ES1327838U - Dispositivo para caracterizar residuos radiactivos en un contenedor - Google Patents

Abstract

Dispositivo (1) para caracterizar residuos radiactivos en un contenedor (2), estando el dispositivo (1) caracterizado por que comprende: - un soporte (8); - detectores (11) de radiación de centelleo, soportados por el soporte (8); y - medios de desplazamiento, para proporcionar un desplazamiento relativo entre el soporte (8) y el contenedor (2), en una longitud de desplazamiento (10) a lo largo de una primera dirección de desplazamiento (9).

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] DISPOSITIVO PARA CARACTERIZAR RESIDUOS RADIACTIVOS EN UN CONTENEDOR

[0005] Campo técnico

[0007] La presente invención se puede incluir dentro del campo de la gestión de residuos, en particular de residuos radiactivos, provenientes de instalaciones nucleares o radiactivas. De manera más concreta, el objeto de la invención se refiere a un dispositivo que permite la caracterización de dichos residuos radiactivos, para determinar un valor de actividad radiológica asociado.

[0009] Antecedentes

[0011] En el marco nuclear español actual, para la caracterización de los llamados “residuos de muy baja actividad” (RBBA) (es decir, por debajo de un umbral de 100 Bq/g para los isótopos más habituales, tal como U-235; en general el umbral varía entre 10-1000 Bq/g, en función de cada isótopo considerado, por ejemplo, el umbral es de 10 Bq/g para Co-60, y es de 1000 Bq/g para Sr-90), se utilizan contenedores de formato CMT, con volumen máximo admisible de 1.320 L y peso máximo de 3300 kg, realizándose la caracterización de los residuos de diversas formas:

[0013] - Mediante espectrometría gamma, con un único detector, que va realizando medidas en todo el perímetro del contenedor, siendo el detector posicionado manualmente en al menos ocho sectores del contenedor, lo que resulta en un proceso lento, ya que la medida en cada posición puede durar del orden de 5 minutos. Los detectores utilizados en este tipo de equipos suelen ser de dos tipos: bien de NaI(Tl), con gran eficiencia y baja resolución, lo que presenta problemas para determinar picos cercanos de diferentes radioisótopos; o bien detectores de HPGe (detectores de Germanio de alta pureza), con buena resolución, pero menor eficiencia que los de NaI(Tl) para iguales volúmenes, y con la necesidad de refrigeración constante.

[0015] - Con radiómetros portátiles, mediante medidas de tasa de dosis, determinando posteriormente la actividad por medio de una correlación calculada previamente de forma empírica, siendo una técnica con grandes incertidumbres a la hora de determinar la actividad de los residuos.

[0016] - Existen otros equipos, con uno o varios detectores HPGe dispuestos a los lados, por encima o debajo del contenedor, y que requieren refrigeración constante, que son utilizados habitualmente para la medida de desclasificación de materiales o, puntualmente, para la caracterización de RBBA. El tiempo de medida total típico es de 10 minutos (para contenedores de formato CMT), pero no se utilizan para contenedores de mayor tamaño para RBBA.

[0018] En conclusión, actualmente los equipos de caracterización utilizados en el marco nuclear español adolecen de, bien requerir refrigeración constante, bien de mostrar baja resolución para determinar picos de diferentes isotopos, o bien de centrarse en caracterización de residuos en contenedores de menor tamaño.

[0020] Es importante indicar que la incertidumbre asociada a la caracterización debe ser la mínima razonablemente posible, de cara a optimizar el envío de bultos a una instalación nuclear capacitada para almacenamiento de residuos radiactivos, como El Centro de Almacenamiento El Cabril.

[0022] Descripción resumida de la invención

[0024] La presente invención presenta, según se describe en la reivindicación 1 independiente, un dispositivo para caracterizar residuos radiactivos en contenedores, siendo los residuos radiactivos provenientes de instalaciones, tales como nucleares o radiactivas. De manera más concreta, el sistema de caracterización de residuos de la invención comprende un soporte, así como detectores de radiación de centelleo, soportados por el soporte, y medios de desplazamiento, para proporcionar un desplazamiento relativo entre el soporte y el contenedor o los contenedores, en una longitud de desplazamiento a lo largo de una dirección de desplazamiento. Los detectores son preferentemente detectores de alta resolución, en particular, a modo de ejemplo, de bromuro de cerio.

[0026] El dispositivo de la invención permite caracterizar actividad radiactiva dentro de contenedores CMT (o de contenedores de tamaño mayor, como CMC) de forma rápida y no invasiva, empleando detectores de centelleo, preferentemente de bromuro de cerio, montados a un soporte, con configuración preferentemente de marco, y que rodea el contenedor, con los detectores enfrentados a cuatro caras (superior, inferior y dos laterales opuestas) del contenedor. A través de medios de desplazamiento, se genera un desplazamiento relativo entre el marco y el contenedor (desplazando uno de los dos, o ambos), para tomar mediciones de actividad radiactiva a través de los detectores, en diversas posiciones del contenedor respecto del soporte. Las mediciones son procesadas para determinar un valor actividad asociado al contenedor y a los residuos que contiene.

[0028] Tal como se ha indicado, los detectores empleados son detectores de centelleo de nueva generación, que ofrecen una combinación de alta resolución energética, rápida respuesta temporal y baja radiactividad intrínseca, lo que los hace adecuados para aplicaciones exigentes, tales como espectrometría de rayos gamma y detección ambiental o espacial. Sus características vienen resumidas en la tabla 1 siguiente.

[0031]

[0035] TABLA 1:

[0036] PROPIEDADES DE LOS DETECTORES DE CENTELLEO DE NUEVA GENERACIÓN DE

[0037] ALTA RESOLUCIÓN

[0039] El empleo de detectores de centelleo de alta resolución, proporciona las siguientes ventajas:

[0041] - Analizar contenedores de mayor volumen y densidad con una incertidumbre razonable. En particular, el dispositivo permite analizar contenedores de tamaño aproximadamente 2,5 veces el tamaño del contenedor de formato CMT comúnmente empleado, lo además reduce tiempo de pretratamiento de los residuos.

[0042] - Mejorar el control de la homogeneidad radiológica de los contenedores realizando un mayor número de medidas, obteniendo más información del bulto para determinar con mayor precisión el grado de homogeneidad del residuo.

[0044] - Aumentar velocidad de caracterización, evitando así saturar los espacios dedicados a almacenamiento temporal de residuos a espera de realizar la caracterización radiológica.

[0046] - Reducir tiempo empleado en pretratamiento de los residuos, ya que no es necesario cortar los residuos a geometrías compatibles con un contenedor de formato CMT, sino que valdría con cortarlos para geometrías CMC. Se reduce, por tanto, la dosis de radiactividad recibida por el operario encargado del pretratamiento.

[0048] Breve descripción de las figuras

[0050] Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben considerarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:

[0052] La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un dispositivo para caracterización de residuos radiactivos en contenedores de acuerdo con la presente invención, con el contenedor dispuesto en la primera posición de medición, más adelantada.

[0054] La figura 2 muestra una vista lateral esquemática en sección de un detector de radiación del dispositivo de la figura 1.

[0056] La figura 3 muestra una vista esquemática en perspectiva que ilustra el movimiento del contenedor respecto del soporte y el movimiento de los detectores respecto del soporte.

[0058] Listado de referencias.

[0060] 1 Dispositivo

[0061] 2 Contenedor

[0062] 3 Cara superior

[0063] 4 Cara inferior

[0064] 5 Cara anterior

[0065] 6 Cara posterior

[0066] 7 Caras laterales

[0067] 8 Soporte

[0068] 9 Primera dirección de desplazamiento

[0069] 10 Longitud de desplazamiento

[0070] 11 Detectores

[0071] 12 Brazos

[0072] 13 Soportes de elevación

[0073] 14 Colimadores

[0074] 15 Carcasa

[0075] 16 Cilindro de polietileno

[0076] 17 Cilindro de plomo

[0077] 18 Guías

[0078] 19 Plataforma

[0079] 20 Segunda dirección de desplazamiento

[0081] Descripción detallada de un ejemplo de realización

[0083] Seguidamente, se ofrece, con ayuda de las figuras adjuntas 1-3 antes citadas, una descripción en detalle de un ejemplo de realización preferente de un dispositivo (1) para caracterizar residuos radiactivos, de acuerdo con la presente invención.

[0085] Los residuos están destinados a acceder al dispositivo (1) de la invención cargados en contenedores (2). Según se muestra en la figura 1, los contenedores (2) disponen de: cara superior (3), cara inferior (4), cara anterior (5), cara posterior (6) y dos caras laterales (7) opuestas. En el estado de la técnica, se emplean usualmente contenedores (2) cuyo formato se denomina CMT, que presenta unas dimensiones interiores (largo x ancho x alto), en centímetros, de respectivamente 174 x 174 x 87, con un volumen de 1,32 m<3>y un peso máximo de 3300 kg. El dispositivo (1) de la invención permite manejar, ventajosamente, contenedores (2) mayores al CMT; en concreto, contenedores (2) de formato igual a CMC, de dimensiones interiores (largo x ancho x alto), en centímetros, de respectivamente 195 x 195 x 90, con un volumen de 3,42 m<3>y un peso máximo de 8556 kg, para unas dimensiones exteriores, incluyendo soportes metálicos, de 219 x 219 x 100, también en centímetros. El dispositivo (1) está dimensionado para caracterizar al menos un contenedor (2) CMC, aunque también puede caracterizar dos contenedores (2) de tipo CMT contiguos.

[0086] El dispositivo (1) comprende un soporte (8), así como unos medios de desplazamiento configurados para proporcionar un desplazamiento relativo entre el contenedor (2) y el soporte (8), en una primera dirección de desplazamiento (9) perpendicular a caras anterior (5) y posterior (6) del contenedor (2), que son las caras no analizadas. En el ejemplo ilustrado por las figuras, los medios de desplazamiento permiten desplazar el contenedor (2), con el soporte (8) fijo, aunque también se pueden contemplar otras opciones, como desplazamiento del soporte (8) con el contenedor (2) fijo, o desplazamiento tanto del contenedor (2) como del soporte (8), a lo largo de la primera dirección de desplazamiento (9). Los medios de desplazamiento permiten cubrir una longitud de desplazamiento (10) relativo a lo largo de la primera dirección de desplazamiento (9).

[0088] El dispositivo (1) comprende asimismo una pluralidad de detectores (11) de radiación soportados por el soporte (8). El soporte (8) está configurado, y los detectores (11) están montados en el soporte (8), de tal forma que los detectores (11) están destinados a quedar localizados alrededor del contenedor (2) durante la caracterización, donde la cara superior (3), la cara inferior (4) y las dos caras laterales (7) del contenedor (2), referidas como “las caras analizadas” quedan enfrentadas a detectores (11) durante el movimiento relativo del contenedor (2) respecto del soporte (8).

[0090] De manera preferente, los detectores (11) están alineados en cada una de las caras analizadas y dispuestos en disposición coplanaria, es decir, ocupando una franja de achura equivalente a la anchura de los detectores (11), sin desfase entre detectores (11).

[0092] De manera preferente, el soporte (8) presenta una configuración de marco, tal que cuadrangular, con brazos (12) que soportan los detectores (11) y que están enfrentados a su correspondiente cara del contenedor (2).

[0094] De acuerdo con un ejemplo preferente, el soporte (8) de tipo marco está configurado como una bancada de perfilería metálica, tal que de aluminio estructural, reforzada por placas de acero atornilladas.

[0096] Por otra parte, los medios de desplazamiento pueden comprender dos guías (18) paralelas orientadas según la primera dirección de desplazamiento (9), así como una plataforma (19), para soportar el contenedor (2), y que es desplazable sobre las guías (18) por medio de un sistema doble de piñón – cremallera (no mostrado). Los medios de desplazamiento pueden incluir soportes de elevación (13), para posicionar el contenedor (2) en altura durante el desplazamiento relativo respecto del soporte (8). En las figuras se muestra, a modo de ejemplo, que los soportes de elevación (13) mantienen las guías (18) elevadas sobre el suelo.

[0098] Los detectores (11) son detectores (11) de centelleo de alta resolución, preferentemente de bromuro de cerio (CeBr<3>), por ejemplo, de dimensiones estándar de 2 pulgadas x 2 pulgadas, es decir, 5 cm x 5 cm (medidas internas).

[0100] Los detectores (11) preferentemente están distribuidos para abarcar áreas lo más uniformes posible de las caras analizadas del contenedor (2). Por ello, se dispone de más detectores (11) enfrentados a caras de dimensión mayor. En el ejemplo representado, se disponen diez detectores (11), que están distribuidos en grupos. Puesto que, siguiendo con el ejemplo representado, la cara superior (3) y la cara inferior (4) son caras mayores, se disponen sendos grupos de tres detectores (11), denominados “detectores (11) superiores” y “detectores (11) inferiores”, enfrentados a cada una de las caras superior (3) e inferior (4) respectivamente, así como sendos grupos de dos detectores (11), referidos como “detectores (11) laterales”, enfrentados a cada una de las dos caras laterales (7). De acuerdo con lo que se acaba de explicar, los detectores (11) están posicionados en el soporte (8) para medir las cuatro caras analizadas de un contenedor (2): la cara superior (3), la cara inferior (4) y las dos caras laterales (7), como se ha indicado anteriormente.

[0102] La medición se realiza en varias posiciones de cada contenedor (2), en función de las dimensiones del contenedor (2) y de la naturaleza de los detectores (11). Para el ejemplo ilustrado en las figuras, un contenedor (2) CMC se mide en cuatro posiciones, donde la figura 2 ilustra la primera posición, más adelantada, mientras que un contenedor (2) CMT se mide en dos posiciones. Para ello, los medios de desplazamiento permiten medición en el número de posiciones necesarias, que se definen de manera preestablecida. De esta forma, los medios de desplazamiento posicionan en contenedor (2) respecto del soporte (8) en dichas posiciones. En cada una de las posiciones, los detectores (11) miden una de las rodajas virtuales en las que queda segmentado el contenedor (2).

[0104] Además, según muestra figura 3, se dispone de flexibilidad de movimiento de los detectores (11) para adaptarse a diferentes formatos de contenedores (2) alejándose y acercándose a las caras de dichos contenedores (2). Así, los detectores (11) son desplazables en perpendicular al soporte (8), a lo largo de segundas direcciones de desplazamiento (20) según se muestra en la figura 3 mediante flechas. Por ejemplo, cada uno de los grupos de detectores (11) es desplazable sincronizadamente de manera servocontrolada, por medio de un árbol común en que están montados los detectores (11) de dicho grupo. Cada árbol es accionado por un correspondiente servomotor, tal que un servomotor AC con encoder absoluto multivuelta, controlado por un amplificador de servomotor (también conocido como “servodriver”, según terminología sajona), para un perfecto control de aceleraciones y deceleraciones, asegurando movimiento de los detectores (11) sin vibración, y con presión y repetitividad de posicionamiento en torno a 0.1 mm.

[0106] Se incluyen además funcionalidades adicionales, tales como básculas para pesar el contenedor (2), medios de trazabilidad, por ejemplo, mediante de códigos QR, y sensores de comprobación de posicionamiento.

[0108] La longitud de desplazamiento (10) permitida por los medios de desplazamiento, en el ejemplo representado, es tal que permite caracterizar un contenedor (2) de tipo CMC, o de dimensiones equivalentes. El dispositivo (1) de la invención permite caracterizar en un único proceso tantos contenedores (2) como admita la longitud de desplazamiento (10). En el presente caso, el dispositivo (1) también permite caracterizar dos contenedores (2) de formato CMT, que deben estar separados lo suficiente como para evitar interferencias de medida, tomando medidas en cuatro posiciones (dos por cada CMT) a lo largo del proceso.

[0110] Según se ilustra en la figura 2, se dispone de colimadores (14), que alojan los detectores (11), para mejorar la relación señal / ruido de fondo, blindando los detectores (11) y seleccionando la radiación proveniente de una región geométrica determinada del contenedor (2). Los colimadores (14) están formados por una serie de elementos desmontables, que incluyen una carcasa (15) de acero, en la que está a su vez alojado un cilindro de polietileno (16) que, junto con un cilindro de plomo (17), rodean el detector (11).

[0112] El dispositivo (1) presenta la particularidad de ser desmontable, lo que permite su transporte entre diferentes ubicaciones durante su vida útil.

[0114] El dispositivo (1) incluye además un controlador, que comprende un multicanal (MCA) por cada uno de los detectores (11), para transformar la señal emitida por su respectivo detector en pulsos contabilizables. El controlador dispone de una unidad de tratamiento que, mediante un software específico, recoge las mediciones desde los detectores (11), a través de los multicanales, y caracteriza los residuos del contenedor (2) a través de una determinación de uno o varios parámetros, que incluyen determinar: valores de homogeneidad de contenido en el contenedor (2); actividad radiactiva de cada segmento del contenedor (2), y del total del contenedor (2); por medio de cálculos y de relaciones con una base de datos de Factores de Escala (FE), y datos de los residuos, como densidad aparente y grado de llenado del contenedor (2), para finalmente determinar un nivel de actividad de los residuos. De esta forma, en el ejemplo preferente representado, el movimiento de desplazamiento, la toma de mediciones, el análisis de las mediciones, la determinación de actividad total en el contenedor (2) y una posterior generación de un reporte de resultados, están comandados por un único controlador. El controlador presenta una interfaz que permite empleo en modo manual, así como también en modo automático, facilitando una automatización en el proceso de medida y caracterización.

[0116] Mediante modelos matemáticos y medidas con equipos de bromuro de cerio (CeBr<3>), se ha comprobado que el dispositivo (1) de la invención permite caracterización de radiación de bultos aproximadamente 2,5 veces más grandes que los habituales, en un tiempo reducido, lo cual agiliza las labores de caracterización.

Claims (22)

1. REIVINDICACIONES

1.- Dispositivo (1) para caracterizar residuos radiactivos en un contenedor (2), estando el dispositivo (1) caracterizado por que comprende:

- un soporte (8);

- detectores (11) de radiación de centelleo, soportados por el soporte (8); y

- medios de desplazamiento, para proporcionar un desplazamiento relativo entre el soporte (8) y el contenedor (2), en una longitud de desplazamiento (10) a lo largo de una primera dirección de desplazamiento (9).

2.- Dispositivo (1) según reivindicación 1, donde los detectores (11) son detectores (11) de bromuro de cerio (CeBr<3>).

3.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, donde los detectores (11) de radiación son de alta resolución.

4.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que adicionalmente comprende sendos colimadores (14), en los que están alojan los detectores (11), para mejorar la relación señal / ruido de fondo, blindando los detectores (11) y seleccionando la radiación proveniente de una región geométrica determinada del contenedor (2).

5.- Dispositivo (1) según reivindicación 4, donde los colimadores (14) comprenden una carcasa (15) de acero, en la cual se encuentra alojado, de manera desmontable, un cilindro de polietileno (16) que, junto con un cilindro de plomo (17), rodean el detector (11).

6.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, done el soporte (8) está configurado, y los detectores (11) están montados en el soporte (8), de tal forma que los detectores (11) están localizados alrededor del contenedor (2), y forman grupos enfrentados a caras analizadas del contenedor (2), que consisten en una cara superior (3), una cara inferior (4) y dos caras laterales (7), durante el movimiento relativo del contenedor (2) respecto del soporte (8).

7.- Dispositivo (1) según reivindicación 6, donde el soporte (8) comprende un marco cuadrangular, con lados que soportan los detectores (11) y que están enfrentados a su correspondiente cara del contenedor (2).

8.- Dispositivo (1) según reivindicación 7, donde el marco comprende una bancada de aluminio estructural, reforzada por placas de acero atornilladas.

9.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 6-8, donde los detectores (11) están alineados en cada una de las caras analizadas y dispuestos en posición coplanaria, ocupando una franja de achura equivalente a la anchura de los detectores (11), sin desfase entre detectores (11).

10.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 6-9, donde los detectores (11) comprenden un número mayor de detectores (11) enfrentados a caras analizadas mayores del contenedor (2) respecto de los detectores (11) enfrentados a caras analizadas menores.

11.- Dispositivo (1) según reivindicación 10, donde los detectores (11) comprenden diez detectores (11), con tres detectores (11) enfrentados a cada una de las caras analizadas mayores y dos detectores (11) enfrentados a cada una de las caras analizadas menores.

12.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, donde los medios de desplazamiento están configurados y comandados para posicionar relativamente el soporte (8) y el contenedor (2) para realizar mediciones en varias posiciones predeterminadas del contenedor (2), de modo que, en cada una de las posiciones, los detectores (11) toman mediciones en una franja del contenedor (2).

13.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, donde la longitud de desplazamiento (10) es lo suficientemente grande como para caracterizar contenedores (2) de formato igual o superior a CMC.

14.- Dispositivo (1) según reivindicaciones 12 y 13 simultáneamente, donde los medios de desplazamiento están configurados y comandados para medir un contenedor (2) CMC en cuatro posiciones.

15.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, donde los medios de desplazamiento están configurados para desplazar el contenedor (2), manteniendo el soporte (8) fijo.

16.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, donde los medios de desplazamiento comprenden:

- dos guías (18) paralelas orientadas según la primera dirección de desplazamiento (9); - una plataforma (19), para soportar el contenedor (2), y que es desplazable sobre las guías (18); y

- un sistema doble de piñón – cremallera para desplazar la plataforma (19) sobre las guías (18).

17.- Dispositivo (1) según reivindicación (16), donde los medios de desplazamiento además comprenden soportes de elevación (13), para posicionar el contenedor (2) en altura durante el desplazamiento relativo respecto del soporte (8).

18.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-17, donde los detectores (11) son desplazables respecto del soporte (8) para alejarse y acercarse a las caras de los contenedores (2).

19.- Dispositivo (1) según reivindicación 18, donde los detectores (11) son desplazables en perpendicular al soporte (8), a lo largo de segundas direcciones de desplazamiento (20).

20.- Dispositivo (1) según reivindicaciones 6 y 19 simultáneamente, donde cada uno de los grupos de detectores (11) es desplazable sincronizadamente de manera servocontrolada, por medio de un árbol común en que están montados los detectores (11) de dicho grupo, así como cada árbol es accionable por un correspondiente servomotor controlado por un amplificador de servomotor.

21.- Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-20, que además comprende un controlador, con:

- un multicanal (MCA) por cada uno de los detectores (11), para transformar una señal emitida por cada respectivo detector (11) en pulsos contabilizables;

- una unidad de tratamiento para recoger mediciones desde los detectores (11), a través de los multicanales, y caracterizar los residuos del contenedor (2) a través de una determinación de uno o varios parámetros, que incluyen al menos uno de: valores de homogeneidad de contenido en el contenedor (2); actividad radiactiva del contenedor (2); para determinar un nivel de actividad de los residuos del contenedor (2).

22.- Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 21, donde el controlador está adicionalmente configurado para comandar los medios de desplazamiento.