ES2218914T3 - Dispositivo y metodo para prevenir la corrosion por efecto sombra. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo que comprende un primer componente que consta de una aleación basada en zirconio, y un segundo componente de un tipo que puede formar un contraelectrodo en relación con el primer componente, estando dispuestos dichos primer y segundo componente a una corta distancia uno del otro, con un medio eléctricamente conductor entre ellos y estando sometidos a una radiación radiactiva a través de un campo de radiación. El dispositivo comprende un medio dispuesto para aislar eléctricamente al menos una parte del segundo componente del primer componente con el fin de evitar la corrosión por sombra sobre el primer componente. Un procedimiento para evitar la corrosión por sombra sobre el primer componente se caracteriza en que al menos una parte del segundo componente está aislada eléctricamente del primer componente.

Description

Dispositivo y método para prevenir la corrosión por efecto sombra.

Antecedentes de la invención y técnica anterior

La presente invención se refiere a un dispositivo que comprende un primer componente que comprende una aleación basada en circonio, y un segundo componente de un tipo que puede formar un contraelectrodo en relación al primer componente, estando dispuestos dichos primer y segundo componentes a corta distancia entre sí, con un medio eléctricamente conductor entre ellos, y estando sometidos a radiación radioactiva a través de un campo de
radiación.

La invención se refiere asimismo a un método para prevenir la corrosión por efecto sombra en un primer componente, comprendiendo dicho primer componente una aleación basada en circonio y que está prevista para ser dispuesta dentro de un campo de radiación radioactiva a corta distancia de un segundo componente, siendo dicho segundo componente de un tipo que puede formar un contraelectrodo en relación al primer componente, y sometiendo dichos primer y segundo componente a la radiación del campo.

En la actualidad, los dispositivos del tipo anterior se utilizan con frecuencia en centrales nucleares. Recientemente, se ha descubierto que las aleaciones basadas en circonio que se disponen a corta distancia de un componente realizado, por ejemplo, en acero inoxidable o de una aleación basada en níquel, presentan una elevada tendencia a corroerse en el ambiente en el que se disponen dentro de una central nuclear, en comparación con el caso en el que se disponen a mayor distancia de dicho componente en el mismo ambiente. En dicho ambiente, la aleación basada en circonio se encuentra sometida a radiación además de a medios corrosivos.

Hasta el momento, ha existido una opinión generalizada de que la razón para dicha corrosión, denominada corrosión por efecto sombra, es una radiolisis elevada debido a un campo \beta muy elevado debido a una reacción nuclear con el elemento de aleación manganeso.

De acuerdo con lo anterior, la técnica anterior en este campo se ha concentrado principalmente en resolver de alguna manera el problema de la corrosión por efecto sombra evitando dicha reacción nuclear con el elemento manganeso en la aleación. Sin embargo, esto no ha llevado a ninguna solución comercialmente viable, y por lo tanto, la corrosión por efecto sombra de las aleaciones basadas en circonio dispuestas a corta distancia de componentes realizados en acero inoxidable o de aleaciones basadas en níquel se ha aceptado hasta el momento como inevitable bajo las condiciones que se dan en las centrales nucleares.

El documento EP nº A2-0 798747 describe un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

El resumen en inglés del documento JP-A-08-313683 describe que la corrosión galvánica en una rejilla separadora de zircaloy puede suprimirse mediante el recubrimiento de la superficie de un accionador de una barra de control y su tubo guía con una cerámica aislante, tal como alúmina o espinela.

El resumen en inglés del documento JP-A-07-248390 describe que la corrosión local de una parte de contacto (tapón del extremo superior y tapón del extremo inferior de un tubo recubierto) puede reducirse formando una película de óxido sobre una cara o sobre las dos caras de un elemento constitutivo de la parte de contacto.

Sumario de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo en el que un primer componente que comprende una aleación basada en circonio dispuesta a corta distancia de un segundo componente realizado en un material basado en níquel presenta una tendencia sustancialmente reducida a la corrosión por efecto sombra en comparación con dispositivos de acuerdo con la técnica anterior.

Dicho objetivo se consigue mediante un dispositivo según la reivindicación 1.

El problema de la corrosión por efecto sombra, de esta manera, se ataca de un modo sustancialmente diferente de los propuestos en la técnica e investigación anteriores. La solución se basa en el nuevo conocimiento acerca de las razones de los fenómenos de corrosión por efecto sombra a la que han llegado los presentes solicitantes. De esta manera, se ha llegado a la conclusión de que los causan una combinación de radiación (principalmente radiación \gamma) y un componente no muy bien pasivado (desde un punto de vista electroquímico, no químico) a corta distancia del material de circonio que da lugar a la corrosión por efecto sombra. La radiación \gamma resulta en canales conductores ocasionales para las cargas, lo que resulta en un incremento local sustancial de la corrosión, y también de manera integral sobre toda la película de óxido presente sobre la superficie de la aleación basada en circonio en estos ambientes. Con el fin de prevenir la corrosión por efecto sombra, de esta manera, el primer componente debería aislarse eléctricamente del segundo componente, por lo menos en la región en la que los dos componentes se disponen a una distancia entre sí que sea menor a determinado umbral de distancia más corta.

De acuerdo con la invención, el dispositivo comprende un recubrimiento aislante dispuesto sobre el segundo componente. De esta manera, se obtiene una protección ventajosa frente a la razón misma o fuente de la corrosión por efecto sombra del primer componente.

De acuerdo con la invención, el recubrimiento comprende dióxido de circonio. Con la técnica actual, dicho tipo de recubrimiento puede depositarse de una manera adecuada sobre el componente en cuestión. Presenta características para resistir el ambiente corrosivo al que se le someterá en una central nuclear, mientras simultáneamente se le somete a radiación, por ejemplo radiación de neutrones y radiación \gamma. En el caso de que el recubrimiento comprenda una pluralidad de capas, tal como, por ejemplo, en relación a la deposición mediante PVD o CVD, una o más de las capas podría comprender un material metálico generalmente puro, por ejemplo del grupo que comprende Pt, Ni, Pd, Rh, Ti, Cu, y Zr.

De acuerdo con una realización preferida, el recubrimiento presenta un grosor comprendido entre 0,01 y 1.000 \mum. La elección de grosor depende de una pluralidad de factores, tal como del tipo de segundo componente, de la posición de éste, y del ambiente en el que se disponga. Para los elementos y muelles espaciadores que comprenden habitualmente un material basado en níquel, el recubrimiento preferentemente tiene un grosor comprendido entre 0,01 y 50 \mum.

La resistencia eléctrica de la capa debería estar comprendida entre 1\cdot10^{3} y 1\cdot10^{10} \Omega\cdotcm^{2}, preferentemente entre 1\cdot10^{6} y 1\cdot10^{10} \Omega\cdotcm^{2}, con el fin de conseguir un buen efecto aislante.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un método para prevenir la corrosión por efecto sombra en un primer componente que comprende una aleación basada en circonio y que está previsto que se disponga en un campo de elevada radiación radioactiva a corta distancia de un segundo componente, siendo el segundo componente de un tipo que puede formar un contraelectrodo en relación al primer componente, y estando sometidos el primer y segundo componente a la radiación del campo. El segundo componente está realizado en un material basado en níquel. Preferentemente, se dispone en una central nuclear y puede ser cualquiera de entre un espaciador y un muelle espaciador.

Dicho objetivo se alcanza mediante el método según la reivindicación 5.

El método se ha desarrollado, como es el caso con el dispositivo que se ha descrito anteriormente, a la luz del nuevo conocimiento sobre la radiación \gamma que da lugar a canales conductores ocasiones entre el primer y segundo componente. En parte debido al ambiente circundante, los componentes definirán de esta manera dos electrodos entre los que se intercambian cargas. Habitualmente, el segundo componente formará de esta manera un contraelectrodo electrolítico en relación al primer componente cuando los componentes se encuentren separados por una corta distancia, habitualmente 10 mm o menos. La corrosión por efecto sombra del primer componente puede reducirse sustancialmente aislando eléctricamente al segundo componente del primero, según propone la invención. Debido a que la corrosión por efecto sombra solamente constituye un problema cuando dichos primer y segundo componente se disponen a corta distancia entre sí, a menos de aproximadamente 10 mm, el segundo componente debería aislarse eléctricamente del primer componente, preferentemente en la región en la que los componentes se encuentran a una distancia entre sí que sea menor que el umbral de distancia más corta. De esta manera, debe tenerse presente que dicha distancia más corta puede variar dependiendo de diferentes parámetros externos, tales como el tipo de medio en el que los componentes se dispongan.

De acuerdo con la invención, el segundo componente se aísla del primer componente mediante un recubrimiento eléctricamente aislante que se deposita sobre el segundo componente. De esta manera, se hace posible un control muy preciso de qué región del segundo componente debe aislarse mediante dicho recubrimiento. Además, una pluralidad de otras propiedades del recubrimiento, tal como el grosor y la resistencia eléctrica, pueden controlarse fácilmente durante el proceso de deposición mismo. También es una ventaja que pueda utilizarse cualquiera del gran número de técnicas avanzadas de deposición disponibles en la actualidad con el fin de conseguir dicho aislamiento.

De acuerdo con una realización preferida del método, la deposición se realiza mediante por lo menos uno de los métodos siguientes: PVD, CVD, tratamiento por calor dentro de gases o mezclas de gases, deposición en la que unos polvos finos proporcionados en un gel se depositan sobre el componente y se dejan sinterizar en forma de un recubrimiento sobre la superficie del componente bajo tratamiento con calor, deposición mediante llameado, y deposición por pulverización. Todas dichas técnicas se han puesto en práctica extensivamente y tienen la ventaja de permitir un control muy preciso del grosor del recubrimiento y de qué material o materiales se incluyen en el recubrimiento. También hacen posible disponer una pluralidad de diferentes capas de diferente composición o de diferente estructuras del material y que conjuntamente definen dicho recubrimiento.

Una técnica particularmente ventajosa es aquélla en la que unos polvos finos, preferentemente unos polvos cerámicos, se mezclan junto con un líquido y compuestos inorgánicos u orgánicos para formar lo que se denomina un solgel, se depositan sobre el componente en cuestión y después se dejan sinterizar en forma de un recubrimiento sobre la superficie del componente bajo el efecto de calor.

Se definen características y ventajas adicionales de la presente invención en la descripción siguiente de diferentes realizaciones de la invención.

Descripción detallada de realizaciones

En una central nuclear, que preferentemente es un reactor de agua en ebullición (BWR) pero también podría ser un reactor de agua a presión (PWR) u otros reactores comerciales o no comerciales de fisión o fusión, o cualquier ambiente en la que haya campos de radiación sustanciales de neutrones, radiación \gamma ó \beta, se disponen un primer y un segundo componente a corta distancia entre sí, a menos de aproximadamente 10 mm, y tales componentes se disponen en contacto con un medio eléctricamente conductor. Habitualmente dicho medio es agua.

El primer componente comprende una aleación basada en circonio y puede ser cualquiera de los componentes en una central nuclear que comprenden tal aleación basada en circonio, por ejemplo, una rejilla espaciadora en un reactor de agua ligera.

El segundo componente está realizado en una aleación basada en níquel, con la capacidad de actuar como un contraelectrodo electrolítico en relación al primer componente, con o sin cualquier campo eléctrico aplicado externamente, y que también está situado dentro de un campo de radiación.

El segundo componente puede ser un espaciador realizado en un material basado en níquel para BWR y PWR, o muelles espaciadores realizados en un material basado en níquel para BWR y PWR.

El segundo componente se proporciona con un recubrimiento que comprende dióxido de circonio.

El recubrimiento presenta un grosor de 0,01-1.000 \mum, preferentemente 0,01-50 \mum para elementos y muelles espaciadores. Su resistencia eléctrica debería estar comprendida entre 1\cdot10^{3}y 1\cdot10^{10}\Omega\cdotcm^{2}, preferentemente entre 1\cdot10^{6} y 1\cdot10^{10}\Omega\cdotcm^{2}.

Evidentemente, una pluralidad de realizaciones alternativas resultarán evidentes para un experto en la materia sin encontrarse de esta manera fuera del alcance de la invención, según definen las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

1. Dispositivo que comprende un primer componente que comprende una aleación basada en circonio y un segundo componente realizado en un material basado en níquel, en el que el segundo componente es de un tipo que puede formar un contraelectrodo en relación al primer componente, en el que el primer y el segundo componentes están dispuestos separados por una corta distancia, con un medio eléctricamente conductor situado entre ellos y se someten a radiación radioactiva a través de un campo de radiación, caracterizado porque el segundo componente es un espaciador o resorte espaciador para un reactor nuclear de agua en ebullición o un reactor nuclear de agua a presión, en el que el primer y el segundo componentes se encuentran separados entre sí por una distancia de 10 mm o menos, en el que el dispositivo comprende un recubrimiento eléctricamente aislante que comprende dióxido de circonio depositado sobre el segundo componente de tal manera que por lo menos una parte del segundo componente quede aislada eléctricamente del primer componente con el fin de evitar la corrosión por efecto sombra en el primer componente.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el recubrimiento presenta un grosor comprendido entre 0,01 y 1.000 \mum.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el recubrimiento presenta un grosor comprendido entre 0,01 y 50 \mum.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el recubrimiento presenta una resistencia eléctrica comprendida entre 1\cdot10^{3} y 1\cdot10^{10} \Omega\cdotcm^{2}, preferentemente entre 1\cdot10^{6}y 1\cdot10^{10} \Omega\cdotcm^{2}.

5. Método para prevenir la corrosión por efecto sombra en un primer componente, comprendiendo dicho primer componente una aleación basada en circonio y estando dispuesto para ser situado dentro de un campo de radiación radioactiva a una corta distancia de un segundo componente, estando dicho segundo componente realizado en un material basado en níquel y siendo de tal tipo que puede formar un contraelectrodo en relación al primer componente, y siendo sometidos el primer y segundo componentes a la radiación del campo, caracterizado porque el segundo componente es un elemento o muelle espaciador para un reactor nuclear de agua en ebullición o para un reactor nuclear de agua a presión, en el que el primer y segundo componentes están separados entre sí por una distancia de 10 mm o menos, en el que por lo menos una parte del segundo componente se encuentra eléctricamente aislado del primer componente al proporcionar al segundo componente un recubrimiento eléctricamente aislante que comprende dióxido de circonio con el fin de evitar la corrosión por efecto sombra del primer componente.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque el recubrimiento se aplica mediante por lo menos uno de los métodos siguientes: PVD, CVD, tratamiento por calor en gases o mezclas de gases, deposición de una mezcla de polvos finos en un gel sobre el componente, el cual se deja sinterizar en forma de un recubrimiento sobre la superficie del componente bajo tratamiento con calor, deposición de un recubrimiento mediante llameado, y deposición por pulverización.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque se proporciona al recubrimiento un grosor comprendido entre 0,01 y 1.000 \mum.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque se proporciona al recubrimiento un grosor comprendido entre 0,01 y 50 \mum.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque el recubrimiento presenta una resistencia eléctrica comprendida entre 1\cdot10^{3}y 1\cdot10^{10} \Omega\cdotcm^{2}, preferentemente entre 1\cdot10^{6}y 1\cdot10^{10} \Omega\cdotcm^{2}.