MXPA01010116A - Aparato y metodo para limpiar ultrasonicamente unidades de combustible nuclear irradiado - Google Patents

Abstract

Un aparato (20) para limpiar una unidad de combustible nuclear irradiado (70) incluye una caja (24) adaptada para embragar una unidad de combustible nuclear (70). Una serie de transductores ultrasónicos (22) se coloca en la caja (24) para abastecer energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial para eliminar depósitos de la unidad de combustible nuclear (70).

Description

APARATO Y MÉTODO PARA LIMPIAR ULTRASÓNICAMENTE UNIDADES DE COMBUSTIBLE NUCLEAR IRRADIADO Esta solicitud reclama prioridad a la solicitud de la patente provisional titulada, "Aparato y método para limpiar ultrasónicamente unidades de combustible nuclear irradiado", para "Número de Serie 60/128,391, registrada el 8 de abril de 1999.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere, en general, al mantenimiento de plantas de energía nuclear. Más particularmente, esta invención se refiere a una técnica para limpiar ultrasónicamente unidades de combustible nuclear irradiado de centrales de energía nuclear.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Durante la operación de un reactor de energía nuclear, se depositan impurezas y productos del refrigerante del reactor en las unidades de combustible nuclear. Estos depósitos pueden impactar la operación y mantenimiento de las plantas de energía nuclear en diversas formas; por ejemplo, (a) sus propiedades neutrónicas pueden afectar adversamente el funcionamiento realización nuclear del reactor; (b) su resistencia térmica puede causar elevada temperatura superficial en las varillas del combustible que pueden conducir a fallas en el material de la varilla; (c) su decaimiento radiactivo resultan en trabajo expuesto a la radiación cuando éste se redistribuye a través del sistema refrigerante del reactor, en particular durante fenómenos transitorios de energía; (d) esto complica la inspección a través de las unidades de combustible nuclear irradiado por los métodos visual y de corriente parásita; (e) liberación de depósitos de varillas de combustible tiende a reducir la visibilidad en el depósito de combustible agotado, demorando significativamente otro trabajo en el depósito de combustible durante la interrupción por reabastecimiento de combustible; (f) una vez recargado el reactor sobre las unidades que serán irradiadas una segunda o tercera vez, forman un inventario de material puede ser redistribuido sobre nuevas unidades de combustible de una manera perjudicial. Actualmente, los métodos para remover eficientemente y con un costo eficaz tales depósitos de las unidades de combustible nuclear irradiado carecen de técnicas manuales, de otro modo lentas.

Recientemente ha sido reportado el desvío anómalo del eje (DAE) en reactores de agua a presión (RAP) . DAE es un fenómeno en el que se forman depósitos en el revestimiento metálico de la varilla de combustible debido a la combinación de condiciones locales termo-hidráulicas e impurezas del fluido primario características del reactor y del sistema primario. Estos depósitos actúan como un veneno para la reacción nuclear y causan una distribución anormal de la energía a lo largo de los ejes del núcleo, reduciendo el margen disponible bajo ciertas condiciones de operación. El DAE ha obligado a plantas de energía a reducir el nivel de energía del reactor por periodos prolongados.

El problema de DAE ha necesitado el desarrollo de un mecanismo eficiente, efectivo en costos para remover depósitos de combustible de los RAP. También es deseable que un mecanismo así reduzca la existencia de depósitos total para disminuir las tasas de dosis para el personal de la planta, para mejorar la inspección del combustible, para preparar combustible para almacenamiento seco de largo plazo, y para facilitar la recolección de muestras de impurezas para análisis.

Se han propuesto varios procedimientos para remover depósitos de combustible de los RAP. Un método es limpiar las unidades químicamente in situ en el reactor, o después de ser removidas a una célula de limpieza separada. Hay varios problemas con este procedimiento, que incluye costo, potencial de corrosión por los químicos de limpieza, y la dificultad de destrucción de los químicos altamente contaminados resultantes. Tal vez, el mayor inconveniente de este procedimiento químico es que se consume tiempo, requiriendo varias horas para limpiar una sola unidad de combustible.

Otro procedimiento buscado en la circulación de astillas de hielo en una célula limpiadora donde el flujo de hielo alrededor de las varillas de combustible removería suavemente los depósitos. Hay inquietudes con este procedimiento, que incluye, la efectividad en la limpieza, la dificultad de manejar las astillas de hielo a través de ciertas estructuras de soporte del combustible, la necesidad de crear grandes volúmenes de astillas de hielo, el efecto de las bajas temperaturas de la integridad estructural de las varillas de combustible, y la dilución de boro en el depósito de combustible agotado.

En el pasado, las varillas de combustible individuales y los canales de combustible han sido limpiados por ultrasonido convencional durante el proceso de manufactura. Sin embargo, el ultrasonido convencional podría no ser muy efectivo en la limpieza de grandes haces de varillas de combustible en las unidades de combustible irradiado debido a la baja densidad de energía por volumen unitario que puede ser producido. Además, los transductores de limpieza ultrasónica convencionales son grandes y por lo tanto difíciles de implementar en un depósito de combustible de una instalación común.

En vista de lo anterior, podría ser altamente deseable proporcionar una técnica de bajo costo, efectiva, eficiente en tiempo para remover depósitos de las unidades de combustible nuclear irradiado.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La invención incluye un aparato para limpiar una unidad de combustible nuclear irradiado. El aparato incluye una caja para embragar una unidad de combustible nuclear. Una serie de transductores ultrasónicos se coloca en la caja para abastecer energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial para eliminar depósitos de la unidad de combustible nuclear. El método de la invención esta dirigido hacia la limpieza de una unidad de combustible nuclear irradiado. El método incluye el paso de colocar una unidad de combustible nuclear junto a una caja. Entonces se abastece energía ultrasónica omni-direccional emanando en sentido radial desde transductores colocados en la caja hacia la unidad de combustible nuclear para eliminar depósitos de la unidad de combustible nuclear.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un mejor entendimiento de la invención, deberá hacerse referencia de la siguiente descripción detallada junto con los dibujos acompañantes, en los que: La Figura 1 una vista frontal de un aparato de limpieza ultrasónica construido de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Figura 2 ilustra un transductor ultrasónico usado de acuerdo con una modalidad de la invención para producir energía omni-direccional emanando en sentido radial.

La Figura 3 es una vista lateral de un aparato de limpieza ultrasónica de la Figura 1.

La Figura 4 es una vista de un plano del aparato de limpieza ultrasónica de la Figura 1 con una unidad de combustible nuclear colocada dentro de este.

La Figura 5 ilustra el aparato de limpieza ultra sónica de la Figura 1 y bomba asociada y equipo de filtración usado de acuerdo con una modalidad de la invención.

Las Figuras 6(a)-6(c) ilustra el proceso de colocar una unidad del combustible dentro de la caja de la invención.

La Figura 7 ilustra una modalidad de la invención usando transductores ultrasónicos colocados diagonalmente.

Las Figuras 8(a)-8(b) ilustra un aparato de limpieza ultrasónica móvil de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Figura ilustra el aparato de limpieza ultrasónica de la invención con una bomba integrada y sistema de filtración.

Las Figuras 10-12 ilustran un aparato de limpieza ultrasónica para uso en relación con Reactores de Agua Hirviente.

Los números de referencia parecidos se refieren a partes correspondientes a través de los dibujos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 es una vista frontal de un aparato de limpieza ultrasónica 20 construido de acuerdo con una modalidad de la invención. El aparato 20 incluye los transductores ultrasónicos 22 montados en una caja 24. Una guía 28 es colocado en la parte superior de la caja 24. Una unidad de combustible nuclear (no se muestra en la Figura 1) pasa a través de la guía 28 y dentro de la caja 24. Una vez que la unidad del combustible nuclear se coloca dentro de la caja 24, esta se limpia por la aplicación de energía ultrasónica desde los transductores ultrasónicos 22, como se discutirá más adelante.

Los soportes de reacción de la unidad pueden ser usados para montar la caja 24 a una pared de un depósito de limpieza. Alternativamente, la caja 24 puede ser soportada por una grúa o montacarga. La Figura 1 también ilustra una tubería de filtración 32 y una abertura de enfriamiento de emergencia 30, para uso en el caso que falle el sistema de filtración. La abertura de enfriamiento de emergencia 30 proporciona suficiente eliminación de calor de decaimiento desde el canal de combustible a través de convexión natural en el caso de falla del equipo (por ejemplo, pérdida de bombas) . La tubería de filtración 32 se usa para enviar agua cargada con depósitos removidos hasta una unidad de filtración, como se describe más adelante.

Los transductores 22 pueden ser montados en placas para montaje del transductor 34. Las placas para montaje del transductor 34 se usan para conectar los transductores 22 a la caja 24. se usan separadores de transductores 36 para armar los transductores 22 a las placas de montaje 34 en la posición apropiada.

La Figura 2 ilustra un transductor 22 utilizado de acuerdo con la invención. El transductor 22 incluye un primer transductor piezoeléctrico o pila de transductores 40 y un segundo transductor piezoeléctrico o pila de transductores 42 montados sobre los lados opuestos de una varilla 44. Los transductores 40 y 42 reciben señales de control sobre la línea 46. La configuración del transductor 22 produce ondas de presión emanando en forma radial desde la varilla 24 en todas las direcciones. De esta manera, las ondas de presión que emanan en forma radial se conocen como omnidireccionales .

Las ondas de presión omnidireccionales utilizadas de acuerdo con la invención son contrarios a los transductores ultrasónicos convencionales que producen ondas de presión unidireccionales en el líquido en el que éstas vibran. Los frentes de onda unidireccionales son nominalmente planos, siendo producido por el movimiento de una estructura plana, como la pared o fondo de un baño ultrasónico, al que el transductor esta unido. La energía transmitida se disipa cuando ésta encuentra objetos físicos. De esta manera, en el caso de varillas de combustible de una unidad de combustible, es difícil usar ultrasonido convencional, ya que es difícil de manejar la energía ultrasónica hasta el centro de la unidad de combustible. La energía requerida para llevar a cabo esto es excesiva y podría posiblemente causar daño al combustible .

Los transductores 22 de la invención producen ondas de presión omnidireccionales. Los frentes de onda se producen por el movimiento sincronizado en fase de los dos transductores piezoeléctricos 40 y 42. Las ondas de presión producidas cilindricamente espaciadas de modo que su estructura nodal a lo largo del eje de la barra sea equivalente aproximadamente a la separación de la varilla de combustible o un múltiplo de la separación de la varilla del combustible puede penetrar más fácilmente las hileras de varillas de combustible. Por lo tanto, la limpieza de las varillas interiores dentro del haz de combustible puede llevarse a cabo con mucha menor entrada de energía de la que sería requerida si tal limpieza interior se hiciera usando ultrasonido convencional. En otras palabras, los transductores, la colocación desplazada, y sus reflectores operan para producir un campo de energía que llena el espacio, que tiene suficiente energía en el interior de la unidad de combustible para limpiar los depósitos de la varilla de combustible más altamente protegida rápidamente, sin transmitir demasiada energía a una varilla de combustible que el movimiento del recubrimiento dañe físicamente los pelets de combustible.

La invención ha sido implementada usando transductores PUSH-PULL vendidos por Martín Walter Ultraschaltechnik, GMBH, Staubernhardt, Alemania. Estos transductores están descritos en la Patente Estadounidense No. 5,200,66, que se incorpora en la presente como referencia. Frecuencias ultrasónicas entre 20 KHz y 30 KHz y la energía de transductor entre 1000 y 1500 wats han probado tener éxito. Esto ha producido una densidad de energía entre 20-30 wats/galón que es una densidad de energía particularmente efectiva para remover depósitos de una unidad de combustible irradiado. Esta densidad de energía se cree que es significativamente menor que la densidad de energía realizada durante el uso de transductores ultrasónicos convencionales.

Otros transductores que pueden ser usados para producir energía omnidireccional emanando en forma radial de acuerdo con la invención incluyen transductores de radiador telsónico (tubo) y transductores sonotrodo (con un transductor en un solo lado de una varilla) .

En una modalidad, el cuerpo del transductor 44 esta formado de titanio y se usan capas finales de acero inoxidable. Las juntas, cableado y conectores asociados con el aparato deberán ser configurados para operar dentro de un Depósito de Combustible Agotado y de otra manera deben cumplir con todos los requerimientos de compatibilidad normales y requerimientos de seguridad (por ejemplo, Exclusión de Material Extraño, o EME, requerimientos en el área de manejo de combustible), de costumbre en plantas de energía nuclear.

La Figura 3 es una vista lateral de un aparato 20 de la Figura 1. La Figura 3 ilustra el canal de combustible o la caja 24, el soporte de reacción de la unidad 26, la guía 28, tubería de filtración 32, reflectores 50, y una viga de montaje de la unidad 52. Los reflectores 50 se usan para incrementar la cantidad de energía ultrasónica que se abastece hasta la unidad de combustible. Es decir, los reflectores 50 operan para reflejar la energía ultrasónica dentro de la unidad de combustible. Las vigas de montaje de la unidad 52 se usan para conectar las placas de montaje del transductor 34 hasta los soportes del reactor de la unidad 26. Los soportes del reactor de la unidad 26 presionan contra la pared 54 de un depósito de combustible donde la limpieza tiene lugar, como se describe más adelante.

La caja 24, las placas de montaje 34, los separadores 36 y los reflectores 50 pueden ser formados de acero inoxidable. Otros materiales pueden ser útiles si cumplen con los requisitos generales de seguridad y compatibilidad de los materiales, normales para la operación de las plantas de energía nuclear. En particular, el material seleccionado deberá ser compatible para su uso en áreas de almacenamiento y manejo de combustible de una planta, que incluye el depósito de combustible agotado y la caja de embarque blindada.

Preferiblemente, las superficies interiores de la caja 24 están electro-pulidas para reducir la oportunidad de que partículas radioactivas se depositen en estas superficies o se alojen en hoyos o grietas en estas superficies. Esto hace posible que la caja pueda ser desmontada y embarcada sin exposición de personal a la radiación. Observe que los transductores ultrasónicos 22 pueden ser usados para limpiar la caja 24. Esto es, los transductores 22 se activan cuando la caja esta vacía para limpiar de depósitos las paredes de la caja.

La Figura 4 es una vista de un plano del aparato de limpieza ultrasónica 20. La Figura 4 claramente ilustra los siguientes componentes previamente descritos; los transductores 22, la caja 24, las placas de montaje del transductor 34, los separadores del transductor 36 y los reflectores. La figura también ilustra los separadores de la caja 60, que operan para permitir el paso de energía ultrasónica a los dos lados del aparato que no dispone de superficie transductora. Cada reflector 50 incluye una superficie interior del reflector 56 y una superficie exterior 54 separada por un espacio de aire 56. Esta configuración ha probado ser particularmente efectiva en la reflexión de la energía ultrasónica.

La Figura 4 también ilustra una unida de combustible 70 colocada dentro de la caja 24. La unidad de combustible 70 incluye varillas de combustible individuales 72. Se muestran depósitos 74 adheridos a las varillas de combustible 72. Depósitos de este tipo son removidos de acuerdo con la invención.

La Figura 4 ilustra una unidad de combustible 17 x 17 70. La caja 24 puede ser configurada para aceptar todos los diseños de combustible para Reactor de agua ligera. Naturalmente, la caja también puede ser implementada para fuentes de combustible alternas.

Los aparatos de las Figuras 1-4 proporcionan ultrasonidos de alta densidad energética para remover depósitos apretadamente adheridos de las unidades de combustible nuclear irradiado. En particular, los transductores 22 producen una densidad de energía y un campo sónico para penetrar hacia el centro del haz de combustible para limpiar el revestimiento mecánico de la varilla de combustible localizado en ésta. Los transductores 22 son instalados (ejes orientados horizontalmente) en arreglos verticales a lo largo de dos lados de la unidad de combustible (por ejemplo, como se muestra en la Figura 1) . La Figura 1 ilustra transductores 22 en la parte superior de la caja porque ésta corresponda a la posición de los depósitos en la mayoría de los reactores de agua presurizada. Naturalmente, los transductores 22 pueden estar colocados a lo largo de la longitud entera de la caja 24 o en localizaciones estratégicas limitadas.

Las varillas de combustible dentro de una unidad 70 normalmente ascienden a 200 y están arregladas en una matriz cuadrada (por ejemplo, 17 x 17). En una unidad candidato para limpieza, el revestimiento que aloja la pila de pelets de combustible esta cubierto con depósitos, los cuales serán removidos. Para cada arreglo vertical de transductores, los transductores adyacentes se desplazan en la dirección lateral, de modo que los nodos en un transductor (es decir, puntos que sufren cero desplazamiento para la forma del modo excitado) son alineados con los puntos de máximo desplazamiento en los transductores adyacentes arriba y abajo durante la operación del sistema. Además, cada transductor se desplaza axialmente en esta manera a partir de uno localizado sobre el lado opuesto de la unidad de combustible. En otras palabras, es deseable colocar los transductores para desplazamiento de media onda (o múltiplos de ésta) a lo largo del eje de los transductores del frente. Esta colocación mejora notablemente la penetración del haz tubular.

La Figura 5 ilustra el aparato de la invención 20 colocado en un depósito de combustible 80. El aparato 20 está montado usando los soportes de reacción de la unidad 26. Un cable 82 también puede ser usado para soportar el aparato 20. El aparato 20 tiene asociada una bomba y unidad de filtración 90. La unidad 90 incluye cuando menos una bomba 92 y un juego de filtros 94. De preferencia, un censor de radiación 96 esta colocado en el punto de entrada hacia la bomba. El censor de radiación 96 se usa para determinar cuando la unidad de combustible esta limpia. En particular, cuando la actividad gama en el censor 96 desciende a un valor base, se sabe que no más partículas de combustible depositado fi^jffigy^ están siendo removidas y por lo tanto la limpieza esta completa.

La Figura 5 también ilustra el equipo de control auxiliar 100 asociado con modalidades de la invención. El equipo 100 puede incluir generadores de energía ultrasónica 102, bomba y sistema de circuitos de control de filtración y bombeo 106, y un sistema de limpieza y filtración 108.

Las Figuras 6(a)-6(b) ilustran la colocación de una unidad de combustible 70 en una representación simplificada de la caja 24. La unidad de combustible 70 se coloca usando un elevador 110. En la Figura 6 (a) la unidad de combustible 70 esta dentro de la caja 24. En la Figura 6(b) la unidad de combustible 70 esta parcialmente removida de la caja 24. En la Figura 6(c) la unidad de combustible 70 es removida de la caja 24. El elevador 110 de las Figuras 6(a)-6(b) puede ser usado en el sistema de la Figura 5 para insertar y retirar una unidad de combustible del depósito 80. El elevador 110 también puede ser usado para volver a colocar la unidad de combustible 70 durante la limpieza ultrasónica, para limpiar áreas diferentes a lo largo de la longitud axial de la unidad de combustible 70.

Una vez que la unidad de combustible 70 se coloca dentro de la caja 24, comienza la limpieza ultrasónica. Se han alcanzado exitosos resultados usando ondas ultrasónicas radiales omnidireccionales que operan a una frecuencia de entre aproximadamente 20 y 30 KHz y una potencia del transductor entre 1000 y 1500 wats. Como se aprecia con referencia a la Figura 5, la bomba 92 acarrea agua a través de la unidad de combustible, inundando así los depósitos que son removidos por la energía ultrasónica producida por los transductores 22. El flujo descendente a través de la caja 24 elimina la necesidad por sellar la parte superior de la caja 24.

De preferencia, la unidad de combustible 70 esta soportada todo el tiempo por el elevador 110 para que la caja 24 nunca soporte efectivamente el peso de la unidad de combustible 70 durante el proceso de limpieza. Como se describió previamente, los transductores 22 están montados en la parte exterior de la caja 24 de modo que la energía ultrasónica pase a través de las paredes de la caja. Las pruebas han demostrado que el efecto principal de las paredes interpuestas de la caja es la atenuación de la porción de baja-frecuencia de la señal ultrasónica.

La porción de alta-frecuencia de la señal ultrasónica (es decir, frecuencias mayores que 10 KHz) , responsables en su mayor parte de la limpieza exitosa, pasa a través de una caja diseñada adecuadamente con poca atenuación.

Una secuencia de limpieza común de acuerdo con la invención es como sigue. El elevador del combustible 110 recoge una unidad de combustible 70 desde una estantería para almacenar combustible. La maquinaria móvil asociada con el elevador transporta la unidad de combustible 70 hasta el depósito 80 o alguna otra estación de limpieza. De preferencia, la unidad de combustible 70 es video grabada cuando ésta es insertada dentro de la caja 24. Como ejemplo, la Figura 6(b) ilustra una cámara 120 colocada en la parte superior de la caja 24 para grabar la unidad de combustible 70. Los transductores 22 son entonces energizados. De preferencia, el elevador 110 se usa para mover despacio la unidad 70 hacia arriba y luego hacia abajo, en intervalos de 2 minutos (es decir, hacia arriba por 2 minutos, hacia abajo por 2 minutos). Cada excursión lenta es de preferencia de algunas pulgadas aproximadamente.

La actividad de la radiación gama se supervisa con un censor 96. El agua con partículas de combustible radioactivo depositado es bombeada por la bomba 92 a través de los filtros 94 y entonces se regresa al depósito 80. De preferencia se revisa la radioactividad total de los filtros 94. Una vez que la actividad gama en el sensor 96 desciende regresando a la línea base, se sabe que no están siendo removidas más partículas de combustible depositadas y, por lo tanto, la limpieza esta completa. La secuencia de limpieza común es entre 7-10 minutos. Esto representa un contraste con los métodos químicos de la técnica anterior que duraban horas. La secuencia de tiempo de limpieza asociada con la invención puede ser reducida incrementando el poder del transductor. Existen evidencias experimentales que sugieren que el poder del transductor incrementado no daña los pelets de combustible. Después de la limpieza, la unidad de combustible 70 se retira de la caja 24, mientras esta siendo video grabado. La video grabación de antes y después de la limpieza puede ser estudiada para confirmar el éxito del proceso.

El elevador 110 entonces mueve una unidad de combustible 70 hasta el estante para almacenar combustible para limpieza. Observe que en el caso de una caja soportada fuertemente 24, un solo elevador 110 puede ser usado para cargar un juego de aparatos de limpieza ultrasónica 20, tal configuración mejora el rendimiento total.

La técnica de la invención fue exitosamente demostrada en 16 unidades de combustible una vez irradiadas que fueron procesadas de acuerdo con la invención durante una interrupción para abastecer combustible. Las unidades limpias entonces fueron recargadas para posterior irradiación en el reactor. Las unidades de combustible fueron supervisadas para señales de degradación de la integridad de los pelets y para señales que los depósitos de combustible que causan Anomalía de Desviación Axial posiblemente no habrían sido suficientemente limpiados. La tensión más seria para los pelets ocurre durante la puesta en marcha del reactor. No hubo indicación de efectos adversos en los pelets durante el reinicio, y no se observaron efectos adversos posteriores durante la operación continua del reactor. Además, mapas del flujo de neutrones indican que los depósitos de combustible en las áreas más críticas bajo las rejillas de la unidad fueron suficientemente removidos de modo que la unidad está funcionando como nuevo combustible, sin indicación de depresiones de flujo anómalas .

Además de la demostración de la efectividad de la invención en el campo, la invención también resistió exitosamente una variedad de pruebas de laboratorio. En particular, una serie de experimentos fueron realizados con muestras de revestimiento de combustible Zircaloy oxidado con aire. En particular, se revisó una simulación de laboratorio de una unidad de varilla de combustible 17 x 17. Las pruebas demostraron ningún daño metalúrgico al óxido del revestimiento como resultado de la exposición prolongada a la limpieza ultrasónica de la invención. Esta prueba indica que el revestimiento del combustible (la pared metálica cilindrica que contiene los pelets de combustible que en combinación constituyen la varilla de combustible) no fue afectada adversamente por exposición de las unidades de combustible al proceso de limpieza ultrasónica.

La técnica de limpieza ultrasónica de la invención puede limpiar sin impartir fuerza que dañe potencialmente los pelets de combustible. Las ondas ultrasónicas utilizadas de acuerdo con la invención no penetran el espacio de gas que normalmente se encuentra entre los pelets y la superficie interior del revestimiento, de modo que el único medio para transmitir energía vibracional perjudicial para los pelets es por movimiento de la superficie interior del revestimiento contra los pelets. Los resultados experimentales demuestran que el espectro de vibración del revestimiento es comparable con el espectro de vibración experimentado por el combustible durante la operación. Que las vibraciones dañinas estén unidas por condiciones de operación normales en el reactor no se podría esperar como cierto para ultrasonido convencional, ya que se requiere mucho mayor consumo de energía para limpiar las varillas interiores dentro del haz de combustible del que podría esperarse que dañaría los pelets.

Los expertos en la técnica apreciarán que la invención puede ser implementada en una variedad de configuraciones. A manera de ejemplo, las modalidades adicionales se muestran en las Figuras 7-10.

La Figura 7 ilustra el transductor 22 de la invención orientado a 45° en un plano vertical, más que horizontalmente, como en las modalidades previas. El transductor 22 puede ser colocado dentro de una plataforma 120 de una ménsula y de montaje 122. Por medio del ejemplo, el aparato de la Figura 7 puede ser montado en la parte superior de la caja 24 de las Figuras 6(a)-6(c) . En esta modalidad, la unidad de combustible 70 es elevada y bajada más allá de los transductores durante el proceso de limpieza, como se muestra en las Figuras 6(a)-6(c) .

Se puede notar que la invención puede ser implementada con transductores en los cuatro lados de la caja 24. Tales modalidades incluyen reflectores para cada transductor.

La Figura 8 (a) ilustra una modalidad de la invención en la que los transductores 22 son montados en una caja 130 que es elevada y bajada durante el proceso de limpieza, mientras la unidad de combustible 70 permanece estacionaria. Esta modalidad de la invención demuestra que la caja 130 no necesita rodear la unidad de combustible. En la modalidad de las Figuras 1-5 la caja 24 opera para proteger el combustible, mejora la filtración y el enfriamiento, y contiene los depósitos removidos. La caja también puede operar para simplemente soportar los transductores ultrasónicos, como se muestra en la Figura 8a.

La caja 130 de la Figura 8a está unida a un cable elevado 132. Un contrapeso 134 se usa usado para equilibrar el peso de la caja 130. El contrapeso 134 está unido a un cable nivelador 133. El cable elevador 132 es movido por los elevadores 136, que están colocados sobre una viga de soporte 138. Puede ser usado un freno 140 para controlar el movimiento de la caja 130.

La Figura 8 (b) es una ilustración detallada de la caja 130. En esta modalidad, la caja 130 tiene montados los transductores 22 en una guía 150, que tiene un reflector asociado 152.

La Figura 9 ilustra un canal 160 para recibir un aparato de limpieza ultrasónica de la invención y una unidad de combustible asociada. El canal 160 incluye una bomba integrada 162 y filtros integrados 164 y 166. De esta manera, en esta modalidad, un solo sistema integrado proporciona las funciones de limpieza y filtración. El filtro 164 puede ser un filtro grueso para circulación interna, mientras el filtro 166 puede ser un filtro fino para vaciado a un depósito de combustible durante la limpieza final. El bloque 168 ilustra que el filtro fino puede ser implementado con una matriz de filtros plegados (por ejemplo, nueve filtros de 2 pulgadas, plegados) .

Las Figuras 10-12 ilustran una modalidad de la invención para usar con reactores de agua hirviente. En particular la Figura 10 ilustra un aparato para limpiar combustible acanalado usado en relación con reactores de agua hirviente sin descanalización de la unidad de combustible. La Figura 10 ilustra una caja 200 que soporta un juego de transductores 22 montados verticalmente. Aunque no se muestra en la Figura 10, los transductores pueden abarcar toda la longitud axial de la caja 200.

La Figura 11 es una vista de la parte superior de la caja 200 tomada a lo largo de la línea 11-11 de la Figura 10. La Figura 11 ilustra los transductores 22 montados alrededor de una unidad de combustible 202. De preferencia, la caja 200 incluye un reflector 204. La Figura 12 ilustra un reflector 204, que incluye una superficie reflejante interior 206 y una superficie exterior 208. Un espacio de aire 210 se coloca entre la superficie interior reflejante 206 y la superficie exterior 208.

Los expertos en la técnica reconocerán que la invención proporciona una técnica de bajo costo, compacta, efectiva, eficiente en tiempo para remover depósitos de unidades de combustible nuclear. La técnica de la invención es extremadamente rápida comparada con los métodos químicos de la técnica anterior.

La invención también permite que una unidad de combustible sea limpiada sin que se desensamble. La técnica de la invención no produce desplazamientos adversos del revestimiento metálico que podría de otra manera amenazar la integridad física de los pelets de combustible irradiado. En otras palabras, la invención puede limpiar depósitos interiores en una unidad de combustible sin ninguna consecuencia durante el reinicio ulterior del reactor.

Otro beneficio significativo asociado con la invención se refiere al manejo mejorado de la radiación y reducida exposición a la radiación para el personal de la planta. Las partículas de combustible depositados removidas por el proceso de limpieza son en realidad el mismo material radioactivo que, cuando se distribuye alrededor del circuito de enfriamiento como resultado de fenómenos transitorios térmico-hidráulico en el núcleo, hace más significativo el personal durante las interrupciones [sic] . Así, la limpieza el combustible y embotellado de las partículas radioactivas en filtros, mismos que pueden ser almacenados sin peligro en el depósito de combustible durante periodos prolongados (mientras su actividad decae) , es posible lograr reducciones en la tasa de dosis durante interrupciones y dosis para el personal. De aquí, la limpieza del material como una estrategia para controlar la tasa de dosis y reducción de la tasa de dosis es un nuevo método viable para reducir los costos del manejo de radiación.

La descripción anterior, para propósitos de explicación, usa nomenclatura específica para proporcionar entendimiento un detallado de la invención. Sin embargo, será evidente para un experto en la técnica que no se requieren detalles específicos para practicar la invención. En otros casos, se muestran aparatos y circuitos bien conocidos en forma de diagrama en bloque para evitar distracción innecesaria del fundamento de la invención. De esta manera, las descripciones anteriores de las modalidades específicas de la presente invención se presentan para propósitos de ilustración y descripción. Estas no tienen la intención de ser exhaustivas o limitar la invención de las formas precisas publicadas, desde luego son posibles muchas modificaciones y variaciones en vista de las enseñanzas anteriores. Las modalidades fueron elegidas y descritas para explicar mejor los principios de la invención y sus aplicaciones prácticas, con lo cual otros expertos en la técnica harán posible el mejor uso de la invención y ciertas modalidades con algunas modificaciones adecuadas para el uso particular contemplado. Se entiende que el alcance de la invención está definido por las siguientes cláusulas y sus equivalentes. -u-.-Mii-a-L-i-,

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para limpiar una unidad de combustible nuclear irradiado, que comprende: una caja; y una pluralidad de transductores ultrasónicos colocados en la caja para abastecer energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial que quita depósitos de una unidad de combustible nuclear irradiado colocada cerca de la caja.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de transductores ultrasónicos cada uno está configurado para incluir una varilla con un primer extremo y un segundo extremo, un primer transductor piezoeléctrico colocado en el primer extremo y un segundo transductor piezoeléctrico colocado en el segundo extremo.

3. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de transductores ultrasónicos tienen un reflector asociado que incluye una primera superficie reflectora, un espacio de aire y una superficie exterior.

4. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de transductores ultrasónicos incluye un primer transductor colocado para producir una primera serie de ondas de energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial con mínimo desplazamiento de los nodos a posiciones selectivas, y un segundo transductor colocado para producir una segunda serie de ondas de energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial con máximo desplazamiento de los nodos a las posiciones seleccionadas.

5. El aparato de la reivindicación 1, en donde la caja incluye un primer extremo con una guía para dirigir la unidad de combustible nuclear dentro de la caja.

6. El aparato de la reivindicación 1, en donde la caja incluye un segundo extremo con una abertura definiendo un agujero de enfriamiento de emergencia.

7. El aparato de la reivindicación 6, en donde el segundo extremo está configurado para recibir tubería de filtración.

8. El aparato de la reivindicación 7 además comprende una bomba conectada a la tubería de filtración.

9. El aparato de la reivindicación 8 además comprende un filtro conectado a la bomba.

10. El aparato de la reivindicación 1 además comprende un elevador para colocar la unidad de combustible nuclear irradiado dentro de la caja.

11. El aparato de la reivindicación 10, en donde el elevador coloca la unidad de combustible nuclear en una secuencia de posiciones a lo largo del eje longitudinal de la caja mientras se activa la pluralidad de transductores ultrasónicos.

12. Un método para limpiar una unidad de combustible nuclear irradiado, el método comprende los pasos de: colocar una unidad de combustible nuclear junto a una caja; y abastecer de energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial desde los transductores colocados sobre la caja hasta la unidad de combustible nuclear para quitar los depósitos de la unidad de combustible nuclear.

13. El método de la reivindicación 12, en donde el paso de abastecimiento incluye el paso de reflejar selectivamente la energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial dentro de la caja.

14. El método de la reivindicación 12 además comprende el paso de circular un líquido a través de la caja durante el paso de abastecimiento.

15. El método de la reivindicación 14 además comprende el paso de filtración del líquido.

16. El método de la reivindicación 14 además comprende el paso de medir la actividad radioactiva dentro de el líquido.

17. El método de la reivindicación 16, además comprende el paso de interrumpir el paso de abastecimiento cuando la actividad radioactiva desciende hasta un nivel predeterminado.

18. El método de la reivindicación 12 además comprende el paso de volver a colocar la unidad de combustible nuclear en una secuencia de posiciones a lo largo del eje longitudinal de la caja durante el paso de abastecimiento .

19. El método de la reivindicación 13, en donde el paso de abastecimiento incluye el paso de: abastecer energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial con una frecuencia entre aproximadamente 20 hasta 30 kHz a una potencia del transductor entre 1000 y 1500 watts.

20. El método de la reivindicación 12, en donde el paso de abastecimiento incluye el paso de abastecer una primera serie de ondas de energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial con mínimo desplazamiento de los nodos a las posiciones seleccionadas, y abastecer una segunda serie de ondas de energía ultrasónica omnidireccional emanando en sentido radial con máximo desplazamiento de los nodos a las posiciones seleccionadas.