ES2959951T3 - Método de almacenamiento de desechos radiactivos de alto nivel - Google Patents
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Abstract
Un método para almacenar desechos radiactivos de alto nivel y, específicamente, un método para ajustar o controlar la temperatura del aire de ventilación que fluye a través de una cavidad de almacenamiento de un sistema ventilado. El método incluye colocar un recipiente metálico que contiene desechos radiactivos de alto nivel en una cavidad de almacenamiento del sistema ventilado. El sistema ventilado incluye un cuerpo de barril, una tapa de barril, una pluralidad de conductos de entrada y al menos un conducto de salida para que el aire de ventilación pueda fluir desde la atmósfera hacia la cavidad de almacenamiento donde se calienta y luego regresar a la atmósfera. El método incluye reducir progresivamente un área de sección transversal de uno o más de los conductos de entrada y/o el conducto de salida a lo largo del tiempo de modo que la velocidad a la que se calienta el aire de ventilación dentro de la cavidad de almacenamiento se mantenga por encima de un umbral predeterminado para mitigar el Riesgo de grietas por corrosión bajo tensión en el recipiente metálico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método de almacenamiento de desechos radiactivos de alto nivel
Antecedentes de la invención
En el funcionamiento de los reactores nucleares, es costumbre retirar los elementos combustibles una vez que su energía se ha agotado hasta un nivel predeterminado. Una vez retirado, este combustible nuclear gastado ("SNF") sigue siendo altamente radiactivo y produce un calor considerable, lo que requiere que se tenga mucho cuidado en su embalaje, transporte y almacenamiento. Para proteger el medio ambiente de la exposición a la radiación, el SNF se coloca primero en un recipiente, que normalmente es un recipiente herméticamente sellado que crea un límite de confinamiento alrededor del SNF. Luego, el recipiente cargado se transporta y almacena en un gran contenedor cilíndrico llamado barril. Generalmente, un barril de transferencia se utiliza para transportar combustible nuclear gastado de un lugar a otro, mientras que un barril de almacenamiento se utiliza para almacenar SNF durante un período de tiempo determinado. Dichos barriles de almacenamiento pueden estar orientados vertical u horizontalmente.
En el documento WO2013085638Al se divulga un método para almacenar residuos radiactivos.
El calor de descomposición generado en un recipiente en un módulo de almacenamiento ventilado típico es rechazado al ambiente por el aire que ingresa al espacio de almacenamiento cerca del fondo y sale cerca de la parte superior. El flujo ascendente del aire de ventilación es activado y sostenido por el calor emitido por el SNF, que eleva por convección su temperatura a medida que sube dentro del módulo. Independientemente de la configuración del flujo, a medida que el aire se calienta durante su movimiento ascendente en la cavidad del módulo de almacenamiento, su densidad se vuelve más ligera y su humedad relativa disminuye, es decir, se vuelve más seco.
El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) de recipientes y contenedores de desechos nucleares de acero inoxidable almacenados en sitios costeros con ambientes marinos hostiles es un tema importante que está recibiendo un mayor escrutinio por parte de la industria y los reguladores. Los diseñadores y fabricantes de recipientes toman medidas preventivas para minimizar la posibilidad de que se desarrolle SCC manteniendo temperaturas controladas durante los procesos de soldadura y diseñando grandes márgenes conservadores en los recipientes para mantener las tensiones al mínimo. Las investigaciones sobre el SCC han demostrado que el SCC tiene una fuerte dependencia de la temperatura de la superficie del recipiente de acero inoxidable. La dependencia de la temperatura de la superficie está impulsada por el mecanismo de depósito de contaminantes en el aire (por ejemplo, cloruros) y la posterior delicuescencia de esos contaminantes en la superficie del acero inoxidable. Se sabe que el aire seco (definido como su humedad relativa inferior al 20%) no puede provocar agrietamiento por corrosión bajo tensión. Una temperatura superficial más alta disminuye la humedad relativa del aire adyacente a la superficie y evita la delicuescencia de los contaminantes y su posterior penetración en la superficie del acero inoxidable, un precursor del SCC.
Esto significa que, si hay una cantidad suficiente de calor de descomposición disponible, sólo una corta región inferior del recipiente vertical y la mitad inferior del recipiente horizontal son vulnerables al agrietamiento por corrosión bajo tensión (en adelante, "SCC"); el resto del recipiente no lo es. La región vulnerable limitada se puede proteger del SCC por otros medios, como el granallado. Sin embargo, el problema surge cuando el calor de descomposición disminuye progresivamente con el paso del tiempo, el calentamiento del aire se vuelve mucho más lento, lo que hace que una mayor porción del recipiente sea vulnerable al SCC.
Por lo tanto, existe la necesidad de reducir o evitar el riesgo de que la corrosión por tensión se extienda sobre la superficie de un recipiente horizontal o vertical.
Breve resumen de la invención
Las realizaciones ejemplares de acuerdo con la presente divulgación están dirigidas a un método para almacenar desechos radiactivos de alto nivel, y específicamente a un método para ajustar o controlar la temperatura del aire de ventilación que fluye a través de una cavidad de almacenamiento de un sistema ventilado. El método incluye colocar un recipiente metálico que contiene desechos radiactivos de alto nivel en una cavidad de almacenamiento del sistema ventilado. El sistema ventilado incluye un cuerpo de barril, una tapa de barril, una pluralidad de conductos de entrada y al menos un conducto de salida para que el aire de ventilación pueda fluir desde la atmósfera hacia la cavidad de almacenamiento donde se calienta y luego regresar a la atmósfera. El método incluye reducir progresivamente un área de sección transversal de uno o más de los conductos de entrada y/o el conducto de salida a lo largo del tiempo de modo que la tasa a la que se calienta el aire de ventilación dentro de la cavidad de almacenamiento se mantenga por encima de un umbral predeterminado para mitigar el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión en el recipiente metálico.
En un aspecto, la invención es un método para almacenar desechos radiactivos de alto nivel que comprende: a) colocar un recipiente metálico que contiene desechos radiactivos de alto nivel en una cavidad de almacenamiento de un sistema ventilado que comprende un cuerpo de barril, una tapa de barril colocada encima del cuerpo de barril, al menos un conducto de salida que se extiende desde una parte superior de la cavidad de almacenamiento hasta una atmósfera ambiental, y una pluralidad de conductos de entrada, teniendo la pluralidad de conductos de entrada un área de sección transversal combinada que es una suma de un área de sección transversal de cada uno de los conductos de entrada de la pluralidad de conductos de entrada; b) hacer fluir por convección aire de ventilación desde la atmósfera ambiente hacia el fondo de la cavidad de almacenamiento a través de los conductos de entrada, calentándose el aire de ventilación a una tasa de calentamiento y elevándose desde el fondo de la cavidad de almacenamiento hasta la parte superior de la cavidad de almacenamiento, saliendo el aire de ventilación de la cavidad de almacenamiento a través del al menos un conducto de salida; y c) reducir progresivamente el área de sección transversal combinada de la pluralidad de conductos de entrada a lo largo del tiempo para reducir la cantidad de aire de ventilación que ingresa a la cavidad de almacenamiento y mantener la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima de un umbral predeterminado, en donde el paso c) comprende: c-1) colocar un primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire en al menos uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada, reduciendo el primer miembro de ajuste del flujo de aire el área de la sección transversal del al menos uno de la pluralidad de conductos de entrada en un primer porcentaje; y c-2) reemplazar el primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire con un segundo miembro (300, 300a, 300b) de ajuste de flujo de aire, reduciendo el segundo miembro de ajuste del flujo de aire el área de la sección transversal del al menos uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada en un segundo porcentaje que es mayor que el primer porcentaje.
En otro aspecto, la invención puede ser un método para almacenar desechos radiactivos de alto nivel que comprende: a) colocar un recipiente metálico que contiene desechos radiactivos de alto nivel en una cavidad de almacenamiento de un sistema ventilado que comprende un cuerpo de barril, una tapa de barril colocada encima del cuerpo de barril, al menos un conducto de salida que se extiende desde una parte superior de la cavidad de almacenamiento hasta una atmósfera ambiental, y una pluralidad de conductos de entrada, teniendo cada uno de los conductos de entrada un área de sección transversal y teniendo el al menos un conducto de salida un área de sección transversal; b) hacer fluir por convección aire de ventilación desde la atmósfera ambiente hacia el fondo de la cavidad de almacenamiento a través de los conductos de entrada, calentándose el aire de ventilación a una tasa de calentamiento y elevándose desde el fondo de la cavidad de almacenamiento hasta la parte superior de la cavidad de almacenamiento, saliendo el aire de ventilación aire de la cavidad de almacenamiento a través del al menos un conducto de salida; c) colocar un primer miembro de ajuste del flujo de aire en al menos uno de: (1) uno o más de la pluralidad de conductos de entrada; o (2) el al menos un conducto de salida para reducir el área de la sección transversal del al menos uno del uno o más de la pluralidad de conductos de entrada o el al menos un conducto de salida para mantener la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima de un umbral predeterminado; y en donde el primer miembro de ajuste del flujo de aire se selecciona para reducir el área de la sección transversal del al menos uno de uno o más de la pluralidad de conductos de entrada o del al menos un conducto de salida en un porcentaje predeterminado basado en un primer conjunto de condiciones medidas en el momento T1.
En un aspecto adicional, la invención puede ser un método para almacenar desechos de alto nivel radiactivo que comprende: a) colocar un recipiente metálico que contiene desechos de alto nivel radiactivo en una cavidad de almacenamiento de un sistema ventilado que comprende un cuerpo de barril, una tapa de barril colocada encima del cuerpo del barril, al menos un conducto de salida que se extiende desde una parte superior de la cavidad de almacenamiento hasta una atmósfera ambiental, y una pluralidad de conductos de entrada, teniendo la pluralidad de conductos de entrada un área de sección transversal combinada y teniendo el al menos un conducto de salida, un área de sección transversal combinada; b) hacer fluir por convección aire de ventilación desde la atmósfera ambiente hacia el fondo de la cavidad de almacenamiento a través de los conductos de entrada, calentándose el aire de ventilación a una tasa de calentamiento y elevándose desde el fondo de la cavidad de almacenamiento hasta la parte superior de la cavidad de almacenamiento, saliendo el aire de ventilación de la cavidad de almacenamiento a través del al menos un conducto de salida; y c) modificar al menos uno de: (1) el área de sección transversal combinada de la pluralidad de conductos de entrada; o (2) el área de sección transversal combinada del al menos un conducto de salida a lo largo del tiempo para mantener la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima de un umbral predeterminado.
Otras áreas de aplicabilidad de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada proporcionada a continuación. Debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican la realización preferida de la invención, están destinados a fines ilustrativos únicamente y no pretenden limitar el alcance de la invención.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada y de los dibujos adjuntos, en los que:
La FIG. 1 es una vista frontal en perspectiva de un sistema ventilado para almacenar desechos radiactivos de alto nivel de acuerdo con una realización de la presente invención;
La FIG. 2 es una vista en corte parcial del sistema ventilado de la FIG. 1 que ilustra la dirección del flujo de aire de ventilación con flechas;
La FIG. 3 es una vista en sección transversal parcial tomada a lo largo de la línea MI-MI de la FIG. 1;
Las FIGS. 4A-4C ilustran diversos miembros de ajuste del flujo de aire de acuerdo con una realización de la presente invención;
La FIG. 5A ilustra una porción inferior del sistema ventilado de la FIG. 1 con un primer tipo de miembro de ajuste del flujo de aire en sus conductos de entrada;
La FIG. 5B es una vista en primer plano del área VB de la FIG. 5A;
La FIG. 6A ilustra una porción inferior del sistema ventilado de la FIG. 1 con un segundo tipo de miembro de ajuste del flujo de aire en sus conductos de entrada;
La FIG. 6B es una vista en primer plano del área VIB de la FIG. 6A;
La FIG. 7A ilustra una porción inferior del sistema ventilado de la FIG. 1 con un tercer tipo de miembro de ajuste del flujo de aire en sus conductos de entrada;
La FIG. 7B es una vista en primer plano del área VIIB de la FIG. 7A;
La FIG. 8A es una vista en primer plano del área VIIB de la FIG. 7A de acuerdo con una primera realización alternativa de la presente invención;
La FIG. 8B es una vista en primer plano del área VIIIB de la FIG. 7A de acuerdo con una segunda realización alternativa de la presente invención;
La FIG. 9 ilustra una porción inferior del sistema ventilado de la FIG. 1 con uno de los conductos de entrada del mismo completamente cerrado;
La FIG. 10 es una vista en perspectiva del sistema ventilado de la FIG. 1 con miembros de ajuste del flujo de aire en los conductos de entrada y salida del mismo; y
La FIG. 11 es una vista en perspectiva de otro tipo de sistema ventilado con miembros de ajuste del flujo de aire en los conductos de entrada y salida del mismo.
Descripción detallada de la invención
La siguiente descripción de la(s) realización(es) preferida(s) es de naturaleza meramente ejemplar y de ninguna manera pretende limitar la invención, su aplicación o usos.
La descripción de realizaciones ilustrativas de acuerdo con los principios de la presente invención debe leerse en conexión con los dibujos adjuntos, que deben considerarse parte de la descripción escrita completa. En la descripción de las realizaciones de la invención divulgadas en el presente documento, cualquier referencia a la dirección u orientación está destinada simplemente a facilitar la descripción y no pretende de ninguna manera limitar el alcance de la presente invención. Términos relativos como "inferior", "superior", "horizontal", "vertical", "encima", "debajo", "arriba", "abajo", "superior" y "fondo", así como sus derivados (por ejemplo, "horizontalmente", "hacia abajo", "hacia arriba", etc.) debe interpretarse en el sentido de que se refiere a la orientación tal como se describe a continuación o como se muestra en el dibujo que se analiza. Estos términos relativos son solo para facilitar la descripción y no requieren que el aparato se construya u opere en una orientación particular a menos que se indique explícitamente como tal. Términos como "unido", "fijado", "conectado", "acoplado", "interconectado" y similares se refieren a una relación en donde las estructuras están aseguradas o unidas entre sí, ya sea directa o indirectamente a través de estructuras intermedias, así como ambos accesorios o relaciones móviles o rígidas, a menos que expresamente se indique lo contrario. Además, las características y beneficios de la invención se ilustran con referencia a las realizaciones ejemplificadas. En consecuencia, la invención no debe limitarse expresamente a tales realizaciones ejemplares que ilustran alguna posible combinación no limitante de características que pueden existir solo o en otras combinaciones de características; estando definido el alcance de la invención por las reivindicaciones adjuntas aquí.
Haciendo referencia en primer lugar a las FIGS. 1 a 3 simultáneamente, se describirá un sistema 100 ventilado para almacenar un recipiente que contiene desechos radiactivos de alto nivel. El recipiente 200, que está formado preferiblemente de metal tal como acero inoxidable, es un contenedor herméticamente cerrado que contiene residuos radiactivos de alto nivel en su interior. Los residuos radiactivos de alto nivel, también denominados combustible nuclear gastado, deben almacenarse durante largos períodos de tiempo hasta que la radiación gamma y de neutrones que emana de ellos se reduzca a un nivel aceptable. Hasta ese momento, los residuos radiactivos de alto nivel deben almacenarse en diversos contenedores, tal como el recipiente 200 y el sistema 100 ventilado, que bloquean o protegen la radiación gamma y de neutrones para que no llegue a la atmósfera.
El recipiente 200 forma un límite de contención fluídica alrededor de los desechos radiactivos de alto nivel cargados allí. Por tanto, el recipiente 200 puede considerarse un recipiente a presión herméticamente cerrado. El recipiente 200, sin embargo, es térmicamente conductor de modo que el calor generado por los desechos radiactivos de alto nivel cargados en él se conduce a su superficie exterior donde se puede eliminar por convección. En una realización, el recipiente 200 está formado de acero inoxidable debido a su naturaleza resistente a la corrosión. En otras realizaciones, el recipiente 200 puede estar formado por otros metales o aleaciones metálicas. Los botes adecuados incluyen recipientes multiusos y, en ciertos casos, pueden incluir barriles térmicamente conductores que están sellados herméticamente para el almacenamiento en seco de residuos de alta actividad radiactiva. Normalmente, dichos recipientes comprenden una cesta alveolar, u otra estructura, situada en su interior para alojar una pluralidad de varillas de residuos radiactivos de alto nivel en relación espaciada. Un ejemplo de un recipiente multiuso que es particularmente adecuado para su uso en el sistema 100 ventilado se describe en la patente de EE. UU. No. 5,898,747, expedida a Singh el 27 de abril de 1999. Otro recipiente multiuso que es particularmente adecuado para uso en el sistema 100 ventilado se describe en la patente de EE. UU. No. 8,135,107, concedida a Singh et al. el 13 de marzo de 2012. Se conoce una solución adicional para variar el flujo de aire en un VVO por el documento JP 2003075586 A (MITSUBISHI HEAVY IND LTD) publicado el 12 de marzo de 2003.
El recipiente 200 que contiene los desechos radiactivos de alto nivel se almacena dentro de un sistema 100 ventilado. Específicamente, el sistema 100 ventilado comprende un cuerpo 110 de barril y una tapa 130 de barril situada encima del cuerpo 110 de barril. El cuerpo 110 de barril comprende una superficie 111 exterior y una superficie 112 interior que define una cavidad 113 de almacenamiento para sujetar el recipiente 200. Cuando el recipiente 200 está colocado en la cavidad 113 de almacenamiento, existe un espacio anular entre la superficie exterior del recipiente 200 y la superficie 111 interior del cuerpo 110 de barril de modo que el aire de ventilación puede fluir a través de la cavidad 113 de almacenamiento a lo largo de la superficie exterior del recipiente 200. Como se discutirá más adelante, el sistema 100 ventilado está configurado de manera que el calor generado por los desechos radiactivos de alto nivel provoca un flujo convectivo natural de aire a través de un paso de ventilación del sistema 100 ventilado (que incluye el espacio anular señalado anteriormente, así como conductos de entrada y salida que se describen a continuación).
La tapa 130 de barril está situada encima del cuerpo 110 de barril para encerrar el extremo superior abierto de la cavidad 113 de almacenamiento. La tapa 130 de barril es una pieza soldada de placas de acero rellenas con una masa de hormigón simple que proporciona atenuación de neutrones y gamma para minimizar el brillo del cielo. La tapa 130 de barril está asegurada a un extremo superior del cuerpo 110 de barril mediante una pluralidad de pernos que se extienden a través de orificios para pernos formados en una brida de la tapa. Cuando se fija al cuerpo 110 de barril, el contacto superficial entre la tapa 130 de barril y el cuerpo 110 de barril forma una interfaz de tapa a cuerpo. La tapa 130 de barril está preferiblemente fijada de forma no fija al cuerpo 110 de barril y encierra el extremo superior de la cavidad 113 de almacenamiento formada por el cuerpo 110 de barril.
El cuerpo 110 de barril es un recipiente cilíndrico resistente y de paredes pesadas que sostiene el recipiente 200 en su interior. En la realización ejemplificada, el cuerpo 110 de barril comprende una carcasa 114 exterior y una carcasa 115 interior que están espaciadas entre sí. Además, una masa 116 de hormigón está situada dentro del espacio entre las carcasas 114, 115 exterior e interior. La función estructural principal del cuerpo 110 de barril la proporcionan las carcasas interior y exterior, que pueden estar formadas de acero al carbono o similar, mientras que la función principal de protección contra la radiación la proporciona la masa de hormigón. Si bien la función principal de la masa 116 de hormigón es proporcionar protección contra la radiación gamma y de neutrones, la masa 116 de hormigón también ayuda a mejorar el rendimiento del sistema 100 ventilado en otros aspectos también. La tapa 130 de barril tiene una estructura similar con un núcleo de hormigón y una funda o cubierta metálica.
El sistema 100 ventilado comprende una pluralidad de conductos 120 de entrada y al menos un conducto 125 de salida. Los conductos 120 de entrada están ubicados cerca del fondo del cuerpo 110 de barril para permitir que el aire ambiente de la atmósfera fluya hacia la cavidad 113 de almacenamiento en el fondo de la cavidad 113 de almacenamiento. En la realización ejemplificada, hay una pluralidad de conductos 120 de entrada dispuestos de manera circunferencialmente separados a lo largo del fondo del cuerpo 110 de barril. Sin embargo, en otras realizaciones podría haber sólo un único conducto de entrada continuo que se extienda anularmente alrededor de la circunferencia del cuerpo 110 de barril. Además, aunque los conductos 120 de entrada tienen una forma específica en la realización ejemplificada, la invención no debe limitarse a ello y los conductos 120 de entrada pueden adoptar otras formas siempre que no permita que la radiación fluya a su través como se indica a continuación. Por lo tanto, las variaciones y modificaciones a los conductos 120 de entrada son ciertamente posibles y caen dentro del alcance de la invención descrita y reivindicada en el presente documento.
En la realización ejemplificada, cada uno de los conductos 120 de entrada se extiende desde una primera abertura 121 en la superficie 111 exterior del cuerpo 110 de barril hasta una segunda abertura 122 en la superficie 112 interior del cuerpo 110 de barril con los conductos 120 de entrada extendiéndose continuamente desde la primera abertura 121 hasta la segunda abertura 122. Por tanto, cada uno de los conductos 120 de entrada forma un paso a través del cuerpo 110 de barril para que el aire ambiente pueda entrar en la cavidad 113 de almacenamiento como aire de ventilación para ventilar la cavidad 113 de almacenamiento y enfriar el recipiente 200 y los residuos radiactivos de alto nivel almacenados allí con el tiempo. Como se usa en el presente documento, el término conductos 120 de entrada se usa para referirse al espacio abierto o paso que se extiende a través del cuerpo 110 de barril, no a las estructuras que definen este espacio abierto o paso. Por tanto, los conductos 120 de entrada son simplemente espacios abiertos o pasos dentro de una estructura sólida.
Como se ve mejor en las FIGS. 2 y 3, en la realización ejemplificada cada uno de los conductos 120 de entrada comprende dos trayectorias arqueadas semicirculares que se extienden desde la primera abertura 121 hasta la segunda abertura 122. Específicamente, hay un miembro 124 cilíndrico ubicado entre las aberturas 121, 122 primera y segunda que define la forma de los conductos 120 de entrada. El objetivo principal de esto es garantizar que no exista una línea de visión clara desde la segunda abertura 122 hasta la primera abertura 121 porque si hubiera una línea de visión clara sería posible que la radiación gamma y/o de neutrones fluyera a través de ella y a la atmósfera. Al crear los conductos 120 de entrada con una trayectoria no lineal como se muestra, la radiación no tiene una trayectoria lineal clara hacia la atmósfera sin contactar y estar protegida por una masa de hormigón. La forma exacta de los conductos 120 de entrada no debe limitarse a la que se muestra en la realización ejemplificada. Por lo tanto, los conductos 120 de entrada pueden adoptar cualquier forma, patrón o recorrido siempre que no exista una línea de visión clara desde la cavidad 113 de almacenamiento hasta la atmósfera a través de los conductos 120 de entrada. Por lo tanto, la realización ejemplificada es sólo una de innumerables configuraciones posibles para los conductos 120 de entrada. Además, en algunas realizaciones, diversos de los conductos 120 de entrada pueden tener diferentes configuraciones o formas que otros de los conductos 120 de entrada. Por tanto, aunque todos los conductos 120 de entrada pueden ser idénticos en algunas realizaciones, esto no es necesario en todas las realizaciones.
En la realización ejemplificada, el conducto 125 de salida está formado en la tapa 130 de barril del sistema 100 ventilado. El conducto 125 de salida tiene una porción 126 vertical y una porción 127 horizontal, que está destinado a evitar que exista una línea de visión clara a través del conducto 125 de salida a la atmósfera por las mismas razones que se describen anteriormente con respecto a los conductos 120 de entrada. En la realización ejemplificada, el conducto 125 de salida es un conducto único e ininterrumpido que se extiende anularmente a lo largo de la tapa 130 de barril. Sin embargo, la invención no debe limitarse a ello y el conducto 125 de salida podría separarse en una pluralidad de conductos 125 de salida. Además, aunque en la realización ejemplificada el conducto 125 de salida está formado en la tapa 130 de barril, la invención no debe limitarse tanto y en otras realizaciones el conducto 125 de salida podría formarse en un espacio entre la tapa 130 de barril y el cuerpo 110 de barril o el conducto 125 de salida podría formarse parcial o totalmente en el cuerpo 110 de barril en lugar de o además de estar formados en la tapa 130 de barril.
La FIG. 2 ilustra el flujo de aire a través de la cavidad 113 de almacenamiento del sistema 100 ventilado. Cuando el recipiente 200 se carga con residuos radiactivos de alto nivel y se coloca dentro de la cavidad 113 de almacenamiento, se forma un espacio anular entre una superficie exterior del recipiente 200 y una superficie interior del cuerpo 110 de barril que forma la cavidad 113 de almacenamiento. Cuando se coloca así, el calor generado por los residuos radiactivos de alto nivel dentro del recipiente 200 se conduce a la superficie exterior del recipiente 200. Este calor calienta luego el aire ubicado dentro del espacio anular. Como resultado del calentamiento, este aire calentado sube dentro del espacio anular y eventualmente sale del sistema 100 ventilado a través de los respiraderos 125 de salida como aire calentado. Debido al efecto termosifón creado por el aire caliente que sale, se aspira aire frío hacia los respiraderos 125 de entrada. Este aire frío fluye a través de los respiraderos 125 de entrada y es aspirado hacia arriba hacia el espacio anular donde se calienta y comienza a ascender, creando así un ciclo continuo, conocido como efecto chimenea.
Por lo tanto, el calor generado por los residuos radiactivos de alto nivel dentro del recipiente 200 provoca un flujo convectivo natural de aire a través de un paso de ventilación del sistema 100 ventilado. En la realización ejemplificada, el paso de ventilación está formado colectivamente por los respiraderos 120 de entrada, el espacio anular y los respiraderos 125 de salida.
En la realización ejemplificada, el sistema 100 ventilado está libre de equipos de enfriamiento forzado, tales como sopladores y sistemas de enfriamiento de circuito cerrado. La tasa de flujo de aire a través del paso de ventilación del sistema 100 ventilado se rige, en parte, por la tasa de generación de calor de los desechos radiactivos de alto nivel dentro del recipiente 200. Cuanto mayor sea la tasa de generación de calor, mayor será el flujo convectivo natural de aire a través del paso de ventilación. Así, debido al calor generado por la descomposición de los residuos radiactivos de alto nivel, se produce un flujo convectivo natural de aire hacía, a través y fuera de la cavidad 113 de almacenamiento. El aire frío entra en la cavidad 113 de almacenamiento a través de los conductos 120 de entrada, se calienta y se eleva como resultado, y luego sale de la cavidad 113 de almacenamiento a través del conducto 125 de salida.
La tasa de generación de calor de los desechos radiactivos de alto nivel disminuye/baja con el tiempo debido al paso del tiempo y al enfriamiento convectivo descrito en el presente documento. Por lo tanto, si no se realizan cambios en los conductos 120 de entrada y el conducto 125 de salida con el tiempo, la tasa a la que se calienta el aire de ventilación que fluye a través de la cavidad 113 de almacenamiento disminuirá. Como resultado, la temperatura de la superficie del recipiente 200 también disminuirá, lo que hará que el recipiente 200 sea propenso a agrietarse por corrosión bajo tensión o SCC. En algunas realizaciones, la invención está dirigida a un método para mitigar el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión en los recipientes 200 de acero inoxidable que se almacenan en los sistemas 100 ventilados cerrando progresivamente los conductos 120, 125 de entrada y/o salida de modo que la cantidad de aire que entra en la cavidad 113 de almacenamiento se reduce y la tasa de calentamiento del aire de ventilación que fluye a través de la cavidad 113 de almacenamiento se mantiene por encima de un umbral predeterminado. Aunque el método se describe en el presente documento con referencia a una realización estructural específica del sistema 100 ventilado, la invención no debe limitarse así. Los pasos descritos a continuación son aplicables a otros sistemas ventilados que tienen otras disposiciones de conductos de entrada y salida. Por lo tanto, la realización estructural del sistema 100 ventilado se proporciona en el presente documento solo como un ejemplo y no hay intención de limitar la invención a la realización estructural específica mostrada y descrita en el presente documento.
Cada uno de los conductos 120 de entrada tiene un área de sección transversal que puede ser constante o puede variar dependiendo de la ubicación en donde se mide el área de sección transversal. En algunas realizaciones, el cuerpo 110 de barril se extiende a lo largo de un eje A-A longitudinal y el área de la sección transversal descrita en el presente documento se puede medir a lo largo de un plano que es paralelo al eje A-A longitudinal. Sin embargo, la invención no debe limitarse a todas las realizaciones y es posible que el área de la sección transversal descrita en el presente documento se mida a lo largo de un plano que es oblicuo al eje A-A longitudinal. Sin embargo, en realizaciones preferidas, si el plano en donde se mide el área de la sección transversal fuera un objeto sólido, dicho plano bloquearía completamente el flujo de aire a través del conducto 120 de entrada. Por tanto, el plano sobre el que se mide el área de la sección transversal no es perpendicular al eje A-A longitudinal y no pasa a través de ninguna de las aberturas 121, 122 primera y segunda porque dicho plano no bloquearía completamente el flujo de aire a través del conducto 120 de entrada. Si el área de la sección transversal se mide a lo largo de un plano vertical o en ángulo con respecto a la vertical no es necesariamente importante siempre y cuando se mida a lo largo de un plano que, si es un objeto sólido, bloquearía completamente el flujo de aire a través del conducto 120 de entrada. En algunas realizaciones, el área de la sección transversal descrita en el presente documento puede medirse a lo largo de la primera abertura 121 de los conductos 120 de entrada o a lo largo de la segunda abertura 122 de los conductos 120 de entrada, aunque el área de la sección transversal ciertamente podría medirse en otras ubicaciones a lo largo de los conductos 120 de entrada en otras realizaciones.
Además, en la realización ejemplificada, el al menos un conducto 125 de salida también tiene un área de sección transversal medida a lo largo de un plano que, si es sólido, bloquearía completamente el flujo de aire a través del al menos un conducto 125 de salida. Por lo tanto, de manera similar al área de la sección transversal de los conductos 120 de entrada descritos anteriormente, para los fines de la invención descrita en el presente documento y las reivindicaciones, la ubicación específica en donde se mide el área de la sección transversal del al menos un conducto 125 de salida no es limitante de la presente invención. Más bien, el área de la sección transversal se puede medir en cualquier ubicación y a lo largo de cualquier plano siempre que el plano bloquee completamente el flujo de aire a través del al menos un conducto 125 de salida.
En la invención descrita en el presente documento, el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada y/o del al menos un conducto 125 de salida se reduce con el tiempo en función de la tasa de calentamiento del aire de ventilación y/o en función de la descomposición de la tasa de generación de calor de los residuos radiactivos de alto nivel para mantener el recipiente 200 metálico por encima de una temperatura umbral. Por lo tanto, a medida que disminuye la tasa de calentamiento del aire de ventilación que fluye a través de la cavidad 113 de almacenamiento, las áreas de sección transversal de los conductos 120 de entrada y/o del al menos un conducto 125 de salida se reducen y eventualmente se cierran completamente para garantizar que la tasa de calentamiento del aire de ventilación se mantiene por encima del umbral predeterminado.
Como se señaló anteriormente, los conductos 120 de entrada y el conducto 125 de salida son espacios abiertos o pasos formados en el cuerpo 110 de barril y/o la tapa 130 de barril. Por lo tanto, el área de la sección transversal de los conductos 120 de entrada y/o el área de la sección transversal del conducto 125 de salida se puede reducir o disminuir colocando una estructura en los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida que sea sólido o tenga porciones sólidas que bloquearán el flujo de aire a través de partes de los conductos 120, 125 de entrada y/o salida. Colocar dichas estructuras en los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida dará como resultado una reducción en el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida en donde está colocado, lo que reducirá la cantidad de aire que entra y/o sale de la cavidad 113 de almacenamiento, lo que facilitará el mantenimiento de la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima del umbral predeterminado.
Haciendo referencia a las FIGS. 4A-4C, se ilustran tres versiones diferentes de un tipo particular de miembro 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire de acuerdo con una realización de la presente invención. La invención no debe estar limitada por los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire representados en las FIGS. 4A-4C en todas las realizaciones, pero estas representan versiones ejemplares de una estructura que se puede usar para modificar las áreas de sección transversal de los conductos 120, 125 de entrada y/o salida como se describe en el presente documento.
Haciendo referencia en primer lugar a la FIG. 4A, el miembro 300 de ajuste del flujo de aire comprende una red de placas que forman una pluralidad de celdas 315 abiertas que están divididas por las placas. Específicamente, el miembro 300 de ajuste del flujo de aire comprende una pluralidad de primeras placas 310 y una pluralidad de segundas placas 320. La pluralidad de primeras placas 310 está dispuesta de manera espaciada y orientada paralela entre sí para formar un primer conjunto de placas paralelas. La pluralidad de segundas placas 320 está dispuesta de manera espaciada y orientada paralelas entre sí para formar un segundo conjunto de placas paralelas. En la realización ejemplificada, cada una de las primeras placas 310 está orientada ortogonalmente con respecto a cada una de las segundas placas 320. Así, los espacios vacíos delimitados por dos adyacentes de las primeras placas 310 y dos adyacentes de las segundas placas 320 forman las celdas 315 abiertas.
En la realización ejemplificada, el miembro 300 de ajuste del flujo de aire tiene forma cuadrada o rectangular y comprende un primer borde 301, un segundo borde 302, un tercer borde 303 y un cuarto borde 304. Por supuesto, la forma del miembro 300 de ajuste del flujo de aire se puede modificar según se desee para garantizar que el miembro 300 de ajuste del flujo de aire pueda encajar dentro de los conductos 120 de entrada de aire y/o los conductos 125 de salida de aire. Por ejemplo, si uno de los conductos 120 de entrada de aire tiene una forma de sección transversal triangular, entonces el miembro de ajuste del flujo de aire diseñado para encajar dentro de ese conducto de entrada de aire particular también puede tener una forma triangular. Sin embargo, puede no ser necesario en todas las realizaciones correlacionar la forma del miembro de ajuste del flujo de aire con la forma de la sección transversal de los conductos 120 de entrada de aire para lograr el propósito descrito en el presente documento.
Como se puede apreciar, un área de sección transversal del miembro 300 de ajuste del flujo de aire comprende una pluralidad de porciones abiertas definidas por los espacios 315 abiertos y una pluralidad de porciones cerradas definidas por las placas 310, 320 primera y segunda. Por lo tanto, si el miembro 300 de ajuste del flujo de aire estuviera colocado dentro de uno de los conductos 120 de entrada, el miembro 300 de ajuste del flujo de aire reduciría el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada cuando el área de la sección transversal se mide a lo largo de un plano que interseca cada uno de los bordes 301-304 primero, segundo, tercero y cuarto del miembro 300 de ajuste del flujo de aire.
Las FIGS. 4B y 4C ilustran miembros 300a, 300b de ajuste del flujo de aire que son idénticos al miembro 300 de ajuste del flujo de aire excepto con respecto al espesor de las placas 310, 310a, 310b, 320, 320a, 320b primera y segunda y también con respecto a las dimensiones de las porciones 315, 315a, 315b abiertas. Específicamente, los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire están diseñados de modo que cuanto más gruesas sean las placas 310, 310a, 310b, 320, 320a, 320b primera y segunda, menores serán las dimensiones o el área de la sección transversal de las porciones 315. 315a, 315b abiertas. Los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire son todos del mismo tamaño general, siendo la única diferencia que el miembro 300a de ajuste del flujo de aire usa placas 310a, 320a primera y segunda que son más gruesas que las placas 310, 320 primera y segunda del miembro 300 de ajuste del flujo de aire y el miembro 300b de ajuste del flujo de aire usa placas 310b, 320b primera y segunda que son más gruesas que las placas 310a, 320a del miembro 300a de ajuste del flujo de aire. Por lo tanto, las porciones 315b abiertas del miembro 300b de ajuste del flujo de aire son más grandes que las porciones 315a abiertas del miembro 300a de ajuste del flujo de aire, que son más grandes que las porciones 315 abiertas del miembro 300 de ajuste del flujo de aire. Por lo tanto, si existe la necesidad/deseo de reducir el área de la sección transversal de uno de los conductos 320 de entrada o el conducto 325 de salida en una pequeña cantidad/porcentaje, entonces se puede usar el miembro 300 de ajuste del flujo de aire. Sin embargo, si existe una necesidad/deseo de reducir el área de la sección transversal de uno de los conductos 320 de entrada o el conducto 325 de salida en una cantidad/porcentaje mayor, entonces se puede usar el miembro 300a de ajuste del flujo de aire o el miembro 300b de ajuste del flujo de aire. Esto se describirá con mayor detalle a continuación con referencia a las Figs. 5A-7B.
Como se señaló anteriormente, la invención puede estar dirigida a un método para almacenar desechos radiactivos de alto nivel y controlar/regular la tasa de calentamiento del aire de ventilación que fluye a través de la cavidad 113 de almacenamiento (y por lo tanto controlar también la temperatura del recipiente 200 en la cavidad 113 de almacenamiento). Esto se puede lograr, en algunas realizaciones, colocando los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire en uno o más de los conductos 120 de entrada y/o en el conducto 125 de salida. De hecho, en algunas realizaciones esto se puede hacer de manera progresiva para reducir progresivamente el área de la sección transversal de uno o más de los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida con el tiempo. Específicamente, a medida que pasa más tiempo, puede ser necesario continuar reduciendo el área de la sección transversal de uno o más conductos 120 de entrada y/o del conducto 125 de salida. Por lo tanto, cuando los residuos radiactivos de alto nivel se colocan por primera vez en el recipiente 200 y el recipiente 200 colocado en la cavidad 113 de almacenamiento, es posible que no se utilice ninguno de los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire. Sin embargo, en el momento T1 después de la fecha de almacenamiento inicial, se puede determinar que la tasa de calentamiento del aire de ventilación y la temperatura del recipiente 200 han disminuido por debajo de un umbral predeterminado de modo que el recipiente 200 corre el riesgo de agrietarse por corrosión bajo tensión. En ese momento T1, uno de los miembros 300 de ajuste del flujo de aire puede estar colocado dentro de uno o más de los conductos 120 de entrada y/o en el conducto 125 de salida de aire.
Luego, en un momento T2 que es posterior al tiempo T1, se puede determinar una vez más que la tasa de calentamiento del aire de ventilación y la temperatura del recipiente 200 han disminuido por debajo del umbral predeterminado de modo que el recipiente 200 vuelve a estar en riesgo de agrietarse por corrosión bajo tensión. Esto podría ocurrir a pesar del hecho de que el miembro 300 de ajuste del flujo de aire está ubicado dentro de uno o más de los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida. En ese momento, si algunos de los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida todavía no tienen uno de los miembros 300 de ajuste del flujo de aire allí, entonces los miembros 300 de ajuste del flujo de aire pueden colocarse en ese momento dentro de esos conductos 120 de entrada y/o conducto 125 de salida. Sin embargo, si en ese momento T2 todos de los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida ya tienen uno de los miembros 300 de ajuste del flujo de aire colocado allí, entonces para al menos uno o más de los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida, el miembro 300 de ajuste del flujo de aire puede retirarse y reemplazarse con uno de los miembros 300a de ajuste del flujo de aire.
En algunas realizaciones, se pueden realizar cálculos usando dinámica de fluidos computacional para determinar la cantidad o porcentaje que las áreas de sección transversal de los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida deben reducirse para mantener la tasa de calentamiento y/o la temperatura del recipiente 200 por encima del umbral y al mismo tiempo se garantiza que haya suficiente flujo de aire a través de la cavidad 113 de almacenamiento para evitar una situación de sobrecalentamiento. Después de realizar dichos cálculos, se puede diseñar y crear un miembro de ajuste del flujo de aire de manera que cuando se coloque dentro de uno de los conductos 120 de entrada (o una pluralidad de ellos se coloquen en diferentes de los conductos 120 de entrada y/o el conducto 125 de salida), el área de la sección transversal de los conductos 120, 125 de entrada y/o salida se reduce en la cantidad deseada para garantizar que la tasa de calentamiento del aire de ventilación (o la temperatura del recipiente 200) se mantenga por encima del umbral. En algunas realizaciones, se realizan modificaciones en las áreas de sección transversal de los conductos 120, 125 de entrada y/o salida para garantizar que la temperatura del recipiente 200 se mantenga por encima de 85°C.
En algunas realizaciones, los conductos 120 de entrada pueden tener un área de sección transversal combinada y la reducción en el área de sección transversal descrita en el presente documento se puede realizar con base en el área de sección transversal combinada de todos los conductos 120 de entrada en lugar de con base en las áreas de sección transversal individuales de cada uno de los conductos 120 de entrada. Por ejemplo, se puede determinar que el área de sección transversal combinada de todos los conductos 120 de entrada debe reducirse en 5% para garantizar que la tasa de calentamiento del aire de ventilación y la temperatura del recipiente 200 permanezcan por encima de sus respectivos umbrales predeterminados para evitar el agrietamiento por corrosión bajo tensión del recipiente 200. Si hay diez conductos 120 de entrada que tienen cada uno un área de sección transversal idéntica, entonces la reducción del 5% en el área de sección transversal combinada se puede lograr reduciendo el área de sección transversal de solo uno de los conductos 120 de entrada en 50%. Alternativamente, cada uno de los conductos 120 de entrada puede tener su área de sección transversal reducida en 5%, o cinco de los diez conductos 120 de entrada de aire pueden tener su área de sección transversal reducida en 10%. Por lo tanto, como puede verse, existe una cantidad infinita de variación que se puede utilizar para lograr los resultados deseados.
En algunas realizaciones, el concepto implica reducir progresivamente el área de la sección transversal combinada de todos los conductos 120 de entrada con el tiempo, lo que puede implicar reducir progresivamente el área de la sección transversal de uno de los conductos 120 de entrada con el tiempo, puede implicar reducir progresivamente el área de sección transversal de todos los conductos 120 de entrada con el tiempo, o puede implicar reducir progresivamente las áreas de sección transversal de varios, pero no todos, de los conductos 120 de entrada con el tiempo, o puede implicar reducir progresivamente el área de sección transversal del conducto 125 de entrada con el tiempo. En algunas realizaciones, el área de la sección transversal de los conductos 120 de entrada y/o los conductos 125 de salida solo se reducen con el tiempo, pero nunca aumentan posteriormente. Sin embargo, en otras realizaciones puede ser necesario aumentar las áreas de sección transversal de los conductos 120, 125 de entrada y/o salida en un momento posterior. Por ejemplo, la temperatura ambiente juega un papel en la tasa de calentamiento del aire de ventilación y la temperatura del recipiente 200. Por lo tanto, si la temperatura ambiente aumenta demasiado durante un período de tiempo prolongado, puede ser necesario aumentar el área de la sección transversal de los conductos 120, 125 de entrada y/o salida para evitar el sobrecalentamiento.
Haciendo referencia a las FIGS. 5A y 5B, se ilustra una realización en donde uno de los miembros 300 de ajuste del flujo de aire está colocado dentro de cada uno de los conductos 120 de entrada para reducir el área de la sección transversal combinada de la pluralidad de conductos 120 de entrada. Por supuesto, como se señaló anteriormente, el miembro 300 de ajuste del flujo de aire puede colocarse en solo uno de los conductos 120 de entrada o en más de uno, pero menos que todos, de la pluralidad de conductos 120 de entrada en algunas realizaciones. Además, aunque en las FIGS. 5A y 5B, el mismo miembro 300 de ajuste del flujo de aire está colocado dentro de cada uno de los conductos 120 de entrada, en otras realizaciones diferentes de los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire (y otros no representados específicamente en el presente documento) pueden estar colocados dentro de diferentes de la pluralidad de conductos 120 de entrada según se desee o sea necesario para lograr la reducción adecuada en el área de sección transversal combinada de la pluralidad de conductos 120 de entrada.
En la FIG. 5B, el miembro 300 de ajuste del flujo de aire se representa con un sombreado para indicar que la ilustración incluye una vista en sección transversal del conducto 120 de entrada en una ubicación en donde está colocado el miembro 300 de ajuste del flujo de aire. Como se señaló anteriormente, la pluralidad de primeras placas 310 y la pluralidad de segundas placas 320 definen colectivamente una pluralidad de celdas abiertas o porciones de celdas 315 abiertas del miembro 300 de ajuste del flujo de aire. Cada una de las placas 310, 320 tiene un espesor TP1 y cada una de las celdas 315 abiertas tiene un espesor TO1. En esta realización particular, el espesor TO1 de las celdas 315 abiertas es mayor que el espesor TP1 de las placas 310, 320. Aunque en la realización ejemplificada cada una de las placas 310, 320 tiene el mismo espesor TP1 y cada una de las celdas 315 abiertas tiene el mismo espesor TO1 y área de sección transversal, esto no es necesario en todas las realizaciones. Los espesores de las placas 310, 320 y las celdas 315 abiertas y el área de la sección transversal de las celdas 315 abiertas se pueden variar dentro de un único miembro 300 de ajuste del flujo de aire en otras realizaciones.
Con el miembro 300 de ajuste del flujo de aire colocado dentro de uno de los conductos 120 de entrada como se muestra, el aire puede fluir a través de las celdas 315 abiertas, pero se impide que fluya a través de las otras porciones del conducto 120 de entrada (es decir, a través de las placas 310, 320). Cada una de las celdas 315 abiertas tiene un área de sección transversal. Cuando el miembro 300 de ajuste del flujo de aire se coloca dentro de uno de los conductos 120 de entrada, la suma de las áreas de la sección transversal de las celdas 315 abiertas forma el área de la sección transversal reducida del conducto 120 de entrada. Específicamente, si se retirara el miembro 300 de ajuste del flujo de aire, el conducto 120 de entrada tendría un área de sección transversal igual a la longitud de la abertura multiplicada por la anchura de la abertura. Con el miembro 300 de ajuste del flujo de aire colocado en el conducto 120 de entrada, el área de la sección transversal es la suma del área de la sección transversal de las celdas 315 abiertas, que es menor que el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada sin el miembro 300 de ajuste del flujo de aire en el mismo. Por lo tanto, colocar el miembro 300 de ajuste del flujo de aire en uno o varios de los conductos 120 de entrada reducirá el área de la sección transversal de ese conducto 120 de entrada en particular y también reducirá el área de la sección transversal combinada de todos los conductos 120 de entrada.
Haciendo referencia a las FIGS. 6A y 6B, se ilustra una realización en donde uno de los miembros 300a de ajuste del flujo de aire está colocado dentro de cada uno de los conductos 120 de entrada para reducir el área de la sección transversal combinada de la pluralidad de conductos 120 de entrada. Nuevamente, aunque uno de los miembros 300a de ajuste del flujo de aire está colocado dentro de cada uno de los conductos 120 de entrada en la realización ejemplificada, esto no es necesario en todas las realizaciones. Más bien, uno de los miembros 300a de ajuste del flujo de aire puede colocarse en uno o más de los conductos 120 de entrada mientras que otros de los conductos 120 de entrada están completamente abiertos y libres de un miembro de ajuste del flujo de aire allí, o donde diferentes tipos de los miembro de ajuste del flujo de aire (tales como los miembros 300 de ajuste del flujo de aire, 300b) están colocados en otros de los conductos 120 de entrada.
En la FIG. 6B, el miembro 300a de ajuste del flujo de aire se representa en sección transversal para indicar que la ilustración incluye una vista en sección transversal del conducto 120 de entrada en una ubicación en donde está colocado el miembro 300a de ajuste del flujo de aire. Como se señaló anteriormente, la pluralidad de primeras placas 310a y la pluralidad de segundas placas 320a definen colectivamente una pluralidad de celdas abiertas o porciones de celdas 315a abiertas del miembro 300a de ajuste del flujo de aire. Cada una de las placas 310a, 320a tiene un espesor TP2 y cada una de las celdas 315a abiertas tiene un espesor TO2 y un área de sección transversal. En comparación con el miembro 300 de ajuste del flujo de aire, el espesor TP2 de las placas 310a, 320a es mayor que el espesor TP1 de las placas 310, 320 y por lo tanto el espesor TO2 (y el área de la sección transversal) de las celdas 315a abiertas es menor que el espesor TO1 (y el área de la sección transversal) de las celdas 315 abiertas. Aunque en la realización ejemplificada cada una de las placas 310a, 320a tiene el mismo espesor TP2 y cada una de las celdas 315a abiertas tiene el mismo espesor TO2 y área de sección transversal, esto no es necesario en todas las realizaciones. Los espesores de las placas 310a, 320a y las celdas 315a abiertas pueden variarse en otras realizaciones.
Con el miembro 300a de ajuste del flujo de aire colocado dentro de uno de los conductos 120 de entrada como se muestra, el aire puede fluir a través de las celdas 315a abiertas, pero se impide que fluya a través de las otras porciones del conducto 120 de entrada (es decir, a través de las placas 310a, 320a). Cada una de las celdas 315a abiertas tiene un área de sección transversal. Cuando el miembro 300a de ajuste del flujo de aire se coloca dentro de uno de los conductos 120 de entrada, la suma de las áreas de la sección transversal de las celdas 315a abiertas forma el área de la sección transversal reducida del conducto 120 de entrada. Específicamente, si se retirara el miembro 300a de ajuste del flujo de aire, el conducto 120 de entrada tendría un área de sección transversal igual a la longitud de la abertura multiplicada por la anchura de la abertura. Con el miembro 300a de ajuste del flujo de aire colocado en el conducto 120 de entrada, el área de la sección transversal es la suma del área de la sección transversal de las celdas 315a abiertas, que es menor que el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada sin el miembro 300a de ajuste del flujo de aire allí. Por lo tanto, colocar el miembro 300 de ajuste del flujo de aire en uno o varios de los conductos 120 de entrada reducirá el área de la sección transversal de ese conducto 120 de entrada en particular y también reducirá el área de la sección transversal combinada de todos los conductos 120 de entrada.
En las FIGS. 7A y 7B, se ilustra una realización en donde uno de los miembros 300b de ajuste del flujo de aire está colocado dentro de cada uno de los conductos 120 de entrada para reducir el área de la sección transversal combinada de la pluralidad de conductos 120 de entrada. Las FIGS. 7A y 7B ilustran lo mismo que las FIGS. 5A y 5B y las FIGS.
6A y 6B, excepto que se utiliza el miembro 300b de ajuste del flujo de aire. Así, la descripción de las FIGS. 5A-6B anteriores son aplicables, excepto por las diferencias señaladas aquí.
En la FIG. 7B, el miembro 300b de ajuste del flujo de aire se representa en sección transversal para indicar que la ilustración incluye una vista en sección transversal del conducto 120 de entrada en una ubicación en donde está colocado el miembro 300b de ajuste del flujo de aire. Como se señaló anteriormente, la pluralidad de primeras placas 310b y la pluralidad de segundas placas 320b definen colectivamente una pluralidad de celdas abiertas o porciones de celdas 315b abiertas del miembro 300b de ajuste del flujo de aire. Cada una de las placas 310b, 320b tiene un espesor TP3 y cada una de las celdas 315b abiertas tiene un espesor TO3 y un área de sección transversal. En comparación con el miembro 300a de ajuste del flujo de aire, el espesor TP3 de las placas 310b, 320b es mayor que el espesor TP2 de las placas 310a, 320a y por lo tanto el espesor TO3 (y el área de la sección transversal) de las celdas 315b abiertas es menor que el espesor TO2 (y el área de la sección transversal) de las celdas 315a abiertas. Aunque en la realización ejemplificada cada una de las placas 310b, 320b tiene el mismo espesor TP3 y cada una de las celdas 315b abiertas tiene el mismo espesor TO3, esto no es necesario en todas las realizaciones. Los espesores de las placas 310b, 320b y las celdas 315b abiertas pueden variarse en otras realizaciones.
El área de la sección transversal combinada de las celdas 315b abiertas del miembro 300b de ajuste del flujo de aire es menor que el área de la sección transversal combinada de las celdas 315a abiertas del miembro 300a de ajuste del flujo de aire, que es menor que el área de la sección transversal combinada de las celdas 315 abiertas del miembro 300 de ajuste del flujo de aire. Esto se logra en la realización ejemplificada haciendo que las placas 310b, 320b sean más gruesas que las placas 310a, 320a, que son más gruesas que las placas 310, 320. Esto también podría lograrse utilizando más placas manteniendo al mismo tiempo los miembros de ajuste del flujo de aire con las mismas dimensiones generales de manera que las placas queden colocadas más juntas. Por lo tanto, si en el momento T1 el miembro 300 de ajuste del flujo de aire está colocado en uno de los conductos 120 de entrada, el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada se reducirá en un primer porcentaje. Si en el momento T2 el miembro 300a de ajuste del flujo de aire está colocado en uno de los conductos 120 de entrada, el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada se reducirá en un segundo porcentaje que es mayor que el primer porcentaje. Si en el momento T3 el miembro 300b de ajuste del flujo de aire está colocado en uno de los conductos 120 de entrada, el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada se reducirá en un tercer porcentaje que es mayor que el segundo porcentaje. Por lo tanto, primero colocar el miembro 300 de ajuste del flujo de aire en uno de los conductos 120 de entrada y luego cambiar el miembro 300 de ajuste del flujo de aire por uno de los miembros 300a de ajuste del flujo de aire y luego cambiar aún más tarde el miembro 300a de ajuste del flujo de aire por uno de los miembros 300b de ajuste del flujo de aire darán como resultado una reducción progresiva en el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada con el tiempo. Además, incluso si solo uno de los conductos 120 de entrada pasa por la progresión de tener los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire colocados allí secuencialmente a lo largo del tiempo mientras los otros conductos 120 de entrada permanecen abiertos y libres de cualquier miembro de ajuste del flujo de aire en ellos, el área de sección transversal combinada de la pluralidad de conductos 120 de entrada se reducirá de manera progresiva.
Haciendo referencia a las FIGS. 8A y 8B, se ilustran miembros 400, 400a de ajuste del flujo de aire alternativos colocados en uno de los conductos 120 de entrada. En la realización de la FIG. 8A, el miembro 400 de ajuste del flujo de aire es una placa sólida que tiene una altura que es menor que la altura del conducto 120 de entrada. Por lo tanto, el miembro 400 de ajuste del flujo de aire bloquea o cierra completamente una porción inferior del conducto 120 de entrada mientras deja una porción superior del conducto 120 de entrada completamente abierta. Por supuesto, el miembro 400 de ajuste del flujo de aire podría bloquear con la misma facilidad la parte superior del conducto 120 de entrada mientras deja abierta la porción inferior del conducto 120 de entrada. En otras realizaciones, el miembro 400 de ajuste del flujo de aire puede tener una altura que es igual a la altura del conducto 120 de entrada mientras que tiene una anchura que es menor que la anchura del conducto 120 de entrada para lograr el mismo efecto. La altura y/o anchura exacta del miembro 400 de ajuste del flujo de aire se pueden modificar según se desee o sea necesario para garantizar que cuando se coloca dentro del(los) conducto(s) 120 de entrada la tasa de calentamiento del aire de ventilación se mantiene en o por encima del umbral predeterminado requerido para garantizar que se evita el agrietamiento por corrosión bajo tensión del recipiente 200.
La FIG. 8B ilustra el miembro 400a de ajuste del flujo de aire colocado en el conducto 120 de entrada. El miembro 400a de ajuste del flujo de aire es una placa sólida que tiene una altura que es mayor que la altura del miembro 400 de ajuste del flujo de aire, pero menor que la altura del conducto 120 de entrada. Por lo tanto, el miembro 400a de ajuste del flujo de aire reduce el área de la sección transversal del conducto 120 de entrada en un porcentaje o cantidad mayor que el miembro 400 de ajuste del flujo de aire. De manera similar a la descripción de los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire, los miembros 400, 400a de ajuste del flujo de aire se pueden usar para disminuir progresivamente las áreas de sección transversal de los conductos 120 de entrada.
La FIG. 9 ilustra una realización en donde uno de los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire está colocado dentro de varios de los conductos 120 de entrada y otro de los conductos 120 de entrada está completamente cerrado bloqueando la abertura en el conducto 120 de entrada con un miembro 150 de placa. En temperaturas ambiente frías y después de muchos años de descomposición, puede ser necesario comenzar a completar el cierre de algunos de los conductos 120 de entrada para garantizar que la tasa de calentamiento del aire de ventilación y la temperatura del recipiente 200 permanezcan por encima del nivel umbral deseado para evitar agrietamiento por corrosión bajo tensión. Por lo tanto, a medida que pasa el tiempo, más de uno de los conductos 120 de entrada puede bloquearse con uno de los miembros 150 de placa. Es totalmente concebible que todos los conductos 125 de entrada puedan eventualmente taparse. Además, en algunas realizaciones, el conducto 125 de salida también puede eventualmente estar tapado. Después de que ya no exista la necesidad de ventilación, puede ser prudente llenar el espacio anular entre el recipiente 200 y la superficie 111 interior del cuerpo 110 de barril con gas inerte (por ejemplo, nitrógeno) para desterrar permanentemente el espectro de SCC y sellar herméticamente la cavidad 113 de almacenamiento del cuerpo 110 de barril.
Haciendo referencia a las FIG. 10, el sistema 100 ventilado se ilustra con diversos miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire colocados en todos los conductos 120 de entrada y un miembro 350 de ajuste del flujo de aire colocado en el conducto 125 de salida. El objetivo principal de esta figura es ilustrar que un miembro 350 de ajuste del flujo de aire puede colocarse en el conducto 125 de salida además de colocarse en el(los) conducto(s) 120 de entrada. De hecho, en algunas realizaciones y dependiendo de factores externos, puede ser deseable en ciertos momentos colocar uno de los miembros 350 de ajuste del flujo de aire en el conducto 125 de salida sin tener ningún miembro 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire en los conductos 120 de entrada. Aunque es intuitivamente evidente que el bloqueo parcial o total de los conductos 120 de entrada sería más eficaz para mantener la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima del umbral inferior predeterminado, debe apreciarse que se puede emplear el ajuste del área de flujo en los conductos 120, 125 de entrada y de salida para mantener la superficie exterior del recipiente 200 a una temperatura deseada para controlar, mitigar y/o prevenir el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Al igual que con los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire, puede haber varias versiones diferentes del miembro 350 de ajuste del flujo de aire con el fin de reducir el área de la sección transversal del conducto 125 de salida en cantidades/porcentajes variables.
La FIG. 11 ilustra un sistema 500 ventilado para almacenar un recipiente que contiene desechos radiactivos de alto nivel de acuerdo con otra realización de la presente invención. En la FIG. 11, el sistema 500 ventilado es una estructura orientada horizontalmente, que difiere del sistema 100 ventilado que es una estructura orientada verticalmente. Así, en la realización de la FIG. 11, un recipiente muy similar al recipiente 200 descrito anteriormente está colocado dentro de la cavidad de almacenamiento del sistema 500 ventilado. Sin embargo, en esta realización el recipiente está colocado horizontalmente en lugar de verticalmente. Generalmente, el rechazo de calor en sistemas ventilados orientados horizontalmente tales como el sistema 500 ventilado es menos eficiente que con sistemas ventilados orientados verticalmente tales como el sistema 100 ventilado porque el aire de ventilación debe fluir a través de la superficie curva de la carcasa del recipiente provocando los remolinos de Strauhal, térmicamente ineficaces, en la zona de estela. Sin embargo, el aire de ventilación en el sistema 500 ventilado orientado horizontalmente se calienta igualmente.
En la FIG. 11, el sistema 500 ventilado comprende un conducto 510 de entrada y una pluralidad de conductos 520 de salida. Por supuesto, el sistema 500 ventilado podría incluir múltiples conductos 510 de entrada en lugar de solo un único conducto 510 de entrada en realizaciones alternativas. Además, el sistema 500 ventilado podría incluir un único conducto 520 de salida en lugar de múltiples conductos 520 de salida en algunas realizaciones. Como se muestra, un miembro 530 de ajuste del flujo de aire está colocado dentro del conducto 510 de entrada y un miembro 540 de ajuste del flujo de aire está colocado dentro de cada uno de los conductos 540 de salida. Los miembros 530, 540 de ajuste del flujo de aire generalmente tienen una estructura similar a los miembros 300, 300a, 300b de ajuste del flujo de aire descritos anteriormente, en el sentido de que comprenden una red de placas que forman porciones abiertas para que fluya el aire. Las placas que forman los miembros 530, 540 de ajuste del flujo de aire pueden tener espesor variable para variar el área de la sección transversal de los conductos 510, 520 de entrada y salida cuando los miembros 530, 540 de ajuste del flujo de aire están colocados allí. Por tanto, los métodos y técnicas descritos en el presente documento son tan aplicables a un módulo orientado horizontalmente como a un módulo orientado verticalmente.
La colocación de los diversos miembros de ajuste del flujo de aire en los conductos 120, 125 de entrada y/o salida como se describe en el presente documento aumenta el porcentaje de obstrucción de esos conductos, lo que disminuye el flujo convectivo natural del aire de ventilación a través del paso de ventilación, disminuyendo así la tasa de rechazo de calor del sistema 100 ventilado. Como resultado, la temperatura de los componentes del sistema 100 ventilado y el recipiente 200 almacenados en el mismo aumentan, mitigando así el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Por el contrario, disminuir el porcentaje de obstrucción de los conductos 120 de entrada (o los conductos 125 de salida según sea el caso) aumenta el flujo convectivo natural del aire a través del paso de ventilación, aumentando así la tasa de rechazo de calor del sistema 100 ventilado. Como resultado, en tal circunstancia la temperatura de los componentes del sistema 100 ventilado y del recipiente 200 almacenado allí disminuye.
Tal como se utilizan en todo momento, los rangos se utilizan como abreviatura para describir todos y cada uno de los valores que se encuentran dentro del rango. Cualquier valor dentro del rango se puede seleccionar como término del rango. En caso de conflicto entre una definición de la presente divulgación y la de una referencia citada, la presente divulgación prevalece.
Si bien la invención se ha descrito con respecto a ejemplos específicos que incluyen modos actualmente preferidos de llevar a cabo la invención, los expertos en la técnica apreciarán que se pueden utilizar otras realizaciones y se pueden realizar modificaciones estructurales y funcionales sin apartarse del alcance de la presente. invención según se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
1. Un método para almacenar desechos radiactivos de alto nivel que comprende:
a) colocar un recipiente (200) metálico que contiene desechos radiactivos de alto nivel en una cavidad (113) de almacenamiento de un sistema (100) ventilado que comprende un cuerpo (110) de barril, una tapa (130) de barril colocada encima del cuerpo de barril, al menos un conducto (125) de salida que se extiende desde la parte superior de la cavidad de almacenamiento hasta una atmósfera ambiental, y una pluralidad de conductos (120) de entrada, teniendo la pluralidad de conductos de entrada un área de sección transversal combinada que es una suma de un área de sección transversal de cada uno de los conductos de entrada de la pluralidad de conductos de entrada;
b) hacer fluir por convección aire de ventilación desde la atmósfera ambiente hacia un fondo de la cavidad (113) de almacenamiento a través de los conductos (120) de entrada, calentándose el aire de ventilación a una tasa de calentamiento y elevándose desde el fondo de la cavidad de almacenamiento hasta la parte superior de la cavidad de almacenamiento, saliendo el aire de ventilación de la cavidad de almacenamiento a través del al menos un conducto (125) de salida; y
c) reducir progresivamente el área de sección transversal combinada de la pluralidad de conductos (120) de entrada con el tiempo para reducir la cantidad de aire de ventilación que ingresa a la cavidad (113) de almacenamiento y mantener la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima de un umbral predeterminado;
caracterizado porqueel paso c) comprende:
c-1) colocar un primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire en al menos uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada, reduciendo el primer miembro de ajuste del flujo de aire el área de la sección transversal del al menos uno de la pluralidad de conductos de entrada en un primer porcentaje; y
c-2) reemplazar el primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire con un segundo miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire, reduciendo el segundo miembro de ajuste del flujo de aire el área de la sección transversal del al menos uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada en un segundo porcentaje que es mayor que el primer porcentaje.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire comprende una porción (315, 315a, 315b) abierta a través de la cual puede fluir el aire de ventilación y una porción cerrada a través de la cual se evita que el aire de ventilación fluya, teniendo la porción abierta del primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire un área de sección transversal que es menor que el área de la sección transversal del al menos uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada, y en donde el segundo miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire comprende una porción (315, 315a, 315b) abierta a través de la cual el aire de ventilación puede fluir y una porción cerrada a través de la cual se impide que fluya el aire de ventilación, teniendo la porción abierta del segundo miembro de ajuste del flujo de aire un área de sección transversal que es menor que el área de la sección transversal de la porción abierta del primer miembro de ajuste del flujo de aire.
3. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire comprende una primera red de placas que comprende un primer conjunto de placas (310) paralelas y un segundo conjunto de placas (320) paralelas que son ortogonales al primer conjunto de placas paralelas, definiendo el primer y segundo conjunto de placas paralelas de la primera red de placas una pluralidad de aberturas (315, 315a, 315b) que tienen una primera área de sección transversal combinada que es menor que el área de la sección transversal del al menos uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada, en donde el segundo miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire comprende una segunda red de placas que comprende un primer conjunto de placas (310) paralelas y un segundo conjunto de placas (320) paralelas que son ortogonales al primer conjunto de placas paralelas, definiendo los conjuntos primero y segundo de placas paralelas de la segunda red de placas una pluralidad de aberturas (315, 315a, 315b) que tienen una segunda área de sección transversal combinada que es menor que la primera área de sección transversal combinada.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde los conjuntos primero y segundo de placas (310, 320) paralelas de la primera red de placas tienen un primer espesor combinado y los conjuntos primero y segundo de placas (310, 320) paralelas de la segunda red de placas tienen un segundo espesor combinado que es mayor que el primer espesor combinado.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde cada una de las placas paralelas de los conjuntos primero y segundo de placas (310, 320) paralelas de la primera red de placas tiene un primer espesor y cada una de las placas paralelas de los conjuntos primero y segundo de placas (310, 320) paralelas de la segunda red de placas tiene un segundo espesor, siendo el segundo espesor mayor que el primer espesor.
6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde cada uno de los conductos (120) de entrada se extiende desde una primera abertura (121) en una superficie (111) exterior del cuerpo (110) de barril hasta una segunda abertura (122) en una superficie (112) interior del cuerpo de barril, y en donde el área de la sección transversal de los conductos (120) de entrada se mide a lo largo de la primera abertura.
7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el paso c) comprende colocar diferentes miembros (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire en al menos uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada a lo largo del tiempo de modo que cada miembro sucesivo de ajuste del flujo de aire que está colocado en el al menos uno de la pluralidad de conductos de entrada reduce el área de la sección transversal del al menos uno de la pluralidad de conductos de entrada más que uno anterior de los miembros de ajuste del flujo de aire que está colocado en el al menos uno de la pluralidad de conductos de entrada.
8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el paso c) comprende reducir progresivamente el área de la sección transversal de cada uno de la pluralidad de conductos (120) de entrada a lo largo del tiempo para reducir la cantidad de aire de ventilación que entra en la cavidad (113) de almacenamiento y mantener la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima de un umbral predeterminado.
9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el al menos un conducto (125) de salida tiene un área de sección transversal, y que comprende, además:
d) reducir progresivamente el área de la sección transversal del al menos un conducto de salida con el tiempo.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire se selecciona para reducir el área de la sección transversal del al menos un conducto (120) de entrada en un porcentaje predeterminado basado en un primer conjunto de condiciones medidas en el momento T1.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el primer conjunto de condiciones comprende la tasa de calentamiento del aire de ventilación en la cavidad (113) de almacenamiento, la temperatura ambiente y el calor de descomposición de los residuos radiactivos de alto nivel en el recipiente (200) metálico.
12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, que comprende además, antes del paso c), realizar una simulación de dinámica de fluidos computacional para calcular un porcentaje del área de la sección transversal de la pluralidad de conductos (120) de entrada y un porcentaje del área de la sección transversal del al menos un conducto (125) de salida que debe cerrarse para mantener la tasa de calentamiento del aire de ventilación por encima del umbral predeterminado, y seleccionar uno o más miembros (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire de un conjunto de miembros de ajuste del flujo de aire para posicionamiento en la pluralidad de conductos (120) de entrada o el al menos un conducto (125) de salida para reducir las áreas de sección transversal de los conductos de entrada y el área de la sección transversal del al menos un conducto de salida en el porcentaje calculado.
13. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde el segundo miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire se selecciona para reducir el área de la sección transversal del al menos uno del uno o más de la pluralidad de conductos (120) de entrada o el al menos un conducto (125) de salida en un porcentaje predeterminado basado en un segundo conjunto de condiciones medidas en el momento T2 que es posterior al tiempo T1.
14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde el primer miembro (300, 300a, 300b) de ajuste del flujo de aire comprende una pluralidad de porciones (315, 315a, 315b) de celdas abiertas, y en donde un área de sección transversal combinada de la pluralidad de porciones de celdas abiertas es menor que el área de la sección transversal de la pluralidad de conductos de entrada en los que está colocado el primer miembro de ajuste del flujo de aire.
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