ES2872340T3 - Dispositivo de manipulación de dianas de irradiación - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de manipulación de dianas de irradiación que tiene un conjunto de cable de producción de isótopos (34) que comprende: un cable de accionamiento (40) configurado para su uso con un mecanismo de accionamiento de reactor nuclear existente para sistemas de accionamiento por cable configurados para insertar y retirar sensores (12) dentro de núcleos del reactor nuclear (14); un detector de radiación autoalimentado (45) que está enrollado en espiral y envuelto alrededor de una longitud axial del cable de accionamiento (40) próximo a un extremo del cable de accionamiento que está diseñado para ser insertado en un tubo de flujo (10) en un núcleo (14) de un reactor nuclear, en el que el detector de radiación autoalimentado comprende una longitud configurada para proporcionar una salida de señal preseleccionada con una longitud axial mínima de extremo a extremo de la espiral, de modo que el detector de radiación autoalimentado proporcione una salida indicativa de flujo del reactor en una posición del detector de radiación autoalimentado en un núcleo del reactor para optimizar una posición axial de un material diana soportado y próximo al extremo del cable de accionamiento; un cable de señal (42) contenido en el interior del cable de accionamiento (40) para dicho detector de radiación autoalimentado; uno de entre un extremo hembra o macho (48) de un acoplamiento de desconexión rápida conectado a un extremo del cable de accionamiento (40); y. un conjunto de cable del elemento portador de la diana (38) que tiene el otro de entre el extremo hembra o macho (50) del acoplamiento de desconexión rápida en un extremo del conjunto de cable del elemento portador de la diana configurado para acoplarlo y desacoplarlo del extremo hembra o macho (48), teniendo el conjunto de cable del elemento portador de la diana(38) un compartimento de soporte del material diana (43) configurado para sujetar firmemente el material diana a medida que se inserta y retira el cable de accionamiento (40) a través del tubo de flujo (10).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de manipulación de dianas de irradiación
Referencia cruzada a solicitud relacionada
La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente US N° de serie 15/210.231, presentada el 14 de julio de 2016.
Antecedentes
1. Campo
La presente invención pertenece, en general, a dispositivos para la inserción y la retirada de artículos dentro y fuera del núcleo nuclear y, más particularmente, a un dispositivo reutilizable que proporciona una inserción y retirada controlada.
2. Técnica relacionada
Un número de reactores nucleares en funcionamiento emplean un sistema de detector de núcleo móvil, como el descrito en la patente US N° 3.932.211. El sistema detector móvil generalmente comprende cuatro, cinco o seis conjuntos de detector/accionamiento, dependiendo del tamaño de la planta (dos, tres o cuatro bucles), que están interconectados de tal manera que pueden evaluar varias combinaciones de tubos de flujo en el núcleo. Para obtener la capacidad de interconexión de cada tubo, cada detector tiene asociado un dispositivo de transferencia mecánica rotativa de cinco y diez trayectorias. Se realiza un mapa del núcleo seleccionando, mediante los dispositivos de transferencia, determinados tubos a través de los cuales se accionan los detectores. Para minimizar el tiempo de mapeo, cada detector es capaz de desplazarse a alta velocidad (72 pies por minuto = 22 m por minuto) desde su posición retirada hasta un punto justo debajo del núcleo. En este punto, la velocidad del detector se reduce a 12 pies por minuto (3,7 m por minuto) y el detector se desplaza hacia la parte superior del núcleo, la dirección se invierte y el detector se desplaza hasta la parte inferior del núcleo. La velocidad del detector se aumenta a 72 pies por minuto (22 m por minuto) y el detector se mueve a su posición de retirada. Se selecciona un nuevo tubo de flujo para la asignación, girando los dispositivos de transferencia y repitiendo el procedimiento anterior.
La FIG. 1 muestra el sistema básico para la inserción de los detectores móviles en miniatura. Los tubos retráctiles 10, en los que se accionan los detectores en miniatura 12, toman las rutas aproximadamente como se muestra. Los tubos se insertan en el núcleo del reactor 14 a través de conductos que se extienden desde la parte inferior de la vasija del reactor 16 a través de la zona de blindaje de hormigón 18 y luego hasta un cierre a presión de los tubos 20. Como los tubos móviles del detector están cerrados en el extremo principal (reactor), están secos en el interior. Los tubos sirven así como barrera de presión entre la presión del agua del reactor (2500 psig (172 bares) de diseño) y la atmósfera. Las juntas mecánicas entre los tubos retráctiles y los conductos se proporcionan en cierre a presión de los tubos 20. Los conductos 22 son esencialmente extensiones de la vasija del reactor 16, con los tubos que permiten la inserción de los detectores en miniatura móviles de instrumentación en el núcleo. Durante el funcionamiento, los tubos guía 10 están inmóviles y sólo se retraerán en condiciones despresurizadas durante las operaciones de recarga o mantenimiento. La retirada de un tubo al fondo de la vasija del reactor también es posible si se requiere trabajo en el interior de la vasija.
El sistema de accionamiento para la inserción de los detectores en miniatura incluye básicamente unidades de accionamiento 24, conjuntos de interruptor de final de carrera 26, dispositivos de transferencia rotativa de 5 vías 28, dispositivos de transferencia rotativa de 10 vías 30 y válvulas de aislamiento 32, como se muestra.
Cada unidad accionadora empuja un cable de accionamiento hueco enrollado helicoidalmente en el núcleo con un detector en miniatura conectado al extremo principal del cable y un cable coaxial de diámetro pequeño, que comunica la salida del detector, roscado a través del centro hueco de nuevo al extremo final del cable de accionamiento.
El uso de los tubos de flujo del Sistema Detector Incore Movable 10 para la producción de productos de activación y transmutación de neutrones deseados por irradiación, como los isótopos utilizados en procedimientos médicos, requiere un medio para insertar y retirar el material que se va a irradiar desde el interior de los tubos de flujo situados en el núcleo del reactor 14. Otro sistema de producción de isótopos para un sistema detector de reactor nuclear móvil en el núcleo es conocido por la patente US N° 2016/012928 A1. Preferiblemente, los medios utilizados minimizan el potencial de exposición a la radiación del personal durante el proceso de producción y también minimizan la cantidad de desechos radiactivos generados durante este proceso. Con el fin de controlar con precisión la exposición a neutrones recibida por el material diana para garantizar que la cantidad de producto de activación o transmutación que se produce es adecuada, es necesario que el dispositivo permita medir continuamente una indicación de flujo de neutrones en las proximidades del material diana. Idealmente, los medios utilizados serían compatibles con los sistemas actualmente utilizados para insertar y retirar sensores dentro del núcleo de los reactores nucleares comerciales. La presente invención describe un conjunto de cable de de producción de isótopos que satisface todas las consideraciones importantes descritas en lo que antecede.
Sumario
La presente invención proporciona un dispositivo de manipulación de dianas o blancos de irradiación de acuerdo con la reivindicación 1. El dispositivo tiene un conjunto de cable de producción de isotopos que consta de un cable de accionamiento construido para ser compatible con los requisitos del mecanismo de accionamiento de un mecanismo de accionamiento de un reactor nuclear existente para sistemas de accionamiento de cable utilizados para insertar y retirar sensores dentro de los núcleos de reactores nucleares. El cable de accionamiento tiene un detector de radiación autoalimentado con bobinado en espiral envuelto alrededor de una longitud axial del cable de accionamiento aproximadamente en un extremo diseñado para ser insertado en un tubo de flujo en un núcleo de un reactor nuclear. La longitud del detector de radiación autoalimentado es suficiente para proporcionar una salida de señal preseleccionada con una longitud axial mínima de extremo a extremo de la espiral. Por lo tanto, el detector de radiación autoalimentado proporciona una salida indicativa del flujo del reactor en la posición del detector de radiación autoalimentado en un núcleo del reactor para permitir una posición axial de un material diana soportado y próximo al extremo del cable de accionamiento que se va a optimizar.
Un extremo hembra o macho de un acoplamiento de desconexión rápida está conectado al extremo del cable de accionamiento; y un conjunto de cable del elemento portador de la diana tiene otro extremo hembra o macho del acoplamiento de desconexión rápida conectado a un extremo del conjunto de cable del elemento portador de la diana y está configurado para acoplarse y desacoplarse del extremo hembra o macho El conjunto de cable del elemento portador de la diana tiene además un compartimento de soporte del material diana configurado para sujetar de forma segura el material diana a medida que se inserta el cable de accionamiento y se extrae a través del tubo de flujo.
En una realización el conjunto de cable del elemento portador de la diana comprende un cilindro hueco de malla metálica que tiene una longitud suficiente para soportar el material de la diana dentro de los confines del tubo de flujo. Preferiblemente, el conjunto del elemento portador de la diana se construye a partir de un material que no tiene cobalto y la malla de alambre es tan fina como sea necesaria para soportar el material diana al desplazarse a través del tubo de flujo. Es deseable que el cilindro de malla hueco esté tapado en un extremo por el acoplamiento de desconexión rápida y en otro extremo por una cubierta. En tal realización, la cubierta se fija en su lugar con una abrazadera del anillo y en tal acoplamiento de desconexión puede ser un acoplamiento del cierre debola, también conocido como acoplamiento de cadena de bolas.
En una de la presentes realizaciones, el mecanismo de accionamiento es parte de un sistema de detector móvil en el núcleo existente, en el que un cable de salida de señal del detector de radiación autoalimentado se dirige axialmente a través de una abertura en el cable de accionamiento.
La invención también abarca un procedimiento para irradiar un material diana para producir un producto de transmutación deseado de acuerdo con la reivindicación 10. El procedimiento comprende un paso para asegurar el material diana a un elemento portador del material diana cuyo tamaño se ajusta para que se desplace dentro de un tubo de flujo de un núcleo de reactor nuclear. El procedimiento fija el elemento portador del material diana a un extremo de un cable de accionamiento que se va a insertar dentro del tubo de flujo, con un acoplamiento de desconexión rápida, y con el cable de accionamiento que tiene un detector de radiación autoalimentado situado en el cable de accionamiento próximo al extremo con una salida de detector de radiación autoalimentado que se dirige a lo largo de una longitud axial del cable de accionamiento a una ubicación de monitorización fuera del tubo de flujo. A continuación, el procedimiento conduce el cable de accionamiento y el elemento portador del material diana a una ubicación axial preseleccionada dentro del tubo de flujo. La salida del detector de radiación autoalimentado se supervisa en la ubicación de supervisión fuera del núcleo del reactor nuclear para determinar el estado de transmutación del material diana. El elemento portador del material diana se retira del tubo de flujo cuando el material diana ha alcanzado el producto de transmutación deseado. El elemento portador del material diana se separa del cable de accionamiento y se envía a una instalación de procesamiento. En la instalación de procesamiento, el material diana se retira del elemento portador del material diana y se procesa.
Preferentemente, el procedimiento incluye el paso de reutilizar el cable de accionamiento con un nuevo elemento portador de material diana. En una tal realización el acoplamiento de la desconexión es un acoplamiento de cierre y bola. En otra realización, el soporte del material diana es un cilindro de malla que se tapa en un extremo por el acoplamiento rápido de desconexión y en un segundo extremo distal por una cubierta, incluyendo el paso de asegurar la cubierta con una abrazadera de anillo. En la última realización el paso de quitar la abrazadera de anillo se realiza en la instalación de procesamiento para quitar la cubierta y acceder al material diana para su procesamiento.
Breve descripción de los dibujos
Una comprensión adicional de la invención podrá obtenerse de la descripción siguiente de las realizaciones preferentes cuando se lean en conjunción con los dibujos acompañantes, en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una técnica anterior de la disposición del detector móvil dentro del núcleo que puede ser empleado con la presente invención;
La Figura 2 es una representación esquemática de una realización de un conjunto de accionamiento de cable del conjunto de cable de producción de isótopos de la presente invención;
La figura 3 es una vista en planta del elemento de soporte de la diana y la parte hembra de desconexión rápida que conecta el conjunto de cable del elemento portador de la diana al conjunto de cable de accionamiento que se muestra en la figura 2;
La figura 4 es una vista frontal de la parte macho de la desconexión rápida que se muestra en el lado de inserción del núcleo del conjunto del cable de accionamiento que se muestra en la figura 2; y.
La figura 5 es una vista lateral de la parte macho de la desconexión rápida que se muestra en las figuras 2 y 4.
Descripción de la realización preferente
El conjunto de cable de producción de isotopos que se muestra en las Figuras 2-5 está compuesto por dos elementos principales, es decir, un conjunto de cable del accionador 36 y un elemento portador de la diana 38. El componente principal es el conjunto de cable de accionamiento 36. El conjunto de cable de accionamiento 36 consta de un cable construido para ser compatible con los requisitos del mecanismo de accionamiento de los sistemas de accionamiento de cables existentes utilizados para insertar y retirar sensores 12 dentro de los núcleos del reactor nuclear comercial 14, como el sistema detector de núcleo móvil Westinghouse que se muestra esquemáticamente en la Figura 1. El interior del conjunto de cable de accionamiento 36 contiene el cable de señal 42 para un elemento detector autoalimentado 45. La parte activa del detector autoalimentado 45 es una espiral enrollada alrededor del exterior del extremo insertado del cable de accionamiento 40 con una longitud suficiente como para proporcionar una salida de señal robusta y una diferencia mínima de posición axial de extremo a extremo. La salida del detector autoalimentado 45 se utiliza para identificar el flujo del reactor en la posición del detector autoalimentado en el núcleo del reactor 14 para permitir la optimización de la posición axial del material diana.
El conjunto de cable de accionamiento 36, que es una sustitución de un cable de accionamiento existente al que se acopló uno de los detectores en miniatura 12, se conecta a un conjunto de cable del elemento portador de la diana 38 mediante la disposición de cierre de bola (también conocido como acoplamiento de cadena de bolas) identificado en las Figuras 2-5 por los caracteres de referencia 48 y 50. La disposición del cierre de bola tiene una bola o porción macho 48, mostrada en las Figuras 2, 4 y 5, conectada al extremo de inserción del reactor del conjunto de cable de accionamiento 36. La Figura 2 muestra una vista en planta de la porción de bola 48, la Figura 4 muestra una vista frontal y la Figura 5 muestra una vista lateral. La parte de cierre 50 está fijada a un soporte de material diana 42 en el conjunto de cables del elemento portador de la diana 38 con las patillas del conector 52. La parte de bola 48 del acoplamiento de desconexión rápida está diseñada para encajar en el interior, y ser capturada de forma desenganchable, por la parte de cierre 50. El conjunto de cable del elemento portador de la diana 38 comprende el soporte de material diana 43, que es un cilindro hueco de una malla metálica muy fina que tiene una longitud suficiente como para mantener la cantidad deseada de material diana dentro de los límites del núcleo del reactor activo 14. Después de retirar el material diana del reactor, el conjunto de cable del elemento portador de la diana 38 se desconecta fácil y rápidamente del conjunto de cable de accionamiento 36 para que todo el conjunto de cable del elemento portador de la diana se pueda enviar a una instalación de procesamiento. La tapa 44 indicada en el extremo insertado del conjunto de cable del elemento portador de la diana 38 se sujeta en su lugar mediante una abrazadera de anillo 46. La abrazadera de anillo 46 está diseñada para ser fácil de desmontar en la instalación de procesamiento. Una vez retirado, el material irradiado se puede retirar del interior del conjunto de cable del elemento portador de la diana. Sólo se elimina el conjunto de cable del elemento portador de la diana 38 tras la irradiación. El conjunto de cable de accionamiento 36 se reutiliza siempre que sea mecánicamente práctico.
En consecuencia, la presente invención permite la producción de productos valiosos de activación y transmutación utilizando sistemas existentes de accionamiento de cable de reactor comercial para instrumentación en el núcleo. Mientras que las realizaciones específicas de la invención han sido descritas en detalle, será apreciado por los expertos en la técnica que varias modificaciones y alternativas a dichos detalles podrían ser desarrolladas a la luz de las enseñanzas generales de la divulgación. En consecuencia, las realizaciones particulares reveladas se significan para ser ilustrativas solamente y no limitantes en cuanto al alcance de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
1. Un dispositivo de manipulación de dianas de irradiación que tiene un conjunto de cable de producción de isótopos (34) que comprende:
un cable de accionamiento (40) configurado para su uso con un mecanismo de accionamiento de reactor nuclear existente para sistemas de accionamiento por cable configurados para insertar y retirar sensores (12) dentro de núcleos del reactor nuclear (14);
un detector de radiación autoalimentado (45) que está enrollado en espiral y envuelto alrededor de una longitud axial del cable de accionamiento (40) próximo a un extremo del cable de accionamiento que está diseñado para ser insertado en un tubo de flujo (10) en un núcleo (14) de un reactor nuclear, en el que el detector de radiación autoalimentado comprende una longitud configurada para proporcionar una salida de señal preseleccionada con una longitud axial mínima de extremo a extremo de la espiral, de modo que el detector de radiación autoalimentado proporcione una salida indicativa de flujo del reactor en una posición del detector de radiación autoalimentado en un núcleo del reactor para optimizar una posición axial de un material diana soportado y próximo al extremo del cable de accionamiento;
un cable de señal (42) contenido en el interior del cable de accionamiento (40) para dicho detector de radiación autoalimentado;
uno de entre un extremo hembra o macho (48) de un acoplamiento de desconexión rápida conectado a un extremo del cable de accionamiento (40); y.
un conjunto de cable del elemento portador de la diana (38) que tiene el otro de entre el extremo hembra o macho (50) del acoplamiento de desconexión rápida en un extremo del conjunto de cable del elemento portador de la diana configurado para acoplarlo y desacoplarlo del extremo hembra o macho (48), teniendo el conjunto de cable del elemento portador de la diana(38) un compartimento de soporte del material diana (43) configurado para sujetar firmemente el material diana a medida que se inserta y retira el cable de accionamiento (40) a través del tubo de flujo (10).
2. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 1, en el que el compartimiento de soporte del material diana (43) comprende un cilindro hueco de malla metálica que tiene una longitud configurada para mantener el material diana dentro de los confines del tubo de flujo (10).
3. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 2, en el que el compartimiento de soporte del material diana (43) está construido a partir de un material que no tiene sustancialmente cobalto.
4. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 2, en el que la malla metálica está configurada para soportar el material diana al desplazarse a través del tubo de flujo (10).
5. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 2, en el que el cilindro hueco comprende el acoplamiento de desconexión rápida (50) en un extremo y una tapa (44) en otro extremo
6. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 5, en el que la tapa (44) está fijada en su lugar con una abrazadera de anillo (46).
7. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 1, en el que el acoplamiento de desconexión rápida (48, 50) es un acoplamiento de cierre de bola.
8. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 1, en el que el mecanismo de accionamiento es parte de un sistema existente de detectores móviles en el núcleo.
9. El dispositivo de manipulación de dianas de irradiación de la reivindicación 1, en el que dicho cable de señal (42) del detector de radiación autoalimentado (41) es encaminado axialmente a través de una abertura en el cable de accionamiento (40).
10. Un procedimiento de irradiación de un material de diana para producir un producto de transmutación deseado que comprende los pasos de:
asegurar el material diana a un elemento portador de material diana (38) cuyo tamaño se ajusta a desplazarse dentro de un tubo de flujo (10) de un núcleo de reactor nuclear (14);
fijar el elemento portador del material diana (38) a un extremo de un cable de accionamiento (40) a insertar dentro del tubo de flujo (10), con un acoplamiento de desconexión rápida (48, 50), teniendo el cable de accionamiento un detector de radiación autoalimentado (45) situado en el mismo próximo a un extremo, con una salida del detector de radiación autoalimentado (42) dirigida a lo largo de una longitud axial del cable de accionamiento (40) a una ubicación de monitorización fuera del tubo de flujo (10);
conducir el cable de accionamiento (36) y el elemento portador del material diana (38) a una ubicación axial preseleccionada dentro del tubo de flujo (10);
supervisar la salida del detector de radiación autoalimentado (42) en la ubicación de monitorización para determinar el estado de transmutación del material diana;
retirar el elemento portador del material diana (38) del tubo de flujo (10) cuando el material diana haya alcanzado el producto de transmutación deseado;
desconectar el elemento portador del material diana (38) del cable de accionamiento (36);
enviar el elemento portador del material diana con el material diana a una instalación de procesamiento; retirar el material diana del elemento portador del material diana (38); y.
procesar el material diana en la instalación de procesamiento.
11. El procedimiento de irradiación de un material diana para producir un producto de transmutación deseado de la reivindicación 10, que incluye el paso de reutilizar el cable de accionamiento (36) con un nuevo elemento portador del material diana (38).
12. El procedimiento de irradiación de un material diana para producir un producto de transmutación deseado de la reivindicación 10, en el que el acoplamiento de desconexión (48, 50) es un acoplamiento de cierre y bola.
13. El procedimiento de irradiación de un material diana para producir un producto de transmutación deseado de la reivindicación 10, en el que el soporte de material diana (38) es un cilindro de malla que está tapado en un extremo por el acoplamiento de desconexión rápida y en un segundo extremo distal por una cubierta (44) que incluye el paso de fijación de la cubierta con una abrazadera de anillo (46).
14. El procedimiento de irradiación de un material diana para producir un producto de transmutación deseado de la reivindicación 13, que incluye el paso de retirar la abrazadera de anillo (46) en la instalación de procesamiento para quitar la cubierta (44) y acceder al material diana para su procesamiento.
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