SISTEMA Y MÉTODO PARA ALMACENAR RESIDUOS DE ALTO NIVEL.

La presente solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente Estadounidense 11/123,590, presentada en Mayo 6, 2005, que a su vez reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense 60/671,552, presentada en Abril 15, 2005 y la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense 60/665,108, presentada en Marzo 25, 2005. CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona de manera general con el campo del almacenamiento de residuos de alto nivel ("HLW" por sus siglas en inglés), y específicamente con sistemas y métodos para almacenar HLW, tales como combustible nuclear consumido, en módulos verticales ventilados. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El almacenamiento, manipulación, y transferencia de HLW, tal como combustible nuclear consumido, requiere especial cuidado y protección en el procedimiento. Por ejemplo, en la operación de reactores nucleares, es habitual retirar elementos combustibles después de que se ha agotado su energía hasta un nivel predeterminado. Luego de retirarlo, este combustible nuclear consumido es aún altamente radioactivo y produce mucho calor, lo que requiere que se tenga gran cuidado en su empaque, transporte y almacenamiento. Con el fin de proteger el ambiente de exposición a la radiación, el combustible nuclear consumido primero se pone en un bote. El bote cargado luego se transporta y se almacena en contenedores cilíndricos grandes llamados barriles. Se utiliza un barril de transferencia para transportar el combustible nuclear consumido de un lugar a otro mientras se utiliza un barril de almacenamiento para almacenar el combustible nuclear consumido durante un periodo determinado. En una planta de energía nuclear típica, primero se coloca un bote vacío abierto en un casco de transferencia abierto. El barril de transferencia y el bote vacío luego se sumergen en una piscina de agua. El combustible nuclear consumido se carga en el bote mientras que el bote y el barril de transferencia permanecen sumergidos en la piscina de agua. Una vez cargado completamente con combustible nuclear consumido, se coloca normalmente una tapa en la parte superior del bote mientras está en la piscina. Luego el barril de transferencia y el bote se retiran de la piscina de agua, la tapa del bote se fusiona con éste y se instala una tapa sobre el barril de transferencia. Después se drena el bote apropiadamente, se carga con gas inerte y se sella herméticamente. Después se transporta el barril de transferencia (que mantiene el bote cargado) a un lugar en donde se ubica un barril de almacenamiento. Luego se transporta el bote cargado desde el barril de transferencia al barril de almacenamiento para almacenamiento a largo plazo. Durante la transferencia desde el barril de transferencia al barril de almacenamiento, es imperativo que el bote cargado no se exponga al ambiente. Un tipo de barril de almacenamiento es una estructura vertical ventilada ("VVO" por sus siglas en inglés). Una VVO es una estructura masiva hecha principalmente de acero y concreto y se utiliza para almacenar un bote cargado con el combustible nuclear consumido (u otro HLW). Los VVO permanecen por encima del suelo y normalmente tienen forma cilíndrica y son extremadamente pesados, pesando más de 150 toneladas y tienen frecuentemente una altura mayor de 16 pies. Los VVO tienen típicamente una parte inferior plana, un cuerpo cilíndrico que tiene una cavidad para recibir un bote de combustible nuclear consumido, y una tapa superior removible. En el uso de un VVO para almacenar el combustible nuclear consumido, se coloca un bote cargado con el combustible nuclear consumido en la cavidad del cuerpo cilíndrico del VVO. Debido a que el combustible nuclear consumido aún produce una cantidad considerable de calor cuando se coloca en el VVO para almacenamiento, es necesario que esta energía térmica tenga un medio para escape de la cavidad VVO. Esta energía térmica se retira desde la superficie externa del bote al ventilar la cavidad VVO. En la ventilación de la cavidad VVO, el aire frío ingresa a la cámara VVO a través de conductos de ventilación inferiores, que fluyen hacia arriba más allá del bote cargado, y salen del VVO a una temperatura elevada a través de los conductos de ventilación superiores. Los conductos de ventilación superior e inferior de los VVO de salida se ubican circunferencialmente próximos a la parte inferior y la parte superior del cuerpo cilíndrico del VVO respectivamente, como se ilustra en la FIG. 1. Aunque es necesario que la cavidad VVO se ventile de tal manera que el calor pueda escapar del bote, también es imperativo que el VVO proporcione una protección adecuada contra la radiación y que el combustible nuclear consumido no se exponga directamente al ambiente externo. El conducto de entrada ubicado próximo a la parte inferior de la estructura vertical ventilada es una fuente particularmente vulnerable de exposición a la radiación para el personal de seguridad y vigilancia que, con el fin de controlar la estructura vertical ventilada cargada, debe ubicarse cerca de los conductos durante tiempos cortos. 2   Adicionalmente, cuando se transfiere un bote cargado con combustible nuclear consumido desde el barril de transferencia hasta un VVO de almacenamiento, el barril de transferencia se apila en la parte superior del VVO de almacenamiento de tal manera que el bote se puede bajar dentro de la cavidad del VVO de almacenamiento. La mayor parte de los barriles son estructuras muy grandes y pueden pesar hasta 250,000 lbs. y tienen una altura de 16 pies o más. El apilamiento de un barril de transferencia en la parte superior de un VVO de almacenamiento/ barril requiere mucho espacio, una grúa puente grande, y posiblemente un sistema de retención. Frecuentemente, tal espacio no está disponible dentro de una planta de energía nuclear. Finalmente, el almacenamiento de los VVO sobre el terreno se posiciona por lo menos 16 pies por encima de la tierra, presentando sin embargo, un objetivo considerable para ataques terroristas. La FIGURA 1 ilustra un VVO 2 de la técnica anterior tradicional. El VVO 2 de la técnica anterior comprende una parte inferior plana 17, un cuerpo cilíndrico 12 y una tapa 14. La tapa 14 se asegura al cuerpo cilíndrico 12 mediante tornillos 18. Los tornillos 18 sirven para restringir la separación de la tapa 14 del cuerpo 12 si se volcara el VVO 2 de la técnica anterior. El cuerpo cilíndrico 12 tiene conductos de ventilación superiores 15 y conductos de ventilación inferiores 16. Los conductos de ventilación superiores 15 se ubican en o próximos a la parte superior del cuerpo cilíndrico 12 mientras que los conductos de ventilación inferiores 16 se ubican en o próximos a la parte inferior del cuerpo cilíndrico 12. Los conductos de ventilación inferiores 16 y los conductos de ventilación superiores 15 se ubican alrededor de la circunferencia del cuerpo cilíndrico 12. La totalidad del VVO 2 de la técnica anterior se posiciona por encima de la superficie. Como lo entienden aquellos expertos en la técnica, la existencia de los conductos de ventilación superiores 15 y/o los conductos de ventilación inferiores 16 en el cuerpo 12 del VVO 2 de la técnica anterior requiere protección adicional durante procedimientos de carga para evitar que escape la radiación. La US-A-4 634 875 enseña una instalación de almacenamiento tipo depósito que almacena cientos de cápsulas de residuo. Las cápsulas de residuo se cargan en la estructura de almacenamiento al traer contenedores de transporte que contienen las cápsulas de residuo en el área de muelle de carga que se encierra completamente y está por debajo de la parte del techo (o la parte redonda superior) de instalación. Las cápsulas de residuo se retiran luego de los contenedores de transporte y se colocan en los pozos de la estructura de almacenamiento con una instalación de grúa puente. La instalación de almacenamiento tipo depósito del documento mencionado no se diseña con una parte redonda superior removible, y el procedimiento de transferencia completo se realiza dentro de la instalación. DESCRIPCIÓN DE LA PRESENTE INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para almacenar HLW que reduce la altura del ensamble de apilamiento cuando un barril de transferencia se apila en la parte superior de un VVO de almacenamiento. Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema y método para almacenar HLW que requiere menos espacio vertical. Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y método para almacenar HLW que utiliza las propiedades de protección contra la radiación del subsuelo durante el almacenamiento mientras proporciona la ventilación adecuada del HLW. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema y método para almacenar HLW que proporciona el mismo... [Seguir leyendo]

1. Un sistema vertical ventilado para almacenar unos residuos de alto nivel que comprende: una carcasa interna (22) que forma una cavidad (24) que tiene un eje sustancialmente orientado verticalmente, superior e inferior; una carcasa externa (21) que rodea la carcasa interna (22) con el fin de formar un espacio (23) entre la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21); por lo menos una abertura en la carcasa interna (22) en o próxima a la parte inferior de la cavidad (24), por lo menos una abertura forma un pasaje entre el espacio (23) y la cavidad (24); y una tapa removible (30) posicionada en la parte superior de la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21), la tapa removible (30) tiene por lo menos un orificio de ventilación de entrada (33) que forma un pasaje entre una atmósfera ambiente y el espacio (23) y la tapa removible (30) tiene por lo menos un orificio de ventilación de salida (38) que forma un pasaje entre la cavidad (24) y la atmósfera ambiente. 2. El sistema de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente un bote de contención sellado herméticamente (90) adaptado para almacenamiento seco de residuos de alto nivel, el bote de contención (90) posicionado en la cavidad (24) en una orientación sustancialmente vertical, teniendo la cavidad (24) una sección horizontal que no acomoda más de un bote (90). 3. El sistema de la reivindicación 2 que comprende adicionalmente una capa de material aislante que rodea la cavidad (24) y que se extiende desde o próxima a la parte superior de la cavidad (24) hasta o próxima a la parte inferior de la cavidad (24). 4. El sistema de la reivindicación 1 en donde la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21) tienen forma sustancialmente cilíndrica y el espacio (23) entre la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21) es un espacio anular (23). 5. El sistema de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente: un material que absorbe la radiación (60) que rodea la carcasa externa (21); en donde por lo menos la mayor parte de la altura de la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21) están por debajo del nivel del suelo; y en donde el material que absorbe la radiación es un material de tierra natural o un relleno de ingeniería que forma el nivel del suelo. 6. El sistema de la reivindicación 1 en donde las carcasas interna y externa (22, 21) se construyen de un metal, comprendiendo el sistema adicionalmente una placa de metal para suelo, la carcasa interna (22) posicionada en la parte superior de la placa de metal para piso, la carcasa externa (21) conectada a la placa de metal para suelo con el fin de formar una conexión hermética entre la parte inferior de la carcasa externa (21) y la placa de metal para suelo. 7. El sistema de la reivindicación 1 en donde la tapa removible (30) se posiciona en la parte superior de la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21) con el fin de formar una interfaz de carcasa interna con la tapa y una interfaz de carcasa externa con la tapa, y en donde la interfaz de carcasa interna con la tapa está adaptada para evitar el flujo de aire. 8. El sistema de la reivindicación 7 que comprende adicionalmente un primer sello posicionado en la interfaz de carcasa interna con la tapa entre la tapa removible (30) y la carcasa interna (22). 9. El sistema de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente: un bote de contención sellado herméticamente (90) adaptado para almacenamiento seco de residuos radioactivos de alto nivel; el bote de contención (90) se posiciona en la cavidad (24) en una orientación sustancialmente vertical de tal manera que hay una cámara de aire superior entre el bote (90) y la tapa removible (30) y hay una cámara de aire inferior entre el bote (90) y el suelo de la cavidad (24); por lo menos una abertura en la carcasa forma un pasaje entre el 12   espacio (23) y la cámara de aire inferior; y por lo menos un orificio de ventilación de salida (38) forma un pasaje entre la cámara de aire superior y la atmósfera ambiente. 10. El sistema de la reivindicación 1 en donde la tapa removible (30) comprende una parte de tapón y una parte de reborde que rodea la parte del tapón, la parte del tapón se extiende dentro de la cavidad (24) y la parte de reborde descansa en la parte superior de las carcasas interna y externa (22, 21) con el fin de formar una interfaz de carcasa interna con la tapa y una interfaz de carcasa externa con la tapa. 11. El sistema de la reivindicación 1 en donde por lo menos un orificio de ventilación de entrada (33) es un pasaje que se extiende desde una abertura en una pared lateral de la tapa removible (30) hasta el espacio (23); y en donde por lo menos un orificio de ventilación de salida (38) es un pasaje que se extiende desde una abertura en una superficie inferior de la tapa removible (30) hasta una abertura en una superficie superior de la tapa removible (30). 12. El sistema de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente: un bote de contención sellado herméticamente (90) adaptado para almacenamiento seco de residuos radioactivos de alto nivel; el bote de contención (90) se posiciona en la cavidad (24) en una orientación sustancialmente vertical de tal manera que existe una distancia entre el bote de contención (90) y la carcasa interna (22); y en donde el espacio (23) tiene un ancho en un rango de aproximadamente 2.5 cm a 15.2 cm (1 a 6 pulgadas). 13. El sistema de la reivindicación 1 en donde la tapa removible (30) comprende una pluralidad de orificios de ventilación de entrada (33), cada orificio de ventilación de entrada (33) se extiende desde una abertura en una pared lateral de la tapa removible (30) hasta el espacio (23), las aberturas de los orificios de ventilación de entrada (33) se ubican simétricamente próximas a la pared lateral de la tapa removible (30); y en donde la carcasa interna (22) comprende una pluralidad de las aberturas en o próximas a la parte inferior de la cavidad (24), ubicándose la abertura asimétricamente próxima a la carcasa interna (22). 14. El sistema de la reivindicación 1 en donde la tapa removible (30) comprende una primera placa curva que tiene una superficie superior convexa y superficie inferior cóncava, la tapa removible (30) comprende adicionalmente una segunda placa curva separada por debajo de la primera placa curva, formándose por lo menos un orificio de ventilación de salida (38) entre la primera placa curva y la segunda placa curva. 15. El sistema de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente: un bote de contención sellado herméticamente (90) adaptado para almacenamiento seco de residuos de alto nivel, el bote de contención (90) se posiciona en la cavidad (24) en una orientación sustancialmente vertical de tal manera que hay una cámara de aire superior entre el bote de contención (90) y la tapa removible (30) y hay una cámara de aire inferior entre el bote de contención (90) y el suelo de la cavidad (24); teniendo la cavidad (24) una sección horizontal que no acomoda más de un bote (90); una capa de material aislante que rodea la cavidad (24) y que se extiende desde o próxima a la parte superior de la cavidad (24) hasta o próxima a la parte inferior de la cavidad (24); en donde la tapa removible (30) se posiciona en la parte superior de la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21) con el fin de formar una interfaz de carcasa interna con la tapa y una interfaz de carcasa externa con la tapa, y en donde la interfaz de carcasa interna con la tapa está adaptada para evitar el flujo de aire; por lo menos una abertura en la carcasa forma un pasaje entre el espacio (23) y la cámara de aire inferior; y por lo menos un orificio de ventilación de salida (38) forma un pasaje entre la cámara de aire superior y la atmósfera ambiente. 16. Un método para almacenar residuos de alto nivel que comprende: (a) proporcionar un contenedor de almacenamiento (100) que comprende una carcasa interna (22) que forma una cavidad (24) que tiene una parte superior y una inferior, una carcasa externa (21) que rodea la carcasa interna (22) con el fin de formar un espacio (23) entre éstas, y por lo menos una abertura en la carcasa interna (22) en o próxima a la parte inferior de la cavidad (24), por lo menos una abertura formando un pasaje del espacio (23) dentro de la cavidad (24); 13   (b) colocar un bote sellado herméticamente (90) que contiene residuos de alto nivel dentro de la cavidad (24); (c) proporcionar una tapa removible (30) que tiene por lo menos un orificio de ventilación de entrada (33) y por lo menos un orificio de salida; y (d) posicionar la tapa removible (30) sobre la parte superior de una carcasa interna y externa (21) de tal manera que por lo menos un orificio de ventilación de entrada (33) forma un pasaje desde una atmósfera ambiente hasta el espacio (23) y por lo menos un orificio de ventilación de salida (38) forma un pasaje desde la cavidad (24) hasta la atmósfera ambiente, la tapa removible (30) cubre la parte superior de la cavidad (24), de tal manera que ingresa aire frío a la cavidad (24) por medio de por lo menos el orificio de ventilación de entrada (33) y el espacio (23), el aire frío se calienta en la cavidad (24) mediante calor emanado desde el bote (90) de residuos de alto nivel, el aire caliente surge dentro de la cavidad (24) y sale de la cavidad (24) a través de por lo menos un orificio de ventilación de salida (38) en la tapa removible (30). 17. El método de la reivindicación 16 en donde la etapa a) comprende adicionalmente proporcionar el contenedor de almacenamiento (100) de tal manera que por lo menos la mayor parte de la altura de la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21) estén por debajo del nivel del suelo, estando el contenedor de almacenamiento (100) en una orientación sustancialmente vertical y se sella al ingreso de fluidos por debajo del suelo; y en donde la tapa removible (30) se ubica por encima del nivel del suelo. 18. El método de la reivindicación 17 en donde la etapa b) comprende bajar el bote (90) dentro de la cavidad (24) de tal manera que la totalidad del bote (90) está por debajo del nivel del suelo. 19. El método de la reivindicación 18 en donde la tapa removible (30) comprende una pluralidad de orificios de ventilación de entrada (33), cada orificio de ventilación de entrada (33) se extiende desde una abertura en una pared lateral de la tapa removible (30) hasta el espacio (23), las aberturas de los orificios de ventilación de entrada (33) se ubican asimétricamente cerca de la pared lateral de la tapa removible (30); y en donde la carcasa interna (22) comprende una pluralidad de las aberturas en o próximas a la parte inferior de la cavidad (24), ubicándose la abertura asimétricamente próxima a la carcasa interna (22). 20. El método de la reivindicación 16 en donde la etapa d) incluye una etapa de refrigeración puramente pasiva, estando libre el contenedor de almacenamiento (100) de cualquier equipo que fuerce el flujo del fluido. 21. El método de la reivindicación 16 en donde la carcasa interna (22) y la carcasa externa (21) tienen forma cilíndrica y se construyen de metal, siendo el espacio (23) un espacio anular (23); en donde la cavidad (24) tiene una sección horizontal que no acomoda más de un bote (90); y en donde el contenedor de almacenamiento (100) comprende adicionalmente una capa de material aislante que rodea la cavidad (24) y que se extiende desde o próxima a la parte superior de la cavidad (24) hasta o próxima a la parte inferior de la cavidad (24). 14   2   16   17   18   19     21   22   23