BRPI0902759A2 - melhoramento quìmico para limpeza de combustìvel ultrassÈnico - Google Patents

Abstract

MELHORAMENTO QUìMICO PARA LIMPEZA DE COMBUSTìVEL ULTRASSÈNICO. Um método para limpeza de uma unidade de combustível nuclear irradiado incluindo melhora química da técnica utilizando um aparelho incluindo um alojamento adaptado para engajar uma unidade de combustível nuclear. Um conjunto de transdutores ultrassónicos é posicionado no alojamento para fornecimento de energia ultrassónica onidirecional emanando radialmente de modo a remover os depósitos do conjunto de combustível nuclear. Quaisquer produtos de corrosão que permaneçam após a limpeza de combustível ultrassónica terão superfícies expostas que são suscetíveis à dissolução química.

Description

MELHORAMENTO QUÍMICO PARA LIMPEZA DE COMBUSTÍVELULTRASSÔNICO

CAMPO TÉCNICO

Ê provida uma técnica para a manutenção de usinasde energia nuclear, especificamente, limpeza ultrassônicadas unidades de combustível nuclear irradiadas de usinas deenergia nuclear.

HISTÓRICO

Durante a operação de um reator de energia nuclear,as impurezas e produtos refrigerantes do reator sãodepositados sobre as unidades de combustível nuclear. Essesdepósitos podem impactar a operação e manutenção das usinasde energia nuclear de várias formas, por exemplo, (a) suaspropriedades neutrônicas podem afetar adversamente odesempenho nuclear do reator; (b) sua resistência térmicapode causar temperatura superficial elevada nas barras decombustível, o que pode levar a falha de material na Rod ,·(c) seu declínio radioativo resulta em exposição à radiaçãoquando eles são redistribuídos através de todo o sistemarefrigerante do reator, especificamente durante transiçãode energia; (d) eles complicam totalmente a inspeção dasunidades de combustível nuclear irradiadas quando dainspeção visual ou métodos de corrente parasita; (e) osdepósitos liberados das barras de combustível tendem areduzir a visibilidade no tanque de combustível residual,retardando significativamente outros trabalhos no tanque decombustível durante períodos de inatividade dereabastecimento de combustível; (f) uma vez recarregados aoreator nas unidades que serão irradiadas uma segunda outerceira vez, eles formam um inventário de material quepode ser redistribuído para os novos conjuntos decombustível de um modo prejudicial.

A anomalia de ajuste axial (AOA) vem sendoreportada nos reatores de água pressurizada (PWRs). AOA éum fenômeno no qual os depósitos se formam na blindagem dabarra de combustível devido à combinação de condiçõestérmico-hidráulicas locais e impurezas de fluido colateraisprimárias características do reator e do sistema primário.

Esses depósitos causam uma distribuição de energia anormalao longo do eixo geométrico do núcleo, reduzindo a margemde disponibilidade sob determinadas condições operacionais.AOA forçou algumas usinas de energia a reduzirem o nível deenergia do reator por períodos de tempo extensos.

0 problema da AOA apresentou a necessidade dedesenvolvimento de um mecanismo eficaz e de custo benefíciopara remoção de depósitos de combustível no PWR. Talmecanismo é também desejável na redução do inventário totalde depósito para taxas de dose mais baixas para o pessoalda usina, de modo a aperfeiçoar a capacidade de inspeção docombustível, na preparação do combustível paraarmazenamento a seco por longos períodos e para facilitar acoleta das amostras de corrosão para análise.

Várias abordagens foram propostas para removerdepósitos de combustível no PWR. Um método é limparquimicamente as unidades in si tu no reator ou após issoremoção das mesmas para uma célula de limpeza separada.

Existem vários problemas apresentados com essa abordagemincluindo o custo, potencial para corrosão por substânciasquímicas para limpeza e dificuldade de descarte dassubstâncias químicas altamente contaminadas resultantes.Talvez a maior desvantagem dessa abordagem que utilizaapenas substância química seja que ela consome tempo,requerendo várias horas para limpeza de uma unidade decombustível simples.

A Patente US número 6,396.892 e Publicação dePatente US número 2002-0163990 Al ambas incorporadas aquicomo referência em sua totalidade, revelam um aparelho emétodo para limpeza ultrassônica de unidades de combustívelnuclear irradiadas de usinas de energia nuclear. A limpezaultrassônica do combustível é efetivamente um métodomecânico para remoção dos produtos de corrosão docombustível nuclear, usando bolhas de cavitação de ebuliçãoinduzida. Os transdutores ultrassônicos são combinados,tipicamente em uma configuração radial, para abaixar asondas de pressão local através da água nas unidades decombustível, de modo suficiente para fazer com que aebulição nuclear cesse imediatamente após isso. A parada deborbulhamento libera produtos de corrosão sólidos que sãoentão bombeados a um sistema de filtração.

A limpeza mecânica é eficaz, porém não 100% eficazporque os produtos de corrosão permanecem nas unidades decombustível. Estima-se que a limpeza ultrassônica removaaté 8 0% do inventário de produto de corrosão total nocombustível. Um regime de limpeza ultrassônica modificadoincluía "pulsação" ou uso intermitente dos transdutorespara melhorar a limpeza. Essa técnica apresentou poucoefeito adicional na remoção da corrosão.

A indústria vem considerando opções para remoçãomais completa de corrosão do combustível através dadescontaminação química completa do sistema com combustíveldentro do núcleo. Embora seja esperado que adescontaminação química com combustível dentro do núcleoseja implementada de forma segura, a implementação seriamais lenta e o processo muito caro,

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista esquemãtica de um aparelhopara conduzir um método quimicamente melhorado de limpezaultrassônica para unidades de combustível nuclearirradiadas.

A figura 2 ê uma vista frontal de um aparelho delimpeza ultrassônica.

A figura 3 ilustra um transdutor ultrassônicoempregado para produzir energia onidirecional emanandoradialmente.

A figura 4 é uma vista lateral do aparelho delimpeza ultrassônica da figura 2.

A figura 5 é uma vista plana do aparelho de limpezaultrassônica da figura 2 com uma unidade de combustívelnuclear posicionada dentro do mesmo.

A figura 6 ilustra o aparelho de limpezaultrassônica da figura 2 e um aparelho de bomba e filtraçãoassociado, empregado de acordo com uma concretização.

As figuras 7(a)-7(c) ilustram o processo deposicionamento de uma unidade de combustível dentro doalojamento.

A figura 8 ilustra um aparelho de limpezaultrassônica com um sistema de bomba e filtração integral.

DESCRIÇÃO DETALHADA

É provido um método que suplementa a limpezamecânica ultrassônica com descontaminação química focada.Existe uma vantagem significativa para aplicação de ambas alimpeza química e a limpeza física em conjunto. Após acorrosão ser mecanicamente desalojada e removida, assuperfícies de corrosão frescas são expostas e podem serdissolvidas. Esse método melhora a remoção física dosprodutos de corrosão com dissolução química. Emdeterminadas concretizações, a dissolução ultrassônica e adissolução química podem ser sequenciadas, tal que, existauma remoção sinergística dos produtos de corrosão docombustível.

Esse método ê menos agressivo que a intervençãoquímica dentro do núcleo e foca o problema de remoção dosprodutos de corrosão adicionais diretamente do combustível,sem permitir que as substâncias químicas circulem atravésde todo o sistema refrigerante primário. O método incorporatecnologia de limpeza ultrassônica do combustível esuplementa a mesma com adições químicas, em determinadasconcretizações, para a parte superior da câmara de limpezaultrassônica.

De acordo com o método em questão, a adição químicaé realizada na água da câmara de limpeza ultrassônica aoinvés de através de todo o sistema primário, o que minimizao resíduo de líquido total gerado em ordens de grandeza.

Substâncias químicas menos agressivas podem serselecionadas, as quais tiram vantagem do ambiente delimpeza ultrassônica do combustível. Apenas as unidades decombustível são expostas às substâncias químicas, assim énecessária menos limpeza química para o recipiente outubulação fora do núcleo. Em determinadas concretizações,as etapas de adição química seriam aplicadas às unidades decirculação alta que possuem deposição de corrosão alta,enquanto outras unidades de combustível seriam limpasapenas ultrassonicamente.

Em caso dos produtos corrosivos permanecerem após alimpeza ultrassônica do combustível, os produtos decorrosão remanescentes terão superfícies expostas que sãosuscetíveis à dissolução química. A dissolução dos produtosde corrosão aumentará o desempenho do combustível poralívio do offset axial do ciclo anterior, Esse efeito seriamais proeminente nas usinas que possuem distribuição altade produtos de corrosão dos seus geradores de vapor.

0 método é apropriado para remoção de ambos osprodutos de corrosão ativa e não ativa. Os produtos decorrosão ativa com seus períodos de armazenamentosuperiores a 150 dias (tais como, cobalto-60) serãoremovidos e reduzirão os campos radiação fora do núcleo nosperíodos de inatividade futuros. Nuçlídeos de origem paranuclídeos de vida mais curta (tais como, níquel-58) tambémserão removidos e ajudarão na redução das taxas de dosagemfora do núcleo em períodos de inatividade futuros.

De acordo com o método em questão, o mecanismo demelhora da remoção dos depósitos de produto de corrosão docombustível pode incluir um ou mais dentre modificação dasuperfície de depósito, oxidação do depósito, solubilizaçãodo material de depósito ou complexação ou quelação dossolúveis de depósito. 0 tipo de composto químico que podeser empregado de acordo com o método compreende pelo menosum dentre peróxido, um ácido inorgânico ou seu sal, umácido orgânico ou seu sal, um agente de oxidação ou umagente de quelação. Os compostos químicos úteis na limpezaquando da parada do reator e/ou nos processos LOMI/NP ouLOMI/AP podem ser usados de acordo com o processo emquestão.

Os compostos específicos que são úteis de acordocom o método em questão incluem, porém não estão limitadosa pelo menos um dentre peróxido de hidrogênio, formato devanádio, permanganato de potássio de ácido nítrico,permanganato de potássio alcalino, ácido oxálico, ácidopicollnico ou picolinato de sódio.

A figura 1 é uma vista esquemática de um aparelhopara conduzir um método quimicamente melhorado de limpezaultrassônica para unidades de combustível nuclearirradiadas. Em uma concretização, um tanque dearmazenamento químico 10 que armazena as substânciasquímicas para uso no método se comunica com o aparelho 20,através de um orifício de injeção química próximo à partesuperior do alojamento 24, discutido em maiores detalhescom relação à figura 2. A(s) substância(s) química(s)pode (m) ser injetada (s) em um líquido, tal como, água,circulando através do alojamento, para contatar(em) ocombustível sendo limpo no mesmo, e sair(saírem) através datubulação de filtração, auxiliada por bomba 92, para entrarnos filtros 94, de modo a remover(em) as partículas sólidasda corrente de água contaminada. 0 líquido filtrado entãopassa através de um recipiente de troca de íon 12, parapossível remoção ou regeneração dos reagentes decomplexação ou de quelação e para remoção dos produtos decorrosão solúveis, tais como, nuclídeos iônicos/solúveis eíons metálicos. 0 líquido tratado então passa para umtanque para descarte como resíduo de dose absorvida deliquido ou para retorno ao tanque de combustível residual.

Cada substância química introduzida ao tanque decombustível deve ser cuidadosamente selecionada. Em umaconcretização, a substância química selecionada é peróxidode hidrogênio porque ele pode ser empregado para dissoluçãodo níquel na química parado e assim pode remover osprodutos de corrosão de níquel.

O aparelho ultrassônico 20 ou câmara de limpezapode atuar, adicionalmente, como uma câmara de isolamento apartir do restante do tanque de combustível, Se assubstâncias químicas forem injetadas apenas quando a águaestiver circulando através do alojamento, elas nãocontaminarão o restante do depósito porque elas sãocoletadas por resinas de filtro/troca de íon seguindo osistema. Isso permite flexibilidade considerável na seleçãodas substâncias químicas para descontaminação das unidadesde combustível.

A figura 2 é uma vista frontal de uma concretizaçãode um aparelho de limpeza ultrassônica exemplar 2 0 pararealização do método em questão. 0 aparelho 20 pode incluirtransdutores ultrassônicos 22 montados em um alojamento 24.

Um guia 28 é posicionado na parte superior do alojamento24. Uma unidade de combustível nuclear (não mostrada nafigura 2) é passada através do guia 28 e para dentro doalojamento 24. Uma vez que a unidade de combustível nuclearé posicionada dentro do alojamento 24, ela é limpa atravésda aplicação de energia ultrassônica a partir dostransdutores ultrassônicos 22, conforme discutido a seguir.

Os suportes da unidade de reação 26 podem serempregados para montar o alojamento 24 em uma parede dotanque de limpeza. Alternativamente, o alojamento 24 podeser sustentado por uma grua ou guindaste. A figura 2 tambémilustra tubulação de filtração 32 e um orifício deresfriamento de emergência 30, para uso no caso de falha dosistema de filtração. 0 orifício de resfriamento deemergência 3 0 provê remoção de aquecimento suficiente docanal de combustível, através de çonvecção natural no casode falha do equipamento (por exemplo, perda das bombas). Atubulação de filtração 32 é empregada para enviar águacarregada com depósitos removidos para uma unidade defiltração, conforme descrito a seguir.

Os transdutores 22 podem ser montados nas placas demontagem de transdutor 34. As placas de montagem detransdutor 34 são usadas para conectar os transdutores 22ao alojamento 24. Os espaçadores de transdutor 36 sãousados para montagem dos transdutores 22 nas placas demontagem 34 na posição apropriada.

A figura 3 ilustra um transdutor 22 útil de acordocom o método em questão. 0 transdutor 22 inclui um primeirotransdutor piezelétrico ou pilha de transdutores 40 e umsegundo transdutor piezelétrico ou pilha de transdutores 42montados nos lados opostos de uma barra 44. Os transdutores40 e 42 recebem sinais de controle acima da linha 46. Aconfiguração do transdutor 22 produz ondas de pressãoradial emanando da barra 44 em todas as direções. Assim, asondas de pressão emanadas radialmente são referidas comoonidirecionais.

Em uma concretização do método, as ondas de pressãoonidirecionais são contrastadas com transdutoresultrassônicos convencionais que produzem ondas de pressãounidireeionais no líquido onde elas vibram. Os contornosdas ondas unidireeionais são nominalmente planos, sendoproduzidos pelo movimento de uma estrutura plana, como aparede ou parte inferior de um banho ultrassônico ao qual otransdutor é anexado. A energia transmitida se dissipaconforme encontra objetos físicos. Assim, no caso de barrasde combustível de uma unidade de combustível, é difícilusar ultrassons convencionais, uma vez que ê difícildirecionar a energia ultrassônica todo o tempo para ocentro da unidade de combustível. A energia necessária pararealizar isso é excessiva e possivelmente causaria danos aocombustível.

Em uma concretização, os transdutores 22 produzemondas de pressão onidirecionais. Os contornos de onda sãoproduzidos pelo movimento travado de fase de doistransdutores piezelétrieos 40 e 42. As ondas de pressãoproduzidas cilindricamente, espaçadas de modo que suaestrutura de nodo ao longo do eixo geométrico da barra sejaaproximadamente equivalente ao espaçamento da barra decombustível ou um múltiplo do espaçamento da barra decombustível, podem penetrar mais facilmente nas fileirasdas barras de combustível. Portanto, a limpeza das barrasinternas dentro do feixe de combustível pode ser realizadacom muito menos energia, em relação aquela que serianecessária se tal limpeza interna fosse obtida usandoultrassônicos convencionais. Em outras palavras, ostransdutores, o offset posicionamento e seus refletoresoperam para produzir um campo de energia que preencheespaço tendo energia suficiente na unidade de combustívelinterna para limpar os depósitos da barra de combustívelmais altamente classificados de forma rápida, semtransmitir muita energia à barra de combustível, de modoque o movimento de blindagem possa danificar fisicamente asmicroesferas de combustível.

0 método pode ser implementado usando transdutoresPUSH-PULL vendidos pela Martin Walter Ultraschalltechnik,GMBH, Staubenhardt, Alemanha. Esses transdutores sãodescritos na Patente US número 5.20 0.666, que é incorporadaaqui como referência.

Frequencias ultrassônicas entre 20 kHz e 3 0 kHz eenergia do transdutor entre 1.000 e 1.500 Watts provaramter sucesso. Isso produz uma densidade de energia entre 20-30 Watts/galão, que é uma densidade de energiaespecificamente eficaz para remover depósitos de umaunidade de combustível irradiada. Essa densidade de energiaé tida como sendo significativamente inferior à densidadede energia obtida durante o uso de transdutoresultrassônicos convencionais.

Outros transdutores que podem ser usados paraproduzir energia onidirecional emanando radialmente incluemtransdutores de radiador telsônico (tubo) e transdutoressonotrodo (com um transdutor em um único lado de uma barra(Rod).

Em uma concretização, o corpo transdutor 44 éformado de titânio e tampas de extremidade de açoinoxidável são empregadas. As gaxetas, cabeamento econectores associados ao dispositivo seriam configuradospara operação dentro de um Depósito de Combustível Residuale deve de outra forma satisfazer todos os requisitos decompatibilidade e de segurança típicos (por exemplo,requisitos de Exclusão de Material Estranho ou PME, na áreade manuseio de combustível) habituais nas usinas de energianuclear.

A figura 4 é uma vista lateral do aparelho 20 dafigura 2. A figura 4 ilustra o canal de combustível oualojamento 24, o suporte de reação da unidade 26, o guia28, tubulação de filtração 32, refletores 50, e uma viga demontagem da unidade 52. Os refletores 50 são empregadospara aumentar a quantidade de energia ultrassônica que édistribuída para a unidade de combustível. Isto ê, osrefletores 50 operam para refletir energia ultrassônicapara dentro da unidade de combustível. As vigas de montagemda unidade 52 são empregadas para conectar as placas demontagem do transdutor 34 aos suportes da unidade de reator26. Os suportes da unidade de reator 26 pressionam contra aparede 54 do depósito de combustível onde é realizada alimpeza, conforme revelado a seguir.

O alojamento 24, as placas de montagem 34, osespaçadores 36 e os refletores 50 podem ser formados de açoinoxidável. Outros materiais podem ser empregados se elesestiverem dentro dos requisitos de segurança geral ecompatibilidade de materiais típicos para operação deusinas de energia nuclear. Especificamente, um materialselecionado seria compatível para uso nas área® dearmazenamento de combustível e manuseio de uma usina,incluindo o Tanque de Combustível Residual e Poço paraCarregamento de Barris.

As superfícies internas do alojamento 24 podem serpolidas eletronicamente para reduzir a oportunidade daspartículas radioativas se depositarem sobre essassuperfícies ou se alojarem nos poços ou Sendas nessassuperfícies. Isso permite que o alojamento seja desmontadoe embarcado sem exposição do pessoal à radiação. Ostransdutores ultrassônicos 22 podem ser usados para limparo alojamento 24. Isto é, os transdutores 22 são ativadosquando o alojamento 24 está vazio para retirada dosdepósitos das paredes do alojamento 24.

A figura 5 é uma vista plana do aparelho de limpezaultrassônica 20. A figura 5 ilustra os seguintescomponentes anteriormente revelados: os transdutores 22, oalojamento 24, as placas de montagem do transdutor 34, osespaçadores do transdutor 36 e os refletores 50. A figuratambém ilustra os espaçadores de alojamento 60, que operampara permitir que a energia ultrassônica passem dentro dosdois lados do aparelho que não está voltado para asfileiras do transdutor. Cada refletor 50 inclui umasuperfície refletora interna 56 e uma superfície externa 54separada por uma fenda de ar 56. Essa configuração provouser especificamente eficaz na reflexão da energiaultrassônica.

A figura 5 também ilustra uma unidade decombustível 70 posicionada dentro do alojamento 24. Aunidade de combustível 70 inclui barras de combustívelindividuais 72. Os depósitos 74 são mostrados aderindo àsbarras de combustível 72. Os depósitos desse tipo podem serremovidos de acordo com o presente método.

A figura 5 ilustra uma unidade de combustível 7 017 χ 17. O alojamento 24 pode ser configurado para aceitartodos os projetos de Combustível de Reator de Água Leve. 0alojamento pode também ser implementado para fontesalternativas de combustível.

O aparelho das figuras 2-5 fornece ultrassônicos dedensidade de energia alta para remover depósitos fortementeaderidos das unidades de combustível nuclear irradiadas,

Especificamente, os transdutores 22 produzem uma densidadede eneargia e campo sônico para penetrar no centro do feixede combustível 70, de modo a limpar a blindagem da barra decombustível localizada naquele ponto, Gs transdutores 22são instalados (eixos orientados horizontalmente) nasfileiras verticais ao longo dos dois lados da unidade decombustível (por exemplo, conforme mostrado na figura 2). Afigura 2 ilustra transdutores 22 na parte superior doalojamento 24, uma vez que isso corresponde à posição dos.depósitos na maior parte dos Reatores Prçssurizados a Água.

Os transdutores 22 podem ser posicionados ao longo de todoo comprimento do alojamento 24 ou em locais estratégicoslimitados.

As barras de combustível dentro de uma unidade 70,tipicamente em número superior a 200, podem ser dispostasem uma fileira de passo quadrado (por exemplo, 17 χ 17). Emuma unidade candidata para limpeza, o alojamento blindadoda pilha de precipitados de combustível é coberto comdepósitos, que devem ser removidos. Em uma concretização,para cada fileira vertical de transdutores, transdutoresadjacentes são dispostos na direção lateral, tal que, osnodos em um transdutor (isto ê, pontos sofrendodeslocamento zero para a forma de modo exçisado) sãoalinhados com os pontos de deslocamento máximo nostransdutores adjacentes, acima e abaixo durante a operaçãodo sistema, Além disso, cada transdutor pode ser dispostoaxialmente, dessa maneira, a partir de um loealizado nelado oposto da unidade de combustível. Em outras palavras,ê desejável posicionar os transdutores para disposição demeia onda (ou múltiplos da mesma) junto com o eixogeométrico dos transdutores faceantes. Esse posicionamentoaperfeiçoa em muito a penetração do feixe do tubo.

A figura 6 ilustra o aparelho 2 0 posicionado em umtanque de combustível 80. Nessa concretização, o aparelho20 é montado usando os suportes da unidade de reação 26. Umcabo 82 pode também ser usado para sustentar o aparelho 20.0 aparelho 2 0 possui uma bomba associada e unidade defiltração 90. A unidade 90 inclui pelo menos uma bomba 92 eum conjunto de filtros 94. Um sensor de radiação 96 podeser posicionado no ponto de entrada para a bomba. 0 sensorde radiação 96 é empregado para determinar o momento em guea unidade de combustível está limpa. Especificamente,quando a atividade gama do sensor 96 cair para um valor delinha de base, é sabido que as partículas de depósito decombustível não estão mais sendo removidas e, portanto alimpeza está completa.

A figura 6 também ilustra equipamento de controleauxiliar 100 associado às várias concretizações. 0equipamento 100 pode incluir geradores de energiaultrassônica 102, bomba e conjunto de circuitos de controlede filtração 106 e um sistema de filtração e limpeza 108.

As figuras 7(a)-7(b) mostram o posicionamento deuma unidade de combustível 7 0 em uma ilustraçãosimplificada do alojamento 24. A unidade de combustível 70é posicionada através do uso de um guindaste 110. Na figura7(a) a unidade de combustível 70 está dentro do alojamento24. Na figura 7 (b) a unidade de combustível 70 êparcialmente removida do alojamento 24. Na figura 7(c) aunidade de combustível 70 ê removida do alojamento 24. 0guindaste 110 das figuras 7(a)-7(b) pode ser usado nosistema da figura 6 para inserir e remover uma unidade decombustível 70 do depósito 80. O guindaste 110 pode tambémser usado para reposicionar a unidade de combustível 70durante a limpeza ultrassônica, de modo a limpar áreasdiferentes ao longo do comprimento axial da unidade decombustível 70.

Uma vez que a unidade de combustível 70 estejaposicionada dentro do alojamento 24, a limpeza ultrassônicacomeçará. Resultados de sucesso foram obtidos usando ondasultrassônicas radiais onidirecionais operando em umafreqüência entre aproximadamente 2 0 e 3 0 kHz e uma energiade transdutor entre 1.000 e 1,500 Watts. Conforme apreciadocom referência à figura 6, a bomba 92 pode retirar águaatravés da unidade de combustível, pelo que, descarregandoos depósitos que são removidos por energia ultrassônicaproduzida pelos transdutores 22. A provisão de um fluxo ajusante através do alojamento 24 elimina a necessidade devedação da parte superior do alojamento 24.

Além do descarregamento dos depósitos que sãoremovidos por energia ultrassônica, quando os compostosquímicos melhoradores de remoção são introduzidos na água apartir do orifício de injeção, próximo à parte superior doalojamento, as substâncias químicas ajudam na remoção dosdepósitos física e/ou quimicamente, tal como pormodificação da superfície do depósito, oxidação dodepósito, solubilização do depósito ou complexação oucpejação <â© ágftènit®,

Durante a operacao do Reator de Aqua Leve, airradiação dentro d© núcleo da JaXindaggm da barra decombustível e corrosão subseqüente desses componentes podemintroduzir depósitos de produtos de ativação, tais como,54Mn, 55Fe, 60Co, 63Ni, e transurânicos, tais como, 2âiPu nassuperfícies da unidade de combustível, O processo de Ion demetal de transição de estado de oxidação baixo empermanganato nítrico (LOMI/NP) pode ser empregado paradescontaminar esses componentes, em determinadasconcretizações por oxidação de cromo em uma forma maissolúvel, tornando o mesmo disponível ao agente de quelaçãoe remoção do sistema, e exposição dos produtos à, corrosãoadicional para remoção por so-lubilização. Os agentes dequelação, tais como, porém não limitadas a© ácidopicollnico, formam complexos fortes com aetinídeos,lantanldeos, metais pesados e metais de transição e ajudamos mesmos a permanecer na solução. Essas soluçõescontaminadas, apôs o uso, podem ser tratadas com resinastrocadoras de Ion para extrair os metais solúveis esubstâncias químicas. As resinas podem ser processadas edescartadas.

0 método de remoção quimicamente melhorada, emdeterminadas concretizações, pode utilizar uma combinaçãode ácidos orgânicos e aqueles de quelação (reagentes LOMI)para dissolver os depósitos de óxido das superfícies decombustível e suspender os complexos organo-metalresultantes na solução, V+2 (como formato de vanádio) podeser empregado para reduzir o Fe*3 nos depósitos de óxido emFe+2. 0 mecanismo pode envolver extração de elétrons aoinvés de ataque do depósito por ácido. 0 ácido picolínico(como picolinato de sódio) pode ser usado como um agentecomplexante. A reação desestabiliza o depósito de oxidoliberando os íons metálicos para a solução, 0 picolinato emexcesso no reagente complexa com os íons metálicos e evitaque os mesmos sejam redepositados sobre as superfícies doscombustíveis.

Alguns depósitos de óxido possuem concentraçõessignificativas de cromo que afetam adversamente adissolução da camada de óxido. Nesse caso, os tratamentosde oxidação podem ser usados sobre tais depósitos paracondicionar os mesmos por tornar o cromo solúvel através daoxidação do estado de valência de +3 para +6. Isso pode serrealizado por injeção do permanganato de potássio de ácidonítrico (NP) (opcionalmente em um pH de 2,5) oupermanganato de potássio alcalino (AP), (opcionalmente emum pH de 10-11,5). Essas soluções tornam o cromo solúvel,deixando para trás um depósito rico em ferro que pode serdissolvido usando reagentes LOMI ou outras substânciasquímicas.

Durante o processo de limpeza, a solução efluentecontaminada pode ser passada através das resinas trocadorasde cátion para remover os produtos de corrosão e ativação eos íons metálicos residuais, e também para regenerar ouremover os reagentes químicos.

Os reagentes de LOMI, radionuclídeos dissolvidos eíons metálicos podem ser removidos do sistema através dotratamento com colunas de resina trocadoras de íons. Ambasas colunas de resina catiônica de ácido forte e resinaaniônica de base fraca podem ser empregadas para processara solução de reagente LOMI gasta.

Os reagentes NP (ou AP) podem ser removidos nascolunas de resina trocadoras de íon. Mn02 residual que éformado durante o processo de oxidação pode ser dissolvidocom ácido oxálico, que pode ser adicionado diretamente àsolução de permanganato e removido em uma coluna de resinade leito misto. Seguindo-se o enxágue com ácido oxálico, atécnica LOMI pode ser repetida usando uma concentração maisdiluída de reagentes LOMI. Em cada caso, os reagentesresiduais e os produtos de corrosão removidos durante oprocesso de limpeza podem ser processados através dasresinas trocadoras de íon e essas resinas podem constituiro produto de descontaminação residual.

A unidade de combustível 70 pode ser sustentadatodo o tempo pelo guindaste 110, de modo que o alojamento24 realmente nunca sustentará o peso da unidade decombustível durante o processo de limpeza. Conformerevelado anteriormente, os transdutores 22 podem serremontados no lado de fora do alojamento 24, tal que, aenergia ultrassônica passe através das paredes doalojamento. Foi observado que o efeito primário daintervenção das paredes de alojamento é a atenuação daporção de baixa freqüência do sinal ultrassônico. A porçãode alta freqüência do sinal ultrassônico (isto é,freqüências superiores a 10 kHz), responsável pela maiorparte da eficácia da limpeza, passa através do alojamentopropriamente designado com pouca atenuação.

Uma seqüência de limpeza típica de acordo com ométodo é como se segue. 0 guindaste de combustível 110coleta uma unidade de combustível 7 0 de uma estante dearmazenamento. Máquina móvel associada ao guindaste 110transporta a unidade de combustível 7 0 para o tanque 80 oualguma outra estação de limpeza. A unidade de combustível70 pode ser gravada em vídeo conforme ê inserida noalojamento 24. Como exemplo, a figura 7 (b) ilustra umacâmera 120 posicionada na parte superior do alojamento 24para gravar em vídeo a unidade de combustível 70. Ostransdutores 22 são então energizados. O guindaste 110 podeser usado para deslocar a unidade 70 a montante e então ajusante, em intervalos de dois minutos (isto é, doisminutos a montante, dois minutos a jusante). Cada curso dedeslocamento pode ser aproximadamente de várioscentímetros.

A atividade por radiação gama é monitorada com osensor 96. A água com partículas de depósito de combustívelradioativo é bombeada pela bomba 92 através dos filtros 94e é então retornada para o tanque 80. A radioatividadetotal dos filtros 94 pode ser monitorada. Uma vez que aatividade gama no sensor 96 cai de volta para a linha debase, sabe-se que nenhuma partícula de depósito decombustível será removida e, portanto a limpeza estácompleta. De acordo com determinadas concretizações, aseqüência de limpeza pode ser completada entre 7-10minutos. Isso contrasta das abordagens químicas da técnicaanterior que duravam horas.

A limpeza ultrassônica é realizada correntementesem tempo de path crítico. Seqüências de adição químicadetalhadas (incluindo tempo de residência da substânciaquímica no limpador, alterações resultantes nas taxas decirculação durante adições de substâncias químicas erevestimentos apropriados aos filtros ou troca de lon)podem impactar com o período de tempo que uma unidade decombustível gasta no limpador. Além disso, o resíduo geradopode ser de uma classificação diferente.

Após a limpeza, a unidade de combustível 70 éremovida do alojamento 24, opcionalmente enquanto estásendo gravada em vídeo. A fita de vídeo contendo o antes eo depois da limpeza pode ser estudada para confirmar osucesso do processo.

O guindaste 110 então move a unidade de combustível70 para a estante de armazenamento de combustível. Osistema de limpeza agora está pronto para aceitar a próximaunidade de combustível 70 para limpeza. Observe que no casode um alojamento fortemente suportado 24, um guindastesimples 110 pode ser usado para carregar um conjunto dedispositivos pra limpeza ultrassônica 20. Tal configuraçãomelhora o rendimento total.

A técnica de limpeza ultrassônica do método podelimpar sem fornecer força potencialmente prejudicial sobreos precipitados de combustível. As ondas ultrassônicasutilizadas de acordo com o método não penetram no gástipicamente encontrado entre o precipitado e a superfícieinterna da blindagem, de modo que o único meio detransmitir energia vibracional prejudicial aos precipitadosé por movimento da superfície interna da blindagem contraos precipitados. Resultados experimentais demonstram que oespectro de vibração da blindagem é comparável ao espectrode vibração experimentado pelo combustível durante aoperação. Não seria verdade para os ultrassônicosconvencionais o fato das vibrações prejudiciais seremlimitadas por condições operacionais típicas no reator, umavez que a necessidade de entrada de energia muito maiorpara limpar as barras internas dentro do feixe decombustível seria tida como prejudicial aos precipitados.

Os versados na técnica apreciarão que o método podeser implementado em uma variedade de configurações deaparelho.

A figura 8 ilustra um canal 160 para recepção de umaparelho para limpeza ultrassônica e uma unidade decombustível associada. 0 canal 160 inclui uma bombaintegral 162 e filtros integrais 164 e 166. Assim, nessaconcretização, um sistema integrado simples fornece ambasas funções de limpeza e filtração. 0 filtro 164 pode ser umfiltro grosso para circulação interna, enquanto o filtro166 pode ser um filtro fino para exaustão para um tanque decombustível durante a limpeza final. 0 bloco 168 ilustraque o filtro fino 166 pode ser implementado com uma matrizde filtros dobrados (por exemplo, filtros dobrados de 233 cm).

Os versados na técnica apreciarão que o métodofornece uma técnica eficaz com o tempo, efetiva, compacta,de baixo custo para remover depósitos de unidades decombustível nuclear. A técnica é extremamente rápida emcomparação às abordagens químicas da técnica anterior.

0 presente método também permite que a unidade decombustível seja limpa sem que precise ser desmontada. Atécnica não produz deslocamentos de blindagem adversos quede outra forma poderiam prejudicar a integridade física dosprecipitados de combustível irradiados. Em outras palavras,os depósitos internos em uma unidade de combustível podemser limpos sem qualquer conseqüência durante o reiniciosubsequente do reator.

Outro benefício significativo associado ao métodose refere ao gerenciamento aperfeiçoado da radiação eexposição à radiação reduzida das pessoas que trabalham nausina. As partículas de depósito de combustível removidaspelo processo de limpeza são de fato o mesmo materialradioativo que, quando distribuído ao redor de um laçorefrigerante como um resultado de transiçõestérmica/hidráulica no núcleo, causa as doses pessoais maissignificativas durante períodos de inatividade. Assim,limpando-se o combustível e engarrafando a jusante oparticulado radioativo nos filtros, que propriamente podeser seguramente armazenado no tanque por longos períodos detempo (enquanto sua atividade diminui), pode-se obterreduções na taxa de dose de período de inatividade e dosepessoal. Consequentemente, a limpeza do combustível comouma estratégia para controle da taxa de dose e redução dataxa de dose se constitui em um novo método viável parareduzir os custos de gerenciamento de radiação.

O método para limpeza química melhorado alvo ajudaa garantir confiabilidade no combustível por remoção doexcesso de produtos corrosivos. O método assim ajuda naredução da fonte de radiação removendo a radioatividade docombustível antes do mesmo se depositar nas superfícies dasusinas.

Deve ser entendido que as concretizações descritasacima não são apenas alternativas, porém podem sercombinadas.

Claims (15)

1. Método para limpeza da unidade de combustívelnuclear irradiada, o método caracterizado pelo fato de quecompreende:posicionamento da unidade de combustível nucleardentro e adjacente a um alojamento contendo um líquido;fornecimento de energia ultrassônica onidirecionalemanando radialmente de transdutores, cada um capaz defornecer ondas de energia ultrassônica onidirecionalemanando radialmente posicionadas sobre o alojamento emrelação à unidade de combustível nuclear para remover umdepósito da unidade de combustível nuclear; econtato da unidade de combustível nuclear com pelomenos uma substância química no líquido, capaz de melhorara remoção do depósito.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a dita melhora da remoçãocompreende pelo menos um dentre modificação da superfíciede depósito, oxidação do depósito, solubilização dodepósito, complexação do depósito ou quelação do depósito.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a substância químicacompreende, pelo menos, um dentre um peróxido, um ácidoinorgânico ou seu sal, um ácido orgânico ou seu sal, umagente oxidante ou um agente quelante.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a substância químicacompreende pelo menos um dentre peróxido de hidrogênio,formato de vanádio, permanganato de potássio de ácidonítrico, permanganato de potássio alcalino, ácido oxálico,ácido picolínico ou picolinato de sódio.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,circulação do líquido através do alojamento durante ofornecimento.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o dito contato compreendeinjeção de substância química no líquido, enquantocirculando o líquido através do alojamento.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a substância químicacompreende uma combinação de ácido orgânico e agente deque1ação.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o ácido orgânico compreendeformato de vanádio e o agente quelante compreende pelomenos um dentre ácido picolínico ou picolinato de sódio.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que inclui, antes da injeção doácido orgânico e do agente quelante, a injeção de ácidonítricô e permanganato de potássio, opcionalmente em um pHde cerca de 2,5 ou permanganato de potássio alcalino,opcionalmente em um pH de cerca de 10 cerca de 11,5.

10. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,isolamento das substâncias químicas de um tanque decombustível por injeção da substância química apenas quandoo líquido estiver escoando através do alojamento e coletada substância química por pelo menos um dentre filtragem outroca de íon.

11. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,filtragem do líquido após o dito contato.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,troca de íon de filtrado da dita filtração.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a troca de íon compreendepassagem do filtrado através de pelo menos um dentre umaresina catiônica de ácido forte, uma resina aniônica debase fraca ou ambas.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,pelo menos um dentre remoção ou regeneração dos reagentesquímicos complexantes ou quelantes ou remoção da corrosãosolúvel ou produtos de ativação ou íons metálicosresiduais.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente,passagem do líquido já filtrado e de íon trocado para umtanque para descarte como um resíduo em rad do líquido oupara retorno a um tanque de combustível residual.