Almacenamiento y transporte de combustible gastado

Combustible

Introducción

Este Programa se inición en el año 2004, coordinado por ENUSA, con la participación de las Empresas Eléctricas a través de UNESA, CSN, ENRESA, ENUSA, CIEMAT, ENSA y GAS NATURAL FENOSA Engineering, Su objetivo es la identificación, el impulso y, finalmente, el desarrollo de distintos proyectos que permitan profundizar en los criterios de diseño y seguridad que aseguren la integridad estructural del combustible gastado durante su almacenamiento en seco y transporte, con el fin de optimizar la gestión y disposición del combustible atendiendo a sus particulares características y al proceso de almacenamiento y transporte seleccionado. Para la gestión de este programa se estableció un Acuerdo Marco que define los campos de investigación del Programa, establece las bases para coordinar las iniciativas en curso de cada entidad y fija los mecanismos para promover Proyectos individuales de investigación.

 

Descripción

El almacenamiento en seco del combustible gastado proporciona una barrera que debe garantizar que el combustible se mantiene sub-crítico y a temperaturas adecuadas, así como que permite una posterior recuperación y manejo de los elementos almacenados. Para ello, además de los requisitos propios del contenedor, es necesario asegurar la integridad estructural del combustible. Se trata de una modalidad de almacenamiento que será empleada en España con creciente frecuencia en los próximos años y por periodos significativamente prolongados.

 

Como se cuenta con importante experiencia internacional al respecto, en primer lugar el Programa ha contemplado la asimilación y el aprovechamiento de esa experiencia, sobre todo en lo que respecta a la definición y bases de los criterios de diseño. En segundo lugar, el Programa se ha centrado en la investigación de propiedades y características significativas en especímenes de combustible gastado de interés singular por los materiales avanzados de vaina que emplea o por las condiciones particularmente envolventes de operación bajo las que ha sido irradiado. Finalmente, el Programa también considera la investigación de ciertos mecanismos primarios de fallo en el combustible gastado, así como el desarrollo de herramientas analíticas que permitan su simulación.  Un resumen de los proyectos incluidos en este programa y su estado se presenta en la tabla siguiente. No se incluyen los proyectos actualmente en estado de propuesta.

 

 

 

PROYECTOS INCLUIDOS EN EL PROGRAMA SOBRE ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DEL COMBUSTIBLE GASTADO

 

Los resultados de los proyectos ya realizados han permitido acuerdos tecnológicos en el ámbito internacional con otras entidades para complementar la investigación realizada tales como EPRI, W, DOE, ONL, IRSN, EDF, Vatenfall y NEA/OCDE. Asimismo, parte de estos resultados se han divulgado en congresos y publicaciones especializadas de reconocido prestigio.

 

Para la gestión de este programa se estableció un Acuerdo Marco que establece la creación de un Comité de Dirección del Programa con representantes de las siguientes entidades: Empresas Eléctricas a través de UNESA, CSN, ENRESA, ENUSA, CIEMAT, ENSA y GAS NATURAL FENOSA Engineering. Asimismo, este Acuerdo Marco define los campos de investigación del Programa, establece las bases para coordinar las iniciativas en curso de cada entidad y fija los mecanismos para promover Proyectos individuales de investigación. La realización de cada uno de esos Proyectos individuales así como los derechos sobre la propiedad intelectual de los resultados de la investigación se regularán por acuerdos particulares entre las entidades que estén interesadas y contribuyan a su ejecución.

 

Está previsto que las actividades de este Programa se extiendan hasta el año 2013. El presupuesto final estimado de los trabajos de investigación en sus nueve años de duración es de aproximadamente 2,5 M€.

 

En este programa es importante reseñar las colaboraciones internacionales que se han derivado de su realización. Entre ellas destacan la colaboración en el Programa ESCP coordinado por EPRI  y con el CRP “Demostrating performance of Spent Fuel and related system components during very long term storage” de la OIEA

 

Colaboración en el Programa ESCP coordinado por EPRI

Tras la decisión del Gobierno de los EE UU de abandonar la construcción del AGP de Yucca Mountain surge una iniciativa, coordinada por EPRI, que reúne a los principales actores que deberán afrontar, en ausencia de dicho AGP, una gestión del combustible gastado por periodos de tiempo muy superiores (>100 años) a los originalmente previstos.

La iniciativa se abrió a la cooperación internacional, y desde finales de 2009 cuenta con la colaboración de nuestro Programa CEIDEN sobre Combustible Gastado.

Su primer objetivo ha sido la identificación y valoración de las carencias de conocimiento necesario (“gap análisis”) para asegurar la adecuada gestión del combustible gastado en las nuevas circunstancias. A partir de ese análisis se promoverán diferentes proyectos de investigación que contribuyan a subsanar las carencias encontradasSe trata de  del alcance de la iniciativa.

Se han creado los siguientes grupos de expertos en los diferentes campos que se quieren abordar estudios sobre:

  • Comportamiento de combustible durante el almacenamiento prolongado en seco (participa Enusa)
  • Examen no destructivo y monitorización de la integridad del contenedor (participa ENSA)
  • SCC de los contenedores de almacenamiento en ambientes marinos
  • Mecanismos de degradación de los hormigones
  • Proyecto de demostración

 

Participación en la CRP on “Demostrating performance of Spent Fuel and related system components during very long term storage” del OIEA

Se trata de un “Coordinated Research Program” de la OIEA que busca un esfuerzo de colaboración e integración internacional de las diferentes iniciativas existentes (de la propia OIEA, de la NEA y el propio ESCP americano) sobre el almacenamiento prolongado del combustible gastado.

Sus principales objetivos son:

  • Crear red de expertos en esta materia
  • Generar datos relevantes sobre comportamiento de combustible gastado y sistemas de almacenamiento en seco
  • Desarrollar metodología para la validación del almacenamiento prolongado
  • Impacto del alto quemado en el almacenamiento prolongado

 

Finalmente este programa y sus colaboraciones internacionales han dado lugar a numerosas publicaciones nacionales e internacionales, en las que se pueden consultar los principales resultados y conclusiones de los trabajos realizados por este Programa CEIDEN.

 

Publicaciones asociadas al Programa sobre almacenamiento y transporte del combustible gastado
  • XXXV International Symposium on Scientific Basis for Nuclear Waste Management – MRS 2011, Buenos Aires, 2-7 de octubre 2011; “Structural integrity of hydrided nuclear fuel cladding”. UPM (Dpto. Ciencia de Materiales, I. Caminos)
  • Reunión Anual SNE 2011, Burgos, 28-30 de septiembre 2011; “Estudio del efecto del óxido en el comportamiento en rotura de la vaina de combustible”. UPM (Dpto. Ciencia de Materiales, I. Caminos) y CSN
  • Incorporación de los resultados de la caracterización isotópica del combustible de Vandellós en la base de datos de la NEA “Spent Fuel Isotopic Composition Database” (SFCOMPO). 2011

 

  • Journal of Nuclear Materials, Volume 402 del 1-7-2010; “Nuclide análisis in high burnup fuel simples irradiated in Vandellós II”. Zwicky (Zwicky Consulting); Low y Granfors (Studsvik Nuclear); Alejano y Conde (CSN); Casado, Sabater y Lloret (Enusa).
  • Publicación en 2010 por la NRC (NUREG) del análisis de  ORNL de los resultados del proyecto de caracterización isotópica PWR, incluyendo los datos generados en el Programa CEIDEN. NUREG/CR-7012, “Uncertainties in Predicted isotopic compositions for High Burnup PWR Spent Nuclear Fuel”

 

  • Publicación en 2009 por la NRC (NUREG) del análisis de  ORNL de los resultados del proyecto CEIDEN de caracterización isotópica PWR NUREG/CR-7013, “Analysis of experimental data for High Burnup PWR Spent Fuel Isotopic Validation- Vandellós II Reactor”
  • Top Fuel septiembre/2009 (Paris), “New Method to Calculate Mechanical Properties of Unirradiated H-charged Fuel Cladding from Ring Tensile Tests”. Martín-Rengel (UPM/CSN), Gómez (UPM), Ruiz-Hervías (UPM), Caballero (UPM), Valiente (UPM)
  • Top Fuel septiembre/2009 (Paris), “Obtention of Fracture Properties of Unirradiated H-charged Fuel Cladding from Ring Compression Tests”. Martin-Rengel (UPM/CSN), Gomez (UPM), Ruiz-Hervías (UPM), Caballero (UPM), Valiente (UPM)
  • Tesis Doctoral Martín Rengel (CSN), julio-2009; “Integridad estructural de vainas de combustible nuclear en condiciones de almacenamiento temporal en seco”

 

  • Revista Nuclear España, I+D en Combustible Nuclear 2008. “Comportamiento del material de vaina PWR altamente irradiado frente a distintas solicitaciones mecánicas”. M. Lloret (ENUSA); J. M.Rey Gayo (CSN), y F. Javier Fernández (ENRESA)
  • SNE 2008, Murcia. “Comportamiento de la vaina de ZIRLO Altamente irradiado durante el almacenamiento en seco”. M. Lloret y M. Quecedo (ENUSA); J. M. Conde (CSN), y J. A. Gago (ENRESA)
  • W.R. Fuel Performance Meeting,Seul 2008. “Results of thermal creep tests on highly irradiated Zirlo”. M. Quecedo y M.Lloret (ENUSA); J.M. Conde y C. Alejano (CSN); J.A. Gago y F.J. Férnandez (ENRESA)
  • W.R. Fuel Performance Meeting,Seul 2008. “Mechanical Behaviour of H-charged  PWR cladding samples: experimental and numerical characterization”. J. Ruiz, F.J. Gómez, L. Caballero y A. Valiente (Departamento de Ciencia de Materiales, UPM); M.A. Martín-Rengel (CSN)