Il combustibile nucleare esaurito deve essere trasportato in sicurezza dalle centrali elettriche in cui viene generato ai luoghi di stoccaggio provvisorio e infine a un sito di smaltimento geologico permanente.

Alla fine dell'anno scorso, I ricercatori di Sandia hanno completato un periodo di otto mesi, 14, Test di 500 miglia simile al triathlon per raccogliere dati sugli urti e gli scossoni spesi durante il trasporto del combustibile nucleare. I dati di questo test potrebbero essere utilizzati per dimostrare il trasporto sicuro del combustibile nucleare esaurito.

L'energia nucleare fornisce quasi il 20% dell'elettricità degli Stati Uniti ed è la principale fonte di energia a emissioni zero. Però, produce tra 2, 200 e 2, 600 tonnellate di combustibile esaurito negli Stati Uniti ogni anno. Le barre di combustibile diventano fragili e altamente radioattive mentre alimentano il reattore nucleare, rendere importante il trasporto sicuro.

Una botte per il trasporto e lo stoccaggio di scorie nucleari appena uscita dalla catena di montaggio è stata caricata con tre gruppi di barre di combustibile surrogati dagli Stati Uniti, Spagna e Corea del Sud e poi dalla Spagna al Colorado e ritorno in camion, nave e treno. Tubi in lega di zirconio riempiti con fune di piombo, pellet di piombo o pellet di molibdeno imitavano i pellet di ossido di uranio all'interno di una barra di combustibile nucleare esaurito.

"Tutti i nostri dati preliminari suggeriscono che la probabilità di rottura di una barra di combustibile durante la movimentazione e il trasporto di routine è bassa. Questo test è più realistico dei test precedenti e potrebbe portare a una quantificazione più affidabile dei rischi di trasporto, "ha detto Sylvia Saltzstein, responsabile dei progetti di trasporto.

Sandia ha collaborato al triathlon con Equipos Nucleares S.A. (ENSA), il progettista e produttore spagnolo di botti, e Empresa Nacional de Residuos Radiactivos S.A. (ENRESA), la società responsabile della gestione delle scorie nucleari in Spagna. L'Agenzia coreana per i rifiuti radioattivi (KORAD), Istituto di ricerca sull'energia atomica della Corea (KAERI), al triathlon hanno preso parte anche i laboratori nazionali Pacific Northwest e Argonne.

Una griglia di quasi 300 aste costituisce un gruppo di combustibile, e la botte utilizzata nel test può contenere 32 assemblaggi in un cestello appositamente progettato. Le finte barre di combustibile all'interno dei tre gruppi erano dotate di minuscoli accelerometri ed estensimetri prima di entrare nella botte. La botte e il cesto erano equipaggiati in modo simile.

Gli accelerometri e gli estensimetri hanno misurato ogni urto, scuotere e scuotere il finto carburante sperimentato durante il viaggio, fornendo dati che possono essere utilizzati per quantificare i margini di sicurezza del trasporto del combustibile nucleare esaurito.

I test precedenti simulano le vibrazioni del trasporto per approssimare le sollecitazioni

Sebbene Sandia abbia testato a fondo la robustezza delle botti di scorie nucleari durante decenni di incidenti di trasporto catastrofici simulati, un'altra sfida è lo stress del trasporto quotidiano sulle barre di combustibile all'interno della botte. Saltzstein e i suoi colleghi sperano che spintoni ripetuti non portino allo scatto di una barra di combustibile, come piegare una lattina di soda una volta di troppo.

Il triathlon è in realtà il quarto test di Sandia per misurare le sollecitazioni di trasporto di routine.

Il primo ha utilizzato un grande tavolo vibrante per testare il finto gruppo carburante di Sandia, con fune di piombo in tubi di lega di zirconio per imitare il peso dei granuli di uranio. Un tavolo shaker è proprio questo, un tavolo che vibra su e giù in modo controllato. I ricercatori hanno programmato il tavolo per riprodurre gli urti e le vibrazioni del viaggio in camion e hanno misurato la sollecitazione subita dalle barre di combustibile. Sebbene un ragionevole test iniziale, il tavolo andava solo su e giù, quindi erano necessari ulteriori test.

Il secondo test ha posto lo stesso assemblaggio su un rimorchio per autocarro caricato con 50, 000 libbre di cemento, lo stesso di una botte di trasporto, e l'ho fatto per un viaggio di 38 miglia sulle autostrade, strade cittadine e strade sterrate. Questo test ha mostrato simili, molto basso, livelli di sollecitazione sul carburante simulato. Però, poiché il combustibile nucleare esaurito viaggerà principalmente in treno, il terzo test ha esaminato gli urti e le vibrazioni sperimentate durante la guida sui binari.

I ricercatori di Sandia hanno preso i dati su urti e vibrazioni forniti dall'Association of American Railroads per allestire un tavolo vibrante che potesse muoversi in sei direzioni invece che solo su e giù, simulando la deformazione e l'accelerazione del viaggio in treno. Hanno anche sostituito la fune di piombo in alcune delle aste con pellet di piombo e molibdeno per una migliore approssimazione del combustibile esaurito. Questo test concordava con due test precedenti:le sollecitazioni dovute al trasporto normale sono circa 100 volte inferiori alle sollecitazioni note per danneggiare le barre di combustibile nucleare.

I tre test hanno dato fiducia ai ricercatori di Sandia, ma avevano bisogno di un test ancora più realistico. Per il triathlon, hanno spostato un vero e proprio barile di combustibile esaurito fornito da un partner spagnolo, ma molto simili a quelli utilizzati negli Stati Uniti, da una modalità di trasporto all'altra per ottenere dati più vicini alle condizioni del mondo reale.

Il triathlon è iniziato nel nord della Spagna, dove la botte ha viaggiato su un camion pesante per circa 250 miglia attraverso strade principali e autostrade. Dopo una sosta per scaricare i dati dai sensori, la botte è stata trasferita su una chiatta, che costeggiava la costa della Francia fino al Belgio, navigando più di 1, 000 miglia in quattro giorni. Dopo una sosta in Belgio, la botte è stata trasferita su una nave da carico. Poi la nave ha attraversato l'Atlantico a Baltimora, quasi 4, 000 miglia, attraverso mari a volte agitati. Ci sono volute due settimane.

A Baltimora, la botte è stata trasferita in un vagone ferroviario a pianale dedicato e ha viaggiato verso ovest per circa 2, 000 miglia attraverso 12 stati, che durò sette giorni. Quindi, in collaborazione con l'Associazione delle Ferrovie Americane, la botte e gli assemblaggi del carburante sono stati testati presso lo stabilimento del Transportation Technology Center Inc. vicino a Pueblo, Colorado. Il centro dispone di quasi 50 miglia di pista di prova, consentendo scenari controllati come l'unione di due vagoni ferroviari o il rumore di un attraversamento di binari. Dopo queste prove, la botte con i suoi sensori ha invertito la rotta ed è tornata in Spagna.

Oltre alle sfide logistiche, la sfida tecnica più grande è stata la costruzione di un sistema di acquisizione dati in grado di raccogliere tutti i dati relativi a urti e vibrazioni in modo robusto e senza supervisione, disse Paul McConnell, responsabile di progetto per le prove. Un imprenditore Sandia, Bill Uncapher, progettato il sistema e i tecnologi Sandia, Carissa Gray e Wes Chilton, costruito il sistema.

Il test della botte su rotaia ha generato circa 8 terabyte di dati su urti e vibrazioni. Saltzstein prevede che l'analisi completa richiederà quasi un anno. I dati del test verranno utilizzati anche per convalidare modelli informatici delle sollecitazioni subite dal combustibile esaurito durante il normale trasporto.

"I risultati preliminari mostrano livelli di shock e vibrazioni molto bassi, che confronteremo con le proprietà meccaniche del combustibile che esce da un reattore nucleare, " disse McConnell. "Alla fine, vogliamo capire se il carburante può sopportare l'accumulo di urti e vibrazioni durante il viaggio che potrebbero potenzialmente causare la rottura di una barra di carburante".