HERRAMIENTAS DE FIJACION DE BLANCOS PARA LA PRODUCCION DE RADIOISOTOPOS EN EL RA10

Transcripción

1 HERRAMIENTAS DE FIJACION DE BLANCOS PARA LA PRODUCCION DE RADIOISOTOPOS EN EL RA10 Peirone M., Coleff A., Chasseur A., Departamento Termohidráulica Gerencia de Ingeniería Nuclear Centro Atómico Bariloche CNEA Resumen El proyecto RA-10 trata sobre el diseño y la construcción de un reactor de investigación y de producción de radioisótopos para la industria y la medicina, el proyecto actualmente está en la etapa final de la ingeniería básica. Si bien la mayor parte del diseño del reactor proviene de INVAP SE, parte del trabajo se realiza en el ambito de CNEA, por ejemplo se diseñaron los llamados Dispositivos Experimentales Exteriores al Nucleo (DEEN) y sus interfaces con el Tanque reflector; se liberó recientemente la documentación para la ingeniería básica de estos dispositivos y en los próximos meses se comenzará con la documentación de la ingeniería de detalle. Abstract The RA-10 project is about the design and construction of a reactor for radioisótopes production and scientific research in the nuclear area. Most of the reactor design comes from INVAP SE, however some of the design job was performed in CNEA, i.e. the so called Outer Core Experimental Devices (DEEN) and their interfaces with the Reflector Tank were designed in CNEA and the documentation of the basic design was recently released.

2 Introducción La función de estos dispositivos es la de asegurar un transporte seguro de los blancos entre Celdas y Tanque reflector, y el correcto posicionamiento en las posiciones de irradiación. 4 DEEN's fueron diseñados para los siguientes blancos: Molibdeno99, Iridio de uso medicinal, Iridio de uso industrial y Otros radioisótopos. Los blancos para la producción de Mo99 son placas con meat de Al-U y cladding de aluminio, sus dimensiones son 130mm x 30mm x1,4mm. Los blancos para la producción de Ir medicinal son alambres de Iridio puro de 100mm de longitud, en pequeñas capsulas de aluminio de 5mm de diámetro y 110mm de longitud. Los blancos para la producción de Ir industrial son hojuelas de Iridio puro de 3,5mm de diámetro y 0,25mm de espesor, 10 hojuelas con 9 separadores de aluminio se colocan en capsulas de aluminio de 5mm de diámetro y 37mm de longitud, similares a las capsulas de Ir medicinal. Los blancos para Otros Radioisotopos son capsulas de aluminio de 32mm de diámetro y 100mm de longitud. En el edificio del RA-10 hay dos piletas de agua, una de forma rectangular de servicio y otra redonda, mas profunda y llamada del reactor. El tanque reflector (TQREF) es un tanque hermético de aleación de Zirconio y con agua pesada en su interior que se encuentra sumergido casi al fondo de la pileta del reactor y rodea al nucleo, de modo que funciona como reflector y moderador de neutrones. Entre otros componentes dentro del TQREF hay 18 tubos pasantes verticales (posiciones de irradiación) dentro de los cuales se alojan los DEEN, un caudal descendente de agua liviana de la pileta del reactor cumple la función de refrigerante de los blancos. Fig. 1_ Piletas del Ra-10

3 Fig. 2_Pasantes del TQREF Principales requerimientos de Diseño de los DEEN. Los siguientes requerimientos de diseño surgen de consideraciones mecánicas, de seguridad, termohidráulicas y neutrónicas. De mas esta decir que estan fuertemente ligados entre si y que en muchos aspectos del diseño se tomaron soluciones de compromiso. Los requerimientos mecánicos se relacionan con las interacciones de estos dispositivos con otros dispositivos y/o mecanismos en Celdas, Piletas y el Tanque Reflector; y con la cantidad y forma de los blancos. Los requerimientos neutrónicos tienen relación con materiales empleados, para los que se requiere una baja absorción neutrónica y que no se activen, o que se encuentren lo suficientemente lejos de las zonas de alto flujo neutrónico. De estos requerimientos surge la decisión de utilizar principalmente aluminio en los componentes. Otros requeriminetos neutrónicos son las coordenadas de las posiciones de irradiación en el TQREF y que los blancos estan centrados axialmente con la posicion de máximo flujo neutrónico (unos 50mm por debajo de la linea del centro del nucleo). Los requerimientos termohidráulicos tienen que ver con la necesidad de refrigerar los blancos, por lo cual se necesitan canales estrechos que generen una velocidad adecuada de refrigerante, pero no demasiado estrechos debido a que la pérdida de carga para cada dispositivo es limitada. Los requerimientos de seguridad tienen que ver con evitar accidentes en piletas durante el transporte entre Celdas y TQREF y con asegurar la refrigeración de los blancos. Algunos requerimientos de seguridad son: Asegurar la integridad y la conteción de los blancos en todo el proceso. Evitar la entrada de qualquier objeto extraño en los canales de refrigeración. Evitar que un DEEN se desarme fuera de las Celdas. Que los blancos para producción de molibdeno nunca sean colocados en posiciones de irradiación con alto flujo neutrónico (estos blancos contienen Uranio).

4 Diseño En el diseño de los DEEN se diferencian tres partes: Portablancos y cuerpos de relleno: proveen los canales de refrigeración y posicionan los blancos en altura. Dispositivo de Fijación: alínea y da soporte a los anteriores. Tapón de cierre: cierra el ensamble formando un soporte rígido factible de ser trasladado y manipulado, es tambien la interface con las herramientas de piletas. Para completar el diseño hay dos elementos que no forman parte del DEEN. Tapón de DEEN, de acero, que se coloca por encima del DEEN en la MASCARA y su función es bloquear la entrada de agua desde arriba y centrar el DEEN en el tubo pasante. Restrictor de flujo, se coloca en el fondo del tubo pasante y su función es posicionar en altura al DEEN, centrarlo y brindar una restricción al flujo calibrada de modo tal que todas la posiciones de irradición tengan igual perdida de carga. La interface de los DEEN con el TQREF se resuelve mediante dos componentes montados sobre la tapa superior del TQREF denominados MASCARAS, cumplen funciones de seguridad, mecanicas y operativas. En la parte inferior estan rodedos por una chapa perforada por donde ingresa el agua de refrigeración, evitando el ingreso de objetos extraños. Sobre cada posicion de irradiación del TQREF hay en la MASCARA un tubo calibrado que perimite el ingreso del DEEN que este autorizado para esa posición. Fig. 3_Mascaras de DEEN En el recambio de un DEEN, la operación comienza llegando al TQREF con un DEEN fresco, para esto se agregan en cada MASCARA dos tubos de estacionamiento, uno para colocar el DEEN fresco mietras se retira el irradiado, y otro para colocar el irradiado mientras se inserta el fresco. Se agregan ademas otros dos tubos mas para colocar los Tapones de DEEN durante la operación (Ver fig 4).

5 Fig. 4_Recambio de un DEEN DEEN para producción de Molibdeno 99 La función de este dispositivo es la de sostener los blancos para producciòn de Mo99, las placas se deslizan dentro de canales estrechos longitudinales en el porta blancos, estos canales tienen dimensiones tales que aseguran la adecuada refrigeración de las placas. Este DEEN podrá irradiar 8 placas en 2 porta blancos, removiendo el relleno inferior y con un relleno superior mas corto se pueden colocar tres portablancos con los que se pueden irradiar 12 placas. El porta blancos y los cuerpos de relleno son extrudados cilíndricos de aleación de aluminio. Estos cuerpos se insertan en la barra central del Dispositivo de fijación y los canales de refigeración se alinean mediante un mecanizado en el extremo de cada cuerpo. Fig. 5_ DEEN Mo99.

6 Tapón de cierre Construido en aluminio y acero, esta dispositivo cierra el DEEN asegurando los blancos. Contiene un mecanismo de boquilla deformable y resorte que traba y dastraba en la punta del Dispositivo de fijación, se acciona con el telemanipulador en Celdas. En la parte superior tiene el alojamiento para la herramienta de izaje. Fig. 6_ Tapon de cierre para DEEN Molibdeno e Iridios. DEEN para producción de Iridio industrial La función de este dispositivo es la de sostener los blancos de Iridio de uso industrial, las capsulas se deslizan dentro de canales en el porta blancos, estos canales aseguran la adecuada refrigeración de las capsulas. Este DEEN podrá irradiar 6+6=12 capsulas con 10 hojuelas en cada porta blancos, con tres porta blancos da un total de 360 hojuelas. Removiendo en relleno inferior y con un relleno superior mas corto se pueden colocar cuatro portablancos con los que se pueden irradiar 480 hojuelas. El porta blancos y los cuerpos de relleno son extrudados cilíndricos de aleación de aluminio. Estos cuerpos se insertan en la barra central del Dispositivo de fijación y los canales de refigeración se alínean mediante un mecanizado en el extremo de cada cuerpo. En la parte superior del DEEN para asegurar el cierre se coloca el mismo Tapón de cierre que el DEEN para Mo99 (Ver fig 7). DEEN para producción de Iridio para uso medicinal La función de este dispositivo es la de sostener los blancos de Iridio de uso medicinal, las capsulas son similares a las del iridio industrial. Este DEEN podrá irradiar 6 capsulas por porta blancos, con 1 alambre de 100mm de largo cada una en cada capsula, con dos porta blancos da un total de 1200mm de alambre. Los portablancos y cuerpos de relleno tienen el mismo perfil extrudado y material que el DEEN de iridio industrial y en la parte superior del DEEN para asegurar el cierre se coloca el mismo Tapón de cierre que el DEEN para Mo99 (Ver fig 8).

7 Fig. 7_ DEEN IR INDUSTRIAL. Fig. 8_ DEEN IR MEDICINAL.

8 DEEN para Otros Radioisótopos (ORI) La función de este dispositivo es la de sostener los blancos de ORI, las capsulas se deslizan dentro de un tubo con ghias que forman los canales de refrigeración. Este DEEN podrá irradiar 4 capsulas, en la parte superior lleva un cuerpo de relleno de aluminio. En la parte superior del DEEN para asegurar el cierre se coloca un Tapón de cierre diferente al de los otros DEEN, este contiene un mecanismo de bolillas y resorte que traba y dastraba en el Dispositivo de fijación. Fig. 5_ DEEN ORI.