Estructuras de producción de radioisótopos, conjuntos de combustible que tienen las mismas y procedimientos de uso de los mismos.

Una estructura de producción de radioisótopos para su uso en un conjunto (100) de combustible nuclear,

comprendiendo la estructura al menos un blanco (170) de irradiación configurado para convertirse sustancialmente en un radioisótopo cuando es expuesto a un flujo de neutrones en un reactor nuclear en operación,

caracterizada porque

la estructura comprende, además, una fijación (150) de la placa de sujeción con forma para encajar bajo una placa (114) de sujeción en el conjunto (100) de combustible nuclear en una dirección axial, incluyendo la fijación (150) de la placa de sujeción al menos un taladro (160) de retención, fabricada la fijación (150) de la placa de sujeción de un material que mantiene sustancialmente sus propiedades físicas y neutrónicas cuando es expuesto al flujo de neutrones en el reactor nuclear en operación; y

colocándose el al menos un blanco (170) de irradiación en el al menos un taladro (160) de retención,

y la fijación (150) de la placa de sujeción incluye, además, al menos un agujero (155) formado y colocado para permitir que una varilla (18/19) de combustible del conjunto (100) de combustible nuclear pase a través de la fijación (150) de la placa de sujeción y al interior de la placa de sujeción.

Estructuras de producción de radioisótopos, conjuntos de combustible que tienen las mismas y procedimientos de uso de los mismos.

Antecedentes

Campo Las realizaciones ejemplares versan, en general, acerca de estructuras de combustible y radioisótopos producidos en las mismas, en centrales nucleares.

Descripción de la técnica relacionada En general, las centrales nucleares incluyen un núcleo del reactor nuclear que tiene combustible dispuesto en el mismo para producir energía mediante fisión nuclear. Un diseño común en las centrales nucleares estadounidenses es disponer el combustible en una pluralidad de varillas de combustible unidas entre sí como un conjunto de combustible, o conjunto combustible, colocado en el interior del núcleo del reactor nuclear. Estas varillas de combustible normalmente incluyen varios elementos que unen las varillas de combustible a los componentes del conjunto en diversas ubicaciones axiales por todo el conjunto.

Como se muestra en la FIG. 1, un conjunto convencional 10 de combustible de un reactor nuclear, tal como un BWR, puede incluir un canal externo 12 que rodea una placa superior 14 de sujeción y una placa inferior 16 de sujeción. Puede haber dispuesta una pluralidad de varillas 18 de combustible de longitud completa y/o de varillas 19 de combustible de longitud parcial en una matriz en el interior del conjunto 10 de combustible y puede pasar a través de una pluralidad de espaciadores 20. En general, las varillas 18 y 19 de combustible se originan y terminan en placas superior e inferior 14 y 16 de sujeción, que abarcan de forma continua la longitud del conjunto 10 de combustible, con la excepción de las varillas 19 de longitud parcial, que todas terminan en una posición vertical más baja que las varillas 18 de longitud completa. Un tapón extremo superior 15 de cierre y/o un tapón extremo inferior 17 de cierre pueden unir las varillas 18 y 19 de combustible a las placas superior e inferior 14 y 16 de sujeción, utilizándose solo el tapón extremo inferior 17 de cierre en el caso de varillas 19 de longitud parcial. Las varillas 28 de unión pueden ser varillas de longitud completa colocadas en posiciones de esquina en el conjunto 10 de combustible que se unen firmemente a las placas superior e inferior 14 y 16 de sujeción y proporcionan puntos de manipulación para el conjunto 10 de combustible. Los tapones extremos 15 y 17 de cierre pueden coincidir con las placas superior e inferior 14 y 16 de sujeción, respectivamente, y en el caso de varillas 28 de unión, pasar a través de las mismas, y pueden fijar las varillas 18 o 19 de combustible de forma axial en el conjunto 10 de combustible.

La solicitud de patente estadounidense nº 2007/133731 describe un procedimiento de producción de isótopos en un reactor nuclear de agua ligera que genera niveles de potencia de al menos 100 megavatios térmicos (MWt) , que comprende colocar al menos un blanco no físil en una o más estructuras de contención, insertar la o las estructuras de contención con el uno o más blancos no físiles en las mismas en una o más varillas de combustible que constituyen las varillas diana de uno o más haces de combustible que van a ser cargados en un núcleo del reactor, obteniendo de ese modo uno o más haces diana, cargar el o los haces diana en el núcleo, e iniciar operaciones de potencia en el núcleo para irradiar el o los haces diana, de forma que se produzca al menos un isótopo.

Sumario La invención consiste en una estructura de producción de radioisótopos para su uso en un conjunto de combustible nuclear, en un conjunto de combustible nuclear y en un procedimiento de generación de radioisótopos para un conjunto de combustible nuclear como se especifica en las reivindicaciones adjuntas.

Las realizaciones ejemplares están dirigidas a fijaciones de la placa de sujeción que tienen blancos de irradiación y conjuntos de combustible que utilizan fijaciones de la placa de sujeción de realización ejemplar y procedimientos de uso de las mismas para generar radioisótopos. Las fijaciones de la placa de sujeción de realización ejemplar incluyen una pluralidad de taladros de retención que permiten que se inserten blancos de irradiación y que sean contenidos en los taladros de retención. Los blancos de irradiación pueden ser irradiados en un núcleo en operación de un reactor nuclear que incluye los conjuntos de combustible, generando radioisótopos útiles que pueden ser recogidos del conjunto de combustible nuclear gastado al retirar las fijaciones de la placa de sujeción de realización ejemplar.

Las fijaciones de la placa de sujeción de realización ejemplar pueden estar conectadas a conjuntos de combustible por medio de la placa superior de sujeción, varillas de combustible, y/o un canal que rodea el conjunto de combustible. Las placas de sujeción de realización ejemplar pueden ser mantenidas en una posición axial fija en el interior de los conjuntos de combustible, de forma que se expongan los blancos de irradiación de los mismos a un flujo constante de neutrones de menor nivel, convirtiendo de ese modo una cantidad sustancial de los blancos de irradiación en radioisótopos utilizables.

Breve descripción de los dibujos Sigue una descripción detallada de realizaciones de la invención únicamente a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

Serán evidentes realizaciones ejemplares al describir, en detalle, los dibujos adjuntos, en los que los elementos similares están representados mediante números similares de referencia, que son proporcionados únicamente a modo de ilustración y no limitan las realizaciones ejemplares del presente documento.

La FIG. 1 es una ilustración de un conjunto de combustible de la técnica relacionada que no tiene una fijación de la placa de sujeción; la FIG. 2 es una ilustración de un conjunto de combustible de realización ejemplar que tiene una placa de sujeción de realización ejemplar; la FIG. 3 es una ilustración detallada de una fijación de la placa de sujeción de realización ejemplar; y la FIG. 4 es una ilustración detallada de una placa de sujeción de realización ejemplar que muestra blancos de irradiación en la misma.

Descripción detallada En el presente documento se divulgan realizaciones ilustrativas detalladas de realizaciones ejemplares. Sin embargo, los detalles estructurales y funcionales específicos divulgados en el presente documento son simplemente representativos de cara a la descripción de realizaciones ejemplares. Sin embargo, las realizaciones ejemplares pueden ser implementadas de muchas formas alternativas y no debería interpretarse que estén limitadas únicamente a las realizaciones ejemplares definidas en el presente documento.

Se comprenderá que, aunque los términos primero, segundo, etc. pueden ser utilizados en el presente documento para describir diversos elementos, estos elementos no deberían estar limitados por estos términos. Estos términos solo son utilizados para diferenciar un elemento de otro. Por ejemplo, un primer elemento podría ser denominado segundo elemento y, de forma similar, un segundo elemento podría ser denominado primer elemento, sin alejarse del ámbito de las realizaciones ejemplares. Según se utiliza en el presente documento, la expresión “y/o” incluye cualquier combinación, y todas ellas, de uno o más de los elementos enumerados asociados.

Se comprenderá que cuando se hace referencia a que un elemento está “conectado”, “acoplado”, “emparejado”, “unido”, o “fijado” a otro elemento, puede estar conectado o acoplado directamente al otro elemento o puede haber presentes elementos intermedios. En cambio, cuando se hace referencia a que un elemento está “conectado directamente” o “acoplado directamente” a otro elemento, no hay elementos intermedios presentes. Se deberían interpretar otras palabras utilizadas para describir la relación entre elementos de forma similar (por ejemplo, “entre” en contraposición a “directamente entre”, “adyacente” en contraposición a “directamente adyacente”, etc.) .

La terminología utilizada en el presente documento solo tiene el fin de describir realizaciones particulares y no se pretende que sea limitante de las realizaciones ejemplares. Según se utilizan en el presente documento, se pretende que las formas singulares “un”, “una” y “el” y “la” también incluyan las formas plurales, a no ser que el lenguaje indique explícitamente lo contrario. Se comprenderá, además, que las expresiones “comprende”, “que comprende”, “incluye” y/o “que... [Seguir leyendo]

1. Una estructura de producción de radioisótopos para su uso en un conjunto (100) de combustible nuclear, comprendiendo la estructura al menos un blanco (170) de irradiación configurado para convertirse sustancialmente en un radioisótopo cuando es expuesto a un flujo de neutrones en un reactor nuclear en operación,

caracterizada porque la estructura comprende, además, una fijación (150) de la placa de sujeción con forma para encajar bajo una placa (114) de sujeción en el conjunto (100) de combustible nuclear en una dirección axial, incluyendo la fijación (150) de la placa de sujeción al menos un taladro (160) de retención, fabricada la fijación (150) de la placa de sujeción de un material que mantiene sustancialmente sus propiedades físicas y neutrónicas cuando es expuesto al flujo de neutrones en el reactor nuclear en operación; y colocándose el al menos un blanco (170) de irradiación en el al menos un taladro (160) de retención, y la fijación (150) de la placa de sujeción incluye, además, al menos un agujero (155) formado y colocado para permitir que una varilla (18/19) de combustible del conjunto (100) de combustible nuclear pase a través de la fijación (150) de la placa de sujeción y al interior de la placa de sujeción.

2. La estructura de producción de radioisótopos de la reivindicación 1, en la que el al menos un agujero (155) está formado para asentarse contra la varilla (18/19) de combustible, de forma que bloquee la fijación (150) de la placa de sujeción contra la placa (114) de sujeción.

3. La estructura de producción de radioisótopos de la reivindicación 1 o 2, en la que el al menos un agujero está formado y colocado para permitir que un tapón extremo de cierre de una varilla (18/19) de combustible del conjunto (100) de combustible nuclear pase a través de la fijación (150) de la placa de sujeción y al interior de la placa (114) de sujeción.

4. La estructura de producción de radioisótopos de la reivindicación 3, en la que se mantiene la fijación (150) de la placa de sujeción en una posición axial por medio de un reborde en la unión de la varilla de combustible y del tapón extremo de cierre.

5. La estructura de producción de radioisótopos de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la fijación (150) de la placa de sujeción incluye, además, al menos una extensión lateral (165) que conecta la fijación (150) de la placa de sujeción con un canal que rodea el conjunto (100) de combustible nuclear, configurada la al menos una extensión lateral (165) para mantener la fijación (150) de la placa de sujeción en una posición axial constante dentro del conjunto (100) de combustible.

6. La estructura de producción de radioisótopos de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la fijación (150) de la placa de sujeción incluye, además, al menos una tapa (161) unida a la fijación (150) de la placa de sujeción sobre el al menos un taladro (160) de retención, formada la tapa (161) para sellar y contener el blanco (170) de irradiación en el interior del taladro (160) de retención.

7. La estructura de producción de radioisótopos de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el blanco (170) de irradiación es al menos uno de iridio-191, selenio-74, estroncio-88, y cobalto-59.

8. La estructura de producción de radioisótopos de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que hay colocada una pluralidad de blancos (170) de irradiación en el taladro (160) de retención, siendo al menos un primer blanco (170) de irradiación de la pluralidad de un primer material y siendo al menos uno de un segundo blanco (170) de irradiación de la pluralidad de un segundo material.

9. Un conjunto (100) de combustible nuclear que comprende:

una placa superior (14) de sujeción; una estructura de producción de radioisótopos como se especifica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, estando colocada la estructura de producción de radioisótopos bajo la placa superior (114) de sujeción en una posición axial; y una pluralidad de varillas (18/19) de combustible que se extiende al interior de la placa superior (114) de sujeción.

10. El conjunto de combustible nuclear de la reivindicación 9, en el que la fijación (150) de la placa de sujeción está fijada a la placa superior (114) de sujeción.

11. El conjunto de combustible nuclear de la reivindicación 9 o 10, en el que al menos una de la pluralidad de varillas (18/19) de combustible se extiende a través de la fijación (150) de la placa de sujeción, de forma que mantiene la fijación de la placa de sujeción en una posición axial fija.

12. El conjunto de combustible nuclear de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende, además:

un canal que rodea la pluralidad de varillas (18/19) de combustible, en el que la fijación (150) de la placa de sujeción está conectada al canal, de forma que mantenga la fijación de la placa de sujeción en una posición axial fija.

13. El conjunto (100) de combustible nuclear de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la fijación (150)

de la placa de sujeción está fabricada a partir de al menos uno de acero inoxidable, Inconel, una aleación de níquel, una aleación de circonio, y aluminio.

14. Un procedimiento de generación de radioisótopos en un conjunto (100) de combustible nuclear que tiene una estructura de producción de radioisótopos, comprendiendo el procedimiento:

insertar al menos un blanco (170) de irradiación en un taladro (160) de retención de una fijación (150) de la placa de sujeción, configurado el al menos un blanco (170) de irradiación para convertirse sustancialmente en un radioisótopo cuando es expuesto a un flujo de neutrones en un reactor nuclear en operación, formada la fijación (150) de la placa de sujeción para encajar bajo una placa (114) de sujeción en el conjunto (100) de combustible nuclear en una dirección axial, fabricada la fijación (150) de la placa de sujeción de un material que mantiene sustancialmente sus propiedades físicas y neutrónicas cuando es expuesto al flujo de neutrones en el reactor nuclear en operación; y la placa de sujeción incluye, además, al menos un agujero (155) formado en la misma, estando formado y colocado el agujero para permitir que una varilla (18/19) de combustible del conjunto (100) de combustible nuclear pase a través de la fijación (150) de la placa de sujeción y al interior de la placa de sujeción, colocando axialmente la fijación (150) de la placa de sujeción bajo la placa (114) de sujeción en el conjunto (100) de combustible nuclear; cargar el conjunto (100) de combustible nuclear en un reactor de energía nuclear que incluye pasar una varilla (18/19) de combustible del conjunto (100) de combustible nuclear a través de la fijación (150) de la placa de sujeción al interior de la placa de sujeción; e iniciar la operación de generación de energía del reactor de energía nuclear.