PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA SEPARAR BORO DEL CIRCUITO DE REFRIGERACION PRIMARIO DE UNA CENTRAL NUCLEAR.

Procedimiento para separar boro del circuito de refrigeración primario de una central nuclear,

especialmente de un reactor de agua a presión,

en el que se extrae agua de refrigeración del circuito de refrigeración primario y se conduce por un módulo de electrolisis (3) en el que el boro se separa del agua de refrigeración mediante membranas selectivas de aniones (22) y electrolisis de membrana, sin separar simultáneamente 7Li mediante electrolisis de membrana con membranas selectivas de cationes dispuestas junto a las membranas selectivas de aniones (22), y el diluido que sale del módulo de electrolisis (3) se realimenta al circuito de refrigeración primario,

caracterizado porque

se realiza en operación por lotes, introduciéndose una carga de agua de refrigeración del circuito de refrigeración primario a un tanque colector de diluido (4), recirculándose el agua de refrigeración del tanque colector de diluido (4) al circuito por el módulo de electrolisis (3) al tanque colector de diluido (4) y después de alcanzarse una concentración límite de boro predeterminada del lote éste se realimenta al circuito de refrigeración primario

Procedimiento y dispositivo para separar boro del circuito de refrigeración primario de una central nuclear.

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para separar boro del circuito de refrigeración primario de una central nuclear, especialmente de un reactor de agua a presión.

En las centrales nucleares se obtiene energía mediante la fisión nuclear inducida por neutrones. El agua contenida en el circuito de refrigeración primario sirve en este caso tanto de refrigerante para evacuar el calor de reacción como de moderador para termalizar los neutrones necesarios para el mantenimiento de la reacción en cadena.

Para influir en el número de neutrones termalizados y, por tanto, para controlar la potencia del reactor influyendo en la reacción en cadena, al agua de refrigeración se añaden sustancias extractoras de neutrones. Una sustancia preferida para la absorción de la reactividad excedente es el isótopo físicamente eficaz para neutrones ¹⁰B, que en el circuito de refrigeración primario se presenta en forma de un ácido bórico (B(OH)₃) enriquecido en ¹⁰B. Este isótopo tiene una gran sección transversal de captura de neutrones.

Sin embargo, la adición de ácido bórico tiene la desventaja que en el circuito de refrigeración primario se reduce el valor de pH. Para aumentar el valor de pH al intervalo de valores admisible y para compensar la acción reductora de pH del ácido bórico, al circuito de refrigeración primario se añade ⁷Li enriquecido en isótopos en forma de LiOH. Por tanto, las siguientes realizaciones sirven, en tanto que se trata de ⁷Li, análogamente al mismo tiempo para LiOH.

Debido al hecho de que la actividad en un reactor se reduce después una carga con nuevo combustible nuclear durante el ciclo de aproximadamente un año, al principio de un ciclo es necesaria una mayor concentración de ácido bórico que al final del ciclo para absorber la reactividad excedente. Por tanto, la concentración de ácido bórico debe reducirse durante la duración del ciclo de aproximadamente 1200 ppm a aproximadamente 0 ppm. Para que el intervalo de pH admisible o la concentración de litio admisible máxima se mantengan, simultáneamente también debe influirse en la concentración de litio. En este caso hay diferentes modos de operación litio-boro de un reactor.

Así, por ejemplo, el valor de pH puede mantenerse constante durante la duración del ciclo, reduciéndose homogéneamente la concentración de ácido bórico y de litio durante el ciclo. Otra variante consiste en que durante una gran parte del ciclo inicialmente se reduce la concentración de ácido bórico a concentración de litio constante y sólo hacia el final del ciclo también se disminuye la concentración de litio. La concentración de hidróxido de litio se encuentra generalmente al principio de un ciclo entre 1,5 y 2,5 ppm y hacia el final del ciclo entre 0 y 1 ppm. De esto resulta la exigencia de reducir durante un ciclo no sólo la concentración de ácido bórico, sino también la concentración de hidróxido de litio.

Se añade que, debido a la reacción de captura de neutrones del ¹⁰B, el propio reactor produce en funcionamiento ⁷Li, que también debe extraerse.

Debido a los requisitos físicos y químicos de los neutrones en un reactor, el devenir habitual del ⁷Li durante la duración del ciclo de una carga de barras de combustible es, por tanto, del siguiente modo.

a) al principio de un ciclo, el circuito de refrigeración primario se carga con el litio adquirido en el mercado para adaptar la concentración inicial de ⁷Li a la alta concentración de boro en ese momento.

b) En la primera mitad del ciclo se produce el ⁷Li en exceso mediante la captura de neutrones del ¹⁰B. Este ⁷Li sobregenerado debe extraerse, al igual que el ⁷Li en exceso debido a la reducción de la concentración de ácido bórico, del circuito de refrigeración primario. A este respecto es deseable mantener a ser posible constante la concentración de ⁷Li en el refrigerante para que el valor de pH y consecuentemente el potencial redox no cambien o no cambien discontinuamente, con lo que se reforzaría la movilización de productos de corrosión radiactivos.

c) En la segunda mitad del ciclo se requiere una alta velocidad de intercambio de refrigerante para reducir la concentración de ácido bórico. A este respecto, en los procedimientos utilizados según el estado de la técnica se pierde ⁷Li en el procesamiento del refrigerante. Este ⁷Li perdido se sustituye otra vez por ⁷Li nuevo comprado.

d) Los reactores de agua a presión también se utilizan para cubrir a corto plazo picos de consumo de energía, especialmente en países con alta proporción de energía nuclear en la producción de energía. Para ello debe modificarse en poco tiempo la reactividad de un reactor. El aumento de la reactividad puede conseguirse reduciendo la concentración de ácido bórico debiendo reducirse la concentración de litio en el mismo grado para mantener constante el valor de pH. Al contrario, la reactividad del reactor puede reducirse aumentando la concentración de ácido bórico, debiendo aumentarse también en este caso la concentración de litio para mantener constante el valor de pH en el mismo grado. Este modo de operación en el que la reactividad se aumenta o se reduce en poco tiempo se denomina operación de secuencia de carga.

Según el estado de la técnica, para extraer el ⁷Li se utilizan filtros de intercambio iónico. Junto con estos intercambiadores iónicos, el ⁷Li llega por último lugar a los residuos radiactivos. A causa de esto se forman, paralelamente a los altos costes de adquisición, costes de eliminación de residuos muy considerables. Los intercambiadores iónicos cargados de litio sirven de filtros de depuración principales de iones y partículas en el circuito de refrigeración primario. Es necesario intercambiar el filtro de extracción de litio explotado en la operación intermitente cuando ha alcanzado su límite de carga de litio y luego seguir operando como filtro de depuración principal. El anterior filtro de depuración principal se desecha en este caso, aunque todavía podría satisfacer su objetivo como filtro de depuración principal. Por tanto, los costes de eliminación de residuos siguen aumentando por la saturación de litio de los intercambiadores iónicos.

Además, en los casos en los que las resinas del filtro de depuración principal deben cambiarse, por ejemplo, debido a su agotamiento químico, también es necesario cargar hasta la saturación el filtro de lecho mixto usado como filtro de extracción de litio con litio comprado nuevo y luego utilizarlo como filtro de depuración principal para la depuración del agua de refrigeración. El relleno de resina del antiguo filtro de depuración principal se desecha, el filtro se rellena con nuevas resinas de filtración y luego se usa como filtro de extracción de litio.

Por tanto, los filtros de intercambio iónico utilizados según el estado de la técnica son en resumen muy poco económicos ya que continuamente se adquiere ⁷Li a altos costes y se desecha como residuo radiactivo con costes de eliminación de residuos muy considerables. Este modo de operación fue considerado necesario por los expertos para conseguir un control admisible de la concentración de ⁷Li.

En el estado de la técnica se ha realizado un gran esfuerzo para reducir los considerables costes originados por el ⁷Li. En un estudio elaborado hace poco en este contexto de las empresas de suministro de energía se investigaron posibilidades para el ahorro de costes. Como resultado se propuso optimizar la gestión de la dosificación de litio aplicando los intercambiadores iónicos conocidos. Sin embargo, de esta manera no pueden reducirse decisivamente las desventajas anteriormente descritas justificadas en la tecnología anteriormente utilizada.

De los contextos previamente expuestos es evidente que en una central nuclear existe el requisito de influir en la concentración de ácido bórico. Esto se realiza según el estado de la técnica mediante intercambio de refrigerante por agua desmineralizada y recuperación de ácido bórico mediante evaporación, por lo que se generan altos costes.

Se propuso separar el ⁷Li mediante un procedimiento de electrodiálisis. Por electrodiálisis se entiende un proceso en el que bajo la influencia...

1. Procedimiento para separar boro del circuito de refrigeración primario de una central nuclear, especialmente de un reactor de agua a presión,

en el que se extrae agua de refrigeración del circuito de refrigeración primario y se conduce por un módulo de electrolisis (3) en el que el boro se separa del agua de refrigeración mediante membranas selectivas de aniones (22) y electrolisis de membrana, sin separar simultáneamente ⁷Li mediante electrolisis de membrana con membranas selectivas de cationes dispuestas junto a las membranas selectivas de aniones (22), y el diluido que sale del módulo de electrolisis (3) se realimenta al circuito de refrigeración primario,

caracterizado porque

se realiza en operación por lotes, introduciéndose una carga de agua de refrigeración del circuito de refrigeración primario a un tanque colector de diluido (4), recirculándose el agua de refrigeración del tanque colector de diluido (4) al circuito por el módulo de electrolisis (3) al tanque colector de diluido (4) y después de alcanzarse una concentración límite de boro predeterminada del lote éste se realimenta al circuito de refrigeración primario.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en el módulo de electrolisis (3) no se usan resinas intercambiadoras de iones.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la tensión de electrolisis aplicada al módulo de electrolisis (3) se invierte de polaridad de vez en cuando, cambiándose también el flujo de diluido y concentrado en el módulo de electrolisis (3).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la polaridad del módulo de electrolisis (3) se invierte entre lotes sucesivos.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se realiza en operación semicontinua introduciéndose continuamente el agua de refrigeración extraída del circuito de refrigeración primario a un tanque colector de diluido (4), conduciéndose el agua de refrigeración extraída del tanque colector de diluido (4) por el módulo de electrolisis (3) y a continuación realimentándose al circuito de refrigeración primario, recirculándose una corriente parcial del diluido que sale del módulo de electrolisis (3) al circuito al tanque colector de diluido (4).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el concentrado que sale del módulo de electrolisis (3) se introduce en un tanque colector de concentrado (5).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el diluido se almacena temporalmente antes de la realimentación al circuito de refrigeración primario en un tanque colector de producto (6).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el concentrado que sale del módulo de electrolisis (3) se concentra adicionalmente.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se almacena temporalmente boro o H₃BO₃ y, en caso de necesidad, especialmente en la operación de secuencia de carga mediante inversión de la polarización del módulo de electrolisis (3), se realimenta al circuito de refrigeración primario.

10. Dispositivo para separar boro del circuito de refrigeración primario de una central nuclear, especialmente de un reactor de agua a presión, mediante un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, presentando el dispositivo de separación un módulo de electrolisis (3) por el que puede conducirse el agua de refrigeración extraída del circuito de refrigeración primario y en el que el boro puede separarse del agua de refrigeración mediante membranas selectivas de aniones (22) y electrolisis de membrana, sin separar simultáneamente ⁷Li por electrolisis de membrana con membranas selectivas de cationes dispuestas junto a las membranas selectivas de aniones (22), pudiendo realimentarse el diluido que sale del módulo de electrolisis (3) al circuito de refrigeración primario, caracterizado porque presenta un tanque colector de diluido (4) del que el agua de refrigeración extraída del circuito de refrigeración primario puede introducirse al módulo de electrolisis (3).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque presenta un tanque colector de concentrado (5) al que puede introducírsele el concentrado que sale del módulo de electrolisis (3).

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 11, caracterizado porque presenta un tanque colector de producto (6) en el que puede almacenarse temporalmente diluido antes de la realimentación al circuito de refrigeración primario.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque el módulo de electrolisis (3) presenta electrodos bipolares (25).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque el módulo de electrolisis (3) presenta una secuencia alterna de membranas intercambiadoras de aniones (22) y electrodos bipolares (25).

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque las membranas del módulo de electrolisis (3) están constituidas por películas de plástico con grupos iónicos incorporados.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque las conducciones de agua de refrigeración entre el circuito de refrigeración primario y el módulo de electrolisis (3) y/o las conducciones en el dispositivo están constituidas principalmente por plástico.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 16, caracterizado porque presenta una etapa para concentrar el concentrado.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 17, caracterizado porque presenta una unidad de almacenamiento para almacenar boro o H₃BO₃.