Sistemas y métodos para almacenar residuos radioactivos de alta actividad.

Un sistema para almacenar residuos radioactivos de alta actividad,

que comprende:

un cuerpo que forma una cavidad que tiene una parte superior, una parte inferior, y una superficie inferior;una tapa separable colocada encima del cuerpo para encerrar la cavidad;

al menos un conducto de ventilación de entrada formando un pasillo desde una entrada de aire ambientalhasta una salida que se abre dentro de la cavidad en o cerca de la parte inferior de la cavidad;

al menos un conducto de ventilación de salida formando un pasillo desde o desde cerca de la parte superiorde la cavidad hasta el aire ambiental; y

una cápsula de residuos radioactivos de alta actividad colocada en la cavidad de manera que la superficieinferior de la cápsula está más baja que una parte superior de la salida;

en el que el conducto de ventilación de entrada está configurado de manera que no exista una línea visual ala cavidad desde la entrada de aire ambiental

Sistemas y métodos para almacenar residuos radioactivos de alta actividad.

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud reivindica prioridad de la solicitud de patente de Estados Unidos 11/054.869, presentada el 10 de febrero de 2005, solicitud de patente de Estados Unidos 11/054.897, presentada el 10 de febrero de 2005, solicitud de patente de Estados Unidos 11/054.898, presentada el 10 de febrero de 2005, la totalidad de las cuales reivindica prioridad de la solicitud de patente de Estados Unidos 10/803.620, presentada el 18 de marzo de 2004.

Campo de la Invención La presente invención se refiere, en general, al campo del almacenamiento de residuos radioactivos de alta actividad y, específicamente, a sistemas y métodos para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, tal como combustible nuclear gastado, en módulos verticales ventilados.

Antecedentes de la Invención En el funcionamiento de reactores nucleares, es habitual retirar conjuntos combustibles después de que su energía se ha reducido hasta un nivel predeterminado. Al ser retirado, este combustible nuclear gastado es todavía altamente radioactivo y produce considerable calor, requiriendo que se ponga gran cuidado en su envasado, transporte y almacenamiento. Con el fin de proteger el medio ambiente contra exposición a la radiación, el combustible nuclear gastado es colocado primero en una cápsula. La cápsula cargada es luego transportada y almacenada en grandes contenedores cilíndricos llamados barriles. Se usa un barril de transferencia para transportar de un lugar a otro combustible nuclear gastado mientras que se usa un barril de almacenamiento para almacenar combustible nuclear gastado durante un período determinado de tiempo.

En una central nuclear típica, primero se coloca una cápsula vacía abierta en un barril de transferencia abierto. El barril de transferencia y la cápsula vacía se sumergen entonces en una balsa de agua. Se carga el combustible nuclear gastado en la cápsula mientras la cápsula y el barril de transferencia permanecen sumergidos en la balsa de agua. Una vez que se ha completado la carga del combustible nuclear gastado, típicamente se coloca una tapa encima de la cápsula mientras se encuentra en la balsa. Luego se retiran de la balsa de agua el barril de transferencia y la cápsula, se suelda la tapa de la cápsula sobre ellos y se instala una tapa sobre el barril de transferencia. Entonces la cápsula es adecuadamente desprovista del agua y es llenada con gas inerte. El barril de transferencia (que contiene la cápsula cargada) es transportado luego a un lugar en el que está situado un barril de almacenamiento. La cápsula cargada es transferida después 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 la cápsula cargada no sea expuesta al medio ambiente.

Un tipo de barril de almacenamiento es un sobreembalaje vertical ventilado (“VVO”) . Un VVO es una estructura maciza hecha principalmente de acero y hormigón que se usa para almacenar una cápsula cargada con combustible nuclear gastado. Los VVO están sobre el suelo y son típicamente de configuración cilíndrica y extremadamente pesados, pesando más de 150 toneladas y teniendo a menudo una altura de más de 4, 8 m (16 pies) . Los VVO tienen típicamente una parte inferior plana, un cuerpo cilíndrico con una cavidad para recibir una cápsula de combustible nuclear gastado, y una tapa superior separable.

Al usar un VVO para almacenar combustible nuclear gastado, se coloca una cápsula cargada con combustible nuclear gastado en la cavidad del cuerpo cilíndrico del VVO. A causa de que el combustible nuclear gastado está todavía produciendo una cantidad considerable de calor cuando se coloca en el VVO para almacenamiento, es necesario que esta energía calórica tenga medios para escapar desde la cavidad del VVO. Esta energía calórica es retirada desde la superficie exterior de la cápsula ventilando la cavidad del VVO. Al ventilar la cavidad del VVO, penetra aire frío en la cámara del VVO a través de conductos de ventilación inferiores, fluye hacia arriba más allá de la cápsula cargada y sale del VVO a una temperatura elevada a través de conductos de ventilación superiores. Los conductos de ventilación superiores e inferiores de los VVO existentes están situados circunferencialmente cerca de la parte inferior y la parte superior, respectivamente, del cuerpo cilíndrico de los VVO, como se ilustra en la figura 1.

Si bien es necesario que la cavidad de los VVO sea ventilada de manera que el calor pueda escapar desde la cápsula, es también imperativo que el VVO proporcione una protección adecuada contra la radiación y que el combustible nuclear gastado no sea expuesto directamente al ambiente externo. El conducto de entrada situado cerca de la parte inferior del sobreembalaje es una fuente particularmente vulnerable de exposición a la radiación para el personal de seguridad y vigilancia que, para controlar los sobreembalajes cargados, tiene que colocarse en la proximidad cercana de los conductos durante breves períodos de tiempo.

Adicionalmente, cuando una cápsula cargada con combustible nuclear gastado es transferida desde un barril de transferencia a un VVO de almacenamiento, el barril de transferencia es apilado encima del VVO de almacenamiento de manera que la cápsula puede ser bajada dentro de la cavidad del VVO de almacenamiento. La mayoría de los barriles son estructuras muy grandes y pueden pesar hasta 113.398 kg y tener una altura de 4, 9 m (16 pies) o más. El apilamiento de un barril de transferencia encima de un VVO/barril de almacenamiento necesita mucho espacio, una grúa elevada grande y posiblemente un sistema de control para estabilización. Con frecuencia dicho espacio no se encuentra disponible dentro de una central nuclear. Por último, los VVO de almacenamiento por encima del suelo están situados al menos 4, 9 m (16 pies) por encima del suelo, presentando así un blanco importante para el ataque de un terrorista.

La figura 1 ilustra un VVO tradicional 2 de la técnica anterior. El VVO 2 de la técnica anterior comprende una parte inferior plana 17, un cuerpo cilíndrico 12 y una tapa 14. La tapa 14 está asegurada al cuerpo cilíndrico 12 mediante tornillos 18. Los tornillos 18 sirven para limitar la separación de la tapa 14 respeto del cuerpo 12 si el VVO 2 de la técnica anterior tuviera que volcar. El cuerpo cilíndrico 12 tiene conductos de ventilación superiores 15 y conductos de ventilación inferiores 16. Los conductos de ventilación superiores 15 están situados en o cerca de la parte superior del cuerpo cilíndrico 12 mientras que los conductos de ventilación inferiores 16 están situados en o cerca de la parte inferior del cuerpo cilíndrico 12. Tanto los conductos de ventilación inferiores 16 como los conductos de ventilación superiores 15 están situados alrededor de la circunferencia del cuerpo cilíndrico 12. La totalidad del VVO 2 de la técnica anterior está colocada por encima de la rasante.

Descripción de la presente invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y un método para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, tal como combustible nuclear gastado, que reducen la altura del conjunto de pila cuando el barril de transferencia se apila encima de un VVO de almacenamiento.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y un método para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, tal como combustible nuclear gastado, que requiere menos espacio vertical.

Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y un método para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, tal como combustible nuclear gastado, que utiliza las propiedades de protección contra la radiación del subsuelo durante el almacenamiento al tiempo que proporciona una ventilación adecuada de los residuos radioactivos de alta actividad.

Un objeto más de la presente invención es proporcionar un sistema y un método para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, tal como combustible nuclear gastado, que proporcionan el mismo o mayor nivel de seguridad operativa que puede obtenerse dentro de una estructura de central nuclear plenamente acreditada.

Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y un método para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, tal como combustible nuclear gastado, que disminuyen los peligros presentados por terremotos y otros acontecimientos catastróficos y eliminan virtualmente los daños potenciales de un ataque sobre la cápsula almacenada, del tipo... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, que comprende:

un cuerpo que forma una cavidad que tiene una parte superior, una parte inferior, y una superficie inferior; una tapa separable colocada encima del cuerpo para encerrar la cavidad; al menos un conducto de ventilación de entrada formando un pasillo desde una entrada de aire ambiental hasta una salida que se abre dentro de la cavidad en o cerca de la parte inferior de la cavidad; al menos un conducto de ventilación de salida formando un pasillo desde o desde cerca de la parte superior de la cavidad hasta el aire ambiental; y una cápsula de residuos radioactivos de alta actividad colocada en la cavidad de manera que la superficie inferior de la cápsula está más baja que una parte superior de la salida; en el que el conducto de ventilación de entrada está configurado de manera que no exista una línea visual a la cavidad desde la entrada de aire ambiental.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que una mayor parte del cuerpo está situada por debajo de la rasante, estando la entrada de aire ambiental del conducto de ventilación de entrada por encima de la rasante y la salida del conducto de ventilación de entrada por debajo de la rasante.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que tanto la entrada de aire ambiental como la salida del conducto de ventilación de entrada están por encima de la rasante, estando el conducto de ventilación de entrada configurado de manera que no exista una línea visual a una cápsula sustentada por los medios de soporte desde la entrada de aire ambiental.

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que el conducto de ventilación de entrada comprende una parte que tiene forma de L, en ángulo, forma de S, o curvada.

5. El sistema de la reivindicación 3, en el que los medios de soporte sostienen o sustentan la cápsula de residuos radioactivos de alta actividad en la cavidad, de manera que la superficie inferior de la cápsula está al menos 5 cm (dos pulgadas) por debajo de la parte superior de la salida del conducto de ventilación de entrada.

6. Un método para almacenar residuos radioactivos de alta actividad, que comprende:

proporcionar un sistema que comprende una estructura de cuerpo que forma una cavidad para recibir y almacenar una cápsula de residuos radioactivos de alta actividad, la cavidad teniendo una parte superior, una parte inferior, y una superficie inferior, al menos un conducto de ventilación de entrada formando un pasillo desde una entrada de aire ambiental hasta una salida que se abre dentro de la cavidad en o cerca de la parte inferior de la cavidad, estando el conducto de ventilación de entrada configurado de manera que no exista una línea visual a la cavidad desde la entrada de aire ambiental; y al menos un conducto de ventilación de salida formando un pasillo desde o desde cerca de la parte superior de la cavidad hasta el aire ambiental; bajar una cápsula cargada con residuos radioactivos de alta actividad dentro de la cavidad hasta que una superficie inferior de la cápsula esté más baja que una parte superior de la salida de al menos un conducto de ventilación de entrada; sostener la cápsula en la cavidad en una posición donde la superficie inferior de la cápsula esté más baja que la parte superior de la salida de al menos un conducto de ventilación de entrada; colocar una tapa separable encima del cuerpo para encerrar la cavidad; e introducir aire frío en la cavidad a través del conducto de ventilación de entrada, desplazándose el aire frío hacia arriba a lo largo de la superficie exterior de la cápsula de residuos radioactivos de alta actividad y siendo calentado por el calor procedente de la cápsula, y saliendo el calor de la cavidad a través del conducto de ventilación.

7. El sistema de la reivindicación 1, en el que cuando la tapa separable está encima del cuerpo y una cápsula está colocada en la cavidad, se forma una cámara de aire de salida entre una superficie superior de la cápsula y la tapa separable, el conducto de ventilación formando un pasillo desde la cámara de aire de salida hasta el aire ambiental.

8. El sistema de la reivindicación 7, en el que el conducto de ventilación de salida está situado dentro de la tapa separable.