BR112020022650A2

BR112020022650A2 - recipiente de processo e transporte de hexafluoreto de urânio, e, método para produzir o recipiente

Info

Publication number: BR112020022650A2
Application number: BR112020022650-5A
Authority: BR
Inventors: David L. Stucker
Original assignee: Westinghouse Electric Company Llc
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2021-02-02
Also published as: ES2929251T3; US20190341161A1; US10699819B2; AR114873A1; CN112334992B; BR112020022650B1; EP3791406A4; KR20200141520A; JP7236465B2; CA3099697A1; CN112334992A; JP2021523363A; EP3791406A1; WO2019217360A1; EP3791406B1

Abstract

  A invenção refere-se a recipientes de transporte e processo de UF6 para armazenar UF6 enriquecido até 20 por cento em peso 235U em quantidades de até 1.500 kg U. Os recipientes incluem um invólucro, que tem um trocador de calor integrante posicionado entre as superfícies/substratos exterior e interior do invólucro. O trocador de calor integrante é composto de espaços de passagem de metal para passar fluido de transporte de calor. O invólucro forma uma câmara interna, e uma configuração de partição posicionada dentro da câmara interna, se estendendo longitudinalmente ao longo do comprimento do recipiente, para formar uma pluralidade de compartimentos individuais dentro da câmara interna para armazenar UF6. Os recipientes podem ser produzidos por métodos de fabricação aditiva.

Description

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RECIPIENTE DE PROCESSO E TRANSPORTE DE HEXAFLUORETO DE URÂNIO, E, MÉTODO PARA PRODUZIR O RECIPIENTE REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica prioridade sob 35 U.S.C. §119(e) ao Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos Nº. de Série 62/667.690, depositado em 7 de maio de 2018, intitulado “IMPROVED UF6 TRANSPORT AND PROCESS CONTAINER (30W) FOR ENRICHMENTS UP TO 20% BY WEIGHT”, que é no presente incorporado para referência.

FUNDAMENTOS Campo

[002] Esta invenção refere-se a recipientes de transporte e processo de UF6 melhorados (30W) para enriquecimentos de até 20 por cento em peso de 235U, e métodos para produzir os recipientes, tais como, métodos de fabricação aditiva. Fundamentos da Informação

[003] Atualmente, os recipientes de transporte e processo de UF6 (30B) para a indústria de combustível nuclear acomodam 1.500 Kg de U em que o enriquecimento é limitado a 5 por cento em peso de 235U. Esses recipientes de transporte e processo de UF6 não são adequados para enriquecimentos até 20 por cento em peso de 235U. A Tabela 1 aqui mostra as características dos recipientes de UF6 atualmente licenciados. O maior recipiente que está atualmente licenciado para transportar 20 por cento em peso de 235U é o cilindro 5A/B, que é permitido transportar UF6 tendo enriquecimento de até 100 por cento em peso de 235U. No entanto, o cilindro 5A/B só pode conter 24,95 kg de UF6 ou aproximadamente 16,9 kg de U. Esta quantidade muito pequena não é adequada para uso em processamento comercial contínuo devido à alta taxa de troca de cilindros, grande investimento de capital em uma frota de cilindros muito pequenos e a falta geral de apoio logístico em termos de contentores, autoclaves e estações de

2 / 15 transferência de UF6. Todos os cilindros restantes na Tabela 1 requerem relicenciamento para acomodar enriquecimento de 20 por cento em peso. Além disso, os cilindros menores que o 30B são feitos de liga de alto níquel que exigem um custo significativo para implantar uma frota de recipientes pequenos.

[004] Assim, há uma necessidade na técnica de projetar e desenvolver novos recipientes de transporte e processo de UF6 que acomodem enriquecimentos até 20 por cento em peso de 235U. É preferível que esses novos recipientes sejam englobados dentro do atual envoltório de cilindro 30B da indústria para maximizar a aplicabilidade da atual infraestrutura de transporte de UF6 existente, como dimensões de interface externa, contentores, amarração e levantamento e teste de cilindro existente e dados de projeto. Além disso, é preferível que o projeto dos novos recipientes em termos de peso, força estática, força dinâmica, resistência ao fogo e resistência à queda seja o mais próximo possível do atual cilindro 30B para minimizar ou eliminar a necessidade de testes extensivos enquanto permite o armazenamento de UF6 enriquecido até 20 por cento em peso de 235U em quantidades que se aproximam ou igualam dos 1.500 kg de U atualmente licenciados do cilindro 30B (que é limitado a 5 por cento em peso ou menos de 235U). Além disso, as lições operacionais aprendidas com décadas de experiência em cilindros 30B são incorporadas ao novo projeto para tratar de questões operacionais e de segurança potenciais e/ou antecipadas. Algumas das melhorias no projeto do cilindro 30W incluem rebaixo da válvula e conexão roscada do tampão de drenagem para minimizar o potencial de danos de dobramento ou quebra e incluindo um trocador de calor integral para eliminar a necessidade e melhorar a eficácia do aquecimento e resfriamento externos necessários para extrair o produto e coletar o produto, respectivamente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

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[005] A invenção provê novos recipientes de transporte e processo de UF6 para armazenar UF6 enriquecido até 20 por cento em peso de 235U em quantidades de até 1.500 kg de U.

[006] Em um aspecto, a invenção provê um recipiente de transporte e processo de UF6 incluindo um cilindro formado de um material de metal selecionado dentre aço inoxidável, aço carbono, liga de níquel, liga de titânio, liga de alumínio, liga ferrítica e combinações ou ligas dos mesmos. As camadas internas do material do cilindro podem ser revestidas com B4C e opcionalmente enriquecidas no isótopo 10B ou outro material adequado e compatível que atua como um veneno de nêutron, provendo assim um recipiente para transporte de UF6 enriquecido a até 20 por cento em peso de 235U. O material revestido com material absorvente de nêutrons, como o B4C, terá uma cobertura de liga não revestida nas superfícies expostas externas e internas para evitar a corrosão/erosão do material absorvente para o UF6 ou ambiente externo.

[007] Em uma das modalidades preferidas, o cilindro inclui um invólucro tendo uma parede externa e uma parede interna. O material de metal se estende continuamente da parede externa a parede interna, em que uma porção nele inclui uma camada absorvente (por exemplo, matriz de metal/B4C) e um trocador de calor integral (por exemplo, metal com espaços de passagem usados para passar o fluido de transporte de calor ). O invólucro forma uma câmara interior, que possui posicionada na mesma uma configuração de “cubo e raio” que é estruturada para formar uma pluralidade de compartimentos para alojar/armazenar o UF6 que serve para minimizar o tamanho neutrônico do compartimento pela presença do absorvedor nas estruturas internas. As paredes do cubo e dos raios se estendem longitudinalmente ao longo do comprimento do cilindro. Estas paredes são construídas do material de metal que se estende continuamente através delas, em que uma porção inclui uma camada absorvente (por exemplo, matriz de

4 / 15 metal/B4C). As paredes dos raios terão perfurações, por exemplo, aberturas, formadas nas mesmas para equalizar a pressão do gás e os níveis de líquido de UF6 entre as câmaras e para reduzir o peso. Outras modalidades para as estruturas internas do cilindro 30W incluem, mas não estão limitadas a, cilindros ou polígonos aninhados que todos têm o impacto de reduzir a massa de UF6 enriquecido que pode residir dentro do cilindro total sem ter uma estrutura absorvente interveniente interposta, de modo a tornar os aspectos de neutrônicos e de criticidade do cilindro 30W análogos a câmaras de geometria segura aninhadas com absorvedor interposto para minimizar qualquer multiplicação de nêutrons ou reflexão de uma câmara para outra.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Uma compreensão adicional da invenção pode ser obtida a partir da descrição a seguir das modalidades preferidas quando lida em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: a figura 1 é uma vista plana esquemática de um recipiente de cilindro 30W, de acordo com certas modalidades da invenção; a figura 2 é um detalhe esquemático da parede do cilindro 1 mostrada na figura 1, de acordo com certas modalidades da invenção; a figura 3 é um detalhe esquemático da parede do cubo 9 mostrada na figura 1, de acordo com certas modalidades da invenção; a figura 4 é um detalhe esquemático de um dos raios 11 mostrado na figura 1, de acordo com certas modalidades da invenção; a figura 5 é uma vista em elevação esquemática do recipiente de cilindro 30W mostrado na figura 1, de acordo com certas modalidades da invenção; a figura 6 é um detalhe esquemático do recipiente de cilindro 30W mostrado nas figuras 1 e 5, de acordo com certas modalidades da invenção; a figura 7 é um detalhe esquemático de uma vista desenrolada

5 / 15 do trocador de calor integral 17 mostrado na figura 2, de acordo com certas modalidades da invenção; e a figura 8 é um detalhe esquemático de uma vista de seção lateral do trocador de calor integral 17 mostrado nas figuras 2 e 7, de acordo com certas modalidades da invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[009] Esta invenção refere-se a recipientes de transporte e processo de UF6 melhorados (30W) para enriquecimentos de até 20 por cento em peso de 235U, e métodos para produzir os recipientes, tais como, métodos de fabricação aditiva. A invenção usa novos projetos e materiais para prover recipientes de transporte e processo de UF6 melhorados (30W) para enriquecimentos até 20 por cento em peso de 235U, sem a necessidade de exclusão de moderador de crédito, que é restrito para caber dentro do atual envoltório de cilindro 30B da indústria, para maximizar a aplicabilidade da atual infraestrutura de transporte de UF6 existente, como dimensões de interface externa, amarração e levantamento, contentores e dados mecânicos, de teste de queda e de projeto de cilindros existentes. O projeto dos cilindros 30W em termos de peso, força estática, força dinâmica, resistência ao fogo e resistência à queda é especificamente feito o mais próximo possível do cilindro 30B da técnica atual para minimizar ou eliminar a necessidade de testes extensivos enquanto permite o armazenamento de UF6 enriquecido até 20 por cento em peso de 235U em quantidades que se aproximam ou se igualam de perto dos 1.500 kg de U atualmente licenciados do cilindro 30B que é limitado a 5 por cento em peso ou menos de 235U.

[0010] O material de construção para os novos recipientes (30W) pode ser selecionado dentre uma variedade de materiais conhecidos incluindo aço inoxidável, aço carbono, liga de níquel, liga de titânio, liga de alumínio, liga ferrítica e combinações ou ligas dos mesmos. Em certas modalidades, o material de construção preferido é liga de alumínio ou liga de aço inoxidável.

6 / 15 Estes materiais têm maior resistência à corrosão em comparação com o atual material de construção de aço carbono conhecido na técnica. Além disso, ambos destes materiais têm experiência comprovada com revestimento B4C, que opcionalmente pode ser enriquecido no isótopo 10B que atua como um veneno de nêutron e, assim, permite o aumento do enriquecimento em até 20 por cento em peso de 235U, enquanto aumenta substancialmente a massa de UF6 permitida ser transportada com segurança nos recipientes. O isótopo 10B pode ser incluído no B4C em uma faixa de enriquecimento do isótopo 10B de natural (19,8 por cento de átomos) a totalmente enriquecido (100%) 10B. O material revestido com B4C pode ser opcionalmente enriquecido no isótopo 10B ou outro material absorvente de nêutrons que seja compatível com o material de liga de base.

[0011] Espera-se que os recipientes (30W) de acordo com a invenção sejam fabricados usando fabricação aditiva devido a necessidade de: 1) materiais de matriz absorvente de nêutrons exóticos e resistentes à corrosão necessários para a segurança de criticidade, 2) um objetivo para eliminar todas as soldas de costura para impedir os requisitos de inspeção periódica associados às soldas, 3) um objetivo para incluir um trocador de calor integral em cada cilindro para sublimar e dessublimar o produto de UF6 dentro do cilindro, e 4) um objetivo para incluir mudanças de projeto para abordar as lições operacionais aprendidas com o cilindro 30B da técnica atual, incluindo, mas não se limitando a, válvula rebaixada e conexões de tampão de drenagem. A fabricação aditiva também permite os formatos e as formas complexas que são exigidas para realizar estes objetivos de projeto.

[0012] Os recipientes incluem um invólucro cilíndrico que forma uma parede exterior e uma câmara interior. O invólucro é feito de uma composição/compósito de múltiplas camadas que consiste em superfícies/substratos de invólucro interno e externo, cada uma construída de metal ou liga de metal, um trocador de calor integral e uma ou mais camadas

7 / 15 de liga de metal revestidas com material de absorção de nêutrons que é interposto em ambos os lados do trocador de calor integral, que é eficaz para minimizar o impacto da reflexão externa de nêutrons, bem como o impacto de múltiplos cilindros sendo enviados ou armazenados juntos e o transporte de nêutrons entre esses cilindros. O projeto do recipiente 30W também inclui recursos internos que proveem material absorvente fixo dentro do cilindro para ter o efeito de reduzir o tamanho neutrônico das câmaras dentro do cilindro para aquelas de um tamanho geometricamente seguro para que o enriquecimento máximo seja mantido dentro do cilindro 30W. Em todas as modalidades, os cilindros 30W têm um diâmetro externo nominal de 0,71 metros (28 polegadas) de modo a manter a compatibilidade com a infraestrutura da indústria existente associada ao cilindro 30B da técnica atual. A câmara interior terá um diâmetro interno menor que aquele do cilindro 30B da técnica atual que é necessário para a composição/compósito de invólucro de múltiplas camadas conforme descrito anteriormente. A modalidade preferida da câmara interior dos cilindros contém uma configuração de “cubo e raio” (por exemplo, estrutura de roda de vagão). Esses recursos internos proveem os absorvedores fixos adicionais necessários para transportar com segurança até 20 por cento em peso de 235U, também prover força estática e dinâmica adicionais à parede do cilindro e cúpulas de fechamento, e também servem como aletas térmicas para conduzir o calor para dentro e para longe do cilindro para sublimar e dessublimar o UF6 contido, respectivamente.

[0013] Em contraste, o cilindro 30B atual conhecido na técnica anterior consiste em uma câmara oca dentro de um cilindro e está ausente da configuração de cubo e raio do recipiente 30W melhorado. A configuração do cubo e do raio provê força mecânica e estabilidade melhoradas ao cilindro 30 W em comparação ao cilindro 30B.

[0014] A figura 1 mostra uma vista plana do recipiente de cilindro

8 / 15 30W de acordo com certas modalidades da invenção. Conforme ilustrado na figura 1, o cilindro inclui uma parede do cilindro 1 que tem um invólucro externo 3 e um invólucro interno 5. O invólucro externo 3 forma a superfície exterior de cilindro. O invólucro interno 5 é estruturado para formar uma câmara interior 7. Posicionada dentro da câmara interior 7 está a parede de cubo cilíndrica 9 e a pluralidade de raios 11. A parede do cubo 9 inclui um invólucro externo 23 e um invólucro interno 25, e cada um dos raios 11 inclui uma superfície externa 31 e uma superfície interna 33. Cada um dos raios 11 se estende radialmente do invólucro externo 23 da parede do cubo 9 para o invólucro interno 5 da parede do cilindro 1. A parede do cubo 9 e os raios 11 se estendem ao longo do comprimento longitudinal do cilindro (como mostrado na figura 6), e são estruturados para formar compartimentos individuais 13 dentro da câmara interior 7. A parede do cubo 9 forma uma cavidade ou espaço 10 na mesma, por exemplo, no centro do cilindro. Os múltiplos compartimentos 13 (por exemplo, contendo UF6, não mostrado) não são hidraulicamente isolados um do outro. Por exemplo, a parede do cubo 9 e/ou os raios 11 podem ser construídos de um material tendo perfurações 41 (como mostrado na figura 6) de modo que um dos compartimentos 13 possa se comunicar com os compartimentos adjacentes 13 na câmara interior 7. Por exemplo, o gás de UF6 pode se comunicar a partir de um dos compartimentos 13 para outro através das perfurações 41 formadas nas superfícies externa e interna 31,33, respectivamente, dos raios 11.

[0015] A figura 2 é uma vista plana detalhada da parede do cilindro 1 na figura 1. A parede do cilindro 1 é normalmente construída de metal. Conforme mencionado anteriormente, o metal pode ser selecionado dentre aço inoxidável, aço carbono, liga de níquel, liga de titânio, liga de alumínio e liga ferrítica. Conforme mostrado nas figuras 1 e 2, a parede do cilindro 1 inclui o invólucro externo 3 e o invólucro interno 5 que são cada construído de metal. O invólucro externo de metal 3 forma a superfície exterior da parede

9 / 15 do cilindro 1. O invólucro interno de metal 5 forma a superfície interior da parede do cilindro 1. O metal, por exemplo, a liga de alumínio, se estende continuamente do invólucro externo 3 ao invólucro interno 5, em que uma porção incorporou na mesma uma camada absorvente 15 (por exemplo, matriz de liga de Al/B4C) e um trocador de calor integral 17, tal como, liga de alumínio com espaços de passagem 35 (mostrada na figura 7). Conforme mostrado na figura 2, o trocador de calor 17 pode ser interposto entre a camada absorvente 15. Os espaços de passagem 35 do trocador de calor 17 podem ser de uma variedade de formatos. Em certas modalidades, um trocador de calor helicoidal tem espaços em formato quadrado. Sem a intenção de se limitar a qualquer teoria particular, acredita-se que o formato quadrado é facilmente formado durante o processo de fabricação aditiva, por exemplo, impressão tridimensional, que pode ser empregada para produzir a parede do cilindro de metal 1. Os espaços de passagem 35 transportarão o fluido usado para transferência de calor de e para o cilindro 30W, tal como vapor, água resfriada/aquecida, freon e outros fluidos similares capazes de ambos aquecimento e resfriamento a pressões razoáveis que também são compatíveis com os materiais do cilindro de construção.

[0016] O invólucro externo 3 serve como uma camada de proteção para o trocador de calor integral 17. O invólucro interno serve como um limite de pressão para o UF6 que pode ser armazenado nos compartimentos 13 da câmara interior 7 do cilindro.

[0017] A figura 3 é uma vista plana detalhada da parede do cubo 9 na figura 1. A parede do cubo 9 é normalmente construída de metal. Conforme mencionado anteriormente, o metal pode ser selecionado dentre aço inoxidável, aço carbono, liga de níquel, liga de titânio, liga de alumínio e liga ferrítica. Conforme mostrado na figura 3, a parede do cubo 9 inclui uma camada de metal 19 e uma camada absorvente 21 posicionadas entre os invólucros interno e externo 23,25, respectivamente. Conforme mostrado na

10 / 15 figura 3, o metal, por exemplo, liga de Al. se estende continuamente do invólucro externo 23, por exemplo, uma extremidade, da parede do cubo 9 ao invólucro interno 25, por exemplo, uma extremidade oposta, da parede do cubo 9, em que uma porção desse metal interpôs no mesmo a camada absorvente 21 (por exemplo, matriz de liga de Al/B4C).

[0018] A figura 4 é uma vista plana detalhada de um dos aros 11 na figura 1. Cada um dos aros 11 é normalmente construído de metal. Conforme mencionado anteriormente, o metal pode ser selecionado dentre aço inoxidável, aço carbono, liga de níquel, liga de titânio, liga de alumínio e liga ferrítica. Os aros 11 incluem suporte/aleta de metal 27 e uma camada absorvente 29 posicionada entre a superfície externa 23 e a superfície interna

31. Conforme mostrado na figura 4, o metal, por exemplo, liga de alumínio, se estende continuamente da superfície externa 31, por exemplo, uma extremidade, do(a) suporte/aleta 27 à superfície interna 33, por exemplo, uma extremidade oposta, do(a) suporte/aleta 27, em que uma porção desse metal interpôs no mesmo a camada absorvente 29 (por exemplo, matriz de liga de Al/B4C).

[0019] A figura 5 é uma vista em elevação do cilindro na figura 1. Conforme mostrado na figura 5, a parede do cubo 9 e o espaço 10 formado nela são posicionados no centro da câmara interna 7 do cilindro e o restante da câmara interior 7 é formado em torno, por exemplo, circundando, a parede do cubo 9, por exemplo, entre seus o invólucro externo 23 e o invólucro interno 5 da parede do cilindro 1 (por exemplo, que incluem os compartimentos 13), e se estendendo longitudinalmente ao longo do comprimento do cilindro. Além disso, a parede do cilindro 1 é ilustrada na extrema esquerda e na extrema direita do cilindro, e a válvula de enchimento 43 é posicionada no topo do cilindro para permitir o enchimento da câmara interior 7.

[0020] A figura 6 é uma vista em elevação detalhada do cilindro na

11 / 15 figura 1. Conforme mostrado na figura 6, o espaço 10 formado pela parede do cubo 9 está posicionado no centro do cilindro e os raios 11 são posicionados para se estenderem radialmente a partir da parede do cubo 9, estendendo-se longitudinalmente ao longo do comprimento do cilindro. Na figura 5, cada um dos aros 11 é construído de um material tendo perfurações 41 formadas no mesmo. Além disso, a parede do cilindro 1 é ilustrada na extrema esquerda e na extrema direita do cilindro.

[0021] A figura 7 é uma vista desenrolada detalhada do trocador de calor integral 17 mostrado na figura 2 em que o lado esquerdo do desenho se conecta com o lado direito na mesma elevação. O trocador de calor integral inclui uma entrada 37, uma saída 39 e espaços de passagem 35 se estendendo entre a entrada 37 e a saída 39. O fluido para transferência de calor entra no trocador de calor integral 17 através da entrada 37, flui através dos espaços de passagem 35 e sai do trocador de calor integral 17 através da saída 39. A figura 8 é um vista de seção lateral detalhada do trocador de calor integral 17 mostrado na figura 2, que inclui espaços de passagem 35 através dos mesmos.

[0022] Em certas modalidades, o cilindro 30W é uma embalagem externa que é idêntica em interfaces ao cilindro 30B padrão atual da indústria. Essa restrição de projeto maximiza o valor da infraestrutura atual de contentores, manuseio de materiais e cremalheiras de armazenamento. Esta modalidade do cilindro 30W também inclui um trocador de calor integral que se destina a substituir a necessidade de uma autoclave separada para aquecer o cilindro para extrair o produto por sublimação de condução ou de equipamento refrigerado e recipientes para resfriar o cilindro, seja quando enchido com líquido quente de UF6 em uma estação de enchimento de produto de enriquecimento ou como uma armadilha criogênica para dessublimar o UF6 gasoso que pode ser usado em vários pontos em uma cascata de enriquecimento ou outro processamento de UF6 que requer a evacuação do material gasoso do processo. O trocador de calor integral é

12 / 15 completamente isolado do produto UF6 por uma parede do trocador de calor e uma estrutura de parede do cilindro exterior. O trocador de calor integral é incluído a fim de impedir o evento potencial de criticidade de uma autoclave a vapor inundada, bem como acelerar o processo de aquecimento do cilindro para extrair o produto por sublimação de condução ou de equipamentos e recipientes refrigerados para solidificar o produto para transporte. O cilindro de 30W também inclui estruturas internas que servirão como uma combinação de membros estruturais para aumentar a resistência e a rigidez, absorvedores fixos e aletas térmicas para conduzir o calor de e para o UF6 e o trocador de calor externo. Essas estruturas internas incorporam absorvedores fixos e são arranjadas de maneira a prover o absorvedor necessário para manter a embalagem e seu teor igual ou abaixo da constante de multiplicação efetiva de nêutrons (keff) exigida, incluindo as margens de segurança necessárias mediante as condições de acidente mais restritivas.

[0023] Restringir as interfaces mecânicas para o cilindro 30W às do cilindro 30B da técnica atual permite maximizar o crédito que pode ser obtido pelo uso dos dados de teste 30B existentes, minimizando assim o custo e o tempo para implantar o cilindro 30W. O uso de materiais compósitos que incluem venenos de nêutrons como parte do projeto é necessário para permitir a capacidade de conter quantidades de 20 por cento em peso de material de 235U próximas dos 1.500 kg de U atualmente licenciados. A capacidade de conter quantidades de UF6 próximas daquelas do cilindro 30B atual é considerada altamente desejável para manter o fluxo de processo de material constante na instalação de desconversão. Além disso, a inclusão de um trocador de calor integral é um recurso novo que elimina a necessidade de uma autoclave separada para sublimar e dessublimar o material de UF6 e permitir a capacidade de excluir o uso de uma autoclave a vapor e seus potenciais impactos negativos na segurança de criticidade.

[0024] Conforme mencionado anteriormente, o cilindro 30B atual

13 / 15 utiliza aço (ASTM-A516) como material de construção. A modalidade preferida do cilindro 30W é feita de material de liga de alumínio com absorvedor fixo integral para minimizar o peso e permitir a inclusão das estruturas absorventes internas que são necessárias para permitir o armazenamento de 20 por cento em peso de 235U como UF6. O uso do material de construção de liga de alumínio mais leve também imitará a força e a rigidez do cilindro 30B atual. As ligas de alumínio são comprovadamente compatíveis com UF6 e são amplamente utilizadas como material de construção em cascatas de enriquecimento, em que o alumínio se torna passivo para o flúor, HF e UF6 normalmente presentes em sistemas de UF6, formando uma camada fortemente aderente de fluoreto de alumínio (AlF3) que impede corrosão adicional. As ligas de alumínio também têm vantagens significativas sobre o aço em termos de condutividade térmica significativamente maior combinada com resistência superior à corrosão da superfície interna e externa.

[0025] As complexidades dos requisitos do projeto 30W não são facilmente fabricáveis usando materiais de rolamento absorventes convencionais devido às limitações de dobra, soldagem e usinagem. Como um resultado, a fabricação aditiva é proposta para imprimir os formatos complexos da modalidade preferida em superfícies de liga de alumínio com compósito de alumínio-B4C no interior do formato. O uso de fabricação aditiva eliminará a necessidade de soldagem convencional e a vigilância relacionada durante a vida útil do cilindro. A fabricação aditiva também possibilitará recursos como variações de espessura das estruturas internas para otimizar o desempenho como aletas térmicas e recursos como perfurações nas estruturas internas e variações da quantidade de absorvedor incorporado na parte específica do cilindro. Por exemplo, espera-se que a região das cúpulas de fechamento na região da válvula de enchimento, o trocador de calor integral e as saias sejam de liga de alumínio.

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[0026] Para facilidade de descrição, a descrição precedente e as figuras correspondentes descrevem e ilustram recipientes no formato de um cilindro. No entanto, conforme mencionado anteriormente, os recipientes de acordo com a invenção não estão limitados a um formato particular ou específico. Além disso, as estruturas internas dos recipientes 30W não estão limitadas à configuração de cubo e raio precedente que é descrita e ilustrada. Por exemplo, a estrutura interna pode incluir cilindros ou polígonos aninhados. Conforme mencionado anteriormente, essas configurações têm o impacto de reduzir a massa de UF6 enriquecido que pode residir dentro do cilindro total sem ter uma estrutura absorvente interveniente interposta, de modo a tornar os aspectos de neutrônicos e de criticidade do cilindro 30W análogos a câmaras de geometria segura aninhadas com absorvedor interposto para minimizar qualquer multiplicação de nêutrons ou reflexão de uma câmara outra.

[0027] A invenção inclui um ou mais dos seguintes conceitos novos: (i) Uso de materiais de rolamento absorventes de construção do cilindro de armazenamento básico para permitir o armazenamento de até 20 por cento em peso de enriquecimento de 235U como UF6; (ii) Uso de materiais de rolamento absorventes de construção dentro do cilindro para permitir o armazenamento de até 20 por cento em peso de enriquecimento de 235U como UF6; (iii) Uso de um trocador de calor integral para evitar a necessidade e as complicações de criticidade de uma autoclave a vapor potencialmente inundada por água; (iv) Uso de formatos complexos dentro do cilindro para servir como aletas térmicas para atuar em conjunto com o trocador de calor integral para prover controle aprimorado da taxa sublime/dessublime de UF6; (v) Combinação do trocador de calor integral e aletas internas para minimizar a quantidade de resíduo de UF6 restante à medida que o

15 / 15 cilindro é esvaziado, sublimando o UF6, provendo transferência de calor eficiente do trocador de calor integral por meio de recursos estruturais internos que atuam como aletas para mais efetivamente aquecer e sublimar o produto de material de UF6; e (v) Combinação do trocador de calor integral e aletas internas para minimizar a quantidade de tempo necessária para solidificar UF6 líquido após o enchimento provendo transferência de calor eficiente do trocador de calor integral por meio de recursos estruturais internos que atuam como aletas para mais efetivamente resfriar e dessublimar o produto de material de UF6.

[0028] Embora a invenção tenha sido descrita em termos de várias modalidades específicas, aqueles versados na técnica reconhecerão que a invenção pode ser praticada com modificações dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas. TABELA 1 Número Diâmetro Material de Volume Mínimo Tara Enriquecimento Limite de do Nominal Construção Aproximada Máximo Enchimento Modelo (sem 235U) Máximo (mm) (pol.) m³ ft³ (kg) (lb) (kg) (lb) 1S 40 1,6 Níquel 0,0002 0.0053 0,79 1.75 100,0 0,45 1.0 2S 90 3,5 Níquel 0,0007 0.0256 1,91 4.20 100,0 2,22 4.9 5A 130 5 Níquel 0,0080 0.284 25 55 100,0 24,95 55 5B 130 5 Níquel 0,0080 0.284 25 55 100,0 24,95 55 8A 205 8 Níquel 0,0374 1.319 55 120 12,5 116 255 12A 305 12 Níquel 0,0674 2.380 84 185 5,0 209 560 12B 305 12 Níquel 0,0674 2.380 84 185 5,0 209 460 30B 700 28 Aço 0,7360 26.000 635 1,400 5,0 2,275 5,020 48A 1,220 48 Aço 3,0800 108.900 2,041 4,500 4,5 9,540 21,030 48X 1,220 48 Aço 3,0800 809.000 2,041 4,500 4,5 9,450 21,030 48F 1,220 48 Aço 3,9600 140.000 2,360 5,200 4,5 12,260 27,030 48Y 1,220 48 Aço 4,0400 142.700 2,360 5,200 4,5 12,500 27,560 48T 1,220 48 Aço 3,0400 107.200 1,111 2,450 1,0 9,390 20,700 48O 1,220 48 Aço 3,8200 135.000 1,202 2,650 1,0 11,825 26,070 48G 1,220 48 Aço 3,9600 139.000 1,202 2,650 1,0 12,175 26,840

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Recipiente de processo e transporte de hexafluoreto de urânio (UF6) para armazenar hexafluoreto de urânio (UF6) enriquecido até 20 por cento em peso 235U em quantidades de até 1.500 kg U, caracterizado pelo fato de que compreende: um invólucro, compreendendo: uma superfície/substrato exterior; uma superfície/substrato interior; um trocador de calor integrante posicionado entre as superfícies/substratos exterior e interior, o trocador de calor integrante compreendendo: metal; e espaços de passagem para passar fluido de transporte de calor; uma câmara interna formada pelo invólucro; e uma configuração de partição posicionada dentro da câmara interna e se estendendo longitudinalmente ao longo do comprimento do recipiente, para formar uma pluralidade de compartimentos individuais dentro da câmara interna para armazenar UF6.

2. Recipiente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito recipiente é o formato de um cilindro.

3. Recipiente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as superfícies/substratos exterior e interior são formadas de metal selecionado dentre aço inoxidável, aço carbono, liga de níquel, liga de titânio, liga de alumínio, liga ferrítica e combinações ou ligas dos mesmos.

4. Recipiente de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o metal se estende continuamente da superfície/substrato exterior à superfície/substrato interior.

5. Recipiente de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma porção do invólucro inclui uma camada absorvente formada entre as superfícies/substratos exterior e interior e opcionalmente posicionada em cada lado do trocador de calor integrante.

6. Recipiente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a camada absorvente compreende o metal revestido com B4C e opcionalmente enriquecido em isótopo 10B ou outro material absorvente de nêutrons que é compatível com o metal.

7. Recipiente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as superfícies/substratos exterior e interior não são revestidas.

8. Recipiente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a configuração de partição é selecionada a partir de uma configuração de cubo e raios, e/ou formatos geométricos aninhados que correspondem ao formato do invólucro.

9. Recipiente de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o cubo e raios são construídos de um material selecionado dentre metal e liga de metal.

10. Recipiente de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o metal é selecionado dentre aço inoxidável, aço carbono, liga de níquel, liga de titânio, liga de alumínio, liga ferrítica e combinações ou ligas dos mesmos.

11. Recipiente de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o metal se estende continuamente de uma parede exterior a uma parede interior de cada um do cubo e raios.

12. Recipiente de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma camada absorvente é formada entre as paredes exterior e interior.

13. Recipiente de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a camada absorvente compreende o metal 10 revestido com B4C e opcionalmente enriquecido em isótopo B ou outro material absorvente de nêutrons que é compatível com o metal.

14. Recipiente de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os espaços ou passagens são formados nos aros se estendendo da parede exterior à parede interior.

15. Método para produzir o recipiente como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro e/ou a configuração de partição é/são formado(s) usando um processo de fabricação aditiva.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o processo de fabricação aditiva compreende impressão tridimensional.