一、BNL石墨研究反應堆（BGRR）

BNL石墨研究反應堆BGRR是BNL的第一臺大反應堆，也是二次大戰(zhàn)后在和平時期美國建造的第一臺反應堆，其主要任務是為科學實驗提供中子，改進反應堆技術。

BNL石墨研究反應堆BGRR外景

像BGRR這樣的研究反應堆，中子被燃料元素中的鈾原子核捕獲，引起一些核發(fā)生裂變。裂變過程中，產(chǎn)生兩個大的碎片和2到3個中子，這些中子啟動新的裂變事例。如果一次裂變產(chǎn)生的中子中平均有一個中子產(chǎn)生另一個中子，那就是發(fā)生了連鎖反應。那些沒有再引起裂變反應和沒被反應堆本身吸收的中子可用來開展實驗。建造的BGRR像個立方體，三面和頂部可插入接受這些中子輻照的實驗。

BGRR原來用天然鈾作為燃料，1958年起采用了一種新的燃料濃縮鈾235。當時反應堆運行時為20兆瓦，中子的最大流量約為2 x10¹³/厘米²/秒。

開始時，BGRR可比任何現(xiàn)有的反應堆容納更多的同時開展的實驗。來自世界各地的科學家和工程師到BNL使用該反應堆。BGRR不僅提供實驗用的中子源，同時還是一臺極妙的培訓工具。研究人員把BGRR的中子作為研究原子核和固體結構的工具，并用來研究許多物理、化學和生物系統(tǒng)，還用它研究物質(zhì)輻照效應。在BGRR使用壽命期間，對從種子到藝術珍品的樣品進行過25，000次的輻照。其中一次，對反應堆中的發(fā)動機活塞環(huán)進行了輻照研究，以確定其磨損程度和其它特性。這一工作導致開發(fā)出許多等級的馬達油，如汽車中通常使用的10W-30。

BNL石墨研究反應堆BGRR

BGRR反應堆由一個重700噸25英尺的石墨立方體構成，由鈾提供燃料。共有1，369個燃料通道，在任何給定的時間里，通道約使用一半。反應堆的功率通過插入和取出硼鋼控制棒來加以控制，由通過堆芯提供氣流的5個風扇中的一個或幾個進行冷卻。

中子還可作為探測器用來研究其他物質(zhì)的結構和行為。“回路”實驗是另外一個重要的研究領域，旨在測量液體和氣體通過反應堆時他們特性的輻照感應變化。BGRR所生產(chǎn)的放射性同位素在醫(yī)學診斷、治療和工業(yè)技術上特別有用。重要的醫(yī)療診斷工具放射性同位素锝-99m就是在BGRR上開發(fā)出來的。

到了1955年，BGRR和其它地方的研究用反應堆的中子通量已明顯不足以支持所提出的實驗。1958年BNL設計了一種新型的反應堆，即高通量束流反應堆，獲得原子能委員會的批準。

BGRR提供的服務時間共18年，然后永久停機，于20世紀末徹底退役。

二、高通量束流反應堆（HFBR）

BNL開創(chuàng)了利用亞原子粒子作為工具開展物質(zhì)結構的研究。根據(jù)BGRR的經(jīng)驗，設計了HFBR，以產(chǎn)生大量的中子。在HFBR中，中子的通量不是像多數(shù)反應堆在堆芯內(nèi)達到最高值，而是在其反應堆堆芯外面達到最大值，隨時可供開展實驗。中子束流通過堆芯切線處出來的束流引出口送給實驗人員，而不是像以前反應堆中那種典型的向外輻射。這一改進產(chǎn)生了更多的慢運動中子，這是多數(shù)研究所需要的?，F(xiàn)在建造的多數(shù)反應堆都包括了第一次在HFBR中出現(xiàn)的設計創(chuàng)新。

HFBR于1965年10月31日首次實現(xiàn)了自我持續(xù)連鎖反應。30多年來，HFBR為世界上的首要束流反應堆之一，只有在法國Grenoble的Laue-Langevin反應堆可與其相比。 

BNL高通量束流反應堆HFBR

在1965年到1996年這段時間內(nèi)，HFBR在各種功率條件下運行，晚期低到30兆瓦，早期高到60兆瓦。有16年按原設計的功率40兆瓦運行，提供的中子通量為1.6x10¹⁵/厘米²/秒，比BGRR高50個數(shù)量級。經(jīng)過6年的準備，該反應堆的功率在1982年提高到60兆瓦。在更高功率時，中子的流量又提高50%。

較高的中子通量將作實驗所需時間減少三分之一，這樣便使更多用戶使用這一反應堆，還可給從事某種創(chuàng)新性的實驗提供更好的成功機會。通過正常的改進升級，該反應堆作為可依賴的中子源在使用上創(chuàng)造了令人羨慕的記錄。

1997年例行環(huán)境監(jiān)測中，在反應堆南部地下水里發(fā)現(xiàn)了放射性型的氫，即氘，從而對其命運提出質(zhì)疑。氘從反應堆用過的燃料池中泄露出來，數(shù)年來該燃料池一直都未進行過檢測。經(jīng)過大量取樣，認定污染只局限于BNL的范圍，對BNL的雇員或公眾未構成威脅。為確保受影響的地下水只停留在BNL場地，安裝了一個補救系統(tǒng)。1999年，能源部宣布HFBR永久退役。

三、BNL醫(yī)學研究反應堆（BMRR）

從BNL的早期開始，BNL醫(yī)學系就總有獨一無二的裝置。為滿足科學家利用中子開展醫(yī)學研究的需要，建造了BNL醫(yī)學研究反應堆。該反應堆系美國首次專為醫(yī)學研究建造的，1959年3月15日開始運行，直到2000年12月。它產(chǎn)生的最大中子通量為2×10¹²/厘米²/秒。  

BNL醫(yī)學研究反應堆BMRR

BMRR為改造過的5兆瓦桶型反應堆，其彎曲板燃料成分由含12%（按重量）濃縮鈾的鈾鋁合金組成，堆芯在一個鋁容器里，周圍是由空氣冷卻的石墨反射層和生物屏蔽層。堆芯靠高純凈水冷卻和調(diào)節(jié)，其流量為1，270加侖/分，水壓為3-4磅/英寸²。水向上流，主要是讓（由中子和水中的氫發(fā)生相互作用產(chǎn)生的）短壽命同位素在反應堆容器鼓出的被屏蔽的上部衰變。這一系統(tǒng)無須在冷卻管道的外部加上很厚的屏蔽層。堆芯中的核反應由放入安裝在燃料元素之間的套桶中的4根含有硼的不銹鋼棒控制。

反應堆4個面中有一個面有輻照大物體的設備，穿過另一個面的孔可對樣品進行輻照，進行活化分析和短壽命同位素制備。中子束流從其他兩個出口進到處理室，以進行嚴格控制的動物和臨床研究。

最早在BMRR反應堆上進行的治療之一為硼中子俘獲治療（BNCT）。該治療法很有前途，用于治療一種原來不可治療的和可怕的多形性惡性膠質(zhì)瘤（glioblastoma multiforme）。

（高能所科研處 侯儒成編譯）