ES2930097T3 - Contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un contenedor de eliminación de combustible nuclear gastado. El contenedor de eliminación incluye: un contenedor metálico (11) en el que se puede cargar el combustible nuclear gastado; un elemento cerámico (20) dispuesto sobre la superficie exterior del recipiente metálico (11); y un elemento polimérico (30) dispuesto sobre la superficie exterior del elemento cerámico (20). La presente invención proporciona un contenedor de eliminación de combustible nuclear gastado, que tiene una excelente resistencia a la corrosión y durabilidad, y una excelente adhesión entre materiales diferentes de metal, cerámica y polímero, y puede mejorar la facilidad de manejo y trabajabilidad del contenedor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado
Antecedentes de la invención
1. Campo
La presente invención se refiere a un contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado y, más particularmente, está dirigida a un contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado con excelente resistencia a la corrosión y durabilidad.
2. Descripción de la técnica relacionada
En relación con el combustible nuclear agotado usado en una central nuclear, después de que el calor y la radiactividad disminuyan durante un cierto período de tiempo para su enfriamiento, el combustible nuclear agotado se carga en el contenedor de disposición final y se dispone en una instalación de disposición final ubicada a una profundidad de 500 metros o más. Dado que el sistema de disposición final debe estar diseñado para aislar el combustible nuclear agotado del entorno de la vida humana durante más de miles de años, la función más importante del contenedor de disposición final es evitar las fugas del combustible nuclear agotado durante miles de años. Con este fin, un contenedor de disposición final debe tener una excelente resistencia a los materiales que puedan causar la corrosión de un contenedor de disposición final, tales como las aguas subterráneas, y la durabilidad suficiente para soportar el estrés externo durante largos períodos de tiempo.
Los contenedores de disposición final convencionales más usados son un contenedor de disposición final de acero al carbono y un contenedor de disposición final de cobre y hierro fundido, en el que un material interno está hecho de hierro fundido y un material externo está hecho de cobre. Mientras que el contenedor de disposición final de fundición de acero al carbono se usa principalmente en países que disponen los residuos de alta actividad vitrificados generados mediante el reprocesamiento del combustible nuclear agotado, el contenedor de disposición final de cobre y hierro fundido se usa principalmente en países que adoptan la disposición final directa del combustible nuclear agotado sin reprocesamiento. Sin embargo, aunque un contenedor de disposición final hecho de acero al carbono tiene la ventaja de los bajos costos de fabricación, también tiene la desventaja de que son vulnerables a la corrosión por el agua subterránea. Cuando se trata de contenedores de cobre y hierro fundido, el cobre, que es la parte exterior, puede ser resistente a la corrosión causada por el agua subterránea. Por otro lado, los inconvenientes del recipiente de cobrehierro fundido son la vulnerabilidad general a la corrosión y el alto costo de fabricación debido al alto precio del cobre.
Se están realizando muchos estudios para resolver los problemas de los contenedores de disposición final convencionales. El Documento de Patente de Corea de Número de Publicación 2003-0079970 se refiere a "un dispositivo para almacenar el material generador de calor y un recipiente para tal dispositivo". La invención descrita anteriormente es para almacenar material generador de calor con toxicidad, en particular, combustible nuclear procedente de los reactores nucleares. Es decir, un dispositivo para almacenar el material generador de calor y un recipiente para dicho dispositivo, el cual se caracteriza por que comprende un cuerpo cilíndrico de hormigón armado con un pasaje central cilíndrico de penetración; y una pluralidad de espacios de almacenamiento cilíndricos y axialmente largos, que acomodan al material tóxico y están formados por contenedores de almacenamiento, dispuestos en paralelo y radialmente separados entre sí alrededor del pasaje central, y los contenedores de almacenamiento mencionados anteriormente están hechos de un material térmicamente conductor y contienen un fluido refrigerante se cargan en el cuerpo de hormigón, y están equipados con compartimentos internos que alojan al material tóxico, y compartimentos externos que rodean los compartimentos internos anteriores, y se forman unos canales de circulación cerrados para el fluido refrigerante mediante tanto los contenedores como por estos compartimentos. Sin embargo, como el dispositivo para almacenar el material generador de calor y el recipiente para tal dispositivo según el Documento de Patente de Corea de Número de Publicación 2003-0079970 está compuesto por un dispositivo de sellado de fluidos, una pared interna cilíndrica y una pieza de comunicación de fluidos, existía el problema de que la estructura del mismo es compleja, el costo de fabricación es alto y el peso y el volumen son muy grandes.
El Documento de Patente de los EE.UU. registrado de Número 6.166.391 se refiere a "Contenedor de envío de óxido de uranio". Es decir, el Documento de Patente anterior describía un contenedor que incluye un contenedor externo; y una pluralidad de contenedores internos, la pluralidad de los contenedores internos mencionados anteriormente se dispone de forma separada y aparte del contenedor externo en el lado interior, y en el que el contenedor externo mencionado anteriormente y los contenedores internos están hechos de acero inoxidable, y los lados de los contenedores internos están llenos de neutralizadores nucleares que consisten en plástico. El contenedor según el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 6.166.391 tiene el problema de que el volumen y el peso son grandes y el coste de fabricación es alto por que el contenedor exterior tiene una estructura que incluye una pluralidad de contenedores interiores.
Además, el Documento Patente de Japón de Número de Publicación P2017-525903A se refiere a "un revestimiento protector enfriado por vapor para el almacenamiento criogénico en recipientes a presión de materiales compuestos". Describe un contenedor que se caracteriza por que puede consistir en un recipiente de almacenamiento capaz de
albergar un fluido criogénico y un recipiente a presión criogénico refrigerado a vapor que comprende uno o más pasajes compuestos por uno o más caminos que rodean el recipiente de almacenamiento, en donde el recipiente a presión es de un material compuesto seleccionado entre polímero/cerámica, polímero/metal y metal/cerámica. Sin embargo, el contenedor según el anterior Documento de Patente de Número P2017-525903A tenía el problema de que no es adecuado para su uso como un contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado, y la durabilidad no es muy larga debido a la débil fuerza de unión de los diferentes materiales cuando se considera la disposición final a largo plazo del combustible nuclear agotado.
La Solicitud del Documento de Patente de Número US 2007/107810 A1 describe un sistema para revestir una superficie que comprende proporcionar una fuente de metal amorfo que contiene más de once elementos y aplicar el metal amorfo que contiene más de once elementos a la superficie mediante un proceso de pulverización de oxicombustible de alta velocidad (HVOF, por sus siglas en inglés). El metal amorfo que contiene más de once elementos comprende metal amorfo a base de hierro o níquel con hasta veinte elementos de aleación seleccionados del grupo que comprende Fe, Co, Ni, Mn, B, C, Cr, Mo, W, Si, Ta, Nb, Al, Zr, Ti, La, Gd, Y, O y N.
Sumario de la invención
Un objeto que se pretende lograr con la presente invención es proporcionar un contenedor de disposición final de combustible agotado, que tenga excelente resistencia a la corrosión y durabilidad, excelente adhesión entre los diferentes tipos de materiales, tales como un metal, una cerámica y un polímero, y que pueda aumentar la facilidad de manejo y operación.
Un contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado según una realización de la presente invención comprende: un contenedor metálico 11 capaz de cargar el combustible nuclear agotado; un miembro cerámico 20 formado sobre la superficie exterior del recipiente metálico 11; y un miembro polimérico 30 formado sobre la superficie exterior del miembro cerámico 20. El miembro cerámico 20 se caracteriza por que el polvo cerámico en el que se mezclan el polvo cerámico que contiene boro y el polvo cerámico de ferroaleación se reviste sobre la superficie circunferencial exterior del contenedor metálico 11 usando un proceso de pulverización de oxi-combustible de alta velocidad. Además, la presente invención se caracteriza por que el metal del contenedor metálico 11 es de hierro fundido o acero, y el polvo cerámico que contiene boro del miembro cerámico 20 es una o más mezclas seleccionadas del grupo que consiste en SiB4, AlB2, TiB2 ZrB y B4C, y la cerámica de ferroaleación es FeCr2O4. El polvo cerámico mixto se caracteriza por que consiste en el 10 al 20 % en peso de polvo cerámico que contiene boro y en el 80 al 90 % en peso de polvo cerámico de ferroaleación.
En la presente invención, el contenedor metálico 11 se puede caracterizar por que comprende una porción de tapa 12 formada sobre un lado superior y acoplada mediante soldadura.
El miembro cerámico 20 se puede caracterizar por que la superficie circunferencial exterior del mismo se forma sobre la superficie exterior del contenedor metálico tratado con chorro de arena 11.
El miembro polimérico 30 se puede caracterizar por que es una mezcla de uno o más miembros seleccionados del grupo que consiste en policarbonato, polipropileno y poliestireno.
La presente invención tiene el efecto de que se proporciona un contenedor de disposición final de combustible agotado, que tiene excelente resistencia a la corrosión y durabilidad, excelente adhesión entre los diferentes tipos de materiales, tales como un metal, una cerámica y un polímero, y puede aumentar la facilidad de manejo y operación.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de un contenedor metálico que incluye una tapa 12 según una realización de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama ampliado que muestra esquemáticamente la apariencia de un contenedor metálico, un miembro cerámico y un miembro polimérico que configuran un contenedor de disposición final para combustible nuclear agotado según una realización de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Las realizaciones de la presente invención se proporcionan para describir más completamente la presente invención a aquellos con un conocimiento común en la técnica relacionada, y las siguientes realizaciones se pueden modificar en varias otras formas, y el alcance de la presente invención no se limita a la siguientes realizaciones. Más bien, estas realizaciones se proporcionan para explicar la presente invención de manera más clara y completa, y para transmitir plenamente el espíritu de la presente invención a los expertos en la materia.
Además, en los siguientes dibujos, se exagera el espesor o el tamaño de cada capa por conveniencia y claridad de descripción, y los mismos números de referencia en los dibujos se refieren a los mismos elementos. Como se usa en este la presente invención, el término "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los miembros enumerados.
La terminología usada en la presente invención se usa para describir una realización específica y no pretende limitar la presente invención. Como se usa en la presente invención, una forma singular puede incluir formas plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Además, como se usa en la presente invención, el término tal como "comprende" y/o "que comprende" especifica las formas, números, pasos, acciones, miembros, elementos mencionados y/o la presencia de estos grupos, y no excluye la presencia o adición de una o más de otras formas, números, acciones, miembros, elementos y/o presencia o adición de grupos.
A continuación, las realizaciones preferidas de la presente invención se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de un contenedor metálico que incluye una tapa 12 según una realización de la presente invención, y la Figura 2 es un diagrama ampliado que muestra esquemáticamente la apariencia de un contenedor metálico, un miembro cerámico y un miembro polimérico que configuran un contenedor de disposición final para combustible nuclear agotado según una realización de la presente invención.
Como se ilustra en la Figura 1 y en la Figura 2, un contenedor para la disposición final de combustible nuclear agotado según una realización de la presente invención incluye: un contenedor metálico 11 capaz de cargar combustible nuclear agotado; un contenedor metálico 11 capaz de cargar combustible nuclear agotado; un miembro cerámico 20 formado sobre la superficie exterior del recipiente metálico 11; y un miembro polimérico 30 formado sobre la superficie exterior del miembro cerámico 20.
El contenedor metálico 11 tiene una estructura capaz de transportar combustible nuclear agotado, que es un residuo radiactivo de alta actividad descargado después de ser usado como combustible en un reactor nuclear. Tiene una función de proteger estructuralmente al combustible nuclear agotado cargado dentro el lado interior. Por lo tanto, el contenedor metálico 11 puede estar hecho de hierro fundido, acero o acero de aleación de níquel por que es deseable tener una estructura sellada físicamente con una excelente rigidez del material. Teniendo en cuenta el coste de fabricación y la resistencia, es preferible usar hierro fundido o acero. Además, dado que el contenedor metálico 11 debe mantener una estructura sellada estable, el contenedor metálico 11 incluye una pieza de tapa 12 formada sobre la parte superior, y es preferible que la pieza de tapa 12 se fabrique para ser unida por soldadura.
El miembro cerámico 20 se forma sobre la superficie exterior del contenedor metálico 11, principalmente para evitar que el contenedor metálico 11 sea corroído por el agua subterránea y para bloquear la liberación de neutrones procedentes del combustible nuclear agotado del interior hacia el exterior. Por lo tanto, es deseable que el miembro cerámico 20 incluya boro que tiene un excelente efecto de absorción de neutrones emitidos por el combustible agotado.
El miembro cerámico 20 de esta invención consiste en una mezcla de polvo cerámico que contiene boro y polvo cerámico de ferroaleación. El polvo cerámico que contiene boro mencionado anteriormente no solo protege contra la corrosión al exterior del contenedor metálico 11, sino que también puede absorber eficazmente los neutrones emitidos por el combustible agotado del interior. Además, el polvo de cerámica de ferroaleación mencionado anteriormente puede resolver el problema de que la fuerza de unión mutua se debilita cuando se une de forma heterogénea la cerámica-metal con el contenedor metálico 11.
Específicamente, el miembro cerámico 20 según la presente invención, el polvo cerámico mixto en el que se mezclan el polvo cerámico que contiene boro y el polvo cerámico de ferroaleación, se reviste sobre la cara exterior del recipiente metálico 11 usando un proceso de pulverización de oxi-combustible de alta velocidad. El proceso de pulverización de oxi-combustible de alta velocidad es un método en donde el polvo de materiales cerámicos se funde a alta velocidad mediante el uso de sales de acetileno y oxígeno a aproximadamente 2.400 °C para cubrir la superficie metálica con los materiales cerámicos, y dado que los miembros cerámicos 20 de esta invención contienen polvo cerámico de ferroaleación, existe la ventaja de que la resistencia combinada del contenedor metálico 11 y del miembro cerámico 20 es muy superior cuando los miembros cerámicos 20 se forman sobre la superficie de los contenedores metálicos 11.
El polvo cerámico que contiene boro mencionado anteriormente usa una o más mezclas seleccionadas del grupo compuesto por SiB4, AlB2, TiB2 ZrB y B4C con una excelente función de absorción de neutrones y emplea polvo cerámico de ferroaleación FeCr2O4 con excelente eficiencia laminada y fuerza de revestimiento después de un proceso de revestimiento usando un proceso de pulverización de oxi-combustible de alta velocidad.
El polvo cerámico mixto de esta invención consiste en el 10 al 20 por ciento en peso de polvo cerámico que contiene boro y en el 80 al 90 por ciento en peso de polvo cerámico de ferroaleación. Si el polvo cerámico que contiene boro se añade en menos del 10 por ciento en peso, se deteriorará la capacidad del polvo cerámico mixto para absorber los neutrones emitidos por el combustible agotado, y si el polvo cerámico de ferroaleación se añade en menos del 80 por ciento en peso, existirá un caso de que normalmente no se forme una capa de revestimiento de miembros cerámicos 20 sobre la superficie del contenedor metálico después de un proceso de revestimiento que use el proceso de pulverización de oxi-combustible de alta velocidad, lo que puede reducir la durabilidad del contenedor de disposición final de combustible agotado.
El miembro cerámico 20 de esta invención tiene la ventaja de que existe una excelente fuerza de unión entre el contenedor metálico 11 y el miembro cerámico 20 incluso si se forma sobre la superficie de un recipiente metálico común 11, pero también es posible revestir el recipiente cerámico 20 sobre una superficie exterior de un recipiente metálico 11 procesado mediante un método de chorro de arena, de modo que la unión entre el recipiente metálico 11 y el miembro cerámico 20 pueda mejorar notablemente.
Un miembro polimérico 30 se forma sobre la superficie exterior de los miembros cerámicos 20, y tiene la función de evitar que los poros que puedan aparecer sobre la superficie exterior de los miembros cerámicos (20) formados sobre la superficie de los recipientes metálicos 11 entren en contacto con el exterior, y tiene excelentes propiedades de radiación interna. En otras palabras, como el miembro polimérico 30 se reviste sobre la superficie exterior del miembro cerámico 20, se puede eliminar un problema que pudiera ocurrir durante el proceso de revestimiento del miembro cerámico 20. Como resultado, se puede mejorar enormemente la resistencia a la corrosión interna del contenedor para la disposición final del combustible agotado.
Es preferible que el miembro polimérico 30 anterior consista en una o más mezclas seleccionadas de un grupo de policarbonato, polipropileno y poliestireno con excelentes propiedades de resistencia a los golpes y de resistencia a la intemperie.
El contenedor de disposición final de combustible agotado según la presente invención tiene la ventaja de que el contenedor se puede tratar con seguridad y las condiciones de trabajo aumentan notablemente debido a su excelente resistencia a la corrosión y durabilidad, a los bajos costos de fabricación y al peso relativamente ligero.
Claims (4)
1. Un contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado que comprende:
un contenedor metálico (11) capaz de cargar el combustible nuclear agotado;
un miembro cerámico (20) formado sobre la superficie exterior del recipiente metálico (11); y
un miembro polimérico (30) formado sobre la superficie exterior del miembro cerámico (20), en donde el miembro cerámico (20) se caracteriza por que un polvo cerámico mixto en el que se mezclan polvo cerámico que contiene boro y polvo cerámico de ferroaleación se reviste sobre la superficie circunferencial exterior del contenedor metálico (11) mediante el uso de un proceso de pulverización de oxi-combustible de alta velocidad, en donde el metal del contenedor metálico (11) es hierro fundido o acero, el polvo cerámico que contiene boro del miembro cerámico (20) es una o más mezclas seleccionadas del grupo que consiste en SiB4, AlB2, TiB2 ZrB y B4C, y la cerámica de ferroaleación es FeCr2O4 y en donde el polvo cerámico mixto se caracteriza por que consiste en el 10 al 20 % en peso de polvo cerámico que contiene boro y en el 80 al 90 % en peso de polvo cerámico de ferroaleación.
2. El contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado de la reivindicación 1, en donde el contenedor metálico (11) se caracteriza por que comprende una porción de tapa (12) formada sobre un lado superior y acoplada mediante soldadura.
3. El contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado de la reivindicación 1, en donde el miembro cerámico (20) se caracteriza por que la superficie circunferencial interior del mismo se forma sobre la superficie exterior del recipiente metálico tratado con chorro de arena (11).
4. El contenedor de disposición final de combustible nuclear agotado de la reivindicación 1, en donde el miembro polimérico (30) se caracteriza por que es una mezcla de uno o más miembros seleccionados del grupo que consiste en policarbonato, polipropileno y poliestireno.
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