Procedimiento y aparato para producir isótopos en barras de agua de un conjunto de combustible nuclear.

Un procedimiento para generar productos isotópicos, comprendiendo el procedimiento:

seleccionar (S300) una diana (110) de irradiación;

colocar (S310) la diana (110) de irradiación en una barra (100) diana;

instalar la barra (100) diana en un barra (22) de agua de un conjunto (10) de combustible nuclear;

asegurar la barra (100) diana dentro de la barra (22) de agua soportando la barra (100) diana mediante uncollarín (500) unido a la barra (22) de agua en una posición axial y que se extiende radialmente en la barra (22)de agua; y

exponer (S330) la diana (110) de irradiación a un flujo de neutrones para convertir sustancialmente la diana(110) de irradiación en productos isotópicos.

Procedimiento y aparato para producir isótopos en barras de agua de un conjunto de combustible nuclear

Antecedentes Campo Las realizaciones ejemplares se refieren, en general, a estructuras de combustible usadas en plantas de energía nuclear y a los procedimientos para usar las estructuras de combustible.

Descripción de la técnica relacionada En general, las plantas de energía nuclear incluyen un núcleo del reactor que tiene un combustible fisible dispuesto en su interior para producir energía por fisión nuclear. Un diseño común en las plantas de energía nuclear de Estados Unidos es disponer el combustible en una pluralidad de barras de combustible revestidas, unidas juntas como un conjunto de combustible, o un conjunto de combustible situado dentro del núcleo del reactor. Estos conjuntos de combustible pueden incluir uno o más canales interiores o barras de agua que permiten que un refrigerante y/o moderador fluido pase a través del conjunto y proporcione transferencia de calor interior/moderación de neutrones sin llegar a una ebullición significativa.

Como se muestra en la Figura 1, un conjunto 10 de combustible convencional de un reactor nuclear, tal como un BWR, puede incluir un canal 12 externo que rodea una placa 14 de sujeción superior y una placa 16 de sujeción inferior. Una pluralidad de barras 18 de combustible de longitud completa y/o de barras 19 de combustible de longitud parcial pueden estar dispuestas en una matriz dentro del conjunto 10 de combustible y pasar a través de la pluralidad de espaciadores (conocidos también como rejillas 20 espaciadoras) separados axialmente unos de otros y que mantienen las barras 18, 19 en la matriz dada de las mismas. Las barras 18 y 19 de combustible son generalmente continuas desde su base hasta el extremo, que en el caso de una barra 18 de combustible de longitud completa, es desde la placa 16 de sujeción inferior hasta la placa 14 de sujeción superior.

Pueden estar presentes una o más barras 22 de agua en una posición interior o central del conjunto 10. Las barras 22 de agua pueden extenderse por toda la longitud del conjunto 10 o terminar a un nivel deseado para proporcionar un refrigerante/moderador fluido a través del conjunto 10. Las barras 22 de agua pueden ser continuas, evitando que el fluido fluya fuera de las barras 22, o perforadas, segmentadas o abiertas de otra manera para permitir que el refrigerante o moderador fluido fluya entre las barras 22 y el resto del conjunto 10.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº 2007/0133731 describe un procedimiento para producir isótopos en un reactor de potencia de agua ligera en el que una o más dianas dentro del reactor son irradiadas con un flujo de neutrones para producir uno o más isótopos. Las dianas pueden ensamblarse en uno o más haces de combustible que se van a cargar en un núcleo del reactor en una parada determinada. Las operaciones de potencia en el reactor irradian los haces de combustibles para generar los isótopos deseados, tal como uno o más radioisótopos a una actividad específica deseada o isótopos estables a una concentración deseada.

Las Figuras 2A-2D son ilustraciones de sección transversal axial de conjuntos de combustible 10 x 10 convencionales como los mostrados en la Figura 1, que muestran diversas configuraciones de barras de agua en conjuntos convencionales. Como se muestra en las Figuras 2A-2D, las barras 22 de agua pueden ser de una diversidad de longitudes (tales como de longitud completa o de longitud parcial) , tamaños (por ejemplo, sección transversal con forma de barra o mayor) y formas (incluyendo circular, rectangular, con forma de cacahuete, etc.) . Análogamente, puede estar presente cualquier número de barras 22 distintas en los conjuntos 10 convencionales, dependiendo de las características neutrónicas deseadas de los conjuntos que tienen las barras 22 de agua. Las barras 22 de agua pueden ser simétricas alrededor de un centro del conjunto, como se muestra en las Figuras 2A y 2D, o descentradas como se muestra en las Figuras 2B y 2C.

Sumario La presente invención se refiere a un procedimiento y un sistema para generar isótopos deseados dentro de las barras de agua de conjuntos de combustible nuclear como se define en las reivindicaciones adjuntas. Los procedimientos ejemplares pueden incluir seleccionar una diana de irradiación deseada en base a las propiedades de la diana, cargar la diana en una barra diana en base a la diana de irradiación y las propiedades del conjunto de combustible, exponer la barra diana a un flujo de neutrones y/o recoger los isótopos producidos a partir de la diana irradiada de la barra diana.

Las barras diana de la realización ejemplar pueden alojar una o más dianas de irradiación de diversos tipos y fases. Las barras diana de la realización ejemplar pueden asegurar y contener adicionalmente dianas de irradiación dentro de una barra de agua de un conjunto de combustible nuclear. Las barras diana de la realización ejemplar pueden estar fijadas a o aseguradas con dispositivos de seguridad de la realización ejemplar a barras de agua para mantener su posición durante el funcionamiento de un reactor nuclear que contiene el conjunto de combustible.

Los dispositivos de seguridad de la realización ejemplar incluyen un collarín que soporta las barras diana dentro de una barra de agua y que permiten que un moderador/refrigerante fluya a través de la barra de agua.

Las realizaciones y procedimientos ejemplares pueden usarse juntos o con otros procedimientos para producir los isótopos deseados.

Breve descripción de los dibujos A continuación se da una descripción detallada de las realizaciones de la invención, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una ilustración de un conjunto de combustible de la técnica relacionada que tiene dos barras de agua continuas, de longitud completa, en el conjunto.

La Figura 2A es una ilustración de una sección transversal de un conjunto de combustible de la técnica relacionada que muestra barras de agua rectangulares.

La Figura 2B es una ilustración de una sección transversal de un conjunto de combustible de la técnica relacionada que muestra una sola barra de agua elíptica descentrada.

La Figura 2C es una ilustración de una sección transversal de un conjunto de combustible de la técnica relacionada que muestra una sola barra de agua rectangular descentrada.

La Figura 2D es una ilustración de una sección transversal de un conjunto de combustible de la técnica relacionada que muestra múltiples barras de agua circulares.

La Figura 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento ejemplar para generar los isótopos deseados dentro de las barras de agua de los conjuntos de combustible nuclear.

La Figura 4 es una ilustración de una barra diana de la realización ejemplar que contiene dianas de irradiación.

La Figura 5 es una ilustración de un collarín y manguito de la realización ejemplar para asegurar las dianas de irradiación dentro de las barras de agua.

Las Figuras 6A y 6B son ilustraciones de un ejemplo de una arandela modular como una alternativa para asegurar las dianas de irradiación dentro de las barras de agua.

Descripción detallada En el presente documento se desvelan realizaciones ilustrativas detalladas de las realizaciones ejemplares. Sin embargo, los detalles estructurales y funcionales específicos desvelados en el presente documento son meramente representativos para los fines de describir realizaciones ejemplares. Las realizaciones ejemplares, sin embargo, pueden realizarse de muchas formas alternativas y no deberían considerarse limitadas solo a las realizaciones ejemplares expuestas en el presente documento.

Se entenderá que, aunque los términos primero, segundo, etc. pueden usarse en el presente documento para describir diversos elementos, estos elementos no deben limitarse a estos términos. Estos términos se usan solo para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer elemento podría denominarse segundo elemento y análogamente, un segundo elemento podría denominarse primer elemento, sin alejarse del alcance de las realizaciones ejemplares. Como se usa en el presente documento, el término "y/o" incluye todas y cada una de las combinaciones de uno o más de artículos indicados asociados.

Se entenderá que cuando un elemento se denomina como "conectado", "acoplado", "emparejado", "fijado" o "unido" a otro elemento puede conectarse o acoplarse directamente a otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios. En contraste, cuando se dice que un elemento está "conectado directamente" o "acoplado directamente" a otro elemento, no hay elementos intermedios... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para generar productos isotópicos, comprendiendo el procedimiento:

seleccionar (S300) una diana (110) de irradiación; colocar (S310) la diana (110) de irradiación en una barra (100) diana; instalar la barra (100) diana en un barra (22) de agua de un conjunto (10) de combustible nuclear; asegurar la barra (100) diana dentro de la barra (22) de agua soportando la barra (100) diana mediante un collarín (500) unido a la barra (22) de agua en una posición axial y que se extiende radialmente en la barra (22) de agua; y exponer (S330) la diana (110) de irradiación a un flujo de neutrones para convertir sustancialmente la diana

(110) de irradiación en productos isotópicos.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

formar la diana (110) de irradiación en una barra (100) diana, en el que la colocación de la diana (110) de irradiación en una barra (22) de agua incluye la instalación (S320) de la barra (100) diana en una barra (22) de agua.

3. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente:

recoger (S340) los productos isotópicos de la barra (22) de agua.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que instalar la barra (100) diana en una barra (22) de agua incluye situar la diana (110) de irradiación en una posición dentro de la barra (22) de agua para conseguir una propiedad neutrónica o termodinámica deseada del conjunto (10) de combustible nuclear.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la selección de la diana (110) de irradiación incluye seleccionar un tipo y cantidad de diana (110) de irradiación para conseguir una actividad deseada del producto isotópico en base a las propiedades de la diana (110) de irradiación y la cantidad y duración del flujo de neutrones al que está expuesta la diana (110) de irradiación.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la exposición de la diana (110) de irradiación al flujo de neutrones incluye comenzar la operación de potencia en un reactor de 100 + MWth que contiene el conjunto (10) de combustible.

7. Un sistema para producir isótopos en una barra (22) de agua de un conjunto (10) de combustible, comprendiendo el sistema:

al menos una barra (100) diana que contiene una diana (110) de irradiación, teniendo la al menos una barra (100) diana un tamaño que permita la colocación de la al menos una barra (100) diana dentro de la barra (22) de agua; y al menos un dispositivo de seguridad configurado para contener la al menos una barra (100) diana dentro de la barra (22) de agua durante el funcionamiento de un reactor que contiene el conjunto (10) de combustible, en el que la barra (100) diana tiene una pared externa que define una cavidad (105) dentro de la barra (100) diana, y en el que una o más dianas (110) de irradiación están situadas dentro de la cavidad (105) ;

caracterizado porque el al menos un dispositivo de seguridad incluye un collarín (500) unido a la barra (22) de agua en una posición axial y que se extiende radialmente dentro de la barra (22) de agua, soportando el collarín (500) la al menos una barra (100) diana en la posición axial.

8. El sistema de la reivindicación 7, en el que el al menos un dispositivo de seguridad incluye adicionalmente un manguito (501) que se extiende axialmente hacia arriba desde el collarín (500) y que está unido al collarín (500) , limitando el manguito (501) el movimiento radial de la al menos una barra (100) diana dentro de la barra (22) de agua.

9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que el collarín y al menos una barra diana soportada por el collarín están unidos.

10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el al menos un dispositivo de seguridad incluye una arandela fijada a la barra de agua en una posición axial, incluyendo la arandela una pluralidad de aberturas, extendiéndose la al menos una barra diana a través de la pluralidad de aberturas.

11. El sistema de la reivindicación 10, en el que una abertura tiene un diámetro sustancialmente igual al de la barra diana que se extiende a través de la misma, de manera que se une friccionalmente con, y mantiene la posición de, la barra diana que se extiende a través de la misma.

12. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que la barra diana incluye adicionalmente un dispositivo de unión configurado para unir la barra de agua y mantener la barra diana estacionaria en su interior.

13. Un conjunto de combustible nuclear, que comprende:

una pluralidad de barras de combustible que contienen material fisible, extendiéndose las barras de combustible en una dirección axial; al menos una barra de agua que se extiende en la dirección axial, teniendo la barra de agua extremos abiertos en los extremos del conjunto de combustible de manera que permita que un fluido fluya a través del conjunto de combustible en la dirección axial; y un sistema para producir isótopos en la barra de agua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12.