' s w h y w e p r e s s u r i z e o u r l i g h t w a t e r r e a c t o r s , t o k e e p w a t e r i n i t s l i q u i d s t a t e w h e r e i t ' s a g r e a t h e a t a b s o r b e r , t a k e s a l o t o f e n e r g y t o b o i l i t , a n d i t ' s r e a l l y d e n s e s o i t ' s a v e r y e f f e c t i v e d e n s e m o d e r a t o r . T h e s e h a v e b e e n a r o u n d f o r e v e r . L e t m e t h i n k . W h e n d i d W i n d s c a l e h a p p e n ? W i n d s c a l e w a s a l s o t h e s o u r c e o f a n i n t e r e s t i n g f i r e t h a t y o u g u y s m i g h t w a n t t o k n o w a b o u t . I t ' s o n e o f t h o s e o n l y n u c l e a r d i s a s t e r s t h a t h i t 7 o n t h e a r b i t r a r y u n i t s c a l e . I d o n ' t q u i t e k n o w h o w t h e y d e t e r m i n e w h a t ' s a s e v e n .
B u t t h e r e w a s a f i r e a t t h e W i n d s c a l e p l a n t d u e t o t h e b u i l d u p o f w h a t ' s c a l l e d W i g n e r e n e r g y . I t t u r n s o u t t h a t w h e n n e u t r o n s g o s l a m m i n g a r o u n d i n t h e g r a p h i t e , t h e y l e a v e b e h i n d r a d i a t i o n d a m a g e . A n d w h e n m y f a m i l y a l w a y s a s k s m e t o e x p l a i n , w h a t d o y o u d o f o r a l i v i n g ? A n d I c a n o n l y t h i n k , w e l l , t h e y d o n ' t k n o w r a d i a t i o n d a m a g e . T h e y ' v e w a t c h e d H a r r y P o t t e r . I ' d l i k e t o s a y , r a d i a t i o n , l i k e d a r k m a g i c , l e a v e s t r a c e s . W e l l , i t l e a v e s t r a c e s i n t h e g r a p h i t e i n t h e f o r m o f a t o m i c d e f e c t s , w h i c h t o o k e n e r g y t o c r e a t e .
S o b y c a u s i n g d a m a g e t o t h e g r a p h i t e , y o u s t o r e e n e r g y i n i t , w h i c h i s k n o w n a s W i g n e r e n e r g y . A n d y o u c a n s t o r e s o m u c h t h a t i t j u s t c a t c h e s f i r e a n d e x p l o d e s s o m e t i m e s . T h a t ' s w h a t h a p p e n e d h e r e a t W i n d s c a l e . 1 1 t o n s o f u r a n i u m e n d e d u p b u r n i n g , b e c a u s e a l l o f a s u d d e n , t h e t e m p e r a t u r e i n t h e g r a p h i t e j u s t s t a r t e d g o i n g u p f o r n o r e a s o n , n o r e a s o n t h a t t h e y u n d e r s t o o d a t t h e t i m e .
I t t u r n s o u t t h a t t h e y h a d b u i l t u p e n o u g h r a d i a t i o n d a m a g e e n e r g y t h a t i t s t a r t e d r e l e a s i n g m o r e h e a t . A n d r e l e a s i n g m o r e h e a t c a u s e d m o r e o f t h a t e n e r g y t o b e r e l e a s e d , a n d i t w a s s e l f - p e r p e t u a t i n g u n t i l i t j u s t c a u g h t f i r e a n d b u r n e d 1 1 t o n s o f u r a n i u m o u t i n t h e c o u n t r y s i d e . T h i s w a s 1 9 5 7 . S o a g a i n , a 7 o n t h e s c a l e w i t h n o u n i t s o f n u c l e a r d i s a s t e r s . A r g u e i t ' s p r o b a b l y n o t a s b a d a s C h e r n o b y l , s o t h e y m i g h t w a n t a l i t t l e b i t o f r e s o l u t i o n i n t h a t s c a l e .
T h e r e ' s a n o t h e r t y p e o f g a s c o o l r e a c t o r c a l l e d t h e P e b b l e B e d M o d u l a r R e a c t o r , a m u c h m o r e u p a n d c o m i n g o n e , w h e r e e a c h f u e l e l e m e n t - - y o u d o n ' t h a v e f u e l r o d s . Y o u ' v e a c t u a l l y g o t l i t t l e p e b b l e s f u l l o f t i n y k e r n e l s o f f u e l . S o y o u ' v e g o t a b u i l t - i n g r a p h i t e m o d e r a t o r t e n n i s b a l l s i z e d t h i n g w i t h l o t s o f l i t t l e g r a i n s o f s a n d o f U O 2 c o o l e d b y a b e d o f f l o w i n g h e l i u m o r s o m e t h i n g l i k e t h a t . A n d t h e n t h a t h e l i u m , o r t h e o t h e r g a s , t r a n s f e r s h e a t t o w a t e r , w h i c h g o e s i n t o m a k e s t e a m a n d g o e s i n t o t h e t u r b i n e l i k e I s h o w e d y o u b e f o r e .
S o t h i s i s w h a t t h e f u e l a c t u a l l y l o o k s l i k e . I n s i d e e a c h o n e o f t h e s e t e n n i s b a l l s p h e r e s o f m o s t l y g r a p h i t e , t h e r e ' s t h e s e l i t t l e k e r n e l s o f u r a n i u m d i o x i d e a b o u t a h a l f a m i l l i m e t e r a c r o s s c o v e r e d i n l a y e r s o f s i l i c o n c a r b i d e , a r e a l l y s t r o n g a n d d e n s e m a t e r i a l t h a t k e e p s t h e f i s s i o n p r o d u c t s i n , b e c a u s e t h e b i g g e s t d a n g e r f r o m n u c l e a r f u e l i s t h e h i g h l y r a d i o a c t i v e f i s s i o n p r o d u c t s t h a t d u e t o t h e i r i n s t a b i l i t y a r e g i v i n g o f f a l l s o r t s o f a w f u l , f o r a n y w h e r e f r o m m i l l i s e c o n d s t o m e g a y e a r s , a f t e r r e a c t o r o p e r a t i o n . A n d s o i f y o u k e e p t h o s e o u t o f t h e c o o l a n t , t h e n t h e c o o l a n t s t a y s r e l a t i v e l y n o n r a d i o a c t i v e . A n d i t ' s s a f e t o d o t h i n g s l i k e m a i n t a i n t h e p l a n t .
T h e n t h e r e ' s t h e v e r y h i g h t e m p e r a t u r e r e a c t o r , t h e u l t i m a t e i n a c r o n y m c r e a t i v i t y . I t o p e r a t e s a t a v e r y h i g h t e m p e r a t u r e , w h i c h h a s b e e n s t e a d i l y d e c r e a s i n g o v e r t i m e , a s r e a l i t y h a s c a u g h t u p t o e x p e c t a t i o n s . W h e n I f i r s t g o t i n t o t h i s f i e l d , t h e y w e r e s a y i n g , w e ' r e g o i n g t o r u n t h i s a t 1 1 0 0 C e l s i u s . T h e n I s t a r t e d s t u d y i n g m a t e r i a l s c i e n c e . A n d I w a s l i k e , y e a h , n o t h i n g w a n t s t o b e 1 1 0 0 C e l s i u s . B y t h a t t i m e , t h e y d o w n g r a d e d i t t o 1 0 0 0 . N o w t h e y ' v e a s y m p t o t e d i t a t a r o u n d 8 0 0 o r 8 5 0 d u e t o s o m e a c t u a l p r o b l e m s i n o p e r a t i n g t h i n g s i n h e l i u m .
I t ' s n o t t h e h e l i u m i t s e l f , b u t t h e i m p u r i t i e s i n t h e h e l i u m t h a t c o u l d r e a l l y m e s s y o u u p . A n d t h e s o r t s o f a l l o y s t h a t t h e y n e e d t o g e t t h i s w o r k i n g , t h e s e n i c k e l s u p e r a l l o y s , l i k e A l l o y 2 3 0 , t h e y c a n s l i g h t l y c a r b u r i z e o r d e c a r b u r i z e d e p e n d i n g o n t h e a m o u n t o f c a r b o n i n t h e h e l i u m c o o l a n t . E i t h e r w a y y o u g o , y o u l o s e t h e s t r e n g t h t h a t y o u n e e d . S o I ' l l s a y f e a s i b i l i t y i s l o w t o m e d i u m , b e c a u s e , w e l l , w e h a v e n ' t r e a l l y s e e n o n e o f t h e s e y e t .
T h e n o n t o w a t e r c o o l e d r e a c t o r s . H a s a n y o n e h e r e h e a r d o f t h e r e a c t o r s t h e y h a v e i n C a n a d a , t h e C A N D U r e a c t o r s ? T h a t ' s m y f a v o r i t e a c r o n y m . I h o p e t h a t w a s i n t e n t i o n a l . I t w h a t ?
A U D I E N C E : I t ' s c o n v e n i e n t .
M I C H A E L S H O R T : Y e a h . [ L A U G H S ] I t ' s n o t l i k e t h e - - w e l l , t h e y ' r e n o t s o r r y a b o u t a n y t h i n g , b u t w h a t e v e r . A t a n y r a t e , o n e o f t h e n i c e f e a t u r e s a b o u t t h i s i s y o u c a n a c t u a l l y u s e n a t u r a l u r a n i u m , b e c a u s e t h e m o d e r a t o r i s h e a v y w a t e r . Y o u h a v e t o l o o k i n t o w h a t t h e s o r t o f c r o s s s e c t i o n s a r e . E v e n t h o u g h d e u t e r i u m w o n ' t s l o w d o w n n e u t r o n s a s m u c h a s h y d r o g e n w i l l - - w h e r e d i d m y a l p h a t h i n g - - o h , i t w a s r i g h t h e r e a l l a l o n g . E v e n t h o u g h A i s 2 i n s t e a d o f 1 f o r d e u t e r i u m , i t ' s a b s o r p t i o n c r o s s s e c t i o n , o r s p e c i f i c a l l y - - y e a h , b e c a u s e i t d o e s n ' t f i s s i o n .
I t s a b s o r p t i o n c r o s s s e c t i o n i s w a y l o w e r t h a n t h a t o f w a t e r . I t a c t u a l l y f u n c t i o n s a s a b e t t e r
m o d e r a t o r , b e c a u s e f e w e r o f t h o s e c o l l i s i o n s a r e a b s o r p t i o n . A n d b e c a u s e y o u h a v e a b e t t e r n e u t r o n p o p u l a t i o n a n d l e s s a b s o r p t i o n , y o u d o n ' t n e e d t o e n r i c h y o u r u r a n i u m . Y o u a l s o d o n ' t n e e d t o p r e s s u r i z e y o u r m o d e r a t o r .
S o y o u c a n f l o w s o m e o t h e r c o o l a n t t h r o u g h t h e s e p r e s s u r e t u b e s a n d j u s t h a v e a b i g t a n k o f c l o s e t o s o m e t h i n g r o o m t e m p e r a t u r e u n p r e s s u r i z e d D 2 O a s y o u r m o d e r a t o r . T h e p r o b l e m w i t h t h a t i s D 2 O i s e x p e n s i v e . A n y o n e p r i c e d o u t d e u t e r i u m o x i d e b e f o r e ? P r o b a b l y h a v e a t t h e r e a c t o r , b e c a u s e I k n o w y o u h a v e d r u m s o f i t .
A U D I E N C E : I t ' s l i k e a c o u p l e t h o u s a n d p e r k i l o g r a m .
M I C H A E L S H O R T : A c o u p l e t h o u s a n d a k i l o , i t ' s a n e x p e n s i v e b o t t l e o f w a t e r . I t ' l l a l s o m e s s y o u u p i f y o u d r i n k i t , b e c a u s e a l o t o f i t , e v e n i f i t ' s c r y s t a l c l e a r , f i l t e r e d D 2 O , a l o t o f w h a t t h e c e l l u l a r m a c h i n e r y d e p e n d s o n t h e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t s o f v a r i o u s t h i n g s i n w a t e r , t h o s e s o l u t e s i n w a t e r . A n d i f y o u c h a n g e t h e m a s s o f t h e w a t e r , t h e n t h e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t s o f t h e w a t e r i t s e l f , a s w e l l a s t h e t h i n g s i n i t , w i l l c h a n g e . A n d i f y o u d e p e n d o n , l e t ' s s a y , e x a c t s o d i u m a n d p o t a s s i u m c o n c e n t r a t i o n s f o r y o u r n e r v e s t o f u n c t i o n , a l i t t l e c h a n g e i n t h a t c a n g o a l o n g w a y t o w a r d s g i v i n g y o u a b a d d a y .
A n d a c t u a l l y , w e h a v e a l i t t l e p i e c e o f o n e o f t h e s e p r e s s u r e t u b e s u p s t a i r s i f a n y o n e w a n t s t o t a k e a l o o k . T h e r e ' s a l l t h e s e s e a l e d f u e l b u n d l e s i n s i d e w h a t t h e y c a l l a c a l a n d r i a t u b e , j u s t a p r e s s u r i z e d t u b e t h a t ' s h o r i z o n t a l . T h e p r o b l e m w i t h s o m e o f t h e s e i s i f t h e s e s p a c e r s g e t k n o c k e d o u t o f p l a c e , w h i c h t h e y d o a l l t h e t i m e , t h o s e t u b e s c a n s t a r t t o c r e e p d o w n w a r d a n d g e t a l i t t l e h a r d e r t o c o o l o r t o u c h t h e s i d e s a n d c h a n g e t h e r m a l . A n d n o w I ' m g e t t i n g i n t o m a t e r i a l s c i e n c e . I t ' s a m e s s .
T h e n t h e r e ' s t h e o l d R B M K , t h e r e a c t o r t h a t c a u s e d C h e r n o b y l . Y o u c a n a l s o u s e n a t u r a l u r a n i u m o r l o w e n r i c h e d u r a n i u m h e r e . T h e p r o b l e m t h o u g h t h a t l e d t o C h e r n o b y l - - o n e o f t h e m a n y p r o b l e m s t h a t l e d t o C h e r n o b y l w a s , y o u ' v e g o t a l l t h i s m o d e r a t o r r i g h t h e r e . S o i f y o u l o s e y o u r c o o l a n t , l e t ' s s a y y o u h a d a l i g h t w a t e r r e a c t o r a n d y o u r c o o l a n t g o e s a w a y , y o u r m o d e r a t o r a l s o g o e s a w a y , w h i c h m e a n s y o u r n e u t r o n s d o n ' t s l o w d o w n a n y m o r e . T h a t o n e r e a c t i o n i s m e s s i n g u p . T h e r e w e g o . W h i c h m e a n s y o u r n e u t r o n s d o n ' t s l o w d o w n a n y m o r e , w h i c h m e a n s t h e p r o b a b i l i t y o f f i s s i o n h a p p e n i n g c o u l d b e l i k e 1 0 , 0 0 0 t i m e s l o w e r .
S o l o s i n g c o o l a n t i n a l i g h t w a t e r r e a c t o r , t e m p e r a t u r e m i g h t g o u p , b u t i t ' s n o t g o i n g t o g i v e y o u a n u c l e a r b a d d a y . I n t h e R B M K r e a c t o r , i t w i l l a n d i t d i d . A n d i n a d d i t i o n , t h e c o n t r o l r o d s , w h i c h w e r e s u p p o s e d t o s h u t d o w n t h e r e a c t i o n , m a d e o f t h i n g s l i k e b o r o n 4 c a r b i d e , o r
h a f n i u m , o r s o m e t h i n g w i t h a r e a l l y h i g h c a p t u r e c r o s s s e c t i o n w e r e t i p p e d w i t h g r a p h i t e t o h e l p t h e m e a s e i n . S o y o u ' v e g o t m o d e r a t o r t i p p e d r o d s , w h i c h i n d u c e a d d i t i o n a l m o d e r a t i o n , w h i c h h e l p s s l o w d o w n t h e n e u t r o n s e v e n m o r e t o w h e r e t h e y f i s s i o n e v e n b e t t e r . A n d t h a t ' s w h a t l e d t o w h a t ' s c a l l e d a p o s i t i v e f e e d b a c k c o e f f i c i e n t .
S o t h e m o r e y o u t r i e d t o i n s e r t t h e c o n t r o l r o d s a n d t h e m o r e y o u t r i e d t o f i x t h i n g s , t h e w o r s e t h i n g s g o t i n t h e n u c l e a r s e n s e . A n d i n s o m e t h i n g l i k e a q u a r t e r o f a s e c o n d , t h e r e a c t o r p o w e r w e n t u p b y l i k e 3 5 , 0 0 0 t i m e s . A n d w e ' l l d o a m i l l i s e c o n d b y m i l l i s e c o n d r u n d o w n o f w h a t h a p p e n e d i n C h e r n o b y l a f t e r w e d o a l l t h i s n e u t r o n p h y s i c s s t u f f w h e n y o u ' l l b e b e t t e r e q u i p p e d t o u n d e r s t a n d i t . B u t s u f f i c e t o s a y , t h e r e w e r e s o m e p o s i t i v e c o e f f i c i e n t s h e r e t h a t a r e t o b e a v o i d e d a t a l l c o s t s i n a l l n u c l e a r r e a c t o r d e s i g n .
I n t h e a c t u a l r e a c t o r h a l l y o u c a n g o a n d s t a n d o n o n e o f t h e s e t h i n g s . I t ' s a v e r y d i f f e r e n t d e s i g n f r o m w h a t y o u ' r e u s e d t o . I d o n ' t t h i n k a n y o n e w o u l d l e t y o u s t a n d o n t o p o f a p r e s s u r e v e s s e l . F i r s t , y o u r s h o e s w o u l d m e l t , b e c a u s e t h e y ' r e u s u a l l y a t l i k e 3 0 0 C e l s i u s o r s o . A n d s e c o n d o f a l l , y o u ' d p r o b a b l y g e t a l i t t l e t o o m u c h r a d i a t i o n . B u t t h i s i s a c t u a l l y w h a t a n R B M K r e a c t o r h a l l l o o k s l i k e f o r o n e o f t h e u n i t s t h a t d i d n ' t b l o w u p . T h e r e w e r e m u l t i p l e u n i t s a t t h a t s i t e .
T h e n t h e r e ' s t h e s u p e r c r i t i c a l w a t e r r e a c t o r . L e t ' s s a y y o u w a n t t o r u n a t h i g h e r t e m p e r a t u r e s t h a n r e g u l a r w a t e r w i l l a l l o w y o u t o . Y o u c a n p r e s s u r i z e i t s o m u c h t h a t w a t e r g o e s b e y o n d t h e s u p e r c r i t i c a l p o i n t i n t h e p h a s e s e n s e a n d s t a r t s t o b e h a v e n o t l i k e l i q u i d , n o t l i k e a g a s , b u t s o m e w h e r e i n b e t w e e n , s o m e t h i n g t h a t ' s r e a l l y , r e a l l y d e n s e , s o g e t t i n g t o w a r d s t h e d e n s i t y o f w a t e r , n o t q u i t e , w h i c h m e a n s i t ' s s t i l l a g r e a t m o d e r a t o r , b u t s t i l l c a n c o o l t h e m a t e r i a l s q u i t e w e l l t o e x t r a c t h e a t t o m a k e p o w e r a n d s o o n a n d s o o n . Y e a h .
A U D I E N C E : S o s u p e r c r i t i c a l r e f e r s t o t h e c o o l a n t n o t t h e n e u t r o n s ?
M I C H A E L S H O R T : G o o d q u e s t i o n . F o r a s u p e r c r i t i c a l w a t e r r e a c t o r , i t m o s t d e f i n i t e l y r e f e r s t o t h e c o o l a n t . I t ' s t h e p h a s e o f t h e c o o l a n t w h e r e i t ' s b e y o n d t h e l i q u i d g a s s e p a r a t i o n l i n e , a n d i t ' s j u s t s o m e t h i n g i n b e t w e e n . A n y o f t h e s e r e a c t o r s c a n g o s u p e r c r i t i c a l , w h e r e y o u ' r e p r o d u c i n g m o r e n e u t r o n s t h a n y o u ' r e c o n s u m i n g . A n d t h a t i s a n u c l e a r b a d d a y . B u t t h e s u p e r c r i t i c a l w a t e r r e a c t o r d o e s n o t r e f e r t o n e u t r o n p o p u l a t i o n , j u s t a c o o l a n t . G o o d q u e s t i o n . I t ' s n e v e r c o m e u p b e f o r e . B u t i t ' s l i k e , s h o u l d h a v e t h o u g h t o f t h a t .
A n d s o t h e n m y f a v o r i t e , l i q u i d m e t a l r e a c t o r s , l i k e L B E , o r L e a d - B i s m u t h E u t e c t i c . I t ' s a l o w m e l t i n g p o i n t a l l o y o f l e a d a n d b i s m u t h . L e a d m e l t s a t a r o u n d 3 3 0 C e l s i u s , b i s m u t h 2 0 0
s o m e t h i n g . P u t t h e m t o g e t h e r , a n d i t ' s l i k e a l o w t e m p e r a t u r e s o l d e r . I t m e l t s a t 1 2 3 . 5 C e l s i u s . Y o u c a n m e l t i t i n a f r y i n g p a n . T h i s i s n i c e , b e c a u s e y o u d o n ' t w a n t y o u r c o o l a n t t o f r e e z e w h e n y o u ' r e t r y i n g t o c o o l y o u r r e a c t o r , b e c a u s e i m a g i n e s o m e t h i n g h a p p e n s , y o u l o s e p o w e r . T h e c o o l a n t f r e e z e s s o m e w h e r e o u t s i d e t h e c o r e . Y o u c a n ' t g e t t h e c o r e c o o l a g a i n . T h a t ' s c a l l e d a l o s s o f f l o w a c c i d e n t t h a t c a n l e a d t o a r e a l l y b a d d a y .
A n d t h e l o w e r y o u r m e l t i n g p o i n t i s t h e b e t t e r . S o d i u m p o t a s s i u m i s a l r e a d y m o l t e n t o b e g i n w i t h . S o d i u m m e l t s a t l i k e 9 0 C e l s i u s . A n d w h e n y o u a d d t w o d i f f e r e n t m e t a l s t o g e t h e r , y o u a l m o s t a l w a y s l o w e r t h e m e l t i n g p o i n t o f t h e c o m b i n a t i o n . I n t h i s c a s e , f o r m i n g w h a t ' s c a l l e d t h e e u t e c t i c , o r a l o w e s t p o s s i b l e m e l t i n g p o i n t a l l o y . T h e s o d i u m f a s t r e a c t o r h a s a n u m b e r o f a d v a n t a g e s , l i k e y o u d o n ' t r e a l l y n e e d a n y p r e s s u r e . A s l o n g a s y o u h a v e a c o v e r g a s k e e p i n g t h e s o d i u m f r o m r e a c t i n g w i t h a n y t h i n g , l i k e t h e m o i s t u r e i n t h e a i r , o r a n y e r r a n t w a t e r i n t h e r o o m , y o u c a n j u s t c i r c u l a t e i t t h r o u g h t h e c o r e .
A n d l i q u i d m e t a l s a r e a w e s o m e h e a t c o n d u c t o r s . T h e y m i g h t n o t h a v e t h e b e s t h e a t c a p a c i t y , a s i n h o w m u c h e n e r g y p e r g r a m t h e y c a n s t o r e l i k e w a t e r . B u t t h e y ' r e r e a l l y g o o d c o n d u c t o r s w i t h v e r y h i g h t h e r m a l c o n d u c t i v i t y . T h e y a l s o a r e r e a l l y g o o d a t n o t s l o w i n g d o w n n e u t r o n s . S o t h e s e t e n d t o b e w h a t ' s c a l l e d f a s t r e a c t o r s t h a t r e l y o n t h e a b i l i t y o f o t h e r i s o t o p e s o f u r a n i u m , l i k e u r a n i u m - 2 3 8 , t o u n d e r g o w h a t ' s c a l l e d f a s t f i s s i o n .
A n d I w a n t t o s h o w y o u w h a t t h a t l o o k s l i k e . L e t ' s p u l l u p U - 2 3 8 a n d l o o k a t i t s f i s s i o n c r o s s s e c t i o n . A n d y o u m i g h t f i n d t h a t i t s h o u l d l o o k a f a i r b i t d i f f e r e n t . S o w e ' l l g o d o w n t o n u m b e r 1 8 t o f i s s i o n c r o s s s e c t i o n , v e r y , v e r y d i f f e r e n t . S o U - 2 3 8 i s p r e t t y t e r r i b l e a t f i s s i o n a t l o w e n e r g i e s . I t ' s p r e t t y g o o d a t c a p t u r i n g n e u t r o n s . T h i s i s w h e r e w e g e t p l u t o n i u m - 2 3 9 , l i k e y o u g u y s s a w o n t h e e x a m .
B u t t h e n y o u g o t o r e a l l y h i g h e n e r g i e s a n d a l l o f a s u d d e n , i t g e t s p r e t t y g o o d a t u n d e r g o i n g f i s s i o n o n i t s o w n . A n d s o t h e b a s i s b e h i n d a l o t o f f a s t r e a c t o r s i s a c o m b i n a t i o n o f m a k i n g t h e i r o w n f u e l a n d t h e f a c t t h a t u r a n i u m - 2 3 8 f a s t f i s s i o n s e v e n b e t t e r t h a n i t t h e r m a l f i s s i o n s . S o s o m e t h i n g g o o d f o r y o u t o k n o w , e v e n t h o u g h i t ' s n o t a f i s s i l e f u e l , t h a t ' s l i g h t w a t e r r e a c t o r p e o p l e t a l k i n g . Y o u c a n g e t i t t o f i s s i o n i f t h e n e u t r o n p o p u l a t i o n s h i g h e r .
N o w , t h e r e ' s s o m e p r o b l e m s w i t h t h i s . I t t a k e s s o m e t i m e f o r n e u t r o n s t o s l o w d o w n f r o m 1 t o 1 0 M e V t o a b o u t 0 . 0 2 5 e V . I f y o u r n e u t r o n s d o n ' t n e e d t o s l o w d o w n a n d t r a v e l a n y w h e r e , a n d p r e t t y m u c h a l l t h e y h a v e t o d o i s b e b o r n a n d a b s o r b e d b y a n e a r b y u r a n i u m a t o m , t h e f e e d b a c k t i m e i s f a s t e r i n t h e s e s o r t s o f r e a c t o r s . T h e y ' r e i n h e r e n t l y m o r e d i f f i c u l t t o c o n t r o l .
A n d y o u c a n ' t u s e n o r m a l p h y s i c s l i k e t h e r m a l e x p a n s i o n o f t h i n g s t h a t m i g h t h a p p e n o n t h e o r d e r o f m i c r o t o n a n o s e c o n d s i f i t t a k e s l e s s t i m e t h a n t h a t f o r o n e n e u t r o n t o b e b o r n a n d f i n d a n o t h e r u r a n i u m a t o m . Y o u c a n s t i l l u s e i t s o m e w h a t , b u t n o t q u i t e a s m u c h . S o i t ' s s o m e t h i n g t o n o t e b a c k e d u p b y n u c l e a r d a t a .
A n d t h a t ' s w h a t o n e o f t h e m a c t u a l l y l o o k s l i k e . T h e s e t h i n g s h a v e b e e n b u i l t . T h a t ' s a b l o b o f l i q u i d s o d i u m o n t h e M o n j u r e a c t o r i n J a p a n . A n d w h e r e I w a s a l l l a s t w e e k i n R u s s i a , t h e y a c t u a l l y h a v e f l e e t s o f f a s t r e a c t o r s . T h e i r B N - 3 0 0 a n d B N - 6 0 0 r e a c t o r s a r e 3 0 0 a n d 6 0 0 m e g a w a t t s o d i u m c o o l e d r e a c t o r s . O n e o f t h e m i n t h e C h e l y a b i n s k r e g i o n t h e y u s e p r e t t y m u c h f o r d e s a l i n a t i o n d o w n i n t h e c e n t e r o f R u s s i a , w h e r e t h e r e ' s n o o c e a n s n e a r b y a n d p r o b a b l y d i r t y w a t e r . T h e y a c t u a l l y u s e t h a t t o m a k e c l e a n w a t e r . T h e y a l s o u s e t h i s f o r p o w e r p r o d u c t i o n a n d f o r r a d i a t i o n d a m a g e s t u d i e s .
S o w h e n i t c o m e s t o r a d i a t i o n m a t e r i a l s c i e n c e , t h e s e f a s t r e a c t o r s a r e r e a l l y w h e r e i t ' s a t . Y e a h , y o u j u s t n o t i c e d t h e b o t t o m . I w e n t t o B e l g i u m , t o t h e i r n a t i o n a l n u c l e a r l a b s , w h e r e t h e y h a v e a s l o w i n g s o d i u m t e s t l o o p . I t ' s n o t a r e a c t o r , b u t i t ' s l i k e a t h e r m a l h y d r a u l i c s a n d m a t e r i a l s t e s t l o o p . A n d I a s k e d a s i m p l e q u e s t i o n . W h e r e ' s t h e b a t h r o o m ? A n d t h e y s t a r t e d l a u g h i n g a t m e . A n d t h e y s a i d , w e ' r e n o t p u t t i n g a n y p l u m b i n g i n a s o d i u m l o o p b u i l d i n g . Y o u ' l l h a v e t o g o t o t h e n e x t b u i l d i n g o v e r .
A n d t h a t ' s w h e n I n o t i c e d , t h e r e w e r e n ' t a n y s p r i n k l e r s y s t e m s o r t o i l e t s . B u t e v e r y 1 5 o r 2 0 f e e t , t h e r e w a s a g i a n t b a r r e l o f s a n d . T h a t ' s t h e f i r e e x t i n g u i s h e r f o r a l i q u i d m e t a l f i r e i s y o u j u s t c o v e r i t w i t h s a n d , a b s o r b t h e h e a t , k e e p t h e a i r o u t , t h e m o i s t u r e o u t , w i c k a w a y t h e m o i s t u r e o r w h a t e v e r e l s e s a n d d o e s . I d o n ' t k n o w . B u t y o u c a n ' t u s e n o r m a l f i r e e x t i n g u i s h e r s t o p u t o u t a s o d i u m f i r e .
A U D I E N C E : W h e n y o u s a i d s a n d , I t h o u g h t o f k i t t y l i t t e r .
M I C H A E L S H O R T : A h . I d o n ' t k n o w i f t h a t w o u l d w o r k . [ L A U G H T E R ]
I g u e s s i t ' s w o r t h a s h o t . [ L A U G H T E R ]
W i t h g l a s s e s , a n d s a f e t y , a n d s t u f f , o f c o u r s e . A n d t h e o n e s t h a t I s p e n t t h e m o s t t i m e w o r k i n g o n , l i k e I s h o w e d y o u i n t h e p a p e r y e s t e r d a y , i s t h e l e a d o r l e a d - b i s m u t h f a s t r e a c t o r . T h i s o n e
d o e s n o t h a v e t h e d i s a d v a n t a g e s o f e x p l o d i n g l i k e s o d i u m . I t d o e s h a v e t h e d i s a d v a n t a g e , l i k e I s h o w e d y o u y e s t e r d a y , o f c o r r o d i n g e v e r y t h i n g , p r e t t y m u c h e v e r y t h i n g . A n d s o t h e o n e t h i n g k e e p i n g t h i s t h i n g b a c k w a s c o r r o s i o n . A n d I s a y t h e u l t i m a t e t e m p e r a t u r e i s m e d i u m , b u t h i g h e r s o o n . H o p e f u l l y , s o m e o n e p i c k s u p o u r w o r k a n d i s l i k e , y e a h , t h a t w a s a g o o d i d e a , b e c a u s e w e t h i n k i t c a n r a i s e t h e o u t l e t t e m p e r a t u r e o f a l e a d - b i s m u t h r e a c t o r b y l i k e 1 0 0 C e l s i u s a s l o n g a s s o m e o t h e r u n f o r e s e e n p r o b l e m d o e s n ' t p o p u p , a n d w e d o n ' t q u i t e k n o w y e t .
T h e s e t h i n g s a l s o a l r e a d y e x i s t i n t h e f o r m o f t h e A l f a C l a s s a t t a c k s u b m a r i n e s f r o m t h e S o v i e t U n i o n . T h e s e a r e t h e o n l y s u b s t h a t c a n o u t r u n a t o r p e d o . S o y o u k n o w t h a t o l d a l g e b r a p r o b l e m , i f p e r s o n A l e a v e s P i t t s b u r g h a t 4 0 m i l e s a n h o u r a n d p e r s o n B l e a v e s B o s t o n a t 3 0 m i l e s a n h o u r , w h e r e d o t h e t r a i n s c o l l i d e o r I f o r g e t h o w i t a c t u a l l y e n d s ? W e l l , i n t h e e n d , i f a t o r p e d o l e a v e s a n A m e r i c a n s u b a t w h a t e v e r s p e e d a n d t h e A l f a C l a s s s u b m a r i n e n o t i c e s i t , h o w c l o s e d o t h e y h a v e t o b e b e f o r e t h e t o r p e d o r u n s o u t o f g a s ?
S o w h a t I w a s t o l d b y t h e d e s i g n e r o f t h e s e s u b s , a f e l l o w b y t h e n a m e o f G e o r g y T o s h i n s k y , w h e n h e c a m e h e r e t o t a l k a b o u t h i s e x p e r i e n c e w i t h t h e s e l e a d - b i s m u t h r e a c t o r s i s , t h e r e i s a b u t t o n o n t h e s u b t h a t ' s t h e F o r g e t A b o u t S a f e t y , I t ' s a T o r p e d o b u t t o n . B e c a u s e i f y o u ' r e u n d e r w a t e r i n a l e a d - b i s m u t h r e a c t o r a n d a t o r p e d o i s h e a d i n g a t y o u , y o u h a v e a c h o i c e b e t w e e n m a y b e d y i n g i n a n u c l e a r c a t a s t r o p h e a n d d e f i n i t e l y d y i n g i n a t o r p e d o e x p l o s i o n .
W e l l , t h a t b u t t o n i s t h e I L i k e T h o s e O d d s b u t t o n . A n d y o u j u s t g i v e f u l l p o w e r t o t h e e n g i n e s a n d w h a t e v e r e l s e h a p p e n s , h a p p e n s . T h e p o i n t i s , y o u m a y b e a b l e t o o u t r u n t h e t o r p e d o .
A n d q u i t e p o p u l a r n o w a d a y s , e s p e c i a l l y i n t h i s d e p a r t m e n t , i s m o l t e n s a l t c o o l e d r e a c t o r s t h a t a c t u a l l y u s e l i q u i d s a l t , n o t d i s s o l v e d , b u t m o l t e n s a l t i t s e l f a s t h e c o o l a n t . I t d o e s n ' t h a v e a s m a n y o f t h e c o r r o s i o n p r o b l e m s a s l e a d o r t h e e x p l o d i n g p r o b l e m s a s s o d i u m . I t d o e s h a v e a h i g h m e l t i n g p o i n t p r o b l e m t h o u g h . T h e y t e n d t o m e l t a t a r o u n d 4 5 0 d e g r e e s C e l s i u s . B u t t h e r e ' s o n e p r e t t y c o o l f e a t u r e . Y o u c a n d i s s o l v e u r a n i u m i n t h e m . S o r e m e m b e r h o w i n l i g h t w a t e r r e a c t o r s t h e c o o l a n t i s a l s o t h e m o d e r a t o r ? I n m o l t e n s a l t r e a c t o r s , t h e c o o l a n t i s a l s o t h e f u e l , b e c a u s e y o u c a n h a v e p r i n c i p a l l y u r a n i u m a n d l i t h i u m f l u o r i d e s a l t c o - d i s s o l v e d i n e a c h o t h e r .
A n d t h e w a y y o u m a k e a r e a c t o r i s y o u j u s t f l o w a b u n c h o f t h a t s a l t i n t o n e a r b y p i p e s . A n d t h e n y o u g e t l e s s , w h a t ' s c a l l e d , n e u t r o n l e a k a g e , w h e r e i n e a c h o f t h e s e p i p e s o n c e i n a w h i l e u r a n i u m w i l l g i v e o f f a f e w n e u t r o n s . M o s t o f t h e m w i l l j u s t c o m e o u t t h e o t h e r e n d s o f t h e p i p e s , a n d y o u w o n ' t h a v e a r e a c t i o n . W h e n y o u p u t a w h o l e b u n c h o f m o l t e n s a l t t o g e t h e r ,
m o s t o f t h o s e n e u t r o n s f i n d o t h e r m o l t e n s a l t . A n d t h e r e a c t i o n p r o c e e d s .
A n d i t ' s g o t s o m e n e a t s a f e t y f e a t u r e s . L i k e i f s o m e t h i n g g o e s w r o n g , j u s t b r e a k o p e n a p i p e . A l l t h e s a l t s p i l l s o u t , b e c o m i n g s u b c r i t i c a l , b e c a u s e l e a k a g e g o e s u p . I t f r e e z e s p r e t t y q u i c k l y , a n d t h e n y o u m u s t d e a l w i t h i t . B u t i t ' s n o t a b i g d e a l t o d e a l w i t h i t i f i t ' s a l r e a d y s o l i d a n d n o t c r i t i c a l .
S o i t ' s a c t u a l l y f i v e o f . I t ' s z e r o o f f i v e o f . I ' l l s t o p h e r e . O n T u e s d a y , w e ' l l k e e p d e v e l o p i n g t h e m a n y , m a n y d i f f e r e n t v a r i a b l e s w e ' l l n e e d t o w r i t e d o w n t h e n e u t r o n t r a n s p o r t e q u a t i o n , a t w h i c h p o i n t y o u ' l l b e q u a l i f i e d t o r e a d t h e t - s h i r t s t h a t t h i s d e p a r t m e n t p r i n t s o u t . A n d t h e n w e ' l l s i m p l i f y i t s o y o u c a n a c t u a l l y s o l v e t h e e q u a t i o n .