Le combustible nucléaire irradié doit être transporté en toute sécurité depuis les centrales électriques où il est produit jusqu'à des emplacements de stockage provisoire et, éventuellement, jusqu'à un site de stockage géologique permanent.

À la fin de l'année dernière, Les chercheurs de Sandia ont effectué huit mois, 14, Test de type triathlon de 500 milles pour recueillir des données sur les chocs et les secousses vécues par le combustible nucléaire pendant le transport. Les données de cet essai pourraient être utilisées pour démontrer la sécurité du transport du combustible nucléaire usé.

L'énergie nucléaire fournit près de 20 % de l'électricité des États-Unis et est la principale source d'énergie neutre en carbone. Cependant, il produit entre 2, 200 et 2, 600 tonnes de combustible usé aux États-Unis chaque année. Les barres de combustible deviennent fragiles et hautement radioactives lors de l'alimentation du réacteur nucléaire, rendre le transport sécuritaire important.

Un conteneur de transport et de stockage de déchets nucléaires fraîchement sorti de la chaîne de montage a été chargé de trois assemblages de barres de combustible de substitution en provenance des États-Unis, l'Espagne et la Corée du Sud, puis a voyagé de l'Espagne au Colorado et retour en camion, bateau et train. Tubes en alliage de zirconium remplis de corde de plomb, des pastilles de plomb ou des pastilles de molybdène imitaient les pastilles d'oxyde d'uranium à l'intérieur d'un crayon de combustible nucléaire usé.

« Toutes nos données préliminaires suggèrent que la probabilité qu'un crayon de combustible se brise lors de la manutention et du transport de routine est faible. Ce test est plus réaliste que les tests précédents et pourrait permettre une quantification plus fiable des risques liés au transport, " a déclaré Sylvia Saltzstein, responsable des projets de transport.

Sandia a collaboré au triathlon avec Equipos Nucleares S.A. (ENSA), le concepteur et fabricant espagnol de fûts, et Empresa Nacional de Residuos Radiactivos S.A. (ENRESA), la société responsable de la gestion des déchets nucléaires en Espagne. L'Agence coréenne des déchets radioactifs (KORAD), Institut coréen de recherche sur l'énergie atomique (KAERI), et les laboratoires nationaux Pacific Northwest et Argonne ont également participé au triathlon.

Une grille de près de 300 crayons constitue un assemblage combustible, et le tonneau utilisé dans le test peut contenir 32 assemblages dans un panier spécialement conçu. Les crayons combustibles fictifs dans les trois assemblages étaient équipés de minuscules accéléromètres et de jauges de contrainte avant d'entrer dans le fût. Le tonneau et le panier étaient équipés de la même manière.

Les accéléromètres et jauges de contrainte ont mesuré chaque bosse, secouer et secouer le carburant fictif expérimenté pendant le voyage, fournissant des données qui peuvent être utilisées pour quantifier les marges de sûreté du transport du combustible nucléaire usé.

Les tests antérieurs imitent les vibrations de transport pour approximer les contraintes

Bien que Sandia ait testé minutieusement la robustesse des emballages de déchets nucléaires au cours de décennies d'accidents de transport simulés catastrophiques, un autre défi est le stress du transport quotidien sur les barres de combustible à l'intérieur du fût. Saltzstein et ses collègues espèrent que des bousculades répétées ne conduiront pas à un bris de crayon de combustible, comme si vous pliiez un soda, vous pouvez prendre une languette de trop.

Le triathlon est en fait le quatrième test de Sandia pour mesurer les contraintes de transport de routine.

Le premier a utilisé une grande table vibrante pour tester l'assemblage combustible fictif de Sandia, doté de capteurs, avec corde de plomb dans des tubes en alliage de zirconium pour imiter le poids des pastilles d'uranium. Une table shaker c'est juste ça, une table qui vibre de haut en bas de manière contrôlée. Les chercheurs ont programmé la table pour reproduire les chocs et les vibrations dues aux déplacements en camion et ont mesuré la contrainte subie par les crayons combustibles. Bien qu'il s'agisse d'un test initial raisonnable, la table ne faisait que monter et descendre, donc plus de tests étaient nécessaires.

Le deuxième essai a placé le même assemblage sur une remorque de camion chargée de 50, 000 livres de béton, le même qu'un tonneau de transport, et l'a emmené sur un voyage de 38 milles sur les autoroutes, rues de la ville et chemins de terre. Ce test a montré similaire, très lent, niveaux de contrainte sur le carburant fictif. Cependant, étant donné que le combustible nucléaire irradié voyagera principalement en train, le troisième test a examiné les chocs et les vibrations ressentis sur les rails.

Les chercheurs de Sandia ont utilisé les données de choc et de vibration fournies par l'Association of American Railroads pour mettre en place une table vibrante qui pourrait se déplacer dans six directions au lieu de simplement monter et descendre, simuler la contrainte et l'accélération des déplacements en train. Ils ont également remplacé le câble de plomb de certains crayons par des pastilles de plomb et de molybdène pour une meilleure approximation du combustible usé. Ce test était en accord avec deux tests précédents :Les contraintes du transport normal sont environ 100 fois inférieures aux contraintes connues pour endommager les barres de combustible nucléaire.

Les trois tests ont donné confiance aux chercheurs de Sandia, mais ils avaient besoin d'un test encore plus réaliste. Pour le triathlon, ils ont déplacé un véritable emballage de combustible usé fourni par un partenaire espagnol, mais très similaires à ceux utilisés aux États-Unis, d'un mode de transport à un autre pour obtenir des données plus proches des conditions du monde réel.

Le triathlon a commencé dans le nord de l'Espagne, où le fût a voyagé par camion lourd sur environ 250 milles à travers les routes principales et les autoroutes. Après une escale pour télécharger les données des capteurs, le fût a été transféré sur une barge, qui longeait les côtes de la France jusqu'en Belgique, naviguer plus de 1, 000 milles sur quatre jours. Après une escale en Belgique, le fût a été transféré sur un cargo. Ensuite, le navire a traversé l'Atlantique jusqu'à Baltimore - près de 4, 000 milles—à travers une mer parfois agitée. Cela a pris deux semaines.

A Baltimore, le fût a été transféré dans un wagon à plateau dédié et a voyagé vers l'ouest environ 2, 000 miles à travers 12 états, qui a pris sept jours. Puis, en partenariat avec l'Association of American Railroads, le fût et les assemblages combustibles ont été testés à l'installation du Transportation Technology Center Inc. près de Pueblo, Colorado. Le centre dispose de près de 50 miles de piste d'essai, permettant des scénarios contrôlés comme joindre deux wagons ensemble ou gronder sur un croisement de voie. Après ces épreuves, le tonneau avec ses capteurs renversa le cours et retourna en Espagne.

En plus des défis logistiques, le plus grand défi technique était de construire un système d'acquisition de données capable de collecter toutes les données de chocs et de vibrations de manière robuste et non supervisée, dit Paul McConnell, chef de projet pour les tests. Un entrepreneur Sandia, Bill Uncapher, conçu le système et les technologues de Sandia, Carissa Gray et Wes Chilton, construit le système.

L'essai en fût sur rail a généré environ 8 téraoctets de données sur les chocs et les vibrations. Saltzstein s'attend à ce que l'analyse complète prenne près d'un an. Les données de l'essai seront également utilisées pour valider les modèles informatiques des contraintes subies par le combustible usé pendant le transport normal.

« Les résultats préliminaires montrent des niveaux de chocs et de vibrations très faibles, que nous comparerons aux propriétés mécaniques du combustible issu d'un réacteur nucléaire, " dit McConnell. " En fin de compte, nous voulons comprendre si le combustible peut résister à l'accumulation de chocs et de vibrations pendant le voyage qui pourraient potentiellement provoquer la rupture d'un crayon de combustible."