PROCEDIMIENTO PARA REDUCIR LA ABSORCION DE HIDROGENO EN ALEACIONES DE CIRCONIO DE ELEMENTOS DE COMBUSTIBLE NUCLEAR.

Un procedimiento para reducir la absorción de hidrógeno en componentes de elementos combustibles (46) fabricados a partir de aleaciones de circonio en un reactor nuclear (10),

en el que dicho procedimiento comprende depositar al menos un metal noble sobre al menos una superficie de los componentes del elemento combustible fuera del reactor nuclear, en el que el depósito del al menos un metal noble comprende exponer los componentes del elemento combustible de aleación de circonio a una solución acuosa que comprende al menos un compuesto que contiene al menos un metal noble, que se caracteriza porque el al menos un metal noble se selecciona del grupo constituido por platino, paladio, osmio, rutenio, iridio, rodio y mezclas de los mismos, y en el que cada metal noble está presente en la solución a aproximadamente 5 ppb a aproximadamente 500 ppb

Procedimiento para reducir la absorción de hidrógeno en aleaciones de circonio de elementos de combustible nuclear.

La presente invención se refiere, en general, a reactores nucleares y, más particularmente, a elementos combustibles nucleares de aleación de circonio y procedimientos para reducir la absorción de hidrógeno en las aleaciones de circonio.

Normalmente, una vasija a presión de reactor (VPR) de un reactor de agua en ebullición (BWR) tiene una forma generalmente cilíndrica y está cerrada por ambos extremos mediante, por ejemplo, una tapa inferior y una tapa superior extraíble. Dentro del VPR está contenido un montaje de núcleo que incluye la placa de soporte del núcleo, elementos de combustible, barras de control con forma de pala y una guía superior. Normalmente, el montaje del núcleo está rodeado por una envolvente del núcleo y está soportado por una estructura de soporte de la envolvente. Particularmente, la envolvente tiene una forma generalmente cilíndrica y rodea la placa del núcleo y la guía superior. Localizado entre la vasija a presión del reactor cilíndrico y la envolvente de forma cilíndrica hay un espacio o anillo.

El núcleo del reactor incluye una matriz de elementos combustibles. Los elementos combustibles incluyen barras de combustible, espaciadores de combustible, canales de combustible y canales de agua que normalmente están formados a partir de aleaciones de circonio. Generalmente, la vida de servicio del canal de combustible del reactor de agua en ebullición (BWR) está limitada por la capacidad del canal para resistir el pandeo longitudinal, la deformación por fluencia y la corrosión. Los canales usados en la industria de la energía nuclear están formados a partir de aleaciones de circonio, por ejemplo Zircaloy-2 y Zircaloy-4, que exhiben una resistencia excepcional a la corrosión debido a una formación natural de un óxido superficial denso, adherente y estable. No obstante, dichas aleaciones de circonio son susceptibles a la corrosión mediante la reacción con vapor y agua a una temperatura elevada que se usan como refrigerante y medio de transferencia de calor en el reactor. Un subproducto de la reacción de corrosión de la aleación de circonio es el hidrógeno. El hidrógeno inducido por la corrosión se absorbe en la aleación de circonio y forma un hidruro de circonio que puede inducir fragilidad y reducir la ductilidad de los componentes del elemento combustible de aleación de circonio. Otro problema es que el hidrógeno inducido por la corrosión que se absorbe en la aleación de circonio puede producir pandeo de los canales de combustible, que puede interferir en la acción de la barra de control.

Se han introducido nuevas aleaciones basadas en el circonio que parecen mejorar las características de absorción de hidrógeno, pero no hay aleaciones conocidas basadas en el circonio que eviten la absorción de hidrógeno completamente. La patente de EE.UU. 5.474.723 de Marlowe describe que la aleación con paladio o platino del revestimiento interno de circonio de la camisa barrera del combustible estimula la absorción de hidrógeno. No obstante, la patente de EE.UU. 5.085.656 de Adamson describe la adición de platino o paladio a la aleación de circonio que forma las capas externas de un canal de combustible para servir como catalizador que favorece la recombinación de hidrógeno y oxígeno para reducir los niveles de hidrógeno en el agua refrigerante del reactor.

En un aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de reducción de la absorción de hidrógeno en los componentes del elemento combustible fabricado a partir de aleaciones de circonio en un reactor nuclear. El procedimiento incluye el depósito de al menos un metal noble seleccionado del grupo constituido por platino, paladio, osmio, rutenio, iridio, rodio y mezclas de los mismos, sobre al menos una superficie de los componentes del elemento combustible. El depósito de al menos un metal noble incluye la exposición de los componentes del elemento combustible de aleación de circonio, fuera del reactor nuclear, a una solución acuosa que incluye al menos un compuesto que contiene el al menos un metal noble, en el que cada metal noble está presente en la solución a aproximadamente 5 ppb a 500 ppb.

En otro aspecto, que no forma parte de la invención, se proporciona un procedimiento de fabricación de un elemento combustible para un reactor nuclear. El elemento combustible incluye una pluralidad de componentes formados a partir de una aleación de circonio. El procedimiento incluye exponer al menos un componente del elemento combustible de aleación de circonio, fuera del reactor nuclear, a una solución acuosa a una temperatura de aproximadamente 50ºC a aproximadamente 320ºC, en el que la solución acuosa comprende al menos un compuesto que contiene al menos un metal noble, seleccionado del grupo constituido por platino, paladio, osmio, rutenio, iridio, rodio, y mezclas de los mismos.

A continuación se describirá la invención con más detalle, a modo de ejemplo, en referencia a las figuras, en las que:

La Figura 1 es una ilustración esquemática en sección, en la que se han eliminado partes, de un vasija a presión del reactor nuclear de agua en ebullición.

La figura 2 es una ilustración esquemática en perspectiva de un canal de combustible mostrado en la Figura 1.

La figura 3 es un gráfico de la ganancia de peso por corrosión frente al tiempo de exposición.

La figura 4 es un gráfico del contenido en hidrógeno frente al tiempo de exposición.

La figura 5 es un gráfico del porcentaje de hidrógeno captado frente al tiempo.

Más adelante se describe con detalle un procedimiento para reducir la velocidad de absorción de hidrógeno inducida por corrosión en los componentes del elemento combustible nuclear basado en circonio (Zr) expuestos a agua y vapor a alta temperatura. El procedimiento incluye depositar metal(es) nobles sobre la superficie externa de los componentes del elemento combustible basado en Zr en un procedimiento de recubrimiento líquido fuera del reactor. El(los) metal(es) noble(s) se deposita sobre los componentes en un intervalo de aproximadamente 0,01 µg/cm² a aproximadamente 1000 µg/cm². Los depósitos de metal noble disminuyen la tasa de absorción de hidrógeno en los componentes del elemento combustible con base de Zr que previene un incremento de la fragilidad de los componentes del elemento combustible de aleación de circonio, de modo que se extienden las vidas operativas de los componentes del elemento combustible. El término "metal noble", como se usa en la presente memoria descriptiva, significa los metales del grupo de platino, platino, paladio, osmio, rutenio, iridio, rodio y mezclas de los mismos.

En referencia a las figuras, la figura 1 es una vista en sección, en la que se han eliminado partes, de una vasija a presión de reactor nuclear de agua en ebullición (VPR) 10. La VPR 10 tiene, normalmente, una forma cilíndrica y está cerrada por un extremo mediante una tapa inferior 12 y por el otro extremo por una tapa superior extraíble 14. Una pared lateral 16 se extiende desde la tapa inferior 12 a la tapa superior 14. La pared lateral 16 incluye una brida superior 18. La tapa superior 14 está fijada a la brida superior 18. Una envoltura 20 del núcleo con forma cilíndrica rodea al núcleo del reactor 22. La envoltura 20 está soportada por un extremo por un soporte de envoltura 24 e incluye una tapa de la envoltura extraíble 26 en el otro extremo. Un anillo 28 está formado entre la envoltura 20 y la pared lateral 16. Un alojamiento de bombas 30, que tiene una forma de anillo, se extiende entre el soporte de la envoltura 24 y la pared lateral de la VPR 16. El alojamiento de bombas 30 incluye una pluralidad de aberturas circulares 32, en cada abertura se aloja una bomba de chorro 34. Las bombas de chorro 34 se distribuyen en forma de circunferencia alrededor de la envoltura del núcleo 20. A dos bombas de chorro 34 se acopla una tubería ascendente de entrada 36 a través de un elemento de transición 38. Cada bomba de chorro 34 incluye un mezclador de entrada 40, un difusor 42, un elemento de acoplamiento 43. La tubería ascendente de entrada 36 y dos bombas de chorro conectadas 34 forman un montaje de bomba de chorro 44.

La potencia térmica se genera dentro del núcleo 22, que incluye elementos combustibles 46 de material fisionable. El agua que circula hacia arriba a través del núcleo 22 se convierte, al menos parcialmente, en vapor. Los separadores de vapor 48 separan el vapor del agua, que se recircula. El agua residual se elimina...

1. Un procedimiento para reducir la absorción de hidrógeno en componentes de elementos combustibles (46) fabricados a partir de aleaciones de circonio en un reactor nuclear (10), en el que dicho procedimiento comprende depositar al menos un metal noble sobre al menos una superficie de los componentes del elemento combustible fuera del reactor nuclear, en el que el depósito del al menos un metal noble comprende exponer los componentes del elemento combustible de aleación de circonio a una solución acuosa que comprende al menos un compuesto que contiene al menos un metal noble, que se caracteriza porque el al menos un metal noble se selecciona del grupo constituido por platino, paladio, osmio, rutenio, iridio, rodio y mezclas de los mismos, y en el que cada metal noble está presente en la solución a aproximadamente 5 ppb a aproximadamente 500 ppb.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que exponer los componentes del elemento combustible de aleación de circonio (46) a una solución acuosa comprende exponer los componentes del elemento combustible de aleación de circonio a la solución acuosa a aproximadamente 50ºC a aproximadamente 320ºC.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que exponer los componentes del elemento combustible de aleación de circonio (46) a una solución acuosa comprende exponer los componentes del elemento combustible de aleación de circonio a la solución acuosa a aproximadamente 90ºC a aproximadamente 285ºC.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos un compuesto se selecciona del grupo constituido por acetonato de acetilpaladio, nitrato de paladio, acetato de paladio, acetonato de acetilplatino, ácido hexahidroxiplatínico, Na₂Pt(OH)₆, Pt(NH₃)₄(NO₃)₂, K₃Ir(NO₂)₆, K₃Rh(NO₂)₆, óxido de platino (IV), óxido-hidrato de platino (IV), acetato de rodio (II), nitrato de rodio (III), óxido de rodio (III), óxido-hidrato de rodio (III), fosfato de rodio (II), sulfato de rodio (III) y mezclas de los mismos.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el metal noble se deposita en una cantidad que varía de aproximadamente 0,01 µg/cm² a aproximadamente 1000 µg/cm².

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el metal noble se deposita en una cantidad que varía de aproximadamente 1 µg/cm² a aproximadamente 30 µg/cm².