SISTEMA DE ALMACENAMIENTO INTERMEDIO PARA ELEMENTOS COMBUSTIBLES DE UNA PLANTA NUCLEAR ASI COMO PROCEDIMIENTO PARA LA EXPLOTACION DE UN SISTEMA DE ALMACENAMIENTO INTERMEDIO DE ESTA CLASE.

Sistema de almacenamiento intermedio (1) para elementos combustibles (2) con una combustión nuclear de hasta 60.

000 MW/dtU procedentes de una planta nuclear, con una piscina de almacenamiento húmedo (14), cuyo espacio interior se puede someter a una refrigeración de retorno por medio de un correspondiente circuito de refrigeración secundaria (22) que trabaja con recirculación natural, en el cual van conectados una serie de intercambiadores de calor (24) dispuestos en la piscina de almacenamiento húmedo (14), estando colgados los intercambiadores de calor (24) dentro de la piscina de almacenamiento húmedo (14), y estando conectados los intercambiadores de calor (24) a través del circuito de refrigeración secundario (22) con una serie de elementos de refrigeración de retorno (26) dispuestos por encima del nivel de llenado de diseño de la piscina de almacenamiento húmedo (14),

caracterizado porque

el o los elementos de refrigeración de retorno (26) están posicionados de 5 m a 10 m por encima del respectivo intercambiador de calor (24)

Sistema de almacenamiento intermedio para elementos combustibles de una planta nuclear así como procedimiento para la explotación de un sistema de almacenamiento intermedio de esta clase.

La invención se refiere a un sistema de almacenamiento intermedio para elementos combustibles procedentes de una planta nuclear. También se refiere a un procedimiento para la explotación de un sistema de almacenamiento intermedio de esta clase.

En las plantas nucleares, en particular en las centrales nucleares, se emplea normalmente combustible nuclear que va encerrado en tubos envolventes estancos a los gases. Una pluralidad de esta clase de tubos envolventes que contienen el combustible o de barras de combustible constituye cada vez un elemento combustible que generalmente se emplea en el interior de una vasija de presión del reactor. La radiación radioactiva emitida en el interior de la vasija de presión del reactor provoca reacciones nucleares en el combustible nuclear, mediante las cuales por una parte el combustible suministra y consume energía y por otra parte se libera nueva radiación radioactiva que se requiere para mantener activas las reacciones nucleares. Como combustible nuclear se emplea generalmente óxido de uranio enriquecido o también combustible regenerado, en particular una mezcla de óxidos de uranio y plutonio.

En cuanto un elemento combustible consume durante su utilización un número mayor de neutrones que los que se producen en su combustión por la reacción nuclear, este elemento combustible está quemado y se sustituye por un elemento combustible nuevo. Un elemento combustible agotado de este modo puede ser objeto de regeneración con el fin de recuperar los materiales fisibles, todavía utilizables, para emplearlos en un elemento combustible nuevo, o alternativamente también se puede llevar a un almacenamiento final. La conducción al almacenamiento final tiene lugar generalmente siguiendo un proceso de tres etapas. En la primera etapa se tiene normalmente en cuenta la circunstancia de que un elemento combustible recién retirado de la vasija de presión del reactor tiene todavía un grado de actividad tan alto que no se pueden considerar ni su manipulación directa ni el transporte terrestre. En esta etapa se almacena el elemento combustible bajo el agua hasta que su actividad residual y el calor de descomposición que se forma se hayan desactivado en gran medida. Este almacenamiento, que según el estado del elemento combustible puede requerir un período de tiempo de hasta algunos años, se efectúa generalmente en lo que se llama una piscina de desactivación, directamente en la central nuclear.

En una segunda etapa tiene lugar entonces generalmente lo que se denomina el almacenamiento intermedio de los elementos combustibles quemados. El almacenamiento intermedio está previsto para dejar que se desactive de tal modo la actividad residual y el calor de descomposición del respectivo elemento combustible hasta que sea posible el subsiguiente transporte a un almacén final, sin una aportación de calor excesivamente alta. Para el almacenamiento intermedio, los elementos combustibles generalmente se introducen en unos contenedores de transporte y almacenamiento especialmente concebidos para este fin tal como se conocen con el nombre de "Castor". En esta clase de recipientes se encapsulan los elementos combustibles adecuadamente y se mantienen apantallados del medio ambiente, pudiendo reunirse en un almacén intermedio central una multitud relativamente grande de esta clase de contenedores de transporte y almacenamiento. Un sistema de almacenamiento intermedio de esta clase se designa también como "almacenamiento en seco de contenedores".

Una vez efectuado el almacenamiento intermedio, es decir generalmente después de que hayan transcurrido unos 50 a 100 años, y una vez que la actividad residual y el calor de descomposición del respectivo elemento combustible haya descendido a un valor situado por debajo de un valor límite admisible para el traslado a un almacén final, se llevan los elementos combustibles en una tercera etapa al correspondiente almacén final. En este caso pueden ser por ejemplo cavidades en macizos montañosos procedentes de explotaciones mineras.

El sistema generalmente utilizado para llevar los elementos combustibles al almacenamiento final está ajustado esencialmente por sus condicionantes básicos a un aprovechamiento estándar de elementos combustibles en un ciclo de regeneración. En una explotación de esta clase de los elementos combustibles en un ciclo de regeneración se aprovecha el efecto de que durante la conversión del combustible nuclear se forma entre otros también un nuevo material fisible. Mediante una separación adecuada, éste se puede recuperar del combustible para utilizarlo a su vez como combustible para un nuevo elemento combustible. Ahora bien para ello hay que tener en cuenta que al comienzo del así denominado ciclo del elemento combustible, es decir al comienzo del tiempo de utilización normal del respectivo elemento combustible la tasa de generación del combustible adicional obtenido debido a las reacciones nucleares es mayor que su descomposición causada por las reacciones nucleares en curso. Al ir aumentando el tiempo de utilización del elemento combustible este efecto sin embargo se va desplazando cada vez más en detrimento de la tasa de generación del material fisible adicional, hasta que finalmente el combustible generado durante la utilización del elemento combustible está descompuesto por las reacciones nucleares en mayor grado del que se genera por medio de éstas. En un sistema basado en la regeneración en el empleo de los elementos combustibles está prevista por lo tanto un tiempo de funcionamiento relativamente corto de los elementos combustibles, por lo que en el curso de la regeneración se puede recuperar todavía una cantidad relativamente grande de nuevo combustible producido. Por este motivo, los elementos combustibles previstos para la regeneración que presentan una proporción original de por ejemplo aproximadamente 3,5 a 4% de material fisible en su combustible, generalmente se emplean para una combustión nuclear media de aproximadamente 40.000 MW/dtU. En cuanto un elemento combustible ha alcanzado una combustión nuclear tal, se lleva a cabo su retirada de la vasija de presión del reactor y la subsiguiente regeneración para la recuperación del nuevo material fisible generado.

Pero alternativamente puede ser deseable renunciar durante la utilización de un elemento combustible a la regeneración del material combustible, y en su lugar conducir el elemento combustible directamente a un almacenamiento final después de una única utilización. En este caso no es necesario tener en cuenta durante el diseño básico del elemento combustible y en particular durante la especificación del tiempo de explotación para el elemento combustible la descomposición del nuevo material fisible generado que es cada vez más intensa a lo largo del tiempo. Esta clase de elementos combustibles que no están previstos para ser integrados en un ciclo de regeneración pueden estar diseñados por ejemplo con una concentración inicial de aproximadamente un 5% de material fisible, estando prevista su retirada de la vasija de presión del reactor únicamente después de una combustión nuclear de por ejemplo unas 60.000 MW/dtU. Sin tener en cuenta las condiciones marginales necesarias para un ciclo de regeneración resulta por lo tanto posible obtener un aprovechamiento comparativamente más intenso del combustible nuclear en el caso de efectuar un traslado inmediato de los elementos combustibles a un almacenamiento final.

En cuanto a la preparación para su almacenamiento final de un elemento combustible aprovechado intensivamente de este modo, surgen sin embargo problemas adicionales para la manipulación de esta clase de elementos combustibles. Debido a la combustión nuclear comparativamente intensa, un elemento combustible de esta clase presenta una actividad residual especialmente alta y también un calor de desintegración especialmente intenso. Estos parámetros son importantes entre otras cosas para el almacenamiento intermedio de los elementos combustibles. En el caso de realizar un almacenamiento intermedio en seco, es decir en el almacenamiento intermedio de los elementos combustibles en los contenedores de transporte y almacenamiento previstos para ello hay determinados parámetros característicos de los elementos combustibles que limitan por ejemplo la temperatura de los tubos envolventes y los valores de radiación global emitida que limitan la densidad de empaquetamiento y la carga durante la carga de los contenedores con los elementos combustibles. Precisamente durante la...

1. Sistema de almacenamiento intermedio (1) para elementos combustibles (2) con una combustión nuclear de hasta 60.000 MW/dtU procedentes de una planta nuclear, con una piscina de almacenamiento húmedo (14), cuyo espacio interior se puede someter a una refrigeración de retorno por medio de un correspondiente circuito de refrigeración secundaria (22) que trabaja con recirculación natural, en el cual van conectados una serie de intercambiadores de calor (24) dispuestos en la piscina de almacenamiento húmedo (14), estando colgados los intercambiadores de calor (24) dentro de la piscina de almacenamiento húmedo (14), y estando conectados los intercambiadores de calor (24) a través del circuito de refrigeración secundario (22) con una serie de elementos de refrigeración de retorno (26) dispuestos por encima del nivel de llenado de diseño de la piscina de almacenamiento húmedo (14),

caracterizado porque

el o los elementos de refrigeración de retorno (26) están posicionados de 5 m a 10 m por encima del respectivo intercambiador de calor (24).

2. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque existe la posibilidad de efectuar una alimentación adicional o sustitutiva de un intercambiador de calor.

3. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según la reivindicación 2, caracterizado porque existe la posibilidad de realizar la alimentación a través de una conexión de agua de bomberos.

4. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, cuya piscina de almacenamiento húmedo (14) presenta una pared de piscina continua, en particular una pared de piscina de hormigón (18).

5. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según la reivindicación 4, en el que está previsto un sistema de limpieza por recirculación para el medio refrigerante presente en la piscina de almacenamiento húmedo (14).

6. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, cuyo circuito de refrigeración secundaria (22) comprende una serie de ramales parciales (32) conectados en paralelo por el lado del refrigerante secundario y que pueden funcionar con independencia unos de otros.

7. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según la reivindicación 6, en el que cada ramal parcial (32) conecta cada uno dos intercambiadores de calor (24) por el lado secundario con un correspondiente elemento de refrigeración de retorno (26).

8. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que un elemento de refrigeración de retorno (26) está realizado en forma de un intercambiador de calor de aire.

9. Sistema de almacenamiento intermedio (1) según la reivindicación 8, en el que los elementos de refrigeración de retorno (26) están situados por lo menos en dos torres de refrigeración (28).

10. Procedimiento para la explotación de un sistema de almacenamiento intermedio (1) para elementos combustibles (2) procedentes de una planta nuclear, según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el cual un medio refrigerante presente en una piscina de almacenamiento húmedo (14) para enfriamiento de los elementos combustibles (2) se somete a refrigeración de retorno por medio de un circuito de refrigeración secundario (22) que funciona con recirculación natural,

caracterizado porque

la recirculación natural se consigue y mantiene por medio de un elemento de refrigeración de retorno (26) que en comparación con un intercambiador de calor (24) calentado por el medio refrigerante, está posicionado de 5 m a 10 m por encima, y

para el medio refrigerante presente en la piscina de almacenamiento húmedo (14) se ajusta una temperatura de 40ºC a 45ºC, estando almacenados en la piscina de almacenamiento húmedo (14) elementos combustibles con una combustión nuclear de hasta 60.000 MW/dtU.