La invención se refiere a un escáner para el análisis de barras de combustible nuclear que comprende un blindaje (1) y orificios (8,

5) donde situar la barra de combustible (2) y uno o varios detectores de CZT (6). Los detectores de CZT permiten realizar un escáner ligero, simple y fácilmente transportable. El escáner tiene la ventaja añadida de que varios de sus elementos son intercambiables

Escáner para el análisis de una barra de combustible nuclear.

Campo de la invención

La presente invención se aplica al campo de los equipos de inspección de combustible nuclear, más en particular, a un escáner de barras de combustible irradiadas.

Antecedentes de la invención

En los reactores nucleares, se utilizan elementos combustibles que comprenden una pluralidad de barras de combustible nuclear, organizadas en forma de matriz, en filas y columnas. Estas barras incluyen pastillas ("pellets") de combustible, por ejemplo, de uranio (U), en forma de óxido de uranio (UO₂), normalmente enriquecido en ²³⁵U.

Con el fin de estudiar varios parámetros característicos del rendimiento de las barras de combustible (distribución lineal del calor emitido o quemado, emisión de gases producto de la fisión, interacción de los elementos combustibles con las paredes de las barras, etc.) existen diversos dispositivos. En particular, un parámetro importante a tener en cuenta es el quemado, una medida de la cantidad de energía térmica producida en el combustible y que se puede expresar como el número de fisiones por 100 núcleos pesados (masa atómica >=232) presentes inicialmente en el combustible. Las mediciones no invasivas del quemado pueden basarse en la detección por ejemplo de la actividad del isótopo ¹³⁷Cs usando detectores de radiación gamma de media o alta resolución. Existen detectores de radiación gamma basados en cristales de germanio que se usan para medir la radiación gamma emitida por los elementos combustibles después del uso de los mismos en el reactor nuclear, como el descrito en la publicación "Studies of Nuclear Fuel Performance Using On-site Gamma-ray Spectroscopy and In-pile Measurements, Ingvar Matsson, ISBN 91-554-6582-X".

Este detector de germanio requiere refrigeración con nitrógeno liquido, algo que hace que el conjunto y su operación sea complejo.

Este tipo de mediciones, que pueden incluir una espectrometría, son necesarias para comprobar que el combustible se ha quemado tal y como estaba previsto y hasta el limite predeterminado, algo importante para el tratamiento y almacenamiento posterior del elemento combustible una vez usado.

Existen también aparatos para medir y analizar los gases emitidos por las barras de combustible al exterior, como el descrito en la patente FR 2726936 A1. Sin embargo, un parámetro de creciente interés es la concentración de gas en la parte interior más alta de las barras de combustible y donde se sitúa el muelle ("plenum"), parámetro directamente relacionado con la actividad del combustible durante el quemado. Se hacen necesarios por tanto, dispositivos que faciliten la medida de estas concentraciones de gas en el interior de la barra.

En la actualidad además, el coste de los diferentes equipos de medida es elevado, y su transporte y montaje se hace difícil debido a sus grandes dimensiones y al peso del blindaje.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto resolver los problemas expuestos anteriormente mediante un escáner que comprende un blindaje de un material capaz de proteger de las radiaciones, medios de posicionamiento de la barra y de al menos un detector, donde el detector esta constituido por TeCd dopado con Zn u otro semiconductor de características similares y los medios de posicionamiento de la barra y el detector están situados uno respecto al otro de manera que permiten la detección por parte del elemento sensible de isótopos irradiados por la barra.

Preferentemente, el blindaje es de un material muy denso y con un alto número atómico, como el wolframio. Los medios de posicionamiento serian orificios en el blindaje y el orificio de la barra. Opcionalmente podría haber varios detectores en orificios correspondientes. Asociados a cada detector puede haber un colimador y/o un filtro para la detección de los isótopos de interés (el isótopo ⁸⁵Kr, o los isótopos ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁵⁴Eu, ¹⁰⁶Ru o ¹⁴⁰La). Preferentemente, el dispositivo incluye medios motorizados capaces de desplazar la barra en el orificio que le corresponde a una velocidad controlada y un tubo de inserción entre la barra de combustible y su orificio correspondiente. El escáner se puede acoplar a un rack de elementos combustibles en una piscina de almacenamiento temporal mediante una plataforma configurada para tal uso.

Gracias al detector de Cd(Zn)Te el dispositivo de la invención es mucho más pequeño que los dispositivos conocidos hasta ahora y además no requiere refrigeración por nitrógeno liquido, lo cual reduce el coste y complejidad del sistema.

El dispositivo objeto de la invención presenta además la ventaja de poder realizar distintas mediciones sobre una sola barra con distintos filtros y/o detectores con distintas resoluciones, que son fácilmente intercambiables.

Breve descripción de las figuras

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la presente descripción, acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la invención, se adjuntan las siguientes figuras, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo:

La figura 1 muestra una sección vertical de una realización de la invención.

La figura 2 muestra un corte axial de dicha realización.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva del aparato colocado en el rack de la piscina del reactor, según una realización de la invención.

La figura 4 muestra una sección vertical de una realización con varios detectores.

La figura 5 muestra detalles de los filtros y la región del plénum.

Descripción detallada de la invención

El escáner de barras de la invención realiza una inspección de espectrometría gamma de resolución media mediante un detector de estado sólido. La información suministrada por el escáner de barras debe obtener:

- la medida de quemado y del tiempo de enfriamiento a partir de la obtención de la medida isotópica de ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs, ¹⁰⁶Ru y ¹⁵⁴Eu, independientemente de la información previa de la barra

- el perfil de los isótopos de interés ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs, ¹⁵⁴Eu, ¹⁰⁶Ru y gamma total y en consecuencia el perfil de quemado.

- información milimétrica de la homogeneidad de la columna de pastillas y de su longitud exacta

- la medida de ⁸⁵Kr en el plénum (FGR - Fission Gas Release), utilizada para la medida de la presión dentro de la barra.

- el perfil de ¹⁴⁰La en la determinación de potencia al fin de un ciclo (medida a 5 semanas)

- capacidad para determinar contaminación de ⁶⁰Co en la zona de pastillas y en el plénum.

Esencialmente el escáner de barras obtiene la misma información básica de caracterización que el escáner de alta resolución de Ge del estado de la técnica incluida la medida de ⁸⁵Kr. Además, el sistema de control de posición axial permite en la realización del perfil de la barra, una adquisición sincronizada de la posición con respecto a la radiación gamma de la región de interés, o con respecto a la totalidad de la radiación gamma.

El detector es un cristal semiconductor de TeCd, con Zn como impureza, compuesto que se denomina comúnmente CZT. Se necesita un detector que proporcione información válida en el rango de medida hasta 200.000 fotones/segundo, suficientemente eficiente para energías de > 300 Kev y capaz de proporcionar resolución suficiente a temperatura ambiente (unos 30º). Los detectores se incorporarán a carcasas estancas presurizadas para trabajar a unos 10 metros bajo el agua. La radiación principal de control puede corresponder al ¹³⁷Cs que se selecciona por proporcionar información de quemado con tiempos de enfriamiento >6 meses. Si el tiempo de enfriamiento es inferior podrá realizarse la inspección con un tiempo de enfriamiento adecuado a la medida del ¹⁴⁰La (de 5 a 6 semanas). Este rango de medida en energías del escáner cubre a partir de la energía del ¹⁰⁶Ru. Por tanto cubre la medida del ¹³⁴Cs del ¹³⁷Cs del ¹⁵⁴Eu y del ¹⁴⁰La como se requiere para los objetivos que se pretenden.

Las radiaciones medidas entre 500 y 1500 Kev son necesarias para determinar el quemado...

1. Escáner para el análisis de una barra de combustible nuclear (2), que comprende un blindaje de un material capaz de proteger de las radiaciones (1) y medios de posicionamiento de la barra y de al menos un detector (6),

caracterizado porque el detector esta constituido por TeCd dopado con Zn u otro semiconductor de características similares y los medios de posicionamiento de la barra y el detector están situados uno respecto al otro de manera que permiten la detección por parte del detector de isótopos irradiados por la barra.

2. Escáner según la reivindicación 1, caracterizado porque el blindaje (1) es de un material muy denso de alto número atómico.

3. Escáner según la reivindicación 2 caracterizado en que el blindaje es de wolframio.

4. Escáner según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque dichos medios de posicionamiento comprenden al menos un orificio destinado al detector (5) y otro destinado a la barra (8) situados en el blindaje.

5. Escáner según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos medios de posicionamiento comprenden además un elemento de guía (9) para la barra, situado en el blindaje, de manera a facilitar la inserción de la barra en su orificio.

6. Escáner según las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque comprende varios detectores (6) y los medios de posicionamiento de los detectores comprenden un orificio para cada detector (5).

7. Escáner según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el/los detectores incorporan un filtro (7) adaptado a la detección de unos isótopos en particular.

8. Escáner según la reivindicación 7, caracterizado porque el conjunto filtro-detector (7) es capaz de detectar o el isótopo ⁸⁵Kr, o los isótopos ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁵⁴Eu, ¹⁰⁶Ru o el ¹⁴⁰La.

9. Escáner según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además incorpora un colimador por cada detector adaptado al isótopo o isótopos a medir.

10. Escáner según cualquiera de las reivindicaciones 4-9, caracterizado porque comprende medios motorizados capaces de desplazar la barra en el orificio que le corresponde a una velocidad controlada.

11. Escáner según cualquiera de las reivindicaciones 4-10, caracterizado en que comprende un tubo de inserción entre la barra de combustible (2) y su orificio correspondiente (8).

12. Escáner según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una plataforma (11) configurada para acoplar el aparato (1) a un rack (10) de elementos combustibles en una piscina de almacenamiento temporal de elementos combustibles.