Material compuesto de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad,

que comprende una matriz a base de una resina de éster vinílico elegida del grupo constituido por las resinas de epoxiacrilato, las resinas epoximetacrilatos, las resinas de tipo bisfenol A, las resinas de tipo novolaca, las resinas a base de bisfenol A halogenadas y las resinas obtenidas a partir de poliéster isoftálico y de uretano, y una carga inorgánica capaz de ralentizar y de absorber los neutrones

Material de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad a base de resina de éster vinílico.

Campo técnico

La presente invención tiene por objeto un material de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad. Tales materiales son útiles en la energía nuclear para proteger a los operarios de las radiaciones neutrónicas emitidas por productos radiactivos y para evitar la aceleración de la reacción en cadena de formación de neutrones, más particularmente cuando esos productos contienen materias fisibles.

Se pueden usar en particular como pantalla neutrónica en embalajes de transporte y/o de almacenamiento de productos radiactivos, por ejemplo de conjuntos de combustibles nucleares.

Para el blindaje neutrónico, es necesario ralentizar los neutrones y por tanto usar materiales muy hidrogenados añadiendo un compuesto de boro para garantizar la captura de los neutrones.

Para el mantenimiento de la subcriticidad, es necesario evitar un alto contenido en agente absorbedor de neutrones tal como el boro, para evitar la aceleración de la reacción en cadena de formación de neutrones.

Además, es necesario que esos materiales presenten una capacidad de autoextinción.

Estado de la técnica anterior

En el documento EP-A-0628968 [1] se han descrito materiales de blindaje neutrónico obtenidos a partir de una mezcla de un material inorgánico de alta densidad y de una resina termoendurecible. En ese documento, la resina termoendurecible puede ser una resina de poliéster insaturada y las cargas inorgánicas pueden ser metales pesados o compuestos de los mismos.

El documento GB-A-1049890 [2] describe artículos moldeados o revestimientos que absorben los neutrones que comprenden al menos el 0,3% en peso de boro obtenidos a partir de una mezcla copolimerizable de un poliéster insaturado y de un monómero insaturado en el que o bien el componente ácido del poliéster se deriva parcialmente de ácido bórico, o bien el monómero polimerizable es parcialmente un éster del ácido bórico.

El documento JP-A-55119099 [3] describe materiales de protección contra los neutrones también a base de resina de poliéster insaturado. Un material de este tipo tiene una densidad en átomos de hidrógeno de 6,1.10²² átomos de hidrógeno por cm³, pero no comprende agente absorbedor de neutrones. Además, no permite garantizar el mantenimiento de la subcriticidad de un embalaje de transporte de combustible nuclear.

Estos materiales a base de resina de poliéster insaturado tienen el inconveniente de presentar una mala resistencia al envejecimiento térmico.

Por otro lado, se ha descrito, en el documento EP-A-0108622 [4], un material de pantalla neutrónica constituido por una resina sintética que comprende un polímero esencialmente formado por un monómero vinílico del tipo metacrilato de metilo, y uno o varios compuestos de lantánidos elegidos de los óxidos, los hidróxidos, las sales de ácido orgánico y/o de ácido inorgánico y los complejos de lantánidos.

Exposición de la invención

La presente invención tiene precisamente por objeto un material de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad que presenta una resistencia a la corrosión mejor que la de los materiales a base de poliéster insaturado.

Según la invención, el material compuesto de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad comprende una matriz a base de resina de éster vinílico y una carga inorgánica que puede ralentizar y absorber los neutrones.

Según la invención, la resina de éster vinílico puede ser de diferentes tipos. En general, se usan resinas obtenidas mediante adición de un ácido carboxílico sobre una resina epoxídica.

Las resinas epoxídicas usadas tienen un motivo macromolecular de dos tipos posibles:

- bisfenol A, y

- novolaca.

El ácido carboxílico puede ser en particular el ácido acrílico o el ácido metacrílico. Preferiblemente, se usa el ácido metacrílico.

Así, la resina de éster vinílico se elige del grupo constituido por resinas de epoxiacrilato, resinas de epoximetacrilato, resinas de tipo bisfenol A, resinas de tipo novolaca y resinas a base de bisfenol A halogenadas.

Las resinas de epoxiacrilato y epoximetacrilato de tipo bisfenol A pueden responder a la fórmula:

en la que R representa H o CH₃.

Las resinas de éster vinílico de tipo novolaca pueden responder a la fórmula:

en la que R representa H o CH₃.

También se pueden usar según la invención resinas de éster vinílico a base de bisfenol A halogenadas que responden por ejemplo a la fórmula:

en la que R es tal como se definió anteriormente.

También se pueden usar en la invención resinas de éster vinílico no epoxídicas, obtenidas a partir de poliéster isoftálico y de uretano, que responden por ejemplo a la fórmula:

en la que R es tal como se definió anteriormente y U representa un grupo uretano.

Gracias a la elección de esas resinas de éster vinílico, el material compuesto de la invención presenta las siguientes ventajas.

Al ser la concentración atómica en hidrógeno de las resinas de éster vinílico más elevada que la de los poliésteres insaturados, se obtiene una mejor ralentización de los neutrones.

Estas resinas presentan una excelente estabilidad térmica y una resistencia a la corrosión muy buena, lo que es ventajoso para materiales de blindaje neutrónico o de mantenimiento de la subcriticidad que con frecuencia tienen temperaturas de uso elevadas.

El material es fácil de realizar ya que la resina de éster vinílico se puede colar directamente en el molde que constituirá el embalaje de transporte o de almacenamiento de productos radiactivos.

La pérdida de masa de los materiales de blindaje realizados con esas resinas de éster vinílico es baja a temperatura elevada.

En el material de la invención, las resinas de éster vinílico se han transformado en un material termoendurecido mediante reacción con un monómero copolimerizable tal como el estireno y los derivados de estireno tales como el metilestireno y el divinilbenceno, el viniltolueno, el metacrilato de metilo y los derivados alílicos tales como el ftalato de dialilo.

Según la invención, el material también comprende una carga inorgánica que puede ralentizar y absorber los neutrones, por ejemplo metales, compuestos de metales, boro, compuestos de boro.

Según la invención, esta carga inorgánica puede comprender en particular al menos un compuesto inorgánico de boro y al menos un compuesto inorgánico hidrogenado.

Los compuestos de boro susceptibles de usarse pertenecen al grupo que comprende el ácido bórico H₃BO₃, la colemanita Ca₂O₁₄B₆H₁₀, los boratos de zinc Zn₂O_14,5H₇B₆, Zn₄O₈B₂H₂ y Zn₂O₁₁B₆, el carburo de boro B₄C, el nitruro de boro BN y el óxido de boro B₂O₃.

Preferiblemente, el material compuesto de la invención comprende al menos un compuesto de boro elegido del borato de zinc Zn₂O_14,5H₇B₆ y el carburo de boro B₄C.

Los compuestos inorgánicos hidrogenados susceptibles de usarse pertenecen preferiblemente al grupo de los hidratos de alúmina y del hidróxido de magnesio.

El material de la invención puede comprender además poli(acetato de vinilo) para conferir al material un carácter anticontracción.

1. Material compuesto de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad, que comprende una matriz a base de una resina de éster vinílico elegida del grupo constituido por las resinas de epoxiacrilato, las resinas epoximetacrilatos, las resinas de tipo bisfenol A, las resinas de tipo novolaca, las resinas a base de bisfenol A halogenadas y las resinas obtenidas a partir de poliéster isoftálico y de uretano, y una carga inorgánica capaz de ralentizar y de absorber los neutrones.

2. Material según la reivindicación 1, en el que la resina de éster vinílico es una resina de epoximetacrilato de tipo bisfenol A que responde a la fórmula:

en la que R representa H o CH₃.

3. Material según la reivindicación 1, en el que la resina de éster vinílico es una resina de novolaca de fórmula:

en la que R representa H o CH₃.

4. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la carga inorgánica comprende al menos un compuesto inorgánico de boro y al menos un compuesto inorgánico hidrogenado.

5. Material según la reivindicación 4, en el que el compuesto inorgánico de boro se elige del grupo constituido por el ácido bórico H₃BO₃, los boratos de zinc Zn₂O_14,5H₇B₆, Zn₄O₈B₂H₂ y Zn₂O₁₁B₆, la colemanita Ca₂O₁₄B₆H₁₀, el carburo de boro B₄C, el nitruro de boro BN y el óxido bórico B₂O₃.

6. Material según la reivindicación 4, que comprende al menos un compuesto de boro elegido del grupo constituido por el borato de zinc Zn₂O_14,5H₇B₆ y el carburo de boro B₄C.

7. Material según la reivindicación 4, en el que el compuesto inorgánico hidrogenado se elige del grupo constituido por los hidratos de alúmina y el hidróxido de magnesio.

8. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que las cantidades de compuesto inorgánico hidrogenado y de compuesto inorgánico de boro son tales que la concentración en boro del material es de 8.10²⁰ a 15.10²¹ átomos por cm³ y que la concentración en hidrógeno es de 4.10²² a 6.10²² átomos por cm³.

9. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende del 25 al 40% en peso de resina de éster vinílico.

10. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que presenta una densidad igual o superior a 1,6, preferiblemente de 1,65 a 1,9.

11. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que puede soportar una temperatura de uso mínima de 160ºC.

12. Procedimiento de preparación de un material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende las siguientes etapas:

- preparar una mezcla de la resina de éster vinílico en disolución en un diluyente vinílico con la carga inorgánica,

- añadir a la mezcla un catalizador y un acelerador del endurecimiento,

- desgasificar la mezcla a vacío,

- colar la mezcla obtenida en un molde, y

- dejarla endurecer en el molde.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el diluyente vinílico es el estireno.

14. Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en el que el molde es un embalaje de transporte y/o de almacenamiento de productos radiactivos.

15. Embalaje de transporte y/o de almacenamiento de productos radiactivos que comprende una pantalla de material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.