sistemas y su funcionalidad en la pdt-iter tecnologías de

FUS_ALIANZ® Engineering & Consulting

Estado del arte en diseño y desarrollo de sistemas de PdT- ITER (1) :

• Sistemas y su funcionalidad en la PdT-ITER

• Tecnologías de proceso ultimadas para el diseño

• Diseño de base, modos operacionales y rangos de proceso

Requerimientos técnicos de PdT en ITER ITER: Primera máquina de fusión con quemado equimolar DT

Manipulación de entradas y salidas de tritio

Gestión de inventarios y aprovisionamenientos de tritio en la instalación

Bombeo del toro y su procesamiento (exigentes requisitos)

Procesamiento de efluentes con tritio en ciclo cerrado (de alimen- tación a bombeo)

Control y destrititiación de atmosferas en edificios y descontami- nación antes de vertido a la atmósfera en condiciones normales, incidentales y accidentales

Tratamiento isotópico de efluentes a demanda de alimentación

Destritiación de agua y minimización de impactos

Minimización de residuos tritiados

En fase regeneradora extracción y recuperación de tritio de los TBM.


Generalidades confinamiento y prácticas de manejo de Tritio

Confinamiento de tritio: aspecto clave de seguridad en ITER Minimizar emisiones en Operación Normal (ALARA) Minimizar dosis a operadores, población y ambiente Sistema coherente “multibarreras” interpuestas entre los sistemas de proceso y el ambiente y técnicas auxiliares (ej.: control de atmósferas) (Principio: “Defense-in-Depth”) Barreras físicas (= “contenciones”); confinamientos (primarios, secundarios, etc) incluye técnicas auxiliares (ej.: “control de atmósferas”) Categorias de confinamiento: A) Contención primaria; B) Destitiación de agua; C) Contenciones secundarias (cajas guante); D) Sistemas auxiliares (atmosferas + edificios)


Cantidades grandes de tritio exigen alta integridad de contenciones primarias Las contenciones primarias deben tener sellos metálicos (prohibidos o-rings de elastómero/polímero/poliamidas en líneas) y detección de fugas en contenciones en rangos de fuga (< 10-9 Pa m3 s-1) Contenciones presurizadas conforme a EU PED, F-PNSP Todo sistema/proceso > 150 ºC exige contención con interespacio evacuado para evitar permeación y recuperación

1 SS de BOMBEO PRIMARIO (“PVS+BF”) [Interfaz con PdT]

2 SS DE PROCESAMIENTO PRIMARIO y PURIFICACION “exhaust” (TEP/FCU-E)

3 Tecnologías de criodestilación. SS DE SEPARACIÓN ISOTÓPICA (ISS)

4 SS. DE ALMACENAM. TEMPORAL y APROVISIONAM. DINÁMICO en planta (SDS)

5 Tecnologías y SS DE DESTRITIACIÓN DE EFLUENTES (WDS)

6 SS. de APROVISIONAMIENTO EXTERNO y PERMANENTE (LTSS)

7 SS de ALIMENTACIÓN (FS) [Interfaz con PdT]

8 CAMARA DE VACIO como sistema del ciclo PdT [Interfaz con PdT]

9 CELDAS CALIENTES de ITER (ITER-HC) [Interfaz con PdT]

10 SS AUXILIARES de la PdT: HVAC, VDS,..

11 TECNICAS ANALÍTICAS Y SS. ANALITICOS DE PLANTA (Pres. Prof. Jordi Abellà)

12 INTEGRACIÓN DE LOS SS. en la PdT. EDIFICIO DEL TRITIO (TRITIUM BUILDING),

13. SISTEMAS REGENERADORES DE TRITIO: EU ITER TBM SYSTEMS


Listado de grandes sistemas de la PdT-ITER

H2 , (HD)

(D2)T

DT

T2

D2

Otros

LINEAS DE

SISTEMAS DE

ALIMENTACION

T2, DT, (D2)T Ar, He, N2, Ne, O2

INYECTORES SOPLADORES

HACES INYECTORES

NEUTROS

D2 H2

SS ANALITICOS PLANTA SS AUXILIARES DE PLANTA

SISTEMAS

SEPARACION

ISOTOPICA Mezclas H-D-T

Lechos DT

LECHOS TEMPORALES Y APROVISIONAMIENTO

Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2

LECHOS ALMACENAMIENTO PERMANENTE

LECHOS RECUPERAC.

PFC

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro

SISTEMA DESTRITIACIÓN

IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41

SS. DESTRITIACIÓN EFLUENTES (L)

Ar, He, N2, Ne, CO,CO2

VDS DESTRITIACIÓN EFLUENTES (G)

BOMBEO MECANICO

PERMEADORES FRONTALES

He GLOW DISCHARGE PURIFICACIÓN DE

HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION

CELDAS CALIENTES

CONTAINERS TRANSPORTE

TRITIO Unidad carga

Diagrama funcional de Planta de Tritio -ITER


CRIOBOMBAS DEL

TORO

CAMARA DE

REACCION


SS de BOMBEO PRIMARIO

(“PVS+BF”)

[Interfaz con PdT]


SS de BOMBEO PRIMARIO (“PVS+BF”) [Interfaz con PdT]

• ITER: 3 grandes sistemas de criobombas de alto vacío

SS de alto vacío del criostato

SS de alto vacío de NBI

SS de alto vacío del Toro (tritio)



Paneles a 80 K envolviendo otros a 4.5 K, como blindaje de gases y conductos a la radiación

Bombeos DT a 1000 m3/s (válvula abierta)

Vávula de paso φ ~ 1 m para

regular carga y presiones (< 0.01 Pa) (regímenes moleculares y

térmica)

Blindaje a la

radiación pasivo

Criopaneles de C-“monocapas” 1 mm. 400 grs.-C/m2 refrigeradas con He supercrítico 4.5 K.

FUNCIONES PRIMARIAS

MODOS DE OPERACION

CRIOBOMBAS DEL

TORO

CAMARA DE

REACCION

CRIOBOMBAS SS NBI


• Pruebas de estanqueidad CT, acondicionamiento y vacío último

• CARGA : criopanel a 5K se carga: Q2, CxQy, Q2O, Ar, N2, CO2,.. (excepto He)

• Bombeo de productos del plasma (incluido cenizas de He), de interacción plasma-pared, erosión, sputtering, outgassing, fugas menores


• 2 sistemas AV: (TORO 1350 m3) + NBI (570 m3)

• REGENERACIÓN PARCIAL: 90 K: Desorbe Q2 transferido por bombas mecánicas extenas

• REGENER. TOTAL: 300 K: Desorbe resto (CxQy a 450K)

De manera análoga para (2+1?) H/D NBI

Se han fabricado unidades 1:1 y se han iniciado ensayos de prueba a escala.

(Instalación TLK-TIMO) que crio-paneles cumplen exigencias de bombeo de ITER. Experimentos de laboratorio han demostrado que en presencia de cenizas de He los Criopaneles muestran un comportamiento auto-limitativo a inventarios en Tritio, lo que limita el bombeo posterior de éste, una vez alcanzado el límite de carga.

Para NBI: ensayos esperados en NBTF



Limites administrativos a inventario de tritio en sistema de bombeo (120 g)

• ITER: 4 + 4 criobombas para pulso nominal + 4 para regeneración multi-etapas (150 s) 1200 s de ciclo total de bombeo





• Se han calificado las bombas completas a escala 1:2 (en KIT: TIMO) [más de 10000 ciclos 5K-100K, 80K-300K, calificación de los equilibrios de

crioadsorción estáticas 4K – 100 K, caracteristicas criogénicas y de regeneración, quimica de la adsorción (envenenamiento por CxHy), dinamicas de bombeo

para gases no activos]

• Calificación con gases activos (tritio) en JET, a fecha corrientes solo existe datos parciales sobre caracteristicas de adsorción de espcies

tritiadas (77 K, ..)

- Bombeo potencialmente continuo de gases de la CV a TurboBombas

- Realmente regeneracion parcial en periodos de no operación (2 etapas)

- Diferente a ITER


Sistemas de Gestion Activa de Gas en JET

Ensayos (TLK/TIMO) han demostrado (He, Ne, ..) “targets de bombeo” ~ 1 l.s /cm2 y se está probando en TLK-FzK con H/D/..

La menor duración del pulso de ITER a ITER-FEAT ha relajado enormemente las exigencias sobre el PVP-FP.

Esquema BOMBEO-REGENERACIÓN implicaciones de Seguridad e Inventario (T). SS de BOMBEO PRIMARIO (“PVS+BF”) [Interfaz con PdT]




Capacidades de bombeo para D2 ~ 25 mbar.l /cm2 (!)

Tritio bombeado hasta 20 bar l y demostración de capacidad de bombeo de tritio por crioadsorción.



Velocidad de bombeo: ∝ c ; ∝ M1/2

En regímenes de transición (viscoso/molecular; T crio) K > 1. MRTAKV πσ 2/⋅⋅⋅=

ITER, tritio puro (bombeo estable). Rol del Helio penalizante y dominante

Rangos ITER, no deterioro con tritio. Bombeo x condensación.

BOMBEO MECANICO

CRIOBOMBAS DEL

TORO

CAMARA DE

REACCION



BOMBEO MECANICO

CRIOBOMBAS DEL

TORO NBI

CAMARA DE

REACCION

Bombas frontales

4 sistemas multi-etapa AV (TORO)

Bombeo inicial de la CT + apoyo a regeneración hasta alto vacío de las CB.

Funciones PRIMARIAS

Compatibilidad con tritio FP/compresores

Exigencias en “m3/s” no disponibles comercialmente

PROBLEMAS CLAVE DE DISEÑO

Sellos ferro-fluídicos (f < 10-9 mbar.l s-1)

Sellos probados en regímenes cíclicos (modos de regeneración CB)

Problemas de diseño cartuchos FF soluciones en curso


SS de BOMBEO PRIMARIO (“PVS+BF”)

Se ha fabricado la primera bomba (250 m3/h) compatible con tritio

http://seals.ferrotec.com/technology/sealsVideo/

http://seals.ferrotec.com/technology/sealsVideo/�


SS DE PROCESAMIENTO PRIMARIO y

PURIFICACION “exhaust”

(TEP/FCU-E)

Mezclas H-D-T

HDT Puro

HDT Puro


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41




HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CRIOBOMBAS DEL

TORO

BOMBEO MECANICO

CAMARA DE

REACCION


Q2 (> 95%) Q2 Q2

FD :: 108 (def. pulsos de 450 s) demostrados experimentalmente.

PERMEADOR (Pd-Ag) Lecho Catalítico (Pt)

Q2 , Q2O, CQ4, He, CO, CO2 Ar

H2 , H2O, CH4, He, CO, CO2 Ar

H2

PERMEADOR PERMCAT

CQ4 C + 2Q2 CO+ Q2O CO2 + Q2

2ª etapa: posible BATCH o CONTINUO


SS DE PROCESAMIENTO PRIMARIO y PURIFICACION “exhaust” (TEP/FCU-E)

ESQUEMA DE CAPER (CC-TLK, 3-5 gr. de tritio), 10 años de operación

MODO CONTINUO (Facil control, mayor rapidez de extraccion, MENOR INVENTA- RIO en TRITIO: BAJO OPTIMIZACIÓN

106 Ci/m3

< 1 Ci/m3

FD :: 106 (def. pulsos de 450 s) demostrados experimentalmente.

PERMCAT

Q2

H2 , H2O, CH4, He, CO, CO2 Ar

H2

PERMCAT opera como final clean-up (< 1% en formas CQ4, Q2O, CO2, Q2) Prototipos a escala 1:1 en fase de diseño, fabricación y validación para ITER





Pd23%Ag

PT = 2.4 * 10-7 mol*cm-1*h-1*Pa-1/2 ; (PH = 31/2PT)


Instalación CAPER en TLK



Actividad entrada: 4.2∗104 Ci/m3 (1.6% total T) (Medida x GC) Actividad Salida: 0.16 Ci/m3 (0.1 ppm total T) (Mediada x Centelleo)

Concentración de entrada (He-4, Q=H,D,T)): Q2 = 1.5%, CQ4 = 0.6%, N2 = 1.3%

DF: 2.6 105

Diagrama de Proceso /TEP




SS DE SEPARACIÓN ISOTÓPICA

(ISS)

H2 , (HD)

D2 H2 SISTEMAS

SEPARACION


D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41



HELIO

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


BOMBEO MECANICO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION

SS DE SEPARACIÓN ISOTÓPICA (ISS)




He H2 D2 T2 DT

Separación isotópica por desplazamiento cromatográfico

Carga inicial He

Largas columnas L (m), empaquetadas (20%Pd-Ag)

Inyección mezcla D2/DT/T2

Desplazamiento con Inyección H2

Salida de T2 purificado

Salida de D2 purificado

Salida de H2 purificado (con trazas)

tiempo

Fundamento: menor solubilidad (menor pp) T2 > D2 > H2


SS DE SEPARACIÓN ISOTÓPICA (ISS) Separación isotópica por desplazamiento cromatográfico

Largas columnas (> 6 m, f = 35 mm) empaquetadas Pd/Al2O3 – Temperatura ambiente – Regeneración a 200°C en vacío – 25 Litros mezcla/batch/2 horas – 9 g de T2 puro recuperado en TLK (2004)



Criodestilación: aprovecha diferencias isotópicas en T-licuef./ebull. (rango 20-25 K @ 1atm) de las 6 combinaciones isotópicas: H2

[20.7 K], HD[22.1 K], HT[23.5 K], D2 [23.8 K], DT[25.0 K], T2

[25.5 K]

Separación isotópica por criodestilación

Proceso continuo en multi-etapas con alimentación en un cierto punto y extraccción de resiuduo y destilado.

En la práctica cascadas boiler/condensador substitutida por columnas empaquetadas.

Transferencia entre fases a contracorriente: H2 en parte alta, T2 en baja. H2(T)NBIWDS CD1

• Condens., Hex y evaporadores en Caja Fría (2ª barrera).

DT (TEP) CD4

• Bombas, eqs, a T ambiente, 3ª barrera

• NECESIDAD de aco-modar condiciones pulsadas de ITER y fluctuaciones rápidas en caudal (m3/h) y composición



Equilibradores necesarios Inventarios de T (200 g) ! (Pérdida criogenia vaporización de H2, D2 y T2) !!


SS. DE ALMACENAM. TEMPORAL y

APROVISIONAM. DINÁMICO en

planta (SDS)

(D2)T

DT

T2

D2

Otros


Lechos DT


Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41

SISTEMAS

SEPARACION

ISOTOPICA

H2 , (HD)

D2 H2

Mezclas H-D-T

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


BOMBEO MECANICO



HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION


OBJETIVO: Aprovisionar 200 Pa m3/s (1.95 litros (STP)/s)

H2, D2 en tanques y DT/T2 en hidruros (bombas de absorción) 2 ZrCo + 3T2 2 ZrCoT3 + Q ↑ ABSORCION (a baja presión y TA) 2 ZrCoT3 + Q↑ 2 ZrCo + 3T2. DESORCIÓN (pres. disoc. > 1 bar, 300-400ºC)

PROBLEMAS DE DISEÑO 2 ZrCoQ3 + Q ↑ ZrCo2 + ZrQ2 + 2Q2

¿ Reproporcionamiento posible ? Comportamiento isotópico vs. composición de hidruro y caudales transitorios SSI ¿Tasa final máxima de aprovisionamiento ? ¿ Posibilidad de recuperar He-3 ? ¿ Calorimetría fina “en lecho”) ? ¿ Protección contra sobrepresión ? Diseño térmico (~ 10 k W/liter)

CALIFICACION EN CURSO

20-25 lechos de HxZrCo a 70-100grs/lecho, con calorimetría in-situ 10-15 lechos de HxZrCo almacen Permanente, sin calorimetría in-situ

PROTOTIPO de ensayos 1:1 + GC

SS. DE ALMACENAM. TEMPORAL y APROVISIONAM. DINÁMICO en planta (SDS)




ZrCoHx UHx

PROBLEMA CONCEPTUAL de DISEÑO TÉRMICO DE LECHOS HIDRURADOS

Simultanear Seguridad/Calorímetría in–situ y altas tasas de transferencia

Para buena calorimetría in-situ necesitamos buen aislamiento pero un aislamiento térmico demasia- do bueno sube la temperatura y produce picos de presión en la contención primaria.

Con altas concentraciones una contención dema- do fina tiene el inconveniente de potenciales pérdidas por permeación: ECONOMIA SEGURIDAD

JERARQUÍA: SEGURIDAD (paredes suficientes ) FUNCION (tasas de aprov.) CONTEO



Efectos isotópicos superponen a las características termodinámicas

ZrCoT2.8 , 9.1 kW

Desproporcinamiento: Problema dramático serio para aprovisionamiento !

Ensayos de calificación a escala 1:1 se observado 30 % de desproporciona- miento en 10 ciclos.

Hay que buscar alternativas al ZrCo ! Resultados ultimados < 20 Pa m3 s -1 y calorimetría al 1% en lecho de 100 g.



RESULTADOS ESTABLECIDOS

APROVISIONAMIENTO EXTERNO] Y ALMACEN PERMANENTE

• No hay unidades licenciadas para transporte de grandes cantidades de tritio (15 kg CACadarache)

• WSRC (contenedores) < 10 gr. , 18 gr.s T6U

• JAERI (Paquetes < 25 grs) LICENCIADOS

• JAERI (Paquetes ZrCo >250 grs.) LICENCIANDOSE

• Otros getters (“Pd”, Ti, LaNi5,..) y nuevos diseños en consideración

• Uso de hidruros más seguro que contenedores y reducen enormemente el volumen del sistema: (ZrCo > U)

• Datos termo-físicos tritio: 24.2 l/mol (25 ºC): 2.14 10 15 Bq • Limitación de containers: volúmenes, permeación, seguridad, sobrepresurización por He-3 y alta presión. HIDRUROS

• Mejor hidruro menor presión de desorción a TA mayor posible a temperaturas de calentamiento.



Tecnologías y SS DE DESTRITIACIÓN

DE EFLUENTES (WDS)

H2 , (HD)





(D2)T

DT

T2

D2

Otros

D2 H2 SISTEMAS

SEPARACION


Lechos DT


Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41

BOMBEO MECANICO



HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION


Tecnologías y SS DE DESTRITIACIÓN DE EFLUENTES (WDS)


(1) Condensación de de ss. de acondicionamiento de atmósferas (HVAC) y ss. de venteo VDS; (2) Tritio del mantenimiento de componentes (in-vessell HC); (3) Efluentes tritiados aire refrigerado en las contenciones sobrepresurizadas (4) Efluentes tritiados de lazos de refrigeración del tokamak

nivel H (alto) : > 100 Ci/Kg nivel M (medio) : > 0.001-100 Ci/Kg nivel L (bajo) : > 1.6 10-6 - 0.001 Ci/Kg nivel LL (para emisión ) : < 1.6 10-6 Ci/Kg

A distinta concentración:

Procesa aprox. 20 Kg h-1 (efluentes 1011 Bq Kg-1) Para ITER se requieren DF aprox. 108

~ 60 ºC



[Intercambio Catalítico en Fase Líquida + Electrolisis]

Ss. de Separ. Isot. Ss. Dest. Agua ALARA sugiere acoplar H2 de CD1 en Ss. de destritiación de agua, alimentando LPCE (consumen H2)

Parece inteligente usar procesamiento (SSI) para recuperar tritio (SDA)

H2 efuente de CD1 responsable de una fracción importante de la emisión total en tritio.

Acoplamiento se ha demostrado factible.





LECHOS RECUPERAC.

PFC

H2 , (HD)

(DT)Ox , C(DT)y

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2

(D2)T

DT

T2

D2

Otros

D2 H2 SISTEMAS

SEPARACION


Lechos DT


Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41




BOMBEO MECANICO



HELIO

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION

CELDAS CALIENTES


TRITIO Unidad carga


H2 , (HD)

(D2)T

DT

T2

D2

Otros

D2 H2 SISTEMAS

SEPARACION


Lechos DT


Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2


LECHOS RECUPERAC.

PFC

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41




BOMBEO MECANICO



HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION

CELDAS CALIENTES


TRITIO Unidad carga

LINEAS DE

SISTEMAS DE

ALIMENTACION



HACES INYECTORES

NEUTROS



SS de ALIMENTACIÓN (FS)

[Interfaz con PdT]

Debemos alimentar a 200 Pam3/s (1.95 l(STP/s)) con D2, T2, DT ( ~ 1 kg h-1)

2 escenarios: pulsos cortos: 450 s (quemado)+ 1800 s.(rep) pulsos largos: 3000 s (quemado) + 12000 s. (rep)

3 tipos de tecnologías de alimentación validadas:

Sopladores (periféricos) (“Gas Puffing”)) Inyección de Bolas (“Pellet injectors”) Inyector de Haces de Neutros (NBI)

SDS

Extrusionador

Extrusionador

Centrifugadora

Bomba Recircul.

Tubo Inyección


SS de ALIMENTACIÓN (FS) [Interfaz con PdT]

ITER: Capacidad de ofrecer mezclas isotópicas ajustables(100%/100% H/D) y (100%/90% D/T)

ITER: Tasas de alimentación isotópicas máximas en escenarios especificados


SS de ALIMENTACIÓN (FS) [Interfaz con PdT]


CAMARA DE VACIO como sistema del

ciclo PdT [Interfaz con PdT]

CAMARA DE VACIO como sistema del ciclo PdT [Interfaz con PdT]


CO CO2

Q2O [H2O, HTO, HDO, DTO,..]

CxQy [15 especies x < 8]

He Ar N2 Ne

Una selección no apropiada de materia-les de primera pared (CFC) puede significar alcan-zar muy rápidamente inventarios administra-tivos: - estimaciones: centenares de pulsos

HASTA LA FECHA NO EXISTEN DEMOSTRACIONES DE INGENIERÍA A ESCALA TOKAMAK DE TECNICAS DE REMOCIÓN (a EXCEPCIÓN DE OTROS ASPECTOS)

ITER: importante banco de pruebas de calificación de aspectos radiológicos de la Fusión: - alta atención pública -

Modelos de retención de tritio necesitan un mayor grado de validación en plasmas despegados - resulta imprescindible mejor modelación en capa límite y mejorar predictividad de modelos

Problemas de Interacción Plasma Pared escalan órdenes de magnitud con energía y duración de pulso: - extrapolación muy superior a los parámetros en plasma



Inventarios en CV- Experiencia • Operación DT en TFTR: 51% del T inyectado: retenido • Operación DT en JT-60: 70-80 % del T inyectado: retenido (con poco T)

• Operación DT en JET: 40 % del T inyectado: retenido (inmediatamente) • Valores muy dispares (diseño de máquina, parámetros, materiales...) • Valores muy inhomogéneos

Inventarios en CV- Remoción necesaria

• Necesitamos técnicas de remoción “in-vessel”.

• Plasma D-D • D2 , He glow descargas • Venteo con O2 • Ablación laser • ???

• NO SUFICIENTES !!!

• En JET retención persistente 16% • En TFTR retención persistente 13%


Materiales de Plasma Pared ITER Selección actual: Be, W, CFC

Be: Primera Pared (~ 700 m2);2 limitadores de puertos (10 m2) No apropiado para divertor (Tm < 1300 ºC) Polvo de Be sobre superficies Aspectos de seguridad (vapor/producción de H) Compatibilidad con ELM Tipo I o disrupciones mitigadas

W: sobre baffle y la zona prohibida (100 m2) expuesto al plasma Favorable compatibilidad desde ASDEX-U Problemas radiológicos ligados a polvo de W Tiempo de vida operacional en puntos de impacto fusión térmica en disrupciones

CFC: Primera Pared (~ 50 m2): Erosión química vida por erosión (pocos centenares de pulsos) Codeposición de tritio técnicas de mitigación y remediación necesarias

CFC

PRIM. PARED

Berilio

Tungsteno



H2 , (HD)

(D2)T

DT

T2

D2

Otros

D2 H2 SISTEMAS

SEPARACION


Lechos DT


Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2


LECHOS RECUPERAC.

PFC

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41




BOMBEO MECANICO



HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION


TRITIO Unidad carga

LINEAS DE

SISTEMAS DE

ALIMENTACION



HACES INYECTORES

NEUTROS

CELDAS CALIENTES


Distintos tipos de inventario en tritio: Invent. Móvil en CV: Recuperable de CPP + residuales de criobombas Invent. Atrap. en CV: Ligado en CPP + copos + polvo tritiado Móvil exterior a CV: Gases y agua tritiada Atrapado Exterior a CV: Copos y polvo recuperado de la CV Componentes re-extraídos Materiales reemplazados de los ss. de la PdT, etc.


[FLUJO A CELDAS CALIENTES]

[OPERACIÓN]

Upper port plug

TOKAMAK

Divertor cassette Blanket module

Equatorial port plug

Recepción de piezas Desmontaje Almacenamiento transitorio

EDIFICIO DE RESIDUOS

RADIACTIVOS

Afeitado del Be, W,..

Corte

Destritiación

Contenedor final CBF – K

AN. ISOT.



[FLUJO A CELDAS CALIENTES]


SS AUXILIARES de la PdT: HVAC,

VDS,..

LINEAS DE

SISTEMAS DE

ALIMENTACION



HACES INYECTORES

NEUTROS

H2 , (HD)

(D2)T

DT

T2

D2

Otros

D2 H2 SISTEMAS

SEPARACION


Lechos DT


Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2


LECHOS RECUPERAC.

PFC

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41




BOMBEO MECANICO



HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION

CELDAS CALIENTES


TRITIO Unidad carga

SS AUXILIARES DE PLANTA

Generalidades confinamiento y prácticas de manejo de Tritio

Confinamiento de tritio: aspecto clave de seguridad en ITER Minimizar emisiones en Operación Normal (ALARA) Minimizar dosis a operadores, población y ambiente Sistema coherente “multibarreras” interpuestas entre los sistemas de proceso y el ambiente y técnicas auxiliares (ej.: control de atmósferas) (Principio: “Defense-in-Depth”) Barreras físicas (= “contenciones”); confinamientos (primarios, secundarios, etc) incluye técnicas auxiliares (ej.: “control de atmósferas”) Categorias de confinamiento: A) Contención primaria; B) Destitiación de agua; C) Contenciones secundarias (cajas guante); D) Sistemas auxiliares (atmosferas + edificios)


Cantidades grandes de tritio exigen alta integridad de contenciones primarias Las contenciones primarias deben tener sellos metálicos (prohibidos o-rings de elastómero/polímero/poliamidas en líneas) y detección de fugas en contenciones en rangos de fuga (< 10-9 Pa m3 s-1) Contenciones presurizadas conforme a EU PED, F-PNSP Todo sistema/proceso > 150 ºC exige contención con interespacio evacuado para evitar permeación y recuperación

Dosis tempranas a la población (< 50 mSv) (accid.), dosis crónicas (ON)< 1 mSv

Parte esencial de los ss. de Confinamiento de Tritio en ITER. Un “colector” de Alto Vacío y un colector “de vacío”. Gases recogidos van, dependiendo de su composición, a una etapa del TEP

EDIFICIOS NUCLEARES: - Ed. del Tokamak, - Ed. del Tritio, - Ed. de CELDAS CALIENTES Operan : - O.N. - Mantenimiento o - INCIDENTAL (off-normal events)

HVAC no SIC, VDS es SIC

Confinamiento primario con varias barreras GB, VDS de la GB, etc

SS AUXILIARES de la PdT: HVAC, VDS,..



12 INTEGRACIÓN DE LOS SS. en la

PdT. EDIFICIO DEL TRITIO

(TRITIUM BUILDING),


~ 80 m ~ 20 m

~ 35 m

1

2

3

4

5

6

7

INTEGRACIÓN DE LOS SS. en la PdT. EDIFICIO DEL TRITIO (TRITIUM BUILDING),


~ 80 m 20 m

~ 35 m

1

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LTS

WDS

ISS

SDS

TEP



~ 80 m 20 m

~ 35 m

1

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LTS

WDS

ISS

SDS

TEP TBM



~ 80 m 20 m

~ 35 m

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LTS

WDS

ISS

SDS

TEP TBM

N-VDS (1, 2)



~ 80 m 20 m

~ 35 m

1

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LTS

WDS

ISS

SDS

TEP TBM

N-VDS (1, 2)

S-ADS



~ 80 m 20 m

~ 35 m

1

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7

LTS

WDS

ISS

SDS

TEP TBM

N-VDS (1, 2)

S-ADS

Electrical cubicles INTEGRACIÓN DE LOS SS. en la PdT. EDIFICIO DEL TRITIO (TRITIUM BUILDING),


~ 80 m 20 m

~ 35 m

1

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LTS

WDS

ISS

SDS

TEP TBM

N-VDS (1, 2)

S-ADS

Electrical cubicles

Depression systems



~ 80 m 20 m

~ 35 m

1

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LTS

WDS

ISS

SDS

TEP TBM

N-VDS (1, 2)

S-ADS

Electrical cubicles

Depression systems

HVACs1,2 INTEGRACIÓN DE LOS SS. en la PdT. EDIFICIO DEL TRITIO (TRITIUM BUILDING),


~ 80 m 20 m

~ 35 m

1

2

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LTS

WDS

ISS

SDS

TEP TBM

N-VDS (1, 2)

S-ADS

Electrical cubicles

Depression systems

HVACs1,2

HVAC Vaults


H2 , (HD)

(D2)T

DT

T2

D2

Otros

LINEAS DE

SISTEMAS DE

ALIMENTACION



HACES INYECTORES

NEUTROS

D2 H2

SS AUXILIARES DE PLANTA

SISTEMAS

SEPARACION


Lechos DT


Ar, He, N2, Ne, O2

Lechos (D2)T

Lechos T2

Tanque D2

D2

90%T2-10%D2

(D2)T

50%(D2)-50%T2


LECHOS RECUPERAC.

PFC

CRIOBOMBAS DEL

TORO

HDT Puro

HDT Puro


IMPUREZAS

SISTEMA FINAL

DESTRITIACIÓN

TANQUE DECAIMIENTO

Ar-41




BOMBEO MECANICO



HELIO

(DT)Ox , C(DT)y

HDT Puro

CAMARA DE

REACCION

CELDAS CALIENTES


TRITIO Unidad carga

SS ANALITICOS PLANTA

17. Técnicas de CONTEO, estrategias de “tracking” y CONTROL DINÁMICO de T en ITER.

OBJETIVO ÚLTIMO CONOCER INVENTARIOS DE TRITIO EN LOS SISTEMAS DE LA PdT

PULSO-A-PULSO

La Autoridad de Seguridad Nuclear Francesa: obligación de control dinámico de T (> 2g) anticipar inputs/outputs desde la instalación obligación de detectar y comunicar anomalías en control de balance necesidad de conocer tritio en un ss. en evento accidental Como en toda instalación radiactiva: necesaria definición de ZONAS DE CONTROL DE BALANCE (MASS BALANCE AREAS, MBA) zonas con control preciso x posible medida redundante y registro de inventario y transferencias de tritio “a” y “desde” ellas. POCAS OPCIONES:

1 MBA para todo el ciclo 2 MBA (MBA1/ LTS: 1kg , MBA2 resto de PdT) + de 2 MBA

17. Técnicas de CONTEO, estrategias de “tracking” y CONTROL DINÁMICO de T en ITER.

MBA

Modelización: Importante a efectos de control dinámico de tritio en Planta

17. Técnicas CONTEO, estrategias de “tracking” y CONTROL DINÁMICO en ITER.


TECNICAS ANALÍTICAS Y SS.

ANALITICOS DE PLANTA

(Pres. Prof. Jordi Abellà)

sistemas y su funcionalidad en la pdt-iter tecnologías de

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