一、BNL石墨研究反应堆（BGRR）

BNL石墨研究反应堆BGRR是BNL的第一台大反应堆，也是二次大战后在和平时期美国建造的第一台反应堆，其主要任务是为科学实验提供中子，改进反应堆技术。

BNL石墨研究反应堆BGRR外景

像BGRR这样的研究反应堆，中子被燃料元素中的铀原子核捕获，引起一些核发生裂变。裂变过程中，产生两个大的碎片和2到3个中子，这些中子启动新的裂变事例。如果一次裂变产生的中子中平均有一个中子产生另一个中子，那就是发生了连锁反应。那些没有再引起裂变反应和没被反应堆本身吸收的中子可用来开展实验。建造的BGRR像个立方体，三面和顶部可插入接受这些中子辐照的实验。

BGRR原来用天然铀作为燃料，1958年起采用了一种新的燃料浓缩铀235。当时反应堆运行时为20兆瓦，中子的最大流量约为2 x10¹³/厘米²/秒。

开始时，BGRR可比任何现有的反应堆容纳更多的同时开展的实验。来自世界各地的科学家和工程师到BNL使用该反应堆。BGRR不仅提供实验用的中子源，同时还是一台极妙的培训工具。研究人员把BGRR的中子作为研究原子核和固体结构的工具，并用来研究许多物理、化学和生物系统，还用它研究物质辐照效应。在BGRR使用寿命期间，对从种子到艺术珍品的样品进行过25，000次的辐照。其中一次，对反应堆中的发动机活塞环进行了辐照研究，以确定其磨损程度和其它特性。这一工作导致开发出许多等级的马达油，如汽车中通常使用的10W-30。

BNL石墨研究反应堆BGRR

BGRR反应堆由一个重700吨25英尺的石墨立方体构成，由铀提供燃料。共有1，369个燃料通道，在任何给定的时间里，通道约使用一半。反应堆的功率通过插入和取出硼钢控制棒来加以控制，由通过堆芯提供气流的5个风扇中的一个或几个进行冷却。

中子还可作为探测器用来研究其他物质的结构和行为。“回路”实验是另外一个重要的研究领域，旨在测量液体和气体通过反应堆时他们特性的辐照感应变化。BGRR所生产的放射性同位素在医学诊断、治疗和工业技术上特别有用。重要的医疗诊断工具放射性同位素锝-99m就是在BGRR上开发出来的。

到了1955年，BGRR和其它地方的研究用反应堆的中子通量已明显不足以支持所提出的实验。1958年BNL设计了一种新型的反应堆，即高通量束流反应堆，获得原子能委员会的批准。

BGRR提供的服务时间共18年，然后永久停机，于20世纪末彻底退役。

二、高通量束流反应堆（HFBR）

BNL开创了利用亚原子粒子作为工具开展物质结构的研究。根据BGRR的经验，设计了HFBR，以产生大量的中子。在HFBR中，中子的通量不是像多数反应堆在堆芯内达到最高值，而是在其反应堆堆芯外面达到最大值，随时可供开展实验。中子束流通过堆芯切线处出来的束流引出口送给实验人员，而不是像以前反应堆中那种典型的向外辐射。这一改进产生了更多的慢运动中子，这是多数研究所需要的。现在建造的多数反应堆都包括了第一次在HFBR中出现的设计创新。

HFBR于1965年10月31日首次实现了自我持续连锁反应。30多年来，HFBR为世界上的首要束流反应堆之一，只有在法国Grenoble的Laue-Langevin反应堆可与其相比。 

BNL高通量束流反应堆HFBR

在1965年到1996年这段时间内，HFBR在各种功率条件下运行，晚期低到30兆瓦，早期高到60兆瓦。有16年按原设计的功率40兆瓦运行，提供的中子通量为1.6x10¹⁵/厘米²/秒，比BGRR高50个数量级。经过6年的准备，该反应堆的功率在1982年提高到60兆瓦。在更高功率时，中子的流量又提高50%。

较高的中子通量将作实验所需时间减少三分之一，这样便使更多用户使用这一反应堆，还可给从事某种创新性的实验提供更好的成功机会。通过正常的改进升级，该反应堆作为可依赖的中子源在使用上创造了令人羡慕的记录。

1997年例行环境监测中，在反应堆南部地下水里发现了放射性型的氢，即氘，从而对其命运提出质疑。氘从反应堆用过的燃料池中泄露出来，数年来该燃料池一直都未进行过检测。经过大量取样，认定污染只局限于BNL的范围，对BNL的雇员或公众未构成威胁。为确保受影响的地下水只停留在BNL场地，安装了一个补救系统。1999年，能源部宣布HFBR永久退役。

三、BNL医学研究反应堆（BMRR）

从BNL的早期开始，BNL医学系就总有独一无二的装置。为满足科学家利用中子开展医学研究的需要，建造了BNL医学研究反应堆。该反应堆系美国首次专为医学研究建造的，1959年3月15日开始运行，直到2000年12月。它产生的最大中子通量为2×10¹²/厘米²/秒。  

BNL医学研究反应堆BMRR

BMRR为改造过的5兆瓦桶型反应堆，其弯曲板燃料成分由含12%（按重量）浓缩铀的铀铝合金组成，堆芯在一个铝容器里，周围是由空气冷却的石墨反射层和生物屏蔽层。堆芯靠高纯净水冷却和调节，其流量为1，270加仑/分，水压为3-4磅/英寸²。水向上流，主要是让（由中子和水中的氢发生相互作用产生的）短寿命同位素在反应堆容器鼓出的被屏蔽的上部衰变。这一系统无须在冷却管道的外部加上很厚的屏蔽层。堆芯中的核反应由放入安装在燃料元素之间的套桶中的4根含有硼的不锈钢棒控制。

反应堆4个面中有一个面有辐照大物体的设备，穿过另一个面的孔可对样品进行辐照，进行活化分析和短寿命同位素制备。中子束流从其他两个出口进到处理室，以进行严格控制的动物和临床研究。

最早在BMRR反应堆上进行的治疗之一为硼中子俘获治疗（BNCT）。该治疗法很有前途，用于治疗一种原来不可治疗的和可怕的多形性恶性胶质瘤（glioblastoma multiforme）。

（高能所科研处 侯儒成编译）