ES2940568B2 - Contenedor para residuos radioactivos - Google Patents

Contenedor para residuos radioactivos

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ES2940568B2 ES202131037A ES202131037A ES2940568B2 ES 2940568 B2 ES2940568 B2 ES 2940568B2 ES 202131037 A ES202131037 A ES 202131037A ES 202131037 A ES202131037 A ES 202131037A ES 2940568 B2 ES2940568 B2 ES 2940568B2
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Description

DESCRIPCIÓN
Contenedor para residuos radioactivos
Sector de la técnica.
La presente invención se refiere a un contenedor aplicable en el almacenaje de residuos radioactivos y, especialmente, de combustible gastado procedente de centrales nucleares.
Estado de la técnica anterior.
En el estado de la técnica relacionado con el sector indicado son conocidos diversos contenedores que se pueden clasificar de forma genérica en dos tipos: contenedores de hormigón y contenedores metálicos. Dichos contenedores sirven para proteger o envolver el canister (bidón contenedor) del residuo a proteger o el bastidor donde se alojan los elementos de combustible gastado.
En los contenedores metálicos se emplean diferentes capas de distintos materiales; teniendo una capa de mayor espesor de acero, normalmente forjado, de espesor entre 200 y 300 mm., con altas capacidades mecánicas, que tiene toda la responsabilidad de contención ante solicitaciones mecánicas como pueden ser impactos, solicitaciones sísmicas u otras.
Desde el punto de vista de blindaje radiológico esta capa de acero forjado, que dada su alta densidad tiene una capacidad de blindaje elevada para radiaciones fotónicas, debe ser complementada con un blindaje para radiaciones neutrónicas, frente a las cuales el acero no proporciona una eficiencia suficiente.
Este blindaje exterior, normalmente algún tipo de veneno neutrónico, se dispone en una capa exterior, rodeando a la capa de acero, y a su vez se protege exteriormente con una estructura metálica para evitar que sufra daños durante la manipulación.
En la patente US 8548 112 de HOLTEC INTERNACIONAL, se describe una alternativa constructiva, en la que la estructura metálica del contenedor dispone de taladros, al tresbolillo, para introducir un material absorbente de radiación de neutrones, tal como un líquido solidificante u otros materiales, para ser distribuido en los diferentes módulos que conforman la parte envolvente del contenedor.
En este antecedente, la capa principal de acero forjado dispone de unas perforaciones para introducir el blindaje neutrónico, para posteriormente ser ensamblada alrededor de una virola central, también de acero.
En los contenedores de hormigón, la capa de este material es la que tiene la principal responsabilidad en las diferentes funciones de seguridad. En estos contenedores la capa de hormigón suele tener espesores desde los 500 mm. hasta 1000 mm. debido a las menores capacidades resistentes del hormigón para absorber impactos, esfuerzos sísmicos u otros, y debido a que para ser igual de eficiente que el acero para radiaciones fotónicas, en las que se blinda por densidad, la relación de densidades entre acero y hormigón convencional, de 3 ó 4 veces, hace necesario incrementar el espesor de hormigón en esa proporción para igualar las capacidades del acero. La capa de hormigón puede venir combinada con otras capas metálicas a modo de virolas que tienen la función de servir de encofrado o de protección del hormigón, pero que no tienen la función principal de blindaje y protección estructural que tiene el hormigón.
Una de las ventajas del contenedor metálico es que no precisa ventilación adicional, pues el metal evacúa el calor de forma más eficiente que el hormigón y, adicionalmente, tiene un espesor menor que los de hormigón. Los contenedores de hormigón requieren de sistemas adicionales de evacuación de calor con mantenimientos recurrentes.
También son conocidos los documentos US 7786456 y US 2010/0272225 de HOLTEC INTERNACIONAL, que describen contenedores en los que se combina hormigón con virolas metálicas en la envolvente del contenedor.
El documento US 6064710 detalla esta combinación (metal hormigón) en la estructura del contenedor que alberga al canister. En esta patente la capa de hormigón se vierte por métodos tradicionales, pero el espesor de las capas metálicas de las virolas y de la capa de hormigón es el común del estado de la técnica, no reivindicándose ninguna relación de espesores que sí son relevantes en la presente invención para lograr los objetivos expuestos.
Explicación de la invención.
La invención se refiere a un contenedor para residuos radioactivos, específicamente destinado a albergar un canister o un bastidor que contiene los residuos radioactivos constitutivos de una fuente de emisión radioactiva.
El contenedor de la invención comprende:
- una barrera de contención interior frente a radiaciones fotónicas, que delimita un alojamiento para el canister contenedor o el bastidor de los residuos radioactivos a almacenar, y comprende: una virola interior cilíndrica de acero, una base y una tapa;
- una barrera de contención frente a radiaciones fotónicas, conformante de la superficie exterior del contenedor, y que comprende: una virola exterior cilíndrica de acero, una base y una tapa, y
- una capa intermedia de hormigón dispuesta entre dichas virolas interior y exterior, y que conforman un blindaje frente a las radiaciones neutrónicas.
Las virolas interior y exterior son concéntricas y delimitan una cavidad intermedia en la que se encuentra alojada la capa intermedia de hormigón.
Dichas virolas, interior y exterior, y la capa intermedia de hormigón dispuesta entre las mismas, tienen espesores iguales o similares, lo que proporciona una optimización o equilibrio entre las tres capas: virola exterior, piezas de hormigón y virola interior.
Según un modo de realización de la invención, la capa intermedia de hormigón está conformada por unas las piezas de hormigón que presentan una configuración a modo de sector de cilindro anular y pueden presentar todos sus extremos planos, o al menos un extremo machihembrado de acoplamiento con una pieza de hormigón adyacente. Por tanto, las piezas de hormigón dispuestas entre las dos virolas metálicas pueden presentan unos extremos opuestos machihembrados, de acoplamiento, que facilitan su ensamblaje y que, una vez ensambladas, ocupan dicha cavidad intermedia.
De acuerdo con la invención, las piezas de hormigón pueden comprender una envolvente metálica que en la posición de montaje del contenedor contacta con las virolas interior y exterior, conformando un puente térmico que facilita la disipación de calor, pues el metal presenta unas propiedades que facilitan esta evacuación del calor con una velocidad mucho más alta que el hormigón.
Por tanto, dichas piezas de hormigón proporcionan una alta versatilidad en el diseño del contenedor.
De acuerdo con la invención, la capa intermedia de hormigón puede incorporar en su composición diversos materiales que permiten una fácil adecuación de las mismas para complementar la capacidad de blindaje de las capas de acero circundantes y adaptarse a las necesidades específicas de la aplicación concreta donde se quiera emplear, optimizando los costes de producción y cumpliendo los requerimientos de seguridad.
Concretamente, y con esta finalidad, se ha previsto que dicha capa intermedia de hormigón pueda incluir en su composición cualesquiera de los siguientes materiales:
- materiales de alta eficiencia en el blindaje de radiación neutrónica;
- materiales de alta densidad y capacidad de blindaje fotónico;
- materiales de alta conductividad térmica y capacidad de disipación del calor, y/o - materiales de alta resistencia mecánica.
Según otra variante de realización, la capa intermedia de hormigón está constituida por un bloque de hormigón conformado “in situ” mediante una masa de hormigón vertida entre las virolas interior y exterior; comprendiendo dichas virolas en las superficies enfrentadas unos conectores metálicos soldados a dichas virolas y empotrados en el bloque de hormigón, que sirven como elementos de anclaje entre el hormigón vertido y el acero de las virolas laterales, consiguiendo que trabajen de forma solidaria y facilitando la transmisión del calor, al ser las virolas y los conectadores metálicos.
De acuerdo con la invención, el contenedor comprende entre las bases y entre las tapas que cierran inferior y superiormente las barreras de contención, interior y exterior, al menos, una capa de blindaje contra radiaciones conformada en: hormigón, acero, plomo o cualquier otro material adecuado para el blindaje contra radiaciones en función del tipo de residuo contenido en el canister o el bastidor.
Ventajosamente, el contenedor, entre las bases y/o entre las tapas de cierre de las barreras de contención, interior y exterior, dispone de unos elementos elásticos de absorción de impactos que minimizan el riesgo de daños en el canister en caso de que el contenedor reciba un impacto.
Con la estructura mencionada, este contenedor cumple todos los requisitos de seguridad propios de este tipo de contenedores con el mejor blindaje posible del contenedor frente a la emisión de radiaciones procedentes del canister o bastidor, gracias a la naturaleza de los materiales con que están realizados las envolventes, las bases y las tapas del contenedor, y cómo van dispuestos estos materiales en el contenedor.
Las virolas, exterior e interior, de acero, son las encargadas de proporcionar seguridad estructural al contenedor y, junto con la capa de hormigón dispuesto entre dichas virolas, proporcionar un alto blindaje radiológico, optimizando los espesores del hormigón y los espesores de las virolas.
Este contenedor cumple los objetivos siguientes:
- Es eficiente en la protección frente a las diferentes radiaciones provenientes de los residuos radioactivos contenidos en interior del canister o bastidor.
- Simplifica la fabricación del contenedor, logrando una estandarización y reducción de costes de producción, manteniendo todas las responsabilidades de seguridad que le son propias.
Estructuralmente, este contenedor se comporta como un contenedor metálico, pues los posibles impactos y solicitaciones mecánicas son soportados por las virolas metálicas.
Comparativamente, dada su estructura y composición, este contenedor tiene un diámetro inferior al de un contenedor de hormigón, lo que aporta una ventaja adicional al permitir un mejor aprovechamiento del espacio dentro de la instalación de almacenamiento y un peso menor, logrando que los medios técnicos para su manipulación también sean menos restrictivos que en el caso de contenedores convencionales de hormigón.
Funcionalmente, desde el punto de vista térmico, también puede trabajar como un contenedor metálico pues, a diferencia de los contenedores de hormigón, no precisa de un sistema de ventilación adicional. De este modo, aprovecha las ventajas que tienen los contenedores metálicos pero incorporando un bloque de hormigón, o piezas de hormigón fácilmente acoplables entre sí, para el blindaje ante determinado tipo de radiaciones.
Breve descripción del contenido de los dibujos.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
- La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización del contenedor para residuos radioactivos según la invención.
- La figura 2 muestra una vista en alzado del contenedor de la figura anterior seccionado por un plano vertical.
- La figura 3 muestra un detalle ampliado de la figura 2.
- La figura 4 muestra una vista en planta superior del contenedor para residuos radioactivos de las figuras anteriores seccionado por un plano horizontal y en el que la capa intermedia de hormigón está constituida por piezas de hormigón prefabricadas.
- La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de una de las piezas de hormigón destinadas a alojarse entre las virolas interior y exterior del contenedor, provista en este caso de extremos planos.
- La figura 6 muestra una vista en perspectiva de una variante de realización de una de las piezas de hormigón, con los extremos machihembrados.
- La figura 7 muestra una vista en alzado de una variante de realización del contenedor, seccionado por un plano horizontal, en la que la capa intermedia de hormigón está constituida por una única pieza de hormigón, conformada “in situ” mediante el vertido de hormigón entre las virolas interior y exterior.
- La figura 8 muestra un detalle seccionado en alzado de una porción inferior del contenedor de la invención provisto de unos elementos elásticos de amortiguación entre las bases de las barreras de contención interior y exterior.
Exposición detallada de modos de realización de la invención.
En el ejemplo de realización mostrado en las figuras adjuntas el contenedor para residuos radioactivos objeto de la invención, referenciado en su conjunto como (10), comprende:
- una barrera de contención interior (1) formada por una virola interior (11) cilíndrica, de acero, una base (12) y una tapa (13);
- una barrera de contención exterior (2) formada por una virola exterior (21) cilíndrica de acero, una base (22) y una tapa (23), y
- una capa intermedia hormigón (3) dispuesta entre dichas virolas interior y exterior.
El contenedor (10) comprende exteriormente, para su agarre y manejo, unos muñones (14) fijados a la virola exterior (21) mediante pernos (15).
Las barreras de contención, interior (1) y exterior (2), conforman respectivamente las superficies interior y exterior del contenedor (10).
En el ejemplo mostrado en la figura 2, el contenedor (10) comprende entre las bases (12, 22) que cierran inferiormente las virolas de las barreras de contención una capa de blindaje (4) contra radiaciones; y entre las tapas (13, 23) que cierran superiormente las barreras de contención, interior (1) y exterior (2), al menos una capa de blindaje (5). Dichas capas de blindaje (4, 5) pueden estar conformadas en: hormigón, acero, plomo o cualquier otro material adecuado para el blindaje contra radiaciones.
La virola interior (11) junto con la base (12) y la tapa (13) de la barrera de contención interior (1) delimitan un alojamiento para el canister o bastidor (C) que contiene los residuos radioactivos a almacenar.
La tapa interior (13) comprende un sistema de drenaje y venteo (19) para operaciones del combustible.
Como se observa en el detalle de la figura 3, la tapa (13) de la barrera de contención interior (1) comprende en su cara interior una chapa metálica (16), unida a dicha tapa (13), para facilitar el montaje y asiento de la misma sobre la virola interior (11).
Dicha tapa (13) se encuentra fijada a la virola interior mediante pernos (17), encontrándose dispuesta entre ambas una junta (18) de sellado de presión.
De forma análoga, la tapa (23) de la barrera de contención exterior (2) dispone en su cara interior de una chapa metálica (24) de montaje y asiento sobre la virola exterior (21), a la que se encuentra fijada, con la interposición de una junta (26) de sellado de presión, mediante pernos (25).
En la figura 4, dichas virolas, interior y exterior (11,21), son concéntricas y delimitan entre sí una cavidad intermedia en la que se encuentran alojada la capa intermedia de hormigón (3).
La virola interior (11), la virola exterior (21) y la capa intermedia de hormigón (3), situada en la cavidad intermedia, tienen espesores iguales o similares, conformando el conjunto de las mismas un contenedor (10) de un grosor considerablemente menor que los contenedores de hormigón.
En el ejemplo de realización mostrado en las figura 4, la capa intermedia de hormigón (3) está conformada por unas piezas de hormigón (3a) que, tal como se muestra en las figuras 5 y 6, presentan una configuración a modo de sector de cilindro anular.
Dichas piezas de hormigón (3a) pueden presentar unos extremos planos (31) como se muestra en la figura 5, o unos extremos machihembrados (32) como se muestra en la figura 6, para su acoplamiento con otra pieza de hormigón análoga; cubriendo en cualquier caso dichas piezas de hormigón (3a) la totalidad de la cavidad definida entre las virolas interior (11) y exterior (21), tal como se muestra en la figura 4.
Las virolas, interior (11) y exterior (21), de acero, proporcionan al contenedor (10) un blindaje frente a radiaciones fotónicas; mientras que la capa intermedia de hormigón (3) proporciona un blindaje frente a las radiaciones neutrónicas.
Ventajosamente, las piezas de hormigón (3a) facilitan considerablemente la construcción del contenedor (10), ya que dicha construcción requiere solamente la colocación ordenada de las diferentes piezas constitutivas de las barreras de contención interior (1) y exterior (2), y la introducción entre sus respectivas virolas (11, 21) de las mencionadas piezas de hormigón (3a).
En la variante de realización mostrada en la figura 7, la capa intermedia de hormigón (3) está constituida por un bloque de hormigón (3b) a modo de cilindro anular, conformada “in situ” con una masa de hormigón vertida entre las virolas interior (11) y exterior (21); comprendiendo dichas virolas (11, 21) en las superficies enfrentadas unos conectores metálicos (11a, 21a) soldados a dichas virolas y empotrados en la pieza de hormigón (3b).
Con independencia de que la capa intermedia de hormigón (3) esté conformada mediante varias piezas de hormigón (3a) o mediante un bloque de hormigón (3b) fabricado “in situ”, se ha previsto la posibilidad de incorporar en la masa de hormigón empleada para su fabricación materiales adecuados para variar sus propiedades y conseguir diferentes efectos, tales como: incrementar el blindaje ofrecido por dicha capa intermedia de hormigón (3) frente a radiaciones neutrónicas, incrementar su densidad y capacidad de blindaje fotónico, incrementar su capacidad de disipación del calor, o incrementar su resistencia mecánica.
Los materiales a incorporar en la masa de hormigón, para incrementar el blindaje ofrecido por la capa intermedia de hormigón (3) frente a la radiación neutrónica, son elementos de alta eficiencia frente a dicho tipo de radiación, concretamente áridos con alto contenido en hidrógeno, carbono o boro, como la colematita, o una mezcla de la misma con otros áridos calizos.
En una realización de la invención, para incrementar la densidad y la capacidad de blindaje fotónico, la capa intermedia de hormigón (3) incluye en su composición magnetita, barita u otros áridos de alta densidad.
Para incrementar la conductividad térmica y la capacidad de disipación del calor, la capa intermedia de hormigón (3) incluyen en su composición áridos con alto contenido en hierro u otros minerales conductores.
Preferentemente, para incrementar la resistencia mecánica de la capa intermedia de hormigón (3), ésta incluye en su composición áridos de alta resistencia mecánica, tales como magnetita, barita u otros similares.
En el ejemplo de realización mostrado en la figura 8, el contenedor comprende entre las bases (12, 22) de las barreas de contención (1, 2) unos elementos elásticos (6) de amortiguación y de absorción de posibles impactos.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.

Claims (15)

r e iv in d ic a c io n e s
1. Contenedor para residuos radioactivos, adecuado para albergar un canister o bastidor (C) que contiene los residuos constitutivos de una fuente de emisión radioactiva; caracterizado por que comprende:
- una barrera de contención interior (1) frente a radiaciones fotónicas, que delimita un alojamiento para el canister o bastidor (C), que contiene los residuos radioactivos a almacenar, y comprende: una virola interior (11) cilíndrica de acero, una base (12) y una tapa (13);
- una barrera de contención exterior (2) frente a radiaciones fotónicas, conformante de la superficie exterior del contenedor (10), y que comprende: una virola exterior (21) cilíndrica de acero, una base (22) y una tapa (23), y
- una capa intermedia de hormigón (3) dispuesta entre dichas virolas interior (11) y exterior (21), y que conforma un blindaje frente a las radiaciones neutrónicas, comprendiendo la capa intermedia de hormigón (3) unas piezas de hormigón (3a) que presentan una configuración a modo de sector de cilindro anular, y porque las piezas de hormigón (3a) comprenden una envolvente metálica que contacta con las virolas interior (11) y exterior (21), y que conforma entre las mismas un puente térmico de disipación del calor;
.- teniendo espesores iguales o similares la virola interior (11), la virola exterior (21) y la capa intermedia de hormigón (3), situada en la cavidad intermedia.
2. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que las virolas interior y exterior (11, 21) son concéntricas, y delimitan entre sí una cavidad intermedia en la que se encuentran alojada la capa intermedia de hormigón (3).
3. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que las piezas de hormigón (3a) comprenden al menos un extremo plano (31).
4. - Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que las piezas de hormigón (3a) comprenden al menos un extremo machihembrado (32) de acoplamiento con una pieza de hormigón (3a) adyacente.
5 Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa intermedia de hormigón (3) está constituida por un bloque de hormigón (3b) a modo de cilindro anular, conformada "in situ” por una masa de hormigón vertida entre las virolas interior (11) y exterior (21).
6. Contenedor, según la reivindicación 5, caracterizado por que las virolas (11, 21) interior y exterior comprenden en las superficies enfrentadas unos conectores metálicos (11a, 21a) empotrados en la pieza de hormigón (3b).
7. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa intermedia de hormigón (3) incluye en su composición materiales de alta eficiencia en el blindaje de radiación neutrónica.
8. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa intermedia de hormigón (3) incluye en su composición materiales de alta densidad y capacidad de blindaje fotónico.
9. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa intermedia de hormigón (3) incluye en su composición materiales de alta conductividad térmica y capacidad de disipación del calor.
10. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa intermedia de hormigón (3) incluye en su composición materiales de alta resistencia mecánica.
11. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende entre las bases (12, 22) y entre las tapas (13, 23) que cierran inferior y superiormente las barreras de contención, interior (1) y exterior (2), al menos, una capa de blindaje (4, 5) contra radiaciones, conformada en: hormigón, acero, plomo o cualquier otro material adecuado para el blindaje contra radiaciones.
12. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende entre las bases (12, 22) y/o entre las tapas (13, 23) de cierre de las barreras de contención, interior (1) y exterior (2), unos elementos elásticos (6) de absorción de impactos.
13. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que las tapas (13, 23) de las barreras de contención interior (1) y exterior (2) comprenden en su cara interior, unas chapas metálicas (16), de montaje y asiento sobre las respectivas virolas interior (11) y exterior (21).
14. Contenedor, según reivindicación 1, caracterizado por que comprende entre las tapas (13, 23) y las respectivas virolas interior (11) y exterior (21) sendas juntas (18, 26) de sellado de presión.
15. Contenedor, según reivindicación 1, caracterizado por que las tapas (13, 23) se encuentran fijadas a las respectivas virolas, interior (11) y exterior (21), mediante pernos (17, 25).
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