El combustible nuclear gastado debe transportarse de manera segura desde las plantas de energía donde se genera a los lugares de almacenamiento provisional y, finalmente, a un sitio de disposición geológica permanente.

A finales del año pasado, Los investigadores de Sandia completaron un período de ocho meses 14, Prueba similar a un triatlón de 500 millas para recopilar datos sobre los golpes y sacudidas que experimenta el combustible nuclear gastado durante el transporte. Los datos de esta prueba podrían usarse para demostrar el transporte seguro del combustible nuclear gastado.

La energía nuclear suministra casi el 20 por ciento de la electricidad de EE. UU. Y es la principal fuente de energía neutra en carbono. Sin embargo, produce entre 2, 200 y 2, 600 toneladas de combustible gastado en los EE. UU. Cada año. Las barras de combustible se vuelven frágiles y altamente radiactivas mientras alimentan el reactor nuclear, haciendo que el transporte seguro sea importante.

Un barril de transporte y almacenamiento de desechos nucleares recién salido de la línea de ensamblaje se cargó con tres conjuntos de barras de combustible sustitutos de los EE. UU. España y Corea del Sur y luego viajó de España a Colorado y de regreso en camión, barco y tren. Tubos de aleación de circonio llenos de cuerda de plomo, gránulos de plomo o gránulos de molibdeno imitaban los gránulos de óxido de uranio dentro de una barra de combustible nuclear gastado.

"Todos nuestros datos preliminares sugieren que la probabilidad de que una barra de combustible se rompa durante la manipulación y el transporte de rutina es baja. Esta prueba es más realista que las pruebas anteriores y podría dar como resultado una cuantificación más confiable de los riesgos de transporte, "dijo Sylvia Saltzstein, gerente de los proyectos de transporte.

Sandia colaboró ​​en el triatlón con Equipos Nucleares S.A. (ENSA), el diseñador y fabricante español de barricas, y Empresa Nacional de Residuos Radiactivos S.A. (ENRESA), la corporación responsable de la gestión de residuos nucleares en España. La Agencia de Residuos Radiactivos de Corea (KORAD), Instituto de Investigación de Energía Atómica de Corea (KAERI), y los laboratorios nacionales Pacific Northwest y Argonne también participaron en el triatlón.

Una rejilla de casi 300 varillas constituye un conjunto de combustible, y el barril utilizado en la prueba puede contener 32 conjuntos en una canasta especialmente diseñada. Las barras de combustible simuladas dentro de los tres conjuntos estaban equipadas con pequeños acelerómetros y galgas extensométricas antes de entrar en el barril. El barril y la canasta estaban equipados de manera similar.

Los acelerómetros y galgas extensométricas midieron cada golpe, traquetear y sacudir el combustible simulado experimentado durante el viaje, proporcionando datos que pueden utilizarse para cuantificar los márgenes de seguridad del transporte de combustible nuclear gastado.

Las pruebas anteriores imitan las vibraciones del transporte para aproximar las tensiones

Aunque Sandia ha probado minuciosamente la robustez de los contenedores de residuos nucleares durante décadas de accidentes de transporte catastróficos simulados, Otro desafío es el estrés del transporte diario en las barras de combustible dentro del barril. Saltzstein y sus colegas esperan que los repetidos empujones no provoquen que la barra de combustible se rompa, como doblar una lata de refresco demasiadas veces.

El triatlón es en realidad la cuarta prueba de Sandia para medir las tensiones de transporte de rutina.

El primero usó una mesa vibradora grande para probar el conjunto de combustible simulado con sensores tachonados de Sandia, con cuerda de plomo en tubos de aleación de circonio para imitar el peso de los gránulos de uranio. Una mesa vibradora es solo eso, una mesa que vibra hacia arriba y hacia abajo de forma controlada. Los investigadores programaron la mesa para reproducir los golpes y vibraciones de viajar en camión y midieron la tensión experimentada por las barras de combustible. Aunque es una prueba inicial razonable, la mesa solo subía y bajaba, por lo que se necesitaban más pruebas.

La segunda prueba colocó el mismo conjunto en un remolque de camión cargado con 50, 000 libras de hormigón, lo mismo que un barril de transporte, y lo llevé a cabo en un viaje de 38 millas por carreteras, calles de la ciudad y caminos de tierra. Esta prueba mostró similar, muy bajo, niveles de tensión en el combustible simulado. Sin embargo, Dado que el combustible nuclear gastado viajará principalmente en tren, la tercera prueba analizó los golpes y vibraciones experimentados al montar los rieles.

Los investigadores de Sandia tomaron datos de golpes y vibraciones proporcionados por la Asociación de Ferrocarriles Estadounidenses para configurar una mesa vibradora que pudiera moverse en seis direcciones en lugar de solo hacia arriba y hacia abajo. simulando la tensión y la aceleración del viaje en tren. También reemplazaron el cable de plomo en algunas de las varillas con gránulos de plomo y molibdeno para una mejor aproximación del combustible gastado. Esta prueba coincidió con dos pruebas anteriores:las tensiones del transporte normal son aproximadamente 100 veces más bajas que las tensiones que se sabe que dañan las barras de combustible nuclear.

Las tres pruebas dieron confianza a los investigadores de Sandia, pero necesitaban una prueba aún más realista. Para el triatlón, movieron un barril de combustible gastado real proporcionado por un socio español, pero muy similares a los que se usan en EE. UU., de un modo de transporte a otro para obtener datos más cercanos a las condiciones del mundo real.

El triatlón arrancó en el norte de España, donde el barril viajó en camión de transporte pesado durante aproximadamente 250 millas a través de carreteras y carreteras principales. Después de una escala para descargar datos de los sensores, el tonel fue trasladado a una barcaza, que bordeaba la costa de Francia hasta Bélgica, navegando más de 1, 000 millas durante cuatro días. Después de una escala en Bélgica, el tonel fue trasladado a un buque de carga. Luego, el barco cruzó el Atlántico hasta Baltimore, casi 4, 000 millas, a través de mares a veces agitados. Esto tomó dos semanas.

En Baltimore, el barril fue transferido a un vagón de tren de plataforma dedicado y viajó hacia el oeste alrededor de 2, 000 millas a través de 12 estados, que tomó siete días. Luego, en asociación con la Asociación de Ferrocarriles Estadounidenses, el barril y los conjuntos de combustible se probaron en las instalaciones de Transportation Technology Center Inc. cerca de Pueblo, Colorado. El centro tiene casi 50 millas de pista de pruebas, permitiendo escenarios controlados como unir dos vagones de ferrocarril o retumbar sobre un cruce de vías. Después de estas pruebas, el tonel con sus sensores cambió de rumbo y regresó a España.

Además de los desafíos logísticos, el mayor desafío técnico fue construir un sistema de adquisición de datos que pudiera recopilar todos los datos de golpes y vibraciones de manera robusta y sin supervisión, dijo Paul McConnell, jefe de proyecto para las pruebas. Un contratista de Sandia, Bill Uncapher, diseñó el sistema y los tecnólogos de Sandia, Carissa Gray y Wes Chilton, construyó el sistema.

La prueba del barril de riel generó aproximadamente 8 terabytes de datos de impacto y vibración. Saltzstein espera que el análisis completo lleve casi un año. Los datos de la prueba también se utilizarán para validar modelos informáticos de las tensiones experimentadas por el combustible gastado durante el transporte normal.

"Los resultados preliminares muestran niveles muy bajos de golpes y vibraciones, que compararemos con las propiedades mecánicas del combustible que sale de un reactor de energía nuclear, ", dijo McConnell." En última instancia, queremos saber si el combustible puede soportar la acumulación de golpes y vibraciones durante el viaje que podrían causar la rotura de una barra de combustible ".