Material de protección neutrónica y de mantenimiento de la subcriticidad,

que comprende una matriz a base de una resina de éster vinílico, al menos una poliamida y una carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones

Material de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad, su procedimiento de preparación y sus aplicaciones.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un material de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad, así como a un procedimiento de preparación de ese material y a las aplicaciones de dicho material.

El material según la invención tiene la particularidad de presentar una notable aptitud para ralentizar y absorber neutrones, al tiempo que tiene una densidad particularmente baja.

Por tanto, es susceptible de representar un material de elección para la realización de pantallas neutrónicas en embalajes para el transporte, el almacenamiento temporal y/o el almacenamiento de materias radiactivas, y concretamente conjuntos de combustibles nucleares nuevos, es decir, aún no irradiados, tales como los compuestos de óxidos a base de plutonio, que emiten más neutrones que radiación gamma.

Estado de la técnica anterior

Los materiales destinados a constituir pantallas neutrónicas en embalajes para el transporte, el almacenamiento temporal y/o el almacenamiento de combustibles nucleares deben presentar un determinado número de propiedades.

En primer lugar, conviene que puedan ralentizar y capturar muy eficazmente neutrones, concretamente para estar en condiciones de mantener una subcriticidad en el interior de esos embalajes, es decir, de evitar que los neutrones que se formen allí provoquen una reacción nuclear en cadena.

También deben presentar una buena resistencia al envejecimiento a temperaturas relativamente elevadas ya que la presencia de combustibles nucleares en los embalajes genera temperaturas importantes (del orden de 150ºC en condiciones normales de transporte).

También deben tener una baja conductividad térmica, pero no obstante suficiente para poder evacuar el calor desprendido por los combustibles nucleares en el interior de los embalajes.

También deben tener una buena resistencia al fuego, lo que supone que son autoextinguibles, es decir, que dejan de arder en cuanto se extinguen las llamas.

Finalmente, es deseable que esos materiales tengan una densidad relativamente poco elevada de manera que su presencia en los embalajes contribuya lo menos posible a hacer que estos últimos sean más pesados.

Para que los materiales sean adecuados para ralentizar y capturar neutrones, conviene que estén muy hidrogenados y que encierren un compuesto inorgánico, por ejemplo a base de boro, apropiado para garantizar la captura de neutrones.

Así, por ejemplo:

- El documento FR-A-2546331 [1] propone un material de blindaje neutrónico que comprende bolas de polietileno o de polipropileno retenidas en un aglutinante compuesto por una resina de poliéster o por un cemento aluminoso, por un hidrato estable tal como el trihidrato de alúmina, y por un compuesto de boro (colemanita o carburo de boro).

- El documento EP-A-0628968 [2] describe un material de blindaje neutrónico obtenido a partir de una mezcla entre una resina termoendurecible y una carga inorgánica de alta densidad. La resina termoendurecible puede ser una resina de fenol, epoxídica, de cresol, xileno, urea o incluso de poliéster insaturado, mientras que la carga inorgánica puede ser un metal pesado (plomo, tungsteno...), un lantánido (europio, gadolinio...) o uranio.

- El documento GB-A-1049890 [3] describe artículos moldeados y revestimientos de protección neutrónica que se obtienen a partir de una mezcla copolimerizable de un poliéster insaturado y de un monómero etilénico, en los que, o bien la parte ácida del poliéster se deriva en parte del ácido bórico, o bien el monómero etilénico es en parte un éster de ácido bórico, o bien incluso el poliéster insaturado y/o el monómero etilénico contienen hidruro de boro o cloruro de boro.

- El documento EP-A-1316968 [4], que se publicó el 4 de junio de 2003 y que, de acuerdo con ello, no forma parte del estado de la técnica más que de acuerdo con el artículo 54(3) CPE, y que, únicamente para Alemania, España, Francia y Gran Bretaña, describe un material de blindaje neutrónico que se obtiene a partir de una mezcla endurecible que comprende una resina epoxídica de 2 componentes (una base y un endurecedor), un retardador de llama tal como hidróxido de magnesio y un material absorbedor de neutrones tal como el carburo de boro.

- El documento EP-A-1093130 [5] describe una pantalla neutrónica que se obtiene a partir de una mezcla endurecible que comprende una resina de glicidil éter epoxídica alifática de cadena larga como componente principal, un endurecedor de tipo poliamina alicíclica, poliamina alifática de poliamida y/o aducto epoxídico, hidróxido de aluminio y carburo de boro.

- El documento DE-B-1162694 [6] describe un material para reforzar la protección frente a una radiación neutrónica que se presenta en forma de pequeños elementos de tipo granulado, copos o análogos, que pueden estar constituidos por un polietileno, por un poliestireno, por un poliéster, por una resina epoxídica, por un nailon o por un poli(tereftalato de etileno), y que comprende al menos el 3% de hidrógeno.

Estos materiales no proporcionan generalmente una total satisfacción. En particular, presentan una resistencia al envejecimiento térmico insuficiente debido a la naturaleza de los polímeros hidrogenados que los constituyen, y su densidad es demasiado elevada.

Así, por ejemplo, el material descrito en el documento EP-A-0628968 presenta una densidad al menos igual a 2.

Exposición de la invención

En el marco de sus trabajos de investigación, el solicitante se ha visto inducido a desarrollar un material que tenga excelentes propiedades de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad, con una capacidad de auto-extinción y propiedades térmicas muy satisfactorias, concretamente en cuanto a la resistencia al envejecimiento térmico.

Este material comprende una matriz a base de una resina de éster vinílico tal como una resina de tipo novolaca, en la que se dispersan, por una parte, un compuesto inorgánico hidrogenado adecuado para ralentizar neutrones tal como el hidrato de alúmina, y, por otra parte, un compuesto inorgánico de boro que puede capturarlos tal como el borato de zinc.

Sus notables propiedades se explican concretamente por el hecho de que las resinas de éster vinílico, además de ser ricas en hidrógeno y, por tanto, de ser adecuadas para ralentizar muy eficazmente los neutrones, tienen una conductividad térmica poco elevada, a la que se le añade una excelente estabilidad térmica.

No obstante, presenta una densidad al menos igual a 1,6 y que generalmente está comprendida entre 1,65 y 1,9.

Los inventores se han fijado por tanto como objetivo proporcionar un material que, al tiempo que presente propiedades comparables a las de este material a base de una resina de éster vinílico, tenga una densidad más baja que la del mismo.

Este objetivo se logra mediante la invención que propone un material de blindaje neutrónico y de mantenimiento de la subcriticidad, comprendiendo el material una matriz a base de una resina de éster vinílico, al menos una poliamida y una carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones.

En efecto, los inventores han constatado que al incorporar, en una matriz a base de una resina de éster vinílico, un compuesto elegido de la familia de las poliamidas (de la cual la mayor parte de los representantes presentan a la vez un contenido en hidrógeno relativamente alto, una baja densidad (del orden de 1 a 1,2 según las poliamidas) y una temperatura de fusión elevada), junto con una carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones, es posible obtener un material que presenta propiedades tan interesantes como las de dicho material a base de una resina de éster vinílico, incluso superiores en cuanto al blindaje neutrónico y al mantenimiento de la subcriticidad, pero cuya densidad se sitúa entre 1,3 y 1,6.

En el sentido de la presente invención, el término "poliamida" designa tanto una homopoliamida procedente de la reacción entre grupos amina y ácido que pertenecen a una misma molécula, como una copoliamida resultante de la reacción entre grupos amina y ácido pertenecientes a moléculas diferentes.

Según la invención, la poliamida puede ser tanto...

1. Material de protección neutrónica y de mantenimiento de la subcriticidad, que comprende una matriz a base de una resina de éster vinílico, al menos una poliamida y una carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones.

2. Material según la reivindicación 1, en el que la poliamida es una poliamida alifática.

3. Material según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la poliamida se elige de las poliamidas 11, las poliamidas 12, las poliamidas 6-12 y sus mezclas.

4. Material según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina de éster vinílico se elige de las resinas de éster vinílico obtenidas a partir de una resina epoxídica de tipo bisfenol A y de ácido (met)acrílico, las resinas de éster vinílico obtenidas a partir de una resina epoxídica de tipo novolaca y de ácido (met)acrílico, las resinas de éster vinílico obtenidas a partir de una resina epoxídica de tipo bisfenol A halogenado y de ácido (met)acrílico y las resinas de éster vinílico obtenidas a partir de un poliéster isoftálico y de un uretano.

5. Material según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina de éster vinílico es una resina de epoxiacrilato o epoximetacrilato de tipo novolaca.

6. Material según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones comprende al menos un compuesto inorgánico hidrogenado y al menos un compuesto inorgánico de boro.

7. Material según la reivindicación 6, 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 la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que el compuesto inorgánico de boro se elige del grupo constituido por el ácido bórico, la colemanita, los boratos de zinc, el carburo de boro, el nitruro de boro y el óxido de boro.

9. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el compuesto inorgánico hidrogenado es el hidrato de alúmina de fórmula Al₂O₃.

10. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el compuesto inorgánico de boro es el borato de zinc de fórmula Zn₂O_14,5H₇B₆ o el carburo de boro.

11. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, que presenta una concentración atómica de hidrógeno comprendida entre aproximadamente 4,5.10²² y 6,5.10²² at/cm³.

12. Material según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, que presenta una concentración atómica de boro comprendida entre aproximadamente 8.10²⁰ y 3.10²¹ at/cm³.

13. Material según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina de éster vinílico representa del 30 al 45% en masa de la masa total constituida por esa resina, la poliamida y la carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones.

14. Material según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la poliamida representa del 10 al 30% en masa de la masa total constituida por la resina de éster vinílico, esa poliamida y la carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones.

15. Material según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta una densidad comprendida entre 1,3 y 1,6.

16. Procedimiento de preparación de un material según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende las siguientes etapas:

- mezclar la resina de éster vinílico, la poliamida, la carga inorgánica que puede ralentizar y absorber neutrones, con al menos un acelerador de polimerización de la resina,

- añadir a esa mezcla al menos un catalizador de polimerización de la resina,

- desgasificar la mezcla a vacío,

- colar la mezcla obtenida en un molde, y

- dejarla endurecer en el molde.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que el molde está constituido por un compartimento de un embalaje de transporte, de almacenamiento temporal y/o de almacenamiento de productos radiactivos.

18. Embalaje de transporte, de almacenamiento temporal y/o de almacenamiento de materias radiactivas, que comprende al menos una pantalla formada por el material tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.