ES2619655T3 - Dispositivo para la irradiación de muestras en el núcleo y en la periferia del núcleo de un reactor - Google Patents

Dispositivo para la irradiación de muestras en el núcleo y en la periferia del núcleo de un reactor Download PDF

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Abstract

Dispositivo para irradiar una muestra en el núcleo o en la periferia del núcleo de un reactor nuclear que comprende: - un receptáculo (6) con doble pared que delimita una cámara (7), - un recipiente (4) contenido en dicha cámara (7), estando mantenido dicho recipiente (4) a una distancia de una pared interior (8) del receptáculo, estando destinado dicho recipiente (4) a contener un fluido caloportador, - un portamuestras (2) del cual un extremo libre está destinado a estar situado en el recipiente (4); en el que el interior del recipiente está en comunicación de fluido con el exterior del recipiente y en el que un volumen entre la pared interior (8) del receptáculo (6) y el recipiente (4) está destinado a estar lleno de un gas o una mezcla de gases, llamado gas cielo caloportador.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para la irradiacion de muestras en el nucleo y en la periferia del nucleo de un reactor Campo tecnico y tecnica anterior
La presente invencion se refiere a un dispositivo para la irradiacion de materiales en el nucleo y en la periferia del nucleo de un reactor nuclear, mas concretamente en un reactor nuclear de investigacion.
Para poder realizar experimentos en materiales o muestras para observar su comportamiento a la irradiacion, es necesario poder colocarlas en el nucleo o en la periferia del nucleo de un reactor nuclear de investigacion.
Por lo tanto, se quiere disponer de un dispositivo que permita introducir una (o varias) muestras para irradiarlas en la zona del reactor experimental donde el flujo neutronico es mas elevado, correspondiente al medio de los elementos combustibles del reactor. En esta zona, las muestras y las estructuras bajo irradiacion se someten a la irradiacion nuclear (gamma y neutrones) provenientes del nucleo del reactor, lo que provoca su calentamiento.
Este dispositivo experimental alcanza temperaturas elevadas y una presion elevada.
No obstante, es dificil elegir materiales capaces de mantener tanto una presion elevada como una temperatura elevada, por ejemplo, del orden de 800 0C. Esto es aun mas dificil en las condiciones de irradiacion del experimento.
Por ejemplo, los aceros austeniticos ven reducida significativamente su vida util por temperaturas superiores a 450 0C. Por ejemplo, para el acero austenitico X2CrNiMo17-12-2, su vida util bajo irradiacion en el nucleo de un reactor de investigacion (tipicamente con un grado de deterioro de 12 dpa/ano) es de 4,4 anos por debajo de 375 0C y de 2 anos por encima de 425 0C. Asimismo, la fluencia y el envejecimiento del material son insignificantes con independencia de la vida util por debajo de 450 0C, pero se convierten en significativos a partir de 2000 horas a 525 0C.
Los documentos JP 2000111690 A, EP 2428966 A2 y JP 2005003458 A divulgan ejemplos de dispositivos de irradiacion de muestras de acuerdo con la tecnica anterior.
Exposicion de la invencion
Como consecuencia, es un objetivo de la presente invencion ofrecer un dispositivo experimental para la irradiacion de muestras en un reactor que permita que las muestras alcancen temperaturas elevadas, garantizando al mismo tiempo un comportamiento mecanico del conjunto para satisfacer las normas de seguridad.
El objetivo anteriormente enunciado se alcanza mediante un dispositivo para irradiar muestras que consiste en una camara delimitada por un receptaculo encamisado, de forma que la camara contiene un recipiente destinado a contener un fluido caloportador, un soporte de muestras que penetra en el recipiente, de modo que las muestras se sumerjan en el fluido caloportador, siendo apto el recipiente para mantener temperaturas elevadas y estando el interior y el exterior de recipiente en comunicacion de fluido , de manera que se mantenga la misma presion entre el interior del recipiente, donde se situa el portamuestras, y el exterior del recipiente.
Gracias a la invencion, al mantener a equipresion el interior y el exterior del recipiente, el material que forma el recipiente no esta destinado a soportar una presion elevada, por lo que el material o materiales que lo forman se pueden elegir para mantener temperaturas elevadas y presentar un comportamiento mecanico debilitado frente a la presion. Ademas, el gas en el exterior del recipiente, aisla termicamente el receptaculo de la zona de calentamiento de las muestras, por lo que esta ultima puede fabricarse en uno o mas materiales aptos para soportar una presion elevada, pero aptos para soportar una temperatura menor que la del recipiente.
De manera muy ventajosa, los medios de regulacion de la temperatura de las muestras estan previstos en la pared del recipiente o sobre la misma. Preferentemente, se trata de medios de calentamiento adicional de las muestras. Esto permite tener un control preciso de la temperatura de las condiciones de irradiacion de las muestras.
El comportamiento mecanico del receptaculo depende de la presion, de la temperatura y de la duracion de la irradiacion. De acuerdo con la invencion, manteniendo el receptaculo a una temperatura que no influya sensiblemente en su comportamiento mecanico gracias a la utilizacion muy sagaz del gas cielo del fluido caloportador en el que se sumergen las muestras como aislante termico entre el recipiente que mantiene la temperatura y el receptaculo, este puede garantizar su funcion de seguridad y el dispositivo puede someter a las muestras a temperaturas elevadas. Asi, con una estructura relativamente sencilla, se pueden alcanzar temperaturas de muestras del orden de 800 0C e incluso mas, respetando las normas de seguridad nuclear, es decir, conservando un receptaculo encamisado.
Por lo tanto, la presente invencion tiene por objeto un dispositivo para irradiar una muestra en el nucleo o en la
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periferia del nucleo de un reactor nuclear que comprende:
- un receptaculo con doble pared que delimita una camara,
- un recipiente contenido en dicha camara, estando mantenido dicho recipiente a una distancia de la pared interior del receptaculo, estando destinado dicho recipiente a contener un fluido caloportador,
- un portamuestras del cual un extremo libre esta destinado a estar situado en el recipiente,
en el que el interior del recipiente esta en comunicacion de fluido con el exterior del recipiente y en el que un volumen entre la pared interior del receptaculo y el recipiente esta destinado a estar lleno de un gas o una mezcla de gases, llamado gas cielo caloportador.
El receptaculo puede comprender una pared exterior destinada a estar en contacto con un fluido caloportador del reactor y delimitando con la pared interior un volumen de gas.
En un ejemplo ventajoso, el dispositivo comprende medios de regulacion termica montados en el recipiente.
De manera ventajosa, los medios de regulacion termica pueden comprender, al menos, medios de calentamiento adicional.
Por ejemplo, los medios de calentamiento adicional comprenden, al menos, un elemento calentador sobre la superficie exterior del recipiente o, preferentemente, varios elementos calentadores repartidos sobre la totalidad o parte de la superficie exterior del recipiente.
Por ejemplo, los elementos calentadores se reparten sobre la totalidad o parte de la superficie exterior del recipiente a lo largo del eje longitudinal, de forma que puedan calentar por separado diferentes zonas del recipiente a lo largo del eje longitudinal.
Preferentemente, los medios de regulacion termica estan recubiertos por un revestimiento de proteccion, por ejemplo, fabricado mediante metalizacion.
De acuerdo con una caracteristica adicional, el dispositivo puede comprender, al menos, un sensor de temperatura montado en el recipiente, por ejemplo, un termopar.
El interior del recipiente puede estar en comunicacion de fluido con el exterior del recipiente al nivel de un extremo superior del recipiente por el cual se introduce la muestra en el recipiente.
Por ejemplo, las paredes interior y exterior y el recipiente tienen forma tubular, cerrados en un extremo inferior por un fondo.
Las paredes interior y exterior del encamisado puede ser, por ejemplo, de Inox X2CrNiMo17-12-2 y el recipiente es de Inconel®718.
Asimismo, la presente invencion tiene por objeto un procedimiento de irradiacion de una muestra que implementa un dispositivo de acuerdo con la invencion, que comprende las etapas:
- colocacion de, al menos, una muestra en el recipiente mediante la introduccion del portamuestras en el dispositivo, de forma que el recipiente contenga un fluido caloportador,
- colocacion del dispositivo en el nucleo o en la periferia del nucleo de un reactor nuclear,
- retirada del dispositivo del reactor y retirada de, al menos, una muestra del dispositivo.
En un ejemplo, el caloportador es liquido, por ejemplo, formado por un metal liquido o una aleacion liquido, por ejemplo, NaK o Na, y el gas cielo caloportador se situa entre el receptaculo y el recipiente.
En otro ejemplo, el caloportador es un gas o una mezcla de gases.
Durante la irradiacion, se puede realizar de manera ventajosa un aporte adicional de calor a la muestra.
Breve descripcion de los dibujos
La presente invencion se comprendera mejor con la ayuda de la descripcion que sigue y de los dibujos que constan anexos sobre los cuales:
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- la figura 1 es una vista transversal longitudinal de una representacion esquematica de un ejemplo de un modo de realizacion de un dispositivo para la irradiacion de una muestra de acuerdo con la invencion,
- la figura 2 es una vista detallada de la figura 1,
- la figura 3A es una representacion grafica de la variacion de la temperatura en el interior del dispositivo en funcion de la radiacion del dispositivo, en el caso de un caloportador liquido,
- la figura 3B es una representacion grafica de la variacion de la temperatura en el interior del dispositivo en funcion de la radiacion del dispositivo, en el caso de un caloportador gaseoso,
- la figura 4 es una representacion esquematica de un ejemplo de un modo de realizacion de los medios de calentamiento adicional que pueden implementarse en el dispositivo de acuerdo con la invencion,
- las figuras 5A y 5B son representaciones esquematicas de otro ejemplo de un modo de realizacion de los medios de calentamiento adicional que pueden implementarse en el dispositivo de acuerdo con la invencion,
- la figura 6 es una representacion de un ejemplo de un perfil de variacion del espesor de la lamina de gas entre el recipiente y la superficie interna del receptaculo.
Exposicion detallada de modos de realizacion particulares
En la figura 1, se puede ver una representacion esquematica de un dispositivo para la irradiacion de muestras en un reactor nuclear de investigacion, mas particularmente en el nucleo o en la periferia del nucleo de un reactor nuclear de investigacion.
El dispositivo para irradiacion y los elementos que lo componen presentan, de manera ventajosa, una forma de revolucion alrededor de un eje longitudinal X. El dispositivo comprende varios elementos concentricos, preferentemente, tubular.
El dispositivo para irradiacion mide varios metros de longitud, por ejemplo, 5 m, y comprende una parte longitudinal destinada a situarse en la zona de flujo neutronico correspondiente a los elementos combustibles del reactor, que se extiende, por ejemplo, sobre una altura de 1 m.
En las figuras 1 y 2, es la parte destinada s su colocacion en la zona de flujo neutronico que esta representada y que se describira en detalle.
El dispositivo comprende un portamuestras 2 con un eje X que comprende un extremo longitudinal libre 2.1 destinado a mantener las muestras; este extremo longitudinal libre 2.1 comprende, por ejemplo, una varilla roscada o cualquier medio de mantenimiento de una estructura adaptada a la geometria de las muestras, a su colocacion y a su retirada. Cada portamuestras esta concebido para responder a la necesidad propia de la experiencia; por ejemplo, puede incluir accionadores para someter a estres a las muestras. Asimismo, puede comprender diferentes sensores de medicion necesarios para el seguimiento del experimento sometido bajo irradiacion; por ejemplo, para medir la temperatura, la presion, la evolucion de las dimensiones de las muestras, el flujo de neutrones y de gamma, etc. El portamuestras 2 se puede introducir y retirar por deslizamiento a lo largo del eje longitudinal X para permitir el cambio de muestra.
El dispositivo comprende, asimismo, un recipiente 4 en el cual se encuentra el extremo longitudinal libre 2.1 del portamuestras cuando las muestras estan colocadas. El recipiente esta destinado a contener un fluido caloportador en el que se sumergen las muestras y por intermediacion del cual se realizan los intercambios termicos. El recipiente comprende un fondo inferior cerrado 4.1 y un fondo superior abierto 4.2 por el cual se introduce el portamuestras 2. El fondo inferior 4.1 esta, por ejemplo, unido a la pared lateral del recipiente.
El caloportador garantiza los intercambios termicos entre las muestras, el recipiente y el receptaculo en contacto con el caloportador del reactor.
La distancia entre el fondo 4.1 del recipiente y el 8.1 de la pared tubular inferior es tal que permite una dilatacion libre entre el deposito y el receptaculo.
El recipiente 4 permite, de manera ventajosa, recibir tambien los sensores de medicion, por ejemplo, los sensores de temperatura y/o de irradiacion.
El dispositivo comprende, asimismo, un receptaculo 6 de doble pared que delimita una camara 7 para el recipiente.
El receptaculo comprende una pared tubular interior 6 y una pared tubular exterior 10, siendo concentricas las dos paredes 8, 10. Cada una de las paredes tubulares 8, 10 esta cerrada al nivel de su extremo inferior por un fondo
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inferior 8.1, 10.1, respectivamente. Por ejemplo, los fondos inferiores 8.1, 10.1 estan unidos a un extremo de cada pared tubular. La distancia entre los fondos inferiores 8.1, 10.1 es tal que permite su libre dilatacion. El recipiente esta fijado por su parte inferior sobre la pared interior del receptaculo, mediante un medio mecanico adaptado, siendo posible la libre dilatacion hacia la parte inferior.
Se han previsto, de manera ventajosa, medios de centrado para mantener una lamina de gas 9 de espesor sensiblemente constante entre las dos paredes tubulares sobre toda la altura del receptaculo. Por ejemplo, en frio, la distancia entre la superficie interior de la pared tubular exterior 10 y la superficie exterior de la pared tubular interior puede ser del orden de 0,2 mm.
Las dos paredes 8, 10 definen entre ellas un volumen destinado a contener el gas del receptaculo.
El volumen definido entre las dos paredes esta cerrado. El gas puede introducirse mediante una derivacion tubular de pequeno diametro, por ejemplo, de 2 mm de diametro interno, situada en la parte alta del receptaculo.
Cuando se utiliza un caloportador liquido, como un metal liquido como NaK (aleacion de sodio y de potasio), y este llena el fondo del recipiente 4, la camara 7 se llena de un gas inerte, por ejemplo, helio, o de una mezcla de gases compatible con el caloportador. En efecto, la parte superior del recipiente se llena de este gas o mezcla de gases, denominado gas cielo caloportador, y como el interior del recipiente esta en comunicacion con la camara 7 por el extremo superior del recipiente, la camara 7 se llena de gas cielo caloportador.
El caloportador liquido puede ser un metal o metales liquidos, como sodio, una o varias aleaciones liquidas como NaK, una o varias sales, uno o varios liquidos organicos, etc.
En adelante en la descripcion, la expresion “gas cielo superior” designa un gas o una mezcla de gases.
Cuando se utiliza un caloportador gaseoso, como helio, por ejemplo, en el recipiente, llena tambien la camara 7. El caloportador puede ser un gas o una mezcla de gases.
La superficie interior de la pared tubular interior 8 esta en contacto con el gas cielo caloportador.
La superficie exterior de la pared tubular exterior 10 esta en contacto con el fluido caloportador del reactor de investigacion, por ejemplo agua, cuya circulacion se simboliza por las flechas F.
De manera ventajosa, en la pared del recipiente o sobre la misma se preven medios de regulacion termica 14 del caloportador contenido en el recipiente. Por ejemplo, se trata de medios de calentamiento; de forma alternativa se pueden prever medios de enfriamiento o, simultaneamente, de medios de calentamiento y de medios de enfriamiento.
Los medios de calentamiento estan formados, por ejemplo, por elementos calefactores por efecto Joule. A continuacion se describiran ejemplos de modos de realizacion de estos medios.
Las paredes tubulares 8, 10 se fabrican en un material capaz de soportar presiones elevadas, por ejemplo, del orden de 16 bares para los valores de diametro dados en la tabla 1 mas adelante.
Por ejemplo, se fabrican en acero inoxidable, en una aleacion de circonio, en una aleacion de niquel. La pared tubular interior 8 y la pared tubular exterior 10 pueden fabricarse en el mismo material o en materiales diferentes.
A titulo de ejemplo, las paredes tubulares 8, 10 pueden fabricarse en acero inoxidable X2CrNiMo17-12-2.
El recipiente se fabrica en un material apto para soportar temperaturas elevadas, por ejemplo, del orden de, al menos, 800 0C, con una deformacion debil; se puede tratar de un material metalico, tal como aleaciones de niquel (por ejemplo, Inconel®, Incoloy®), aceros inoxidables.
Ademas, de manera ventajosa, se han previsto medios de centrado para garantizar sobre toda la altura de la zona de calentamiento una lamina de gas regular entre la superficie exterior del recipiente y la pared tubular interior 8 del receptaculo del dispositivo. Esta lamina de gas puede ser de espesor constante en toda la altura del recipiente o, por el contrario, comprender secciones longitudinales de espesores diferentes a lo largo del recipiente. Se preven medios de centrado sobre la superficie del recipiente; son de dimensiones pequenas para limitar los puentes termicos. Se puede tratar de tubuladuras metalicas o de centradores ceramicos.
Vamos a explicar ahora el funcionamiento de este dispositivo.
Se fijan las muestras al extremo libre 2.1 del portamuestras 2 que a continuacion se introduce en el interior del dispositivo, en el recipiente 4 que contiene el fluido caloportador.
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El dispositivo se introduce seguidamente en el nucleo del reactor de investigacion o en la periferia del mismo. Se sumerge entonces el dispositivo en el fluido caloportador del reactor. Se somete el dispositivo a la radiacion nuclear (rayos gamma y neutrones), lo que provoca el calentamiento de diferentes elementos del dispositivo y del caloportador contenido en el recipiente. Tambien se calientan las muestras. Se pueden activar los medios de regulacion termica, por ejemplo, para aumentar la temperatura de la muestra calentando el caloportador. Dicha temperatura es, por ejemplo de aproximadamente 800 0C en el caso de un caloportador liquido. El material del recipiente permite al recipiente soportar temperaturas elevadas. El recipiente 4 esta rodeado de gas cielo caloportador.
El gas cielo caloportador contenido en la camara 7 forma un aislante termico entre el recipiente, es decir, la zona con temperatura elevada, y la pared tubular interior 8, lo que permite limitar la temperatura vista por esta pared tubular y, mas generalmente, vista por el receptaculo; la temperatura es, por ejemplo, del orden de 350 0C. Como consecuencia, los materiales utilizados para el receptaculo, aunque fragilizados por la irradiacion, conservar propiedades mecanicas suficientes para que el receptaculo sea apto para soportar las tensiones mecanicas impuestas por la diferencia de presion entre el interior y el exterior. Asi, es posible alcanzar temperaturas elevadas en el centro del dispositivo para la muestra, garantizando el comportamiento mecanico del dispositivo.
En las figuras 3A y 3B, se pueden ver representaciones graficas de la temperatura en °C en el dispositivo a lo largo del rayo R en mm, estando sometido el dispositivo a irradiacion.
En el caso de la figura 3A, el caloportador es del metal liquido NaK y el caloportador del reactor es agua, para una potencia nuclear de 12,5 W/g y una potencia electrica de 200 W/cm.
Se constata que, en una zona central designada I de radio inferior a aproximadamente 14,55 mm, la temperatura es sensiblemente constante y de aproximadamente 800 0C. Entre 14,55 mm y 15,6 mm, esta zona se designa como II y corresponde sensiblemente al diametro exterior del recipiente y a la pared tubular interna del receptaculo 8, cayendo la temperatura en el espacio gaseoso 7, hasta 350 0C, que corresponde a la temperatura de la pared tubular interior 8; luego, en el espacio gaseoso 9 entre las dos paredes del receptaculo, la temperatura cae de nuevo hasta 100 0C al nivel de la pared tubular exterior 10. Mas alla, la zona III a partir de la pared tubular 10 en el exterior del receptaculo 4 donde circula el caloportador del reactor, la temperatura disminuye mas lentamente para alcanzar la temperatura del caloportador del reactor.
En el caso de la figura 3B, el caloportador es helio y el caloportador del reactor es agua, para una potencial nuclear de 12,5 W/g y una potencial electrica de 200 W/cm. Se pueden obtener temperaturas aun mas elevadas utilizando un gas como caloportador, puesto que se alcanzan temperaturas del orden de 1400 0C en el centro del dispositivo (zona I’).
Se constata que, en una zona central correspondiente a las muestras, designada como I’ de radio inferior a aproximadamente 9,3 mm, la temperatura es sensiblemente constante y de aproximadamente 1400 0C. Luego, entre 9,3 mm y 12 mm, la zona II’ corresponde a la caida de la temperatura en el caloportador gaseoso en el interior del recipiente. En el recipiente (zona III’), entre 12 mm y 14,6 mm la temperatura se mantiene constante alrededor de 750 0C, cayendo despues en el espacio gaseoso 7. En el receptaculo (zona IV’) entre 14,9 mm y 16,6 mm, la pared tubular interna 8 esta a aproximadamente 350 0C; luego, en el espacio gaseoso 9 la temperatura cae de nuevo hasta 100 0C al nivel de la pared tubular exterior. Mas alla, la temperatura disminuye lentamente para alcanzar en el exterior del receptaculo 4 la temperatura del caloportador del reactor.
El gas caloportador es mucho menos conductor que el caloportador NaK, haciendose menos bien los intercambios termicos, lo que permite alcanzar una temperatura de las muestras mas elevada que en el caso del NaK. Ademas, la caida de la temperatura es mas acusada en el caloportador gaseoso que en el Nak, lo que explica la diferencia de perfil entre las curvas de las figuras 3A y 3B.
Se puede constatar entonces la eficacia del dispositivo de acuerdo con la invencion, puesto que las temperaturas a las que se somete el receptaculo corresponden a las temperaturas a las que se conservan sus propiedades mecanicas.
En las figuras 4 y 5A-5B, se pueden ver ejemplos de modos de realizacion de medios de regulacion termicos formados por medios de calentamiento. Estos se representan en plano.
En la figura 4, los medios de calentamiento comprenden elementos calentadores en forma de cables, representada en el ejemplo por seis hilos incandescentes distintos designados de 14.1 a 14.6. Los hilos comprenden extremos de alimentacion situados completamente al nivel de un mismo extremo del recipiente, preferentemente el extremo superior para su conexion a una fuente de corriente. Cada hilo serpentea sobre la superficie exterior del recipiente, de forma que recubre uniformemente la totalidad o parte de la altura de recipiente, asi como la totalidad o parte de su perimetro. Los elementos calefactores se reparten sobre la altura de recipiente, de forma que se definen seis zonas de calentamiento repartidas axialmente. Estas seis zonas se pueden controlar por separado. Las zonas axiales C y D comprenden cada una dos elementos calefactores 14.3 y 14.4, y 14.5 y 14.6, respectivamente.
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Preferentemente, los elementos calefactores 14.3 y 14.4 se controlan de forma que se tenga un calentamiento homogeneo de la zona C, y los elementos calefactores 14.5 y 14.6 se controlan de forma que se tenga un calentamiento homogeneo de la zona D.
En una variante, podria utilizarse un unico hilo incandescente que cubre toda la altura y toda la periferia del recipiente. Se puede utilizar un numero cualquiera de hilos incandescentes. Asimismo, los hilos incandescentes que se extiendan por la totalidad de la altura del recipiente pero que no cubran mas que una parte angular de la periferia del recipiente no se salen del alcance de la presente invencion. La utilizacion de varias zonas independientes permite modular el aporte de calor siguiendo los gradientes de calentamiento nucleares axiales y radiales. Asimismo, utilizando un solo elemento, seria mas dificil aportar toda la potencia deseada. Por otra parte, utilizando varios elementos, si uno de ellos es defectuoso, sigue siendo posible el aporte de calor.
Se puede utilizar todo medio de calentamiento adicional compatible con la geometria, el medio nuclear, el caloportador; por ejemplo, un medio de calentamiento por induccion o por efecto Joule.
En la figura 5A, puede verse otro modo de realizacion de medios de calentamiento que comprenden, asimismo, seis hilos, pero repartidos de modo distinto. En la figura 5B, se puede ver una vista lateral en la que el recipiente comprende los medios de calentamiento de la figura 5A. Los seis elementos calefactores 14.1’ a 14.6’ se reparten siguiendo las seis zonas axiales A a F.
Por ejemplo, la superficie exterior del recipiente se fabrica para servir de soporte a los hilos incandescentes. Por ejemplo, los hilos son de tipo monofilamento y comprenden un nucleo en niquel-cromo 80/20 para la parte destinada a calentamiento por el efecto Joule, un aislante mineral de MgO y una vaina de Inconel®600. La fabricacion consiste, por ejemplo, en reducir el diametro exterior del recipiente y/o en realizar hendiduras para recibir los hilos.
De manera ventajosa, se preven, asimismo, sensores de temperatura, por ejemplo, termopares, sobre la superficie exterior del recipiente, para controlar la temperatura del dispositivo.
Preferentemente, los medios de calentamiento y los sensores de temperatura en su caso se recubren de un revestimiento para protegerlos. Este revestimiento permite transferir mas eficazmente la potencia aportada por los elementos calefactores al recipiente, limitando la elevacion de temperatura de los elementos calefactores, para evitar danarlos. Por ejemplo, se puede formar una fina capa de ceramica (por ejemplo, mediante metalizacion, que se describira mas adelante) sobre el metal que recubre los elementos calefactores.
Dicho revestimiento tambien puede ofrecer una superficie que se puede rectificar de manera que se controle el diametro exterior.
Por ejemplo, los hilos del elemento o elementos calefactores se disponen sobre la superficie exterior del recipiente sin hendidura y se recubren.
El diametro de los hilos es tal que el diametro final del recipiente es compatible con el receptaculo que lo alberga y el espacio gaseoso que los separa.
El revestimiento se selecciona de modo que se garantice el recubrimiento de los elementos calefactores y de los sensores de temperatura y que presente una porosidad limitada y evite la oxidacion del metal. Dicho recubrimiento se realiza, por ejemplo, mediante metalizacion; de manera ventajosa, el revestimiento se realiza mediante un recubrimiento con una aleacion de niquel de tipo Inconel®. En una variante, el revestimiento puede ser con cuero.
Dicho revestimiento se puede realizar por proyeccion termica, tambien denominada metalizacion. Tambien se preve un modo de realizacion por moldeado.
La metalizacion es bien conocida por el experto en la tecnica. Consiste en el tratamiento de una superficie por via seca obtenido por proyeccion termica. La metalizacion agrupa varios procedimientos que tienen en comun la fundicion de un material y su proyeccion subsiguiente en forma de gotitas gracias a un gas vector. El deposito se forma mediante el apilamiento sucesivo de las gotitas del material fundido o en estado pastoso, lo que produce una estructura lamelar. La adherencia del revestimiento se obtiene esencialmente por un fenomeno mecanico y la superficie de las piezas se prepara previamente para aumenta su rugosidad y favorecer la adhesion.
Despues de la formacion de este revestimiento sobre la superficie exterior del recipiente, se puede realizar, de manera ventajosa, un recocido de estabilizacion. El revestimiento asi formado se trabaja a continuacion siguiendo un diametro constante o de acuerdo con un perfil variable axialmente para tener un espesor de gas entre el recipiente 4 y el receptaculo 6 que no sea constante; en la figura 6 se representa esquematicamente un ejemplo de perfil de espesor variable. Dicho perfil variable permite, de manera ventajosa, modular los intercambios termicos axialmente. La variacion del espesor del gas corresponde, preferentemente, de forma sensible, a las zonas ABCD de los elementos calefactores, como se puede ver por comparacion con la figura 4.
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40
Por encima de la zona de calentamiento, el recorrido de los cables de los elementos calefactores y termopares se hace en el espacio gaseoso entre el recipiente 4 y el receptaculo 6.
A modo de ejemplo no limitativo, vamos a proporcionar los valores de dimensionamiento de un ejemplo de dispositivo para irradiacion de acuerdo con la invencion.
El receptaculo encamisado se forma con dos paredes tubulares de acero inoxidable X2CrNiMo17-12-2.
Los valores de los diametros interno y externo se mencionan en la tabla 1 Tabla 1
Diametro interno (mm) Diametro externo (mm)
Tabique tubular interior
29,7 30,9
Tabique tubular exterior
31,2 33,1
El recipiente es, por ejemplo, Inconel®718. Su longitud es de aproximadamente 1 m; su diametro interno, de 24,1 mm; y su diametro externo, de 25,3 mm.
Sobre aproximadamente 700 mm, la superficie lateral exterior del recipiente 2 se trabaja con un diametro externo de 24,9 mm para servir de soporte a seis elementos calefactores (EC). Los elementos calefactores son de tipo monofilamento de niquel-cromo 80/20 con aislante mineral de MgO y una vaina de Inconel®600. En los ejemplos proporcionados, los elementos calefactores permiten aumentar la temperatura aproximadamente 150 0C en el caso del caloportador NaK y aproximadamente 75 0C en el del caloportador gaseoso.
El espacio axial entre las zonas de calentamiento A a D es del orden de 10 mm.
Los seis elementos calefactores tienen una longitud de calentamiento de 1500 mm y un diametro de 1 mm. Se situan 12 termopares de tipo K y 1 mm de diametro en las zonas de calentamiento. La altura del calentamiento es del orden de 450 mm.
Despues del recocido de estabilizacion, el revestimiento de metal obtenido mediante metalizacion se trabaja siguiendo un diametro constante; en el caso descrito, 29,1 mm. El revestimiento recubre todos los elementos calefactores y se prolonga a un lado y a otro de los elementos calefactores, por ejemplo, unos centimetros.
Por ejemplo, el recipiente es capaz de soportar una temperatura del orden de 800 0C mientras que las camisas del receptaculo se pueden realizar para soportar una temperatura del orden de 450 0C y, por ejemplo, una presion de 16 bares para los diametros proporcionados en la tabla 1.
Se comprendera que, en vista de la longitud tan grande del dispositivo con respecto a sus dimensiones transversales, se procede con especial cuidado para la realizacion de las paredes tubulares interior y exterior y del recipiente, para obtener una concentricidad muy buena, y se controlan los espesores de la pelicula gaseosa en el receptaculo y de la pelicula gaseosa entre el recipiente y el receptaculo.
El dispositivo para irradiacion es de estructura relativamente sencilla y permite someter las muestras a temperaturas muy elevadas, respetando las normas de seguridad.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para irradiar una muestra en el nucleo o en la periferia del nucleo de un reactor nuclear que comprende:
    - un receptaculo (6) con doble pared que delimita una camara (7),
    - un recipiente (4) contenido en dicha camara (7), estando mantenido dicho recipiente (4) a una distancia de una pared interior (8) del receptaculo, estando destinado dicho recipiente (4) a contener un fluido caloportador,
    - un portamuestras (2) del cual un extremo libre esta destinado a estar situado en el recipiente (4);
    en el que el interior del recipiente esta en comunicacion de fluido con el exterior del recipiente y en el que un volumen entre la pared interior (8) del receptaculo (6) y el recipiente (4) esta destinado a estar lleno de un gas o una mezcla de gases, llamado gas cielo caloportador.
  2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el receptaculo comprende una pared exterior (10) destinada a estar en contacto con un fluido caloportador del reactor, y que delimita con la pared interior (8) un volumen (9) de gas.
  3. 3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, que comprende medios de regulacion termica (14) montados en el recipiente (4).
  4. 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que los medios de regulacion termica comprenden al menos unos medios de calentamiento adicional.
  5. 5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que los medios de calentamiento adicional comprenden al menos un elemento calefactor (14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5, 14.6) sobre la superficie exterior del recipiente (4).
  6. 6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 4 o 5, en el que los medios de calentamiento adicional comprenden varios elementos calefactores (14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5, 14.6) repartidos sobre la totalidad o parte de la superficie exterior del recipiente (4).
  7. 7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que los elementos calefactores (14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5, 14.6) estan repartidos sobre la totalidad o parte de la superficie exterior del recipiente a lo largo del eje longitudinal (X), de manera que pueden calentarse por separado diferentes zonas del recipiente (4) a lo largo del eje longitudinal (X).
  8. 8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 7, en el que los medios de regulacion termica (14) estan recubiertos de un revestimiento de proteccion, por ejemplo realizado mediante metalizacion.
  9. 9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende al menos un sensor de temperatura montado en el recipiente, por ejemplo un termopar.
  10. 10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el interior del recipiente (4) esta en comunicacion de fluido con el exterior del recipiente al nivel de un extremo superior (4.2) del recipiente, por el cual se introduce la muestra en el recipiente (4).
  11. 11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que las paredes interior (8) y exterior (10) y el recipiente (4) tienen forma tubular, cerrados en un extremo inferior por un fondo.
  12. 12. Procedimiento de irradiacion de una muestra que utiliza un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende las etapas:
    - colocacion de al menos una muestra en el recipiente (4) mediante la introduccion del portamuestras (2) en el dispositivo, conteniendo el recipiente (4) un fluido caloportador,
    - colocacion del dispositivo en el nucleo o en la periferia del nucleo de un reactor nuclear,
    - retirada del dispositivo del reactor y retirada de al menos una muestra del dispositivo.
  13. 13. Procedimiento de irradiacion de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que el caloportador es liquido, por ejemplo formado por un metal liquido o una aleacion liquida, por ejemplo NaK o Na, y el gas cielo caloportador se situa entre el receptaculo y el recipiente.
  14. 14. Procedimiento de irradiacion de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que el caloportador es un gas o una
    mezcla de gases.
  15. 15. Procedimiento de irradiacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, en el que durante la irradiacion se efectua un aporte adicional de calor a la muestra.
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