WO2023175213A1 - Contenedor para resíduos radioactivos - Google Patents

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WO2023175213A1
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ferrule
container
fins
containment barrier
radioactive waste
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Inventor
Jokin Rico Arenal
Francisco BALLESTER MUÑOZ
Diego RODRÍGUEZ SÁEZ
Original Assignee
Ingecid, Investigación Y Desarrollo De Proyectos, S.L.
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/005—Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal
    • G21F5/008—Containers for fuel elements
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
    • G21F5/10—Heat-removal systems, e.g. using circulating fluid or cooling fins

Definitions

  • Container for radioactive waste
  • the present invention refers to a container applicable to the storage of radioactive waste and, especially, spent fuel from nuclear power plants.
  • this layer of forged steel which given its high density has a high shielding capacity for photonic radiation, must be complemented with an external shield for neutron radiation, against which steel does not provide efficiency. enough.
  • This outer shielding usually some type of neutron poison, is arranged in an outer layer, surrounding the steel layer, and in turn is protected externally with a metal structure to prevent damage during handling.
  • the layer of steel used for protection against gamma radiation is a layer, usually, of forged steel, and it is the thickest layer in proportion to the rest of the layers that make up the container protection.
  • Forged steel is more expensive than steel or cast iron, and is more difficult to to handle for the realization of concrete shapes using molds.
  • the invention relates to a container for radioactive waste, specifically intended to house a frame that contains the radioactive waste constituting a radioactive emission source.
  • the container object of the invention maintains an adequate proportion between the thickness of the different protection layers to achieve optimal protection without having to provide the forged steel layer with a great thickness.
  • the container of the invention comprises:
  • radionuclide containment barrier comprising: a first ferrule, a bottom and a lid; said containment barrier delimiting a housing for radioactive waste;
  • a shield against gamma radiation arranged externally with respect to the containment barrier and comprising: a second ferrule provided externally with fins that define gaps between themselves; an outer lid and an outer bottom and;
  • the containment barrier has an upper flange
  • the cover has a sealing gasket fixed by bolts to said upper flange.
  • the shield has a lower closing flange, and the outer cover is provided with a sealing gasket and fixing bolts to the upper flange of the containment barrier.
  • the metal parts of the containment barrier are made of forged steel.
  • the second ferrule arranged around the first ferrule of the containment barrier constitutes an element against gamma radiation, and is fixed to the components. of said containment barrier by means of the lower closing flange.
  • the second ferrule is made up of a wall that has externally the fins that define the gaps to house the neutron shielding material.
  • These gaps are configured in such a way that direct radiation to the outside does not occur without the existence of material that absorbs neutron radiation.
  • the lower closing flange is made of forged steel.
  • the container laterally comprises upper and lower trunnions, made of forged steel, fixed to the upper and lower flanges, and which form means for gripping and manipulating the container during operations.
  • the first ferrule of the containment barrier and the second ferrule are cylindrical and concentric, which allows the assembly of said second ferrule by introducing it through the lower area of the containment barrier, piece by piece. These pieces are fixed together, achieving joint behavior through the lower closing flange.
  • the fins of the second ferrule are arranged longitudinally and distributed throughout the entire contour of said second ferrule.
  • the fins of the second ferrule fulfill the following objectives:
  • the fins have an inclination towards the same side with respect to the radial direction of the second ferrule, so that the neutron radiation-absorbing material housed between said fins significantly reduces the risk of direct radiation exiting to the outside without passing through. by said neutron radiation absorbing material.
  • the second ferrule is made of steel or cast iron, allowing the execution of the necessary shapes by molding, to configure the gaps into which the neutron shielding material is introduced.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an example of the container for radioactive waste according to the invention.
  • FIG. 2 shows an elevation view of the container of the previous figure sectioned by a vertical plane.
  • Figure 3 shows a top plan view of the container of Figure 1 sectioned by a horizontal plane.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the second ferrule of the shielding against gamma radiation.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a variant embodiment of the shield against gamma radiation provided with a third ferrule arranged externally with respect to the fins of the second ferrule.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a variant embodiment of the shield against gamma radiation in which the second and third ferrule are connected by the fins of said second ferrule.
  • FIG. 7 shows an elevation view of a variant embodiment of the second ferrule, sectioned by a vertical plane and formed by an upper part and a lower part superimposed and fitted on top of each other by means of a socket.
  • the container for radioactive waste object of the invention comprises:
  • radionuclide containment barrier (1) comprising: a first ferrule (11), a bottom (12), an upper flange (13) and a cover (14) with a sealing gasket fixed by bolts (15) to said upper flange (13); said containment barrier delimiting a housing (16) for the radioactive waste;
  • a shield (2) against gamma radiation arranged externally with respect to the containment barrier (1) and comprising: a second ferrule (21) provided externally with fins (22) that define gaps between themselves; a lower closing flange (23); an outer cover (24) provided with a sealing gasket and bolts (25) for fixing to the upper flange (13) of the containment barrier (1) and an outer bottom (26) and;
  • the aforementioned container for radioactive waste laterally comprises upper and lower trunnions (4) for gripping and transporting the container.
  • the containment barrier (1) is configured by joining the bottom (12) to the first ferrule (11) and said first ferrule (11) to the upper flange (13).
  • the interior housing (16) of the container is closed by the cover (14) that is fixed to the upper flange (13) with bolts (15).
  • the second ferrule (21), arranged around the containment barrier (1) is made of cast iron or steel, which facilitates the definition in said second ferrule (21) of the fins (22) that allow the following objectives to be met. :
  • the fins (22) of the second ferrule (21) have at their end a stop (27) for retaining the neutron shielding material (3) in the gaps defined between said fins. (22).
  • the shielding against gamma radiation comprises, around the second ferrule (21), a third ferrule (28) for retaining the neutron shielding material (3) in the gaps defined between the fins (22) of said second ferrule (21), making it unnecessary for said fins (22) to have at their end a stop (27) or a specific configuration for retaining the neutron shielding material (3) between them.
  • the second ferrule (21) and the third ferrule (28) of the armor (2) are joined by the fins (22) that delimit together with said ferrules (21, 28) the housing gaps for the neutron shielding material (3).
  • the second ferrule (21) is formed by an upper part (21a) and a lower part (21b) fitted one over the other by means of a socket (21c).
  • Each part (21a, 21b) has the corresponding fins (22a, 22b).
  • the lower closing flange (23) is fixed to the bottom (12) of the containment barrier (1) making the elements of said containment barrier (1) and the second ferrule (21) work together.
  • the container for radioactive waste is additionally protected and shielded with the outer bottom (26) that is fixed to the lower closing flange (23) and with the outer cover (24) that is fixed by bolts (25) to the upper flange ( 13) of the containment barrier (1).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Contenedor para residuos radioactivos, que comprende: una barrera de contención (1) de radionucleídos que delimita un alojamiento (16) para los residuos radioactivos y que comprende: una primera virola (11), un fondo (12), una brida superior (13) y una tapa (14) fijada mediante pernos (15) a dicha brida superior (13); un blindaje (2) contra radiaciones gamma dispuesto exteriormente respecto a la barrera de contención (1) y que comprende: una segunda virola (21) provista exteriormente de unas aletas (22) que definen entre si unos huecos; una brida inferior (23) de cierre, una tapa exterior ( 24) provista de unos pernos (25) de fijación a la brida superior (13) de la barrera de contención (1 ) y un fondo exterior (26) fijado a la brida inferior (23) de cierre y; un material de blindaje neutrónico (3) dispuesto en los huecos definidos entre las aletas (22) de la segunda virola.

Description

DESCRIPCIÓN
Contenedor para residuos radioactivos.
Sector de la técnica.
La presente invención se refiere a un contenedor aplicable en el almacenaje de residuos radioactivos y, especialmente, de combustible gastado procedente de centrales nucleares.
Estado de la técnica anterior
En el estado de la técnica relacionado con el sector indicado son conocidos diversos contenedores que se pueden clasificar de forma genérica en dos tipos: contenedores de hormigón y contenedores metálicos. Dichos contenedores sirven para proteger o envolver el cánister (bidón contenedor) del residuo a proteger o el bastidor donde se alojan los elementos de combustible gastado.
En los contenedores metálicos se emplean diferentes capas de distintos materiales; teniendo una capa de mayor espesor de acero, normalmente forjado, de espesor entre 200 y 300 mm., con altas capacidades mecánicas, que tiene toda la responsabilidad de protección ante solicitaciones mecánicas como pueden ser impactos, solicitaciones sísmicas u otras. Además, esta capa forma una barrera de contención frente a la fuga de radionucleídos.
Desde el punto de vista de blindaje radiológico esta capa de acero forjado, que dada su alta densidad tiene una capacidad de blindaje elevada para radiaciones fotónicas, debe ser complementada con un blindaje exterior para radiaciones neutrónicas, frente a las cuales el acero no proporciona una eficiencia suficiente.
Este blindaje exterior, normalmente algún tipo de veneno neutrónico, se dispone en una capa exterior, rodeando a la capa de acero, y a su vez se protege exteriormente con una estructura metálica para evitar que sufra daños durante la manipulación.
En los contenedores conocidos en el estado de la técnica la capa de acero que se emplea para protección contra la radiación gamma es una capa, habitualmente, de acero forjado, y es la capa más gruesa en proporción con el resto de las capas que configuran la protección del contenedor. El acero forjado es más caro que el acero o hierro fundido, y es más difícil de manejar para la realización de formas concretas mediante moldes.
Explicación de la invención.
La invención se refiere a un contenedor para residuos radioactivos, específicamente destinado a albergar un bastidor que contiene los residuos radioactivos constitutivos de una fuente de emisión radioactiva. El contenedor objeto de la invención, mantiene entre el espesor de las diferentes capas de protección, una proporción adecuada para conseguir una óptima protección sin tener que dotar a la capa de acero forjado de un gran espesor.
El contenedor de la invención comprende:
- una barrera de contención de radionucleídos que comprende: una primera virola, un fondo y una tapa; delimitando dicha barrera de contención un alojamiento para los residuos radioactivos;
- un blindaje contra radiaciones gamma dispuesto exteriormente respecto a la barrera de contención y que comprende: una segunda virola provista exteriormente de unas aletas que definen entre sí unos huecos; una tapa exterior y un fondo exterior y;
- un material de blindaje neutrónico dispuesto en los huecos definidos entre las aletas de la segunda virola.
La unión de las virolas y las tapas y los fondos se realizará por medios convencionales.
En una realización preferente, la barrera de contención presenta una brida superior, y la tapa dispone de una junta de sellado fijada mediante peros a dicha brida superior.
En una realización preferente, el blindaje dispone de una brida inferior de cierre, y la tapa exterior se halla provista de una junta de sellado y de unos pernos de fijación a la brida superior de la barrera de contención.
Las partes metálicas de la barrera de contención son de acero forjado.
La segunda virola dispuesta alrededor de la primera virola de la barrera contención constituye un elemento contra la radiación gamma, y se encuentra fijada a los componentes de dicha barrera de contención mediante la brida inferior de cierre.
La segunda virola está constituida por una pared que dispone exteriormente de las aletas que definen los huecos para alojar el material de blindaje neutrónico.
Estos huecos están configurados de tal forma que no se produce la radiación directa al exterior sin que exista material absorbente de radiación neutrónica.
La brida inferior de cierre es de acero forjado.
Según la invención el contenedor comprende lateralmente unos muñones superiores e inferiores, de acero forjado, fijados a las bridas superior e inferior, y que conforman unos medios para el agarre y manipulación del contenedor durante las operaciones.
La primera virola de la barrera de contención y la segunda virola son cilindricas y concéntricas lo que permite el montaje de dicha segunda virola introduciéndola por la zona inferior de la barrera de contención, pieza a pieza. Dichas piezas son fijadas entre sí consiguiendo un comportamiento solidario mediante la brida inferior de cierre.
De acuerdo con la invención, las aletas de la segunda virola se encuentran dispuestas longitudinalmente y distribuidas por todo el contomo de dicha segunda virola. Así, las aletas de la segunda virola cumplen los siguientes objetivos:
Puente térmico para evacuar el calor residual almacenado en los elementos de combustible.
Protección estructural de los elementos de combustible durante los eventos de accidente al permitir una deformación superior por la orientación y espesor de su sección.
Protección frente a la radiación neutrónica, mediante la configuración de los huecos en los que se aloja el material para blindaje neutrónico.
Todas las aletas presentan una inclinación hacia un mismo lateral respecto a la dirección radial de la segunda virola, de forma que el material absorbente de radiación neutrónica alojado entre dichas aletas reduce de forma significativa el riesgo de salida directa de la radiación hacia el exterior sin pasar por dicho material absorbente de radiación neutrónica. Ventajosamente, la segunda virola es de acero o hierro fundido permitiendo la ejecución de las formas necesarias mediante moldeo, para configurar los huecos en los que se introduce el material de blindaje neutrónico.
Breve descripción del contenido de los dibujos.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
- La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización del contenedor para residuos radioactivos según la invención.
- La figura 2 muestra una vista en alzado del contenedor de la figura anterior seccionado por un plano vertical.
- La figura 3 muestra una vista en planta superior del contenedor de la figura 1 seccionado por un plano horizontal.
- La figura 4 muestra una vista en perspectiva de la segunda virola del blindaje contra radiaciones gamma.
- La figura 5 muestra una vista en perspectiva de una variante de realización del blindaje contra radiaciones gamma provisto de una tercera virola dispuesta exteriormente respecto a las aletas de la segunda virola.
- La figura 6 muestra una vista en perspectiva de una variante de realización del blindaje contra radiaciones gamma en la que la segunda y la tercera virola están conectadas por las aletas de dicha segunda virola.
- La figura 7 muestra una vista en alzado de una variante de realización de la segunda virola, seccionada por un plano vertical y formada por una parte superior y una parte inferior superpuestas y encastradas una sobre otra mediante un encaje. Exposición detallada de modos de realización de la invención.
En el ejemplo de realización mostrado en las figuras adjuntas del contenedor para residuos radioactivos objeto de la invención comprende:
- una barrera de contención (1) de radionucleídos que comprende: una primera virola (11), un fondo (12), una brida superior (13) y una tapa (14) con una junta de sellado fijada mediante pernos (15) a dicha brida superior (13); delimitando dicha barrera de contención un alojamiento (16) para los residuos radioactivos;
- un blindaje (2) contra radiaciones gamma, dispuesto exteriormente respecto a la barrera de contención (1) y que comprende: una segunda virola (21) provista exteriormente de unas aletas (22) que definen entre sí unos huecos; una brida inferior (23) de cierre; una tapa exterior (24) provista de una junta de sellado y de unos pernos (25) de fijación a la brida superior (13) de la barrera de contención (1) y un fondo exterior (26) y;
- un material de blindaje neutrónico (3) dispuesto en los huecos definidos entre las aletas (22) de la segunda virola.
El mencionado contenedor para residuos radioactivos comprende lateralmente unos muñones (4) superiores e inferiores, de agarre y transporte del contenedor.
La barrera de contención (1) se configura mediante la unión del fondo (12) a la primera virola (11) y de dicha primera virola (11) a la brida superior (13).
El alojamiento (16) interior del contenedor se cierra mediante la tapa (14) que se fija a la brida superior (13) con pernos (15).
Preferentemente la segunda virola (21), dispuesta alrededor de la barrera de contención (1), es de hierro o acero fundido lo que facilita la definición en la dicha segunda virola (21) de las aletas (22) que permiten cumplir los siguientes objetivos:
Puente térmico para evacuar el calor residual almacenado en los residuos radioactivos.
Protección estructural de los residuos radioactivos durante los eventos de accidente al permitir una deformación superior por la orientación y espesor de su sección.
Configuración de los huecos para el alojamiento del material de blindaje neutrónico (3).
Protección frente a la radiación gamma mediante su realización con hierro o acero fundido.
En el ejemplo de realización mostrado en las figuras 1 a 4 las aletas (22) de la segunda virola (21) presentan en su extremo un tope (27) de retención del material de blindaje neutrónico (3) en los huecos definidos entre dichas aletas (22).
En la variante de realización mostrada en la Figura 5, el blindaje contra radiaciones gamma comprende, en tomo a la segunda virola (21), una tercera virola (28) de retención del material de blindaje neutrónico (3) en los huecos definidos entre las aletas (22) de dicha segunda virola (21), haciendo innecesario que dichas las aletas (22) dispongan en su extremo de un tope (27) o una configuración específica para la retención del material de blindaje neutrónico (3) entre las mismas.
En la variante de realización mostrada en la Figura 6, la segunda virola (21) y la tercera virola (28) del blindaje (2) se encuentran unidas por las aletas (22) que delimitan junto con dichas virolas (21, 28) los huecos de alojamiento del material de blindaje neutrónico (3).
En la variante de realización mostrada en la Figura 7, la segunda virola (21) está formada por una parte superior (21a) y una parte inferior (21b) encastradas una sobre otra mediante un encaje (21c). Cada parte (21a, 21b) dispone las correspondientes aletas (22a, 22b).
La brida inferior de cierre (23) está fijada al fondo (12) de la barrera de contención (1) haciendo que los elementos de dicha barrera de contención (1) y la segunda virola (21) trabajen de forma conjunta.
El contenedor para residuos radioactivos se protege y blinda adicionalmente con el fondo exterior (26) que se fija a la brida inferior (23) de cierre y con la tapa exterior (24) que se fija mediante pernos (25) a la brida superior (13) de la barrera de contención (1).
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Contenedor para residuos radioactivos, caracterizado por que comprende:
- una barrera de contención (1) de radionucleídos que comprende: una primera virola (11), un fondo (12) y una tapa (14); delimitando dicha barrera de contención (1) un alojamiento (16) para los residuos radioactivos;
- un blindaje (2) contra radiaciones gamma dispuesto exteriormente respecto a la barrera de contención (1) y que comprende: una segunda virola (21) provista exteriormente de unas aletas (22) que definen entre sí unos huecos; una tapa exterior ( 24) y un fondo exterior (26) y;
- un material de blindaje neutrónico (3) dispuesto en los huecos definidos entre las aletas (22) de la segunda virola.
2.- Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que la barrera de contención (1) comprende una brida superior (13), y la tapa (14) dispone de una junta de sellado fijada mediante pernos (15) a dicha brida superior (13).
3. Contenedor, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el fondo (12) y la brida superior (13) de la barrera de contención (1) se encuentran fijados a la primera virola (11).
4.- Contenedor, según la reivindicación 1 , caracterizado por que el blindaje (2) comprende una brida inferior (23) de cierre, y la tapa exterior (24) se halla provista de una junta de sellado y de unos pernos de fijación (25) a la brida superior (13) de la barrera de contención (1).
5. Contenedor, según la reivindicación 4, caracterizado por que la brida inferior (23) de cierre está fijada al fondo (12) de la barrera de contención (1).
6.- Contenedor, según la reivindicación 4, caracterizado por que el fondo exterior (26) se halla fijado a la brida inferior (23) de cierre.
7. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que las aletas (22) presentan una inclinación hada un mismo lateral respecto a la direction radial de la segunda virola.
8. Contenedor, según la reivindicación 1 , caracterizado por que comprende lateralmente unos muñones (4) superiores e inferiores, de agarre y transporte del contenedor.
9. Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera virola (11) es de acero forjado y la segunda virola (21), provista de aletas (22), es de hierro o acero fundido.
10.- Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que las aletas (22) de la segunda virola (21) presentan en su extremo un tope (27) de retención del material de blindaje neutrónico (3) en los huecos definidos entre dichas aletas (22).
11.- Contenedor, según la reivindicación 1, caracterizado por que el blindaje contra radiaciones gamma comprende, en tomo a la segunda virola (21), una tercera virola (28) de retención del material de blindaje neutrónico (3) en los huecos definidos entre las aletas (22) de dicha segunda virola (21).
12. Contenedor, según la reivindicación 11, caracterizado por que la segunda virola (21) y la tercera virola (28) del blindaje (2) se encuentran unidas por las aletas (22) que delimitan, junto con dichas virolas (21, 28), los huecos de alojamiento del material de blindaje neutrónico (9).
13. Contenedor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 y11; caracterizado porque la segunda virola (21) comprende una parte superior (21a) y una parte inferior (21b) encastradas una sobre otra mediante un encaje (21c); y cada parte (21a, 21b) de dicha segunda virola dispone de las correspondientes aletas (22a, 22b).
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