Procedimiento y sistema para el cierre estanco al gas de al menos una barra de combustible.

Procedimiento para el cierre estanco al gas de al menos una barra de combustible (108) ubicada en un líquido deun tubo externo (10),

cuyas aberturas frontales de segundos elementos de cierre como cubiertas o tapones (12, 14)se sellan tras la inserción de la, al menos una, barra de combustible, caracterizado por los pasosprocedimentales:

a) introducción del tubo externo (10) en un receptáculo tubular y posicionamiento en el receptáculo (40),

b) cierre de una de las primeras caras frontales abiertas del receptáculo con un primer elemento de cierre (78),

c) inserción de la, al menos una, barra de combustible (108) en el tubo externo,

d) cierre de la cara frontal abierta restante del receptáculo con otro primer elemento de cierre (80),

e) extracción del líquido presente en el receptáculo con segundos elementos de cierre alineados con lasaberturas frontales del tubo externo y separados de ellas,

f) secado del interior (60) del receptáculo,

g) unión en unión material de los segundos elementos de cierre con las aberturas frontales del tubo externo,

h) Purga del receptáculo e

i) extracción del tubo externo que rodea la, al menos una, barra de combustible, del receptáculo,

realizándose al menos los pasos procedimentales c) a i) en un líquido o en el líquido, en el que se localiza la barrade combustible.

Procedimiento y sistema para el cierre estanco al gas de al menos una barra de combustible La presente invención hace referencia a un procedimiento para el cierre estanco al gas de al menos una barra de combustible ubicada dentro de un líquido en un tubo externo, cuyas aberturas frontales se cierran con segundos elementos de cierre, como pueden ser cubiertas o tapones, tras la inserción de al menos una barra de combustible. La presente invención se relaciona además con un sistema para el cierre estanco al gas de al menos una barra de combustible ubicada en un líquido.

Las barras de combustible consisten en combustible nuclear, como por ejemplo uranio enriquecido u óxido mixto compuesto por uranio y plutonio, que se encierra en tubos huecos soldados de forma estanca, compuestos, por ejemplo, por una aleación de zirconio. Al irradiar las barras de combustible en el reactor se originan productos de desintegración radioactivos, así como actínidos, que se conservan encerrados en los tubos huecos soldados de forma estanca.

Mediante la propia irradiación en el reactor se influye negativamente en las propiedades de los tubos huecos. A grados de quemado bajos y medios, las propiedades de los materiales de los tubos huecos son aún suficientemente estables para ser incluidos de manera segura como inventario radioactivo en el ámbito de las condiciones de transporte y almacenamiento. Sobre las propiedades de los materiales de tubos huecos de barras de combustible con altos grados de quemado de más de 60 - 70 GWd/THM no existe ninguna investigación suficiente para comprobar su hermeticidad segura como inventario radioactivo para condiciones de transporte y almacenamiento. Como consecuencia de las pruebas de seguridad conservadores que se emplean en el ámbito nuclear se tratan, en consecuencia, a las barras de combustible muy quemadas como barras de combustible irradiadas deterioradas.

En el caso de las barras de combustible irradiadas deterioradas y muy quemadas ya no presentan la barrera protectora tipo "tubo hueco" conforme a su definición. Los productos de desintegración, particularmente los productos de desintegración gaseosos, y los actínidos se liberarían de la barra de combustible. En contenedores de transporte y almacenamiento durante el transporte y el almacenamiento de las barras de combustible, los productos de desintegración de los inventarios radiactivos de las barras de combustible alcanzarían, por consiguiente, la atmósfera del propio recipiente contenedor para transporte y almacenamiento, y se fijarían a las paredes estancas de estos recipientes. En el caso de recipientes de transporte, provistos generalmente de sellamientos de elastómeros, se originarían por tanto muy altas tasas de emisión y, bajo el criterio de tasas de emisiones admisibles por la normativa vigente, sólo se permiten tasas de emisión muy bajas en el recipiente. Estos inventarios de combustibles pueden ser tan pequeños, en función de su tiempo de decaimiento radiactivo, que no es posible transportarlos como una barra de combustible completa. En el caso de los contenedores de almacenamiento, los núcleos radioactivos ligados a los sellamientos podrían conducir a influencias negativas a largo plazo de los propios sellamientos. Actualmente se permiten, en consecuencia, como carga para recipientes contenedores que se utilicen para el almacenamiento de elementos combustibles, sólo barras de combustible intactas con limitados grados de quemado.

Tras la irradiación en el reactor se colocan las barras de combustible bajo agua para su refrigeración y apantallamiento de la emisión radioactiva. Generalmente en las centrales eléctricas nucleares no hay presente ningún dispositivo que posibilite un mecanizado en seco de las barras de combustible irradiadas. El proceso de inserción de las barras de combustible irradiadas en recipientes contenedores de transporte y/o almacenamiento tiene que realizarse, en consecuencia, obligatoriamente bajo el agua.

Es conocido introducir las barras de combustible irradiadas deterioradas, ubicadas en células calientes en estado seco, en recipientes contenedores de transporte y/o almacenamiento soldados.

También se ha propuesto introducir las barras de combustible irradiadas en agua en recipientes contenedores en asiento metálico atornillado para transporte y/o almacenamiento. Además una gran parte del agua se expulsa del recipiente mediante aire a presión alimentado desde la parte superior, para a continuación cerrar el recipiente mediante tapas roscadas existentes en ambas caras. De manera condicionada por el procedimiento, queda una cantidad indefinida de agua residual en el recipiente contenedor. Esto puede conducir por evaporación a convertirse en un elemento de presión en el recipiente, ya que las barras de combustible al transportarlas y/o almacenarlas pueden alcanzar una temperatura de hasta, por ejemplo, 370°C. Puede producirse además una corrosión indefinida en los tubos huecos o el propio combustible.

De la DE-A-28 54 358 puede definirse un contenedor de transporte para materiales radioactivos. Para almacenar en el propio recipiente los materiales radioactivos en atmósfera gaseosa seca, se enjuaga el recipiente con gas y después se sella.

Según la DE-U-89 06 938 se introducen elementos combustibles, que se encuentran en una piscina de combustible nuclear, en una campana de inmersión que se evacua tras el cierre.

Gracias a la US-A-5, 633, 904 se conoce un sistema de transferencia para barras de combustible, que comprende un contenedor de transporte dispuesto por encima de una piscina de combustible nuclear, en el que se extraen las barras de combustible de la piscina por medio de un sistema de transferencia.

Según la DE-A-32 26 986 un recipiente hermético, estanco al gas, se carga hasta una abertura de carga, con componentes radioactivos, después se dispone sobre la abertura de carga bajo el agua de una capota rellena con un gas, en cuya abertura situada por la cara inferior se agarra al recipiente por la abertura de carga y con la que se expulsa el banco de agua que rodea esta abertura de carga bajo la abertura de carga con la propia burbuja de gas de la capota; a continuación, bajo la capota, un dispositivo de evacuación, estanco al gas, se acopla a la abertura de carga del recipiente, mediante el que se seca por el vacío creado en el interior del recipiente, y tras este secado al vacío, se desacopla el dispositivo de evacuación de la abertura de carga y se sella esta abertura de carga, estanca al gas, bajo la capota rellena con la burbuja de gas, con una tapa.

Tanto en la US-A-2007/0104305 como también en la EP-A-1 600 982 se describen procedimientos y sistemas para el encapsulado estanco al gas de barras de combustible, aspirándose el agua directamente de las cápsulas.

La presente invención se basa en el objeto de proporcionar un procedimiento y un sistema del tipo citado inicialmente, que posibilite (n) que se puedan transportar y almacenar las barras de combustible muy quemadas y/o irradiadas deterioradas en una atmósfera seca definida y con estanqueidad verificada.

Conforme a la invención, el objeto se resuelve esencialmente con un procedimiento, que comprende los siguientes pasos procedimentales - no obligatoriamente en la secuencia dada - es decir:

a) introducción de un tubo externo en un receptáculo tubular y posicionamiento en el receptáculo,

b) cierre de una de las primeras caras frontales abiertas del receptáculo con un primer elemento de cierre,

c) inserción de la, al menos una, barra de combustible en el tubo externo,

d) cierre de la cara frontal abierta restante del receptáculo con otro primer elemento de cierre,

e) extracción del líquido presente en el receptáculo con segundos elementos de cierre ajustados a las aberturas frontales del tubo externo y separados de ellas f) secado del interior del receptáculo,

g) unión en unión material de los segundos elementos de cierre con las aberturas frontales del tubo externo,

h) purga del receptáculo y

i) extracción del tubo externo que rodea la, al menos una, barra de combustible del receptáculo,

ejecutándose al menos los pasos procedimentales c) a i) en un líquido o en el líquido, en que se localiza la barra de combustible.

Conforme a la invención, las barras de combustible muy quemadas y/o irradiadas deterioradas se introducen en un líquido, -como un recubrimiento de agua- que es suficiente para el apantallamiento de la radiación, que se haya en unos tubos externos, preferentemente en tubos de acero fino, que se secan antes del cierre y se sellan particularmente mediante soldadura en unión material con unos segundos elementos de cierre conformados como tapones o cubiertas,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el cierre estanco al gas de al menos una barra de combustible (108) ubicada en un líquido de un tubo externo (10) , cuyas aberturas frontales de segundos elementos de cierre como cubiertas o tapones (12, 14) se sellan tras la inserción de la, al menos una, barra de combustible, caracterizado por los pasos procedimentales:

a) introducción del tubo externo (10) en un receptáculo tubular y posicionamiento en el receptáculo (40) ,

b) cierre de una de las primeras caras frontales abiertas del receptáculo con un primer elemento de cierre (78) ,

c) inserción de la, al menos una, barra de combustible (108) en el tubo externo,

d) cierre de la cara frontal abierta restante del receptáculo con otro primer elemento de cierre (80) ,

e) extracción del líquido presente en el receptáculo con segundos elementos de cierre alineados con las aberturas frontales del tubo externo y separados de ellas,

f) secado del interior (60) del receptáculo,

g) unión en unión material de los segundos elementos de cierre con las aberturas frontales del tubo externo,

h) Purga del receptáculo e i) extracción del tubo externo que rodea la, al menos una, barra de combustible, del receptáculo,

realizándose al menos los pasos procedimentales c) a i) en un líquido o en el líquido, en el que se localiza la barra de combustible.

2. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque un respectivo segundo elemento de cierre se une reversiblemente a uno de los primeros elementos de cierre (78, 80) , o a un elemento de fijación partiendo de estos, antes de la inserción en el receptáculo, preferentemente por medio de un adhesivo al elemento de fijación ajustable en la dirección axial del receptáculo y porque la conexión se suelta durante la unión en unión material entre el segundo elemento de cierre y el tubo externo (10) , particularmente destruida por el efecto del calor.

3. Procedimiento acorde a una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el segundo elemento de cierre se fija mediante un elemento mecánico de retención, estando particularmente el segundo elemento de cierre indirecta o directamente conectado con un elemento conector como un tornillo con el primer elemento de cierre, siendo destruida esta unión por el efecto del calor.

4. Procedimiento acorde a una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el tubo externo (10) se posiciona y se fija dentro del receptáculo mediante barras de pistón (57, 59) , que atraviesan el receptáculo (40) y selladas desde su interior (60) , perteneciendo a los cilindros (56, 58) dispuestos en el exterior del receptáculo.

5. Procedimiento acorde a una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el segundo elemento de cierre se conecta en unión material con la zona de abertura frontal del tubo externo (10) mediante soldadura o mediante el calor irradiado por lengüetas de inducción, conectándose en unión material particularmente los segundos elementos de cierre con el tubo externo (10) en atmósfera de gas inerte.

6. Procedimiento acorde a una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque por medio de los primeros elementos de cierre (78, 80) se extrae líquido del receptáculo (40) y/o se ventila el receptáculo, con lo que preferentemente tras el secado del interior (60) , particularmente mediante secado al vacío, el interior se purga con gas inerte como helio y tras la realización de las conexiones en unión material, supervisados preferentemente por medio de dispositivos ópticos y/o de control de la temperatura, el interior (60) se lava preferentemente con nitrógeno seco y, a continuación, se efectúa una prueba de estanqueidad del tubo externo (10) como una prueba de estanqueidad mediante helio.

7. Procedimiento acorde a una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque una unidad compuesta por al menos tres elementos tubulares (34, 36, 36’, 38, 39) , particularmente por cinco elementos tubulares se utiliza como el receptáculo (40) , teniendo preferentemente los elementos tubulares frontales (34, 36, 36’, 38, 39) cascos (40, 42, 46, 48, 42’, 44’, 74, 76) , con los que se conectan los elementos tubulares entre ellos y, por sus extremos, con los primeros elementos de cierre (78, 80) .

8. Procedimiento acorde a la reivindicación 1 o a la reivindicación 7, caracterizado porque se introduce, se posiciona y se inmoviliza el tubo externo (10) dentro de una unidad que consiste en uno o tres elementos tubulares (36, 36’, 39) , porque un elemento tubular sellado desde el exterior y un elemento tubular no-sellado desde el exterior (34, 38) se conectan por fuera del líquido con la unidad compuesta por uno o tres elementos tubulares y porque en el líquido se carga el tubo externo con la, al menos una, barra de combustible (108) y después se cierra el elemento tubular externo no-sellado.

9. Procedimiento acorde a una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los primeros elementos de cierre (78, 80) son atravesados por pistones (91, 100) sellados desde el interior (60) de los cilindros (90, 98) dispuestos por fuera de los primeros elementos de cierre, de los que parten los elementos retenedores que alojan a los segundos elementos de cierre.

10. Sistema (28) para el cierre estanco al gas de al menos una barra de combustible ubicada en un líquido (108) de un tubo externo (10, 11) , cuyas aberturas frontales (110) están selladas por segundos elementos de cierre (12, 14) como cubiertas o tapones, caracterizada porque el sistema (28) comprende

- un receptáculo tubular (40) con una pared perimetral y caras frontales abiertas,

- primeros elementos de cierre (78, 80) , que sellan el receptáculo durante una unión en unión material del tubo externo (10, 11) con los segundos elementos de cierre (12, 14) ,

- un dispositivo posicionador (56, 58, 57, 59) teniendo elementos fijadores (66, 68) para el posicionamiento y fijación del tubo externo en el interior (69) del receptáculo,

- dos dispositivos calefactores (70, 72) dispuestos unos separados de otros a una distancia de las aberturas frontales del tubo externo para la unión en unión material de los segundos elementos de cierre con el tubo externo y

- elementos retenedores (96, 106) ajustables a lo largo de su eje longitudinal en la zona de las caras frontales abiertas del receptáculo y que alojan reversiblemente los segundos elementos de cierre.

11. Sistema acorde a la reivindicación 10, caracterizada porque los elementos fijadores y/o los elementos retenedores parten en cada caso de una barra de pistón (91, 57, 59) de un cilindro (56, 58, 90) y las barras de pistón preferentemente hermetizadas mediante cubiertas en forma de fuelle (62, 64, 92, 102) atraviesan la pared perimetral del receptáculo y/o los primeros elementos de cierre y se sellan desde el interior.

12. Sistema acorde a la reivindicación 10 ó 11, caracterizada porque los elementos fijadores y/o los elementos retenedores pueden ajustarse por medios electromagnéticos como servomotor con husillo y/o por medio de al menos un imán y/o un resorte, o porque los elementos fijadores y/o elementos retenedores pueden accionarse por medio de un elemento del grupo formado por husillos roscados, discos de leva, cilindros de levas, resortes.

13. Sistema según al menos una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque los primeros elementos de cierre (78, 80) son cubiertas en forma de lámina, conectadas con bridas (74, 76) que parten del receptáculo (40) , teniendo particularmente los primeros elementos de cierre (78, 80) una conexión (86, 88) que conduce al interior (60) del receptáculo (40) .

14. Sistema según al menos una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizada porque el receptáculo (40) consiste en al menos tres, preferentemente cinco, elementos tubulares (34, 36, 39, 36’, 38) , conectándose los elementos tubulares externos con el elemento tubular interno y/o con los elementos tubulares internos mediante bridas (42, 44, 46, 48) .

15. Sistema acorde a la reivindicación 14, caracterizada porque el receptáculo (40) tiene al menos dos elementos tubulares internos (36, 36’) , provistos en cada caso de un dispositivo posicionador (56, 57, 58, 59) , disponiéndose preferentemente entre los elementos tubulares internos (36, 36’) conteniendo en cada caso el dispositivo posicionador (56, 57, 58, 59) otro elemento tubular (39) , unido a los primeros preferentemente mediante bridas.