ES2914389T3 - Embalaje de transporte y/o de almacenamiento de materiales radiactivos que permite una fabricación facilitada así como una mejora de la conducción térmica - Google Patents
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Abstract
Embalaje (1) para el transporte y/o el almacenamiento de materiales radiactivos, comprendiendo el embalaje un cuerpo lateral de embalaje (10) que se extiende alrededor de un eje central longitudinal (2) y que delimita en parte un alojamiento (12) para los materiales radiactivos, comprendiendo también el embalaje, dispuesta alrededor del cuerpo lateral de embalaje, una envoltura exterior de protección radiológica (14) realizada con ayuda de una pluralidad de estructuras anulares unitarias (16), apiladas unas sobre otras según el eje central longitudinal (2) y dispuestas alrededor del cuerpo lateral de embalaje (10), comprendiendo cada estructura anular unitaria (16): - una pared anular externa (24); - una pared anular interna (26); - una pared radial de conducción térmica (22) que presenta un extremo exterior solidario con la pared anular externa (24), así como un extremo interior en contacto con el cuerpo lateral de embalaje (10) y solidario con la pared anular interna (26) a su vez en contacto con el cuerpo lateral de embalaje (10); en el que dos estructuras anulares unitarias (16) directamente consecutivas en el apilamiento delimitan al menos en parte una cavidad anular (30) que aloja al menos un elemento de protección radiológica (32), estando dicha cavidad cerrada radialmente hacia el exterior por la pared anular externa (24) de una o de las dos estructuras anulares unitarias directamente consecutivas, cerrada radialmente hacia el interior por la pared anular interna (26) de una o de las dos estructuras anulares unitarias directamente consecutivas, y cerrada axialmente a una y otra parte respectivamente por la pared radial de conducción térmica (22) de una y otra de dichas dos estructuras anulares unitarias directamente consecutivas (16).
Description
DESCRIPCIÓN
Embalaje de transporte y/o de almacenamiento de materiales radiactivos que permite una fabricación facilitada así como una mejora de la conducción térmica
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se refiere al campo de los embalajes de transporte y/o de almacenamiento de materiales radiactivos, por ejemplo elementos de combustible nuclear o residuos radiactivos.
Más en concreto, la presente invención se refiere a un embalaje que comprende en su periferia una envoltura exterior de protección radiológica.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
A partir de la técnica anterior se sabe aplicar una envoltura exterior de protección radiológica, alrededor de un cuerpo lateral de un embalaje. La función buscada con esta envoltura reside en la protección frente a las radiaciones gamma, y/o en la absorción neutrónica con el fin de respetar los criterios radiológicos reglamentarios en torno al embalaje, cuando este está cargado de materiales radiactivos.
Esta envoltura puede obtenerse por el apilamiento de estructuras anulares unitarias, como se sabe por ejemplo a partir de los documentos EP 1524 673 o EP 2 041 753. En la realización conocida del documento EP 2 041 753, las estructuras apiladas axialmente definen conjuntamente una superficie radial exterior del embalaje, que demuestra ser bastante fácil de descontaminar, y capaz de responder a las exigencias actuales en cuestión de descontaminación. Cada estructura anular unitaria del apilamiento es atravesada axialmente por una multitud de orificios. La alineación axial de los orificios que atraviesan las diferentes estructuras permite formar una pluralidad de cavidades axiales que se extienden cada una en toda la longitud de la envoltura. A continuación, estas cavidades se llenan del material de protección radiológica, que toma entonces la forma de una pluralidad de bandas axiales de protección radiológica distribuidas circunferencialmente en la envoltura.
Este diseño permite alcanzar el objetivo de una descontaminación sencilla de la superficie radial exterior del embalaje, aunque requiere un ensamblaje complicado de las estructuras anulares unitarias. De hecho, deben estar perfectamente indexadas en sentido angular unas con respecto a las otras, con el fin de reconstituir convenientemente las cavidades axiales de alojamiento de las bandas de protección radiológica.
De este diseño se desprenden otros numerosos inconvenientes, entre ellos una función de conducción térmica muy degradada dentro de la envoltura. Esto se explica por el hecho de que las bandas axiales se recubren parcialmente unas con otras según la dirección radial, con el fin de limitar al máximo las fugas radiológicas en esta dirección. Este recubrimiento conlleva una notable complicación de la forma de las paredes radiales que definen las cavidades axiales, creando así caminos de conducción térmica radiales poco optimizados.
En consecuencia, existe una necesidad de optimización del diseño de los embalajes existentes, con el fin de paliar los inconvenientes descritos anteriormente.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para dar respuesta a esta necesidad, la invención tiene por objeto un embalaje para el transporte y/o el almacenamiento de materiales radiactivos, que comprende las características de la reivindicación 1.
La invención se revela así como ventajosa porque permite la conservación de una envoltura exterior de embalaje fácil de descontaminar, realizada por la multiplicidad de las paredes anulares externas de las estructuras unitarias, a la vez que se mejora la función de conducción térmica gracias a las paredes radiales de conducción térmica que pueden presentar un camino radial más directo. Además, la pared anular interna en contacto con el cuerpo lateral de embalaje permite mejorar los intercambios térmicos entre este cuerpo lateral y la estructura anular unitaria, gracias a una superficie de contacto importante. El hecho de integrar la pared anular interna en la estructura anular unitaria evita tener que colocar fijamente, en el cuerpo lateral de embalaje, una platina de transferencia térmica entre este mismo cuerpo lateral y la estructura anular unitaria. Esta pared anular interna, además de conferir una protección contra las radiaciones gamma, facilita la colocación y el mantenimiento de la protección radiológica en la cavidad, participando en la delimitación de esta.
Además, el diseño propuesto facilita enormemente el ensamblaje de la envoltura exterior, ya que la formación de las
cavidades de alojamiento de los elementos de protección radiológica no requiere ya indexación angular precisa de las estructuras unas con respecto a otras. Asimismo, los elementos de protección radiológica pueden colocarse ventajosamente de forma progresiva, a medida que se procede a realizar el apilamiento de las estructuras anulares unitarias.
Del diseño propio de la invención se desprenden otras ventajas, como por ejemplo la mejora de la protección radiológica que en la actualidad puede ser anular, en comparación con las bandas axiales menos eficaces de la técnica anterior.
También se hace posible adaptar localmente el rendimiento radiológico del material, debido a la necesidad de protección específica asociada a la posición axial de este material. De hecho, las cavidades anulares que se suceden axialmente pueden no estar todas llenas con un mismo material de protección radiológica. A este respecto, en el centro del embalaje, se usará por ejemplo un material que presenta una mayor capacidad de protección radiológica que la de otro material usado para llenar las cavidades anulares situadas cerca de los extremos axiales del embalaje. Esto conduce a una ganancia económica importante, a la vez que ofrece una protección radiológica satisfactoria. Esta especificidad demuestra ser tanto más interesante porque se obtiene sin modificar el grosor de los elementos de protección radiológica, ni el de las cavidades anulares que los reciben.
Entre las otras ventajas conferidas por la invención se cita siempre la mejora del control de la calidad de la protección radiológica, en particular cuando la protección se vierte in situ. De hecho, es posible tener un acceso visual de la protección radiológica colocada en su cavidad asociada, antes de que se cierre mediante la colocación de la estructura directamente consecutiva en el apilamiento. Este acceso visual puede funcionar ventajosamente en todo el perímetro de la protección radiológica. Así, en caso de no conformidad, la protección puede retocarse o sustituirse antes del cierre de la cavidad en la que está alojada.
La invención presenta además al menos una de las características opcionales, tomadas de forma aislada o en combinación.
Cada estructura anular unitaria es monobloque, lo que permite limitar los costes de fabricación, a la vez que se conservan las funcionalidades deseadas para esta estructura anular unitaria.
Dicho elemento de protección radiológica es un elemento de protección neutrónica, y cada estructura anular unitaria responde a la fórmula siguiente:
con:
- «n» correspondiente al número total de estructuras anulares unitarias apiladas;
- «E1» correspondiente al grosor de la pared radial de conducción térmica; y
- «H» correspondiente a la altura de la envoltura exterior.
De hecho se ha determinado, de manera sorprendente, que cuanto más elevada era la relación n.E1/H, más baja era la temperatura máxima observada en los elementos de protección neutrónica. Esta relación es así superior a 0,02, permaneciendo por debajo de 0,3 con el fin de conservar una protección neutrónica suficiente. El intervalo obtenido para la relación n.E1/H permite satisfacer de manera muy satisfactoria el criterio térmico, así como el criterio de protección neutrónica en su globalidad dentro del embalaje.
Preferentemente, el embalaje responde también a la fórmula siguiente:
con «H» expresada en metros.
Con este dimensionamiento, el grosor E1 de las paredes radiales de conducción térmica es limitado, de manera que las fugas neutrónicas observadas localmente en estas paredes se encuentran ventajosamente reducidas.
También con el fin de reducir localmente las fugas neutrónicas, en particular el caudal de dosis de neutrones a 2 metros de la superficie exterior de la envoltura exterior del embalaje, cada estructura anular unitaria responde preferentemente a la fórmula siguiente:
con «L» correspondiente a la separación radial entre las paredes anulares interna y externa.
De manera sorprendente, se ha determinado de hecho que el grosor E1 de la pared radial de conducción térmica constituía un factor determinante para el caudal de dosis de neutrones a 2 metros, más que la separación L para la cual se ha detectado también un efecto de umbral, más allá del cual el aumento de esta separación L ya no actúa realmente sobre el caudal de dosis de neutrones a 2 metros.
Preferentemente, cada estructura anular unitaria presenta una semisección transversal en forma general de U, con la base de la U formada por la pared radial de conducción térmica, y las dos ramas de la U formadas respectivamente por las paredes anulares externa e interna, alojando el interior de la forma de U la cavidad anular dicho al menos un elemento de protección radiológica.
Preferentemente, para cada estructura anular unitaria en forma de U, los dos extremos libres de las dos paredes anulares externa e interna se sitúan en un mismo plano transversal del embalaje.
Evidentemente son posibles otras formas, como una forma en H, que es también particularmente sencilla de obtener, a la vez que se ofrecen rendimientos elevados de conducción térmica.
La pared radial de conducción térmica de cada estructura anular unitaria presenta, en semisección transversal, la forma de un segmento de recta, preferentemente orientado ortogonalmente al eje central longitudinal.
Esta especificidad permite la obtención de una función de transferencia térmica eficiente, ya que la pared radial forma así un camino directo de conducción de calor. Alternativamente, el segmento de recta podría estar inclinado de manera diferente con respecto al eje central longitudinal. El camino de conducción térmica será entonces menos directo, pero la protección radiológica es más eficiente.
Según otra realización, la pared radial de conducción térmica de cada estructura anular unitaria presenta, en semisección transversal, al menos una ruptura axial de nivel entre una porción radialmente externa de pared y una porción radialmente interna de pared. También en este caso se procura así una mejor protección radiológica, ya que no se produce ninguna fuga radial por las paredes radiales de conducción térmica.
En cada cavidad anular, el/los elementos de protección radiológica forman un anillo de protección que se extiende en 360°. Este anillo se extiende de forma continua o discontinua, y en este último caso se obtiene con varios elementos de protección dispuestos extremo con extremo, y se prevén preferentemente zonas de encabalgamiento circunferencial en la unión entre estos elementos.
En cada cavidad anular, cada elemento de protección radiológica es un elemento vertido en la cavidad, o un elemento prefabricado dispuesto en esta cavidad.
Al menos varias de dichas estructuras anulares unitarias son idénticas, y preferentemente la totalidad de ellas. Esto permite una mayor facilidad de fabricación. Al contrario, para al menos algunas de ellas, las estructuras anulares pueden presentar geometrías diferentes para adaptar el volumen de las cavidades anulares y las protecciones radiológicas que están allí alojadas, en caso de necesidad local en protección radiológica.
Cada estructura anular unitaria presenta una semisección transversal de forma constante, siempre para facilitar fabricación.
En todas las semisecciones transversales de cada estructura anular unitaria, la pared radial de conducción térmica presenta un mismo grosor. Esto permite conferir un rendimiento térmico uniforme en la dirección radial.
El número de estructuras anulares unitarias está comprendido entre 10 y 50, y la altura de la envoltura exterior de protección radiológica formada por el apilamiento de estas estructuras está comprendida entre 1 y 4 m.
La invención tiene también por objeto un procedimiento de fabricación de dicho embalaje para el transporte y/o el almacenamiento de materiales radiactivos; que comprende la repetición de las etapas sucesivas siguientes:
- colocación de una de las estructuras anulares unitarias en el apilamiento alrededor del cuerpo lateral;
- colocación de cada elemento de protección radiológica en la cavidad anular definida en parte por la estructura anular unitaria colocada en la etapa anterior.
Así, cuando las estructuras anulares unitarias deben calentarse antes de su colocación en el apilamiento, puede esperarse ventajosamente el enfriamiento de la estructura anular ensamblada alrededor del cuerpo lateral antes de la colocación de cada elemento de protección radiológica. Estos elementos de protección radiológica no se exponen así a ningún riesgo de degradación térmica.
La invención tiene también por objeto otro procedimiento de fabricación de dicho embalaje para el transporte y/o el almacenamiento de materiales radiactivos, que comprende la repetición de las etapas sucesivas siguientes:
- colocación de cada elemento de protección radiológica en la cavidad anular definida en parte por una de las estructuras anulares unitarias;
- colocación, en el apilamiento alrededor del cuerpo lateral, de la estructura anular unitaria mencionada en la etapa anterior, equipada con cada elemento de protección radiológica.
Esta implementación procura una gran facilidad de ensamblaje de los componentes del embalaje, gracias en particular a la secuenciación de etapas así como a la posibilidad de fabricar los medios de protección radiológica por separado del cuerpo lateral del embalaje, e incluso en un sitio de fabricación diferente. Permite también una verificación sencilla de la conformidad de los elementos de protección radiológica, antes de la colocación de la estructura anular asociada alrededor del cuerpo lateral de embalaje. En caso de avería de uno de los elementos de protección radiológica, este puede ser retocado o sustituido, siempre antes de la colocación de la estructura anular asociada alrededor del cuerpo lateral de embalaje.
Otras ventajas y características de la invención aparecerán en la descripción detallada no limitativa que se ofrece a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Esta descripción se realizará con respecto a los dibujos adjuntos entre los cuales;
- la figura 1 representa una vista en sección transversal axial longitudinal de un embalaje para el almacenamiento y/o el transporte de materiales radiactivos, según una realización preferida de la presente invención;
- la figura la representa una vista en sección transversal del embalaje mostrado en la figura 1, según la línea la-la de esta figura;
- la figura 2 representa una vista en perspectiva del embalaje mostrado en la figura 1;
- la figura 3 representa una vista parcial en perspectiva de una de las estructuras anulares unitarias que forman una envoltura exterior de protección radiológica del embalaje mostrado en las figuras anteriores;
- la figura 4 es una vista en sección transversal de la estructura mostrada en la figura 3;
- la figura 5 es una vista en semisección transversal de la estructura anular unitaria mostrada en las figuras 3 y 4; - la figura 6 representa esquemáticamente un procedimiento de fabricación del embalaje mostrado en las figuras anteriores, según una primera posibilidad de implementación;
- la figura 7 representa esquemáticamente un procedimiento de fabricación del embalaje mostrado en las figuras 1 a 5, según una segunda posibilidad de implementación;
- la figura 8 representa una parte del embalaje mostrado en las figuras 1 a 5, según una alternativa de realización; - la figura 9 representa una vista similar a la de la figura 5, con la estructura anular unitaria que se presenta según una alternativa de realización;
- la figura 10 es una vista parcial en perspectiva de una de las estructuras anulares unitarias, según otra alternativa más de realización; y
- la figura 11 es una vista en sección transversal de la estructura mostrada en la figura 10.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS
En referencia en primer lugar a las figuras 1 y 2, se representa un embalaje 1 para el almacenamiento y/o el transporte de materiales radiactivos, como elementos de combustible nuclear o residuos radiactivos (no representados).
Este embalaje 1 se representa en posición vertical de almacenamiento, cuyo eje central longitudinal 2 está orientado verticalmente. Se apoya sobre un fondo de embalaje 4, opuesto a una tapa extraíble 6 según la dirección de la altura 8, paralela al eje longitudinal 2. Entre el fondo 4 y la tapa 6, el embalaje 1 incluye un cuerpo lateral 10 que se extiende alrededor del eje 2, y que delimita interiormente un alojamiento 12 para los materiales radiactivos. Este alojamiento puede constituir un recinto de confinamiento 12 destinado a recibir los materiales radiactivos, por ejemplo dispuestos en una cesta de ordenamiento también situada en el recinto de confinamiento. Alternativamente, el recinto de confinamiento está definido íntegramente por una funda, también denominada «canister», colocada en el alojamiento 12 citado anteriormente. Este último se cierra axialmente hacia arriba con la tapa 6, y hacia abajo con el fondo 4.
El cuerpo lateral 10 puede estar hecho de una sola pieza, como se ha representado en la figura 1, o bien por varias virolas concéntricas.
Alrededor del cuerpo lateral 10, el embalaje 1 incluye una envoltura exterior de protección radiológica 14, propia de la presente invención.
La envoltura 14 se prepara con ayuda del apilamiento axial de una pluralidad de estructuras anulares unitarias 16, por ejemplo previstas en un número n comprendido entre 10 y 50, en una altura acumulada «H» del orden de 1 a 4 m. Esta altura «H» de la envoltura exterior 14 corresponde sustancialmente a la del alojamiento 12 según la dirección 8. En esta realización preferida, todas las estructuras 16 apiladas según el eje 2 son idénticas, cada una solidaria y en contacto con una superficie radial exterior 18 del cuerpo lateral 10. En uno de los extremos del apilamiento, correspondiente al extremo bajo en la figura 1, la última estructura 16 puede estar revestida no obstante por una placa de cierre 20.
En referencia ahora a las figuras 3 a 5, se detallará el diseño de una de las estructuras anulares unitarias 16, representada en su posición tal como se adopta cuando se encuentra en el embalaje en posición vertical, con la tapa hacia arriba como en las figuras 1 y 2.
La estructura 16 está hecha preferentemente de una sola pieza. En otros términos, la estructura anular 16 es monobloque, por ejemplo realizada por forjado y después mecanizado, o por moldeo, preferentemente por un moldeo en fundición. Estas técnicas permiten limitar los costes de realización.
La estructura 16 presenta una semisección transversal en forma general de U, con su base orientada hacia arriba. Evidentemente, podría plantearse una orientación inversa con la base hacia abajo, sin abandonar el marco de la invención. Esta semisección transversal conserva una forma constante, con independencia del plano de sección a lo largo de la dirección circunferencial de esta estructura 16.
La base de la U forma una pared radial de conducción térmica 22. Adopta la forma de un segmento de recta que es preferentemente ortogonal al eje 2, para un camino de conducción más directo hacia el exterior del embalaje. Esta pared 22 presenta un mismo grosor «E1» en toda la semisección transversal. Este grosor «E1» está comprendido por ejemplo entre 5 y 40 mm, y preferentemente comprendido entre 15 y 25 mm. Como se describirá posteriormente, su grosor está correlacionado con el número de estructuras 16, en particular con el fin de que todas las paredes radiales reunidas puedan evacuar una cantidad de calor determinada, desprendida por los materiales radiactivos.
El extremo interior de la pared radial de conducción térmica 22 está destinado a estar en contacto y formar parte solidaria con la superficie radial exterior 18 del cuerpo lateral 10. En su extremo opuesto, en concreto el extremo exterior, la pared radial 22 forma parte solidaria con una pared anular externa 24. En semisección transversal, esta pared 24 adopta la forma de un segmento de recta paralelo al eje 2, y que se proyecta hacia abajo a partir del extremo exterior de la pared radial 22. De modo indicativo se observa que el grosor «E2» de la pared 24 es esencialmente dependiente de su capacidad de absorber las radiaciones gamma generadas por los neutrones, cuando estos últimos se hacen absorber dentro de la protección radiológica, en el caso en que esta última es una protección neutrónica como se describirá más adelante. El grosor «E2» puede estar comprendido entre 5 y 40 mm, y preferentemente comprendido entre 15 y 25 mm.
Finalmente, en su extremo interior, la pared radial 22 forma parte solidaria con una pared anular interna 26 que forma una segunda rama de la U. La pared anular interna 26 está también en contacto y forma parte solidaria con la superficie radial exterior 18 del cuerpo lateral 10. El contacto es preferentemente un contacto de superficie, en la integridad de la superficie interna de la pared anular 26. La solidarización se efectúa por ejemplo por zunchado, como se describirá más adelante. Alternativamente, el contacto puede ser simplemente deslizante entre, por una parte, la pared anular interna 26 y el extremo interior de la pared radial de conducción térmica 22 que la prolonga axialmente, y por otra parte la superficie radial exterior 18 del cuerpo lateral 10.
En semisección transversal, esta pared 26 adopta también la forma de un segmento de recta paralelo al eje 2, y que se proyecta hacia abajo a partir del extremo interior de la pared radial 22. A título indicativo, se observa que el grosor «E3» de la pared 26 está dictado en particular por su capacidad de limitar las radiaciones gamma. Cuanto mayor es su grosor, más puede reducirse el del cuerpo lateral 10. Los costes de fabricación del conjunto formado por el cuerpo lateral 10 y la envoltura exterior 14 pueden entonces reducirse, ya que el coste de las partes internas de las estructuras anulares 16, que son preferentemente de fundición es menos elevado que el del cuerpo 10, hecho preferentemente de acero forjado.
Gracias al diseño de estas estructuras anulares unitarias 16, cuando se apilan alrededor del cuerpo lateral 10 forman cavidades anulares que alojan elementos de protección radiológica. Más en concreto, en referencia de nuevo a la figura 1, cada cavidad anular 30 está delimitada por dos estructuras 16 directamente consecutivas en el apilamiento. En la realización preferida que se describe, la cavidad 30 se cierra radialmente hacia el exterior por la pared anular externa 24 de una de las dos estructuras anulares 16 directamente consecutivas, y se cierra radialmente hacia el interior por la pared anular interna 26 de esta misma estructura anular 16. Además, la cavidad anular 30 se cierra axialmente hacia arriba por la pared radial 22 de esta misma estructura 16, y se cierra axialmente hacia abajo por la pared radial 22 de la estructura anular 16 directamente consecutiva en el apilamiento, que termina por obturar la abertura entre las dos ramas de la U de la primera estructura 16.
Una vez apiladas las estructuras anulares, las paredes anulares externas 24 son adyacentes según la dirección 8, y forman conjuntamente una superficie radial exterior del embalaje que es sustancialmente continua, y fácil de descontaminar.
Las cavidades anulares 30 se suceden así a lo largo del eje 2, estando cada una rellena en su totalidad o casi en su totalidad con un material de protección radiológica. Como se señala anteriormente, puede tratarse de un material de protección contra las radiaciones gamma, y/o de un material de absorción neutrónica destinado a satisfacer los criterios radiológicos reglamentarios sobre el embalaje cuando este se carga con materiales radiactivos. Preferentemente, se trata de un material de absorción neutrónica, que comprende por una parte elementos absorbentes de neutrones, y por otra parte elementos hidrogenados. A título informativo, se recuerda que por «elementos absorbentes de neutrones» se entiende elementos que presentan una sección eficaz superior a 100 barns para los neutrones térmicos. A modo de ejemplos indicativos, se trata de elementos del tipo boro, gadolinio, hafnio, cadmio, indio, etc. También se recuerda que el hidrógeno (átomo ligero) permite ralentizar los neutrones para que a continuación sean absorbidos por los elementos absorbentes de neutrones. Así, el criterio de temperatura debe respetarse esencialmente para evitar una pérdida consiguiente de hidrógeno, que podría perjudicar las funciones de blindaje neutrónico, y ello durante todo el tiempo de uso del embalaje.
Para el dimensionamiento de los diferentes constituyentes del embalaje, en primer lugar se preparan de manera que cada estructura 16 responde a la fórmula siguiente:
Al mantenerse por debajo de 0,3, esta relación permite conservar una protección neutrónica suficiente en las cavidades 30. Además, al ser superior a 0,02, esta relación permite manera sorprendente mantener el material de protección neutrónica a una temperatura máxima razonable, lo que limita los riesgos de envejecimiento acelerado. Esta relación ofrece así un compromiso muy satisfactorio en cuanto a conducción térmica, y de protección neutrónica en su globalidad.
También se observa que en la fórmula n.E1/H, así como en la fórmula L/E1 < 10 descrita a continuación y que incluye también el grosor E1, corresponde al grosor medio cuando no es constante a lo largo de la pared radial de conducción térmica 22.
Para mejorar el criterio protección neutrónica, localmente en las paredes radiales de conducción térmica 22, el embalaje es tal que responde a la fórmula siguiente:
n/H > 2, en la que «H» se expresa en metros.
Con este dimensionamiento, el grosor E1 de las paredes radiales 22 es limitado, y las fugas neutrónicas observadas localmente se encuentran reducidas.
Siempre con el fin de reducir localmente las fugas neutrónicas, en particular el caudal de dosis de neutrones a 2 metros de la superficie exterior de la envoltura 14, cada estructura 16 responde preferentemente a la fórmula siguiente:
con «L» correspondiente a la separación radial entre las paredes anulares interna y externa 26, 24. Además se precisa que esta distancia L corresponde también preferentemente de forma sustancial a la longitud radial de la protección neutrónica. Más en general, se indica que la cavidad anular está llena en su totalidad o en gran parte por la protección neutrónica, preferentemente en al menos el 90% de su volumen total.
Esta condición geométrica permite limitar el grosor E1 de la pared radial 22, que constituye un factor determinante para el caudal de dosis de neutrones a 2 metros. Un dimensionamiento de la estructura anular 16 con dicha relación
superior o igual a 10 conllevaría una longitud radial elevada de la envoltura 14 para satisfacer el criterio de caudal de dosis de neutrones a 2 metros, y por tanto una masa global del embalaje consiguiente. Este hecho se explica al menos en parte porque a partir de una longitud radial dada de la protección neutrónica se produce un efecto de umbral y el aumento de esta longitud tiene una incidencia escasa en el caudal de dosis de neutrones a 2 metros.
En cada cavidad 30, el material de protección radiológica se encuentra por ejemplo en forma de uno o varios elementos colados, preferentemente un único anillo continuo colado en 360° en la cavidad 30. Alternativamente puede presentarse en forma de uno o varios elementos prefabricados, dispuestos en la cavidad 30. En este último caso esquematizado en la figura 1a, se forma un anillo de protección neutrónica 34 de forma discontinua con ayuda de varios elementos de protección 32 dispuestos extremo con extremo. Para limitar las fugas radiológicas según la dirección radial, estos últimos elementos 32 presentan preferentemente zonas de encabalgamiento circunferencial 36 en sus extremos circunferenciales que aseguran la unión entre estos diferentes elementos.
La figura 6 representa un primer procedimiento de fabricación del embalaje 1, para las etapas que se refieren al ensamblaje de la envoltura exterior 14 de protección radiológica alrededor del cuerpo lateral 10. Este procedimiento consiste en la repetición de dos etapas sucesivas. La primera de estas dos etapas consiste en colocar una de las estructuras anulares unitarias 16 en el apilamiento alrededor del cuerpo lateral 10, incluso cuando su cavidad anular 30 no esté todavía llena por el/los elementos de protección radiológica. Esta etapa se representa esquemáticamente mediante la flecha 36 en la figura 6. Para efectuar esta inserción, la estructura 16 puede calentarse previamente, por ejemplo a una temperatura del orden de 200°C. Se pone en contacto con el resto del apilamiento, de manera que cierra la cavidad 30 de la estructura 16 colocada previamente en el apilamiento, y que es llenada por el material de protección radiológica.
Una vez enfriada la estructura, por ejemplo a una temperatura inferior a 160°C, esta se adhiere por zunchado a la pared radial exterior 18 del cuerpo lateral, por medio del extremo interior de la pared radial 22 y de la pared anular interna 26.
El material de protección radiológica puede colocarse a continuación en la cavidad anular 30 de la estructura 16 enfriada, sin riesgo de degradación térmica de este material. A este respecto, se observa que estas etapas están hechas con el embalaje 1 en posición vertical, pero con su fondo orientado hacia arriba para que cada cavidad 30 que debe llenarse esté abierta hacia arriba. El material se coloca mediante colada o por disposición de los elementos prefabricados en la cavidad 30, y después se inspecciona la protección radiológica así obtenida antes de repetir estas dos mismas etapas primera y segunda.
La figura 7 representa un segundo procedimiento de fabricación del embalaje 1, para las etapas que se refieren al ensamblaje de la envoltura exterior 14 de protección radiológica alrededor del cuerpo lateral 10. Este procedimiento consiste en la repetición de dos etapas sucesivas. La primera de estas dos etapas consiste en este caso en colocar cada elemento de protección radiológica en la cavidad anular 30 definida en parte por una de las estructuras anulares unitarias 16, todavía no colocada en el apilamiento. Esta etapa puede efectuarse ventajosamente en un sitio diferente a aquel en el que se realiza el apilamiento de las estructuras anulares unitarias 16. La calidad de los elementos de protección radiológica puede someterse a inspección antes de la colocación de la estructura 16 alrededor del cuerpo 10, correspondiendo esta operación a la segunda etapa. Esta inserción de la estructura 16, equipada con su protección radiológica, puede realizarse también por calentamiento, como se ha descrito anteriormente.
En la realización que acaba de describirse, cada estructura anular unitaria 16 presenta una semisección transversal en forma general de U, con la base de la U formada por la pared radial 22, y las dos ramas de la U respectivamente formadas por las paredes anulares externa 24 e interna 26. Además, los dos extremos libres de las dos paredes anulares 24, 26 se sitúan en un mismo plano transversal del embalaje. No obstante, los extremos libres de las dos paredes anulares 24, 26 pueden estar desfasados axialmente unos con otros, sin salirse del marco de la invención. El hecho de mantener los extremos libres de las dos paredes anulares 24, 26 en un mismo plano transversal permite facilitar la colada de la protección neutrónica en la cavidad anular 30.
En referencia ahora a la figura 8, se muestran alternativas de realización en las que la semisección transversal de las estructuras 16 es diferente.
En la figura 8, se trata de un H cuya barra central 22 es sustancialmente ortogonal al eje 2, para formar la pared radial de conducción térmica. Las dos ramas laterales de la H están así orientadas según la dirección 8, y participan en la delimitación de dos cavidades anulares 30 directamente consecutivas, dispuestas a una y otra parte de la barra central 22 de esta H. En otros términos, cada cavidad 30 está delimitada radialmente hacia el exterior por una parte de la pared externa 24 (la rama lateral exterior de la H) de una de las estructuras 16, y por una parte de la pared externa 24 de la estructura 16 directamente consecutiva en el apilamiento.
Cada cavidad anular 30 está también delimitada radialmente hacia el interior por una parte de la pared interna 26 (la rama lateral interior de la H) de una de las estructuras 16, y por una parte de la pared interna 26 de la estructura 16 directamente consecutiva en el apilamiento.
También en este caso, las dos ramas laterales podrían estar desfasadas axialmente una con respecto a la otra, sin salirse del marco de la invención.
La figura 9 representa otra alternativa de realización señalada anteriormente, en la que la estructura unitaria 16 de semisección transversal en forma de general de U ya no presenta una base 22 sustancialmente ortogonal al eje 2, sino que esta base 22 está inclinada con respecto a este mismo eje 2 de un ángulo «A» diferente de 90°. Este ángulo puede estar comprendido preferentemente entre 20 y 70°.
La base 22 que forma la pared radial de conducción térmica puede ser un segmento de recta inclinado, que conecta los extremos de las dos paredes anulares 24, 26. Alternativamente, como se muestra en la figura 9, solo una parte central de esta base 22 puede ser un segmento de recta, e incluso también una porción curva, y los dos extremos de conexión 40 pueden ser redondeados.
Finalmente, las figuras 10 y 11 representan otra alternativa de realización, en la que la pared radial de conducción térmica 22 de cada estructura anular unitaria 16 presenta una forma diferente. Ya no es recta y radial como en las realizaciones anteriores, sino que comprende, en semisección transversal al menos una ruptura axial de nivel 22c entre una porción radialmente externa de pared 22a y una porción radialmente interna de pared 22b. Esta realización, como la anterior, permite mejorar la protección radiológica, ya que no se produce ninguna fuga radial por medio de las paredes radiales de conducción térmica 22. La ruptura axial de nivel 22c adopta la forma de una contramarcha orientada en paralelo al eje 2, y sustancialmente centrada entre las dos porciones 22a, 22b. El desfase axial observado entre estas dos porciones 22a, 22b se encuentra entre las porciones anulares 24, 26, de manera que durante el apilamiento de las estructuras 16, la pared radial 22 en dos niveles obtura convenientemente la abertura definida entre las porciones anulares desfasadas 24, 26 de la estructura 16 colocada previamente en el apilamiento.
Naturalmente, el experto en la materia de la invención que acaba de describirse puede aportar diversas modificaciones, tan solo a modo de ejemplos no limitativos y dentro del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas. En particular, las diferentes alternativas pueden combinarse.
Claims (16)
1. Embalaje (1) para el transporte y/o el almacenamiento de materiales radiactivos, comprendiendo el embalaje un cuerpo lateral de embalaje (10) que se extiende alrededor de un eje central longitudinal (2) y que delimita en parte un alojamiento (12) para los materiales radiactivos, comprendiendo también el embalaje, dispuesta alrededor del cuerpo lateral de embalaje, una envoltura exterior de protección radiológica (14) realizada con ayuda de una pluralidad de estructuras anulares unitarias (16), apiladas unas sobre otras según el eje central longitudinal (2) y dispuestas alrededor del cuerpo lateral de embalaje (10), comprendiendo cada estructura anular unitaria (16):
- una pared anular externa (24);
- una pared anular interna (26);
- una pared radial de conducción térmica (22) que presenta un extremo exterior solidario con la pared anular externa (24), así como un extremo interior en contacto con el cuerpo lateral de embalaje (10) y solidario con la pared anular interna (26) a su vez en contacto con el cuerpo lateral de embalaje (10);
en el que dos estructuras anulares unitarias (16) directamente consecutivas en el apilamiento delimitan al menos en parte una cavidad anular (30) que aloja al menos un elemento de protección radiológica (32), estando dicha cavidad cerrada radialmente hacia el exterior por la pared anular externa (24) de una o de las dos estructuras anulares unitarias directamente consecutivas, cerrada radialmente hacia el interior por la pared anular interna (26) de una o de las dos estructuras anulares unitarias directamente consecutivas, y cerrada axialmente a una y otra parte respectivamente por la pared radial de conducción térmica (22) de una y otra de dichas dos estructuras anulares unitarias directamente consecutivas (16).
2. Embalaje según la reivindicación 1, caracterizado porque cada estructura anular unitaria (16) es monobloque.
3. Embalaje según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dicho elemento de protección radiológica (32) es un elemento de protección neutrónica, y porque cada estructura anular unitaria (16) responde a la fórmula siguiente:
0,02 < n.El/H < 0,3
con
- «n» correspondiente al número total de estructuras anulares unitarias apiladas (16);
- «E1» correspondiente al grosor de la pared radial de conducción térmica (22); y
- «H» correspondiente a la altura de la envoltura exterior (14).
4. Embalaje según la reivindicación 3, caracterizado porque responde a la fórmula siguiente:
con «H» expresada en metros.
5. Embalaje según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado porque cada estructura anular unitaria (16) responde a la fórmula siguiente:
L /E l < 10
con «L» correspondiente a la separación radial entre las paredes anulares interna y externa (26, 24).
6. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada estructura anular unitaria (16) presenta una semisección transversal en forma general de U, con la base de la U formada por la pared radial de conducción térmica (22), y las dos ramas de la U formadas respectivamente por las paredes anulares externa (24) e interna (26), y porque el interior de la U forma la cavidad anular (30) que aloja dicho al menos un elemento de protección radiológica (32).
7. Embalaje según la reivindicación 6, caracterizado porque para cada estructura anular unitaria (16), los dos extremos libres de las dos paredes anulares externa (24) e interna (26) se sitúan en un mismo plano transversal del embalaje.
8. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pared radial de conducción térmica (22) de cada estructura anular unitaria (16) presenta, en semisección transversal, la forma de un segmento de recta, preferentemente orientado ortogonalmente al eje central longitudinal (2).
9. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la pared radial de conducción térmica (22) de cada estructura anular unitaria presenta, en semisección transversal, al menos una ruptura axial de nivel (22c) entre una porción radialmente externa de pared (22a), y una porción radialmente interna de pared (22b).
10. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en cada cavidad anular (30), el o los elementos de protección radiológica (32) forman un anillo de protección (34) que se extiende en 360°.
11. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en cada cavidad anular (30), cada elemento de protección radiológica (32) es un elemento colado en la cavidad, o un elemento prefabricado dispuesto en esta cavidad.
12. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos varias de dichas estructuras anulares unitarias (16) son idénticas.
13. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada estructura anular unitaria (16) presenta una semisección transversal de forma constante.
14. Embalaje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de estructuras anulares unitarias (16) está comprendido entre 10 y 50, y porque la altura (H) de la envoltura exterior de protección radiológica (14) formada por el apilamiento de estas estructuras (16) está comprendida entre 1 y 4 m.
15. Procedimiento de fabricación de un embalaje (1) para el transporte y/o el almacenamiento de materiales radiactivos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende la repetición de las etapas sucesivas siguientes:
- colocación de una de las estructuras anulares unitarias (16) en el apilamiento alrededor del cuerpo lateral (10); - colocación de cada elemento de protección radiológica (32) en la cavidad anular (30) definida en parte por la estructura anular unitaria (22) colocada en la etapa anterior.
16. Procedimiento de fabricación de un embalaje (1) para el transporte y/o el almacenamiento de materiales radiactivos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque comprende la repetición de las etapas sucesivas siguientes:
- colocación de cada elemento de protección radiológica (32) en la cavidad anular (30) definida en parte por una de las estructuras anulares unitarias (16);
- colocación, en el apilamiento alrededor del cuerpo lateral (10), de la estructura anular unitaria (16) mencionada en la etapa anterior, equipada con cada elemento de protección radiológica (32).
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