Gebruikte splijtstof moet veilig worden getransporteerd van de energiecentrales waar het wordt opgewekt naar tijdelijke opslaglocaties en uiteindelijk naar een permanente geologische berging.

Eind vorig jaar, Sandia-onderzoekers voltooiden een acht maanden durende, 14, Triatlon-achtige test van 500 mijl om gegevens te verzamelen over de hobbels en schokken die tijdens het transport zijn verbruikt met nucleaire brandstof. De gegevens van deze test zouden kunnen worden gebruikt om het veilige transport van verbruikte splijtstof aan te tonen.

Kernenergie levert bijna 20 procent van de Amerikaanse elektriciteit en is de toonaangevende koolstofneutrale energiebron. Echter, het produceert tussen 2, 200 en 2, 600 ton verbruikte splijtstof per jaar in de VS. Brandstofstaven worden broos en zeer radioactief tijdens het aandrijven van de kernreactor, veilig transport belangrijk maken.

Een transport- en opslagvat voor nucleair afval, vers van de lopende band, werd geladen met drie vervangende splijtstofstaven uit de VS, Spanje en Zuid-Korea en vervolgens per vrachtwagen van Spanje naar Colorado gereisd en weer terug, schip en trein. Zirkonium legering buizen gevuld met halstertouw, loodpellets of molybdeenpellets imiteerden de uraniumoxidepellets in een verbruikte splijtstofstaaf.

"Al onze voorlopige gegevens suggereren dat de kans dat een brandstofstaaf breekt tijdens routinematige overhandiging en transport klein is. Deze test is realistischer dan eerdere tests en zou kunnen resulteren in een betrouwbaardere kwantificering van de transportrisico's, " zei Sylvia Saltzstein, manager van de transportprojecten.

Sandia werkte op de triatlon samen met Equipos Nucleares S.A. (ENSA), de Spaanse vatontwerper en fabrikant, en Empresa Nacional de Residuos Radiactivos S.A. (ENRESA), het bedrijf dat verantwoordelijk is voor het beheer van kernafval in Spanje. De Korea Radioactive Waste Agency (KORAD), Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI), en de nationale laboratoria Pacific Northwest en Argonne namen ook deel aan de triatlon.

Een rooster van bijna 300 staven vormt een brandstofsamenstel, en het vat dat in de test wordt gebruikt, kan 32 assemblages bevatten in een speciaal ontworpen mand. De nep-brandstofstaven in de drie assemblages waren uitgerust met kleine versnellingsmeters en rekstrookjes voordat ze het vat in gingen. Het vat en de mand waren op dezelfde manier uitgerust.

De versnellingsmeters en rekstrookjes maten elke hobbel, rammelen en schokken de nep-brandstof ervaren tijdens de reis, gegevens opleveren die kunnen worden gebruikt om de veiligheidsmarges van het vervoer van verbruikte splijtstof te kwantificeren.

Eerdere tests bootsen transporttrillingen na om de spanningen te benaderen

Hoewel Sandia de robuustheid van vaten voor kernafval grondig heeft getest tijdens tientallen jaren van gesimuleerde catastrofale transportongevallen, een andere uitdaging is de stress van het dagelijkse transport op de brandstofstaven in het vat. Saltzstein en haar collega's hopen dat herhaald gedrang niet zal leiden tot het knappen van een brandstofstaaf. zoals het buigen van een frisdrank een te vaak tab kan zijn.

De triatlon is eigenlijk Sandia's vierde test om routinematige transportbelastingen te meten.

De eerste gebruikte een grote schudtafel om Sandia's met sensoren bezaaide namaakbrandstofassemblage te testen, met een halstertouw in buizen van een zirkoniumlegering om het gewicht van uraniumpellets na te bootsen. Een schudtafel is precies dat, een tafel die gecontroleerd op en neer trilt. De onderzoekers programmeerden de tafel om de schokken en trillingen van het reizen per vrachtwagen te reproduceren en maten de belasting die door de brandstofstaven werd ervaren. Hoewel een redelijke eerste test, de tafel ging alleen maar op en neer, dus meer testen was nodig.

De tweede test plaatste hetzelfde samenstel op een vrachtwagenaanhangwagen geladen met 50, 000 pond beton, hetzelfde als een transportvat, en nam het mee op een reis van 38 mijl op snelwegen, stadsstraten en onverharde wegen. Deze test toonde soortgelijke, heel laag, niveaus van spanning op de nep-brandstof. Echter, aangezien verbruikte splijtstof meestal per trein zal reizen, de derde test keek naar de schokken en trillingen die werden ervaren tijdens het rijden op de rails.

Sandia-onderzoekers gebruikten schok- en trillingsgegevens van de Association of American Railroads om een ​​schudtafel op te zetten die in zes richtingen kon bewegen in plaats van alleen op en neer, simulatie van de belasting en versnelling van treinreizen. Ze vervingen ook het touw in sommige van de staven door lood en molybdeenpellets voor een betere benadering van verbruikte splijtstof. Deze test kwam overeen met twee eerdere tests:de spanningen van normaal transport zijn ongeveer 100 keer lager dan de spanningen waarvan bekend is dat ze splijtstofstaven beschadigen.

De drie tests gaven Sandia-onderzoekers vertrouwen, maar ze hadden een nog meer realistische test nodig. Voor de triatlon ze hebben een daadwerkelijk verbruikt splijtstofvat verplaatst dat is geleverd door een Spaanse partner, maar zeer vergelijkbaar met die gebruikt in de VS, van de ene vervoerswijze naar de andere om gegevens te verkrijgen die dichter bij de omstandigheden in de echte wereld liggen.

De triatlon begon in Noord-Spanje, waar het vat ongeveer 250 mijl per zware vrachtwagen reisde over hoofdwegen en snelwegen. Na een tussenstop om gegevens van de sensoren te downloaden, het vat werd overgebracht naar een schuit, die langs de kust van Frankrijk naar België liep, zeilen meer dan 1, 000 mijl in vier dagen. Na een tussenstop in België, het vat werd overgebracht naar een vrachtschip. Toen stak het schip de Atlantische Oceaan over naar Baltimore - bijna 4, 000 mijl - door soms ruwe zeeën. Dit duurde twee weken.

in Baltimore, het vat werd overgebracht naar een speciale platte treinwagon en reisde ongeveer 2 uur naar het westen, 000 mijl door 12 staten, die zeven dagen duurde. Vervolgens, in samenwerking met de Association of American Railroads, het vat en de brandstofassemblages werden getest in de Transportation Technology Center Inc.-faciliteit in de buurt van Pueblo, Colorado. Het centrum heeft bijna 50 mijl testbaan, het toestaan ​​van gecontroleerde scenario's zoals het samenvoegen van twee treinwagons of het rommelen over een spoorovergang. Na deze proeven, het vat met zijn sensoren keerde van koers en keerde terug naar Spanje.

Naast de logistieke uitdagingen, de grootste technische uitdaging was het bouwen van een data-acquisitiesysteem dat alle schok- en trillingsgegevens robuust en zonder toezicht kon verzamelen, zei Paul McConnell, projectleider voor de testen. Een Sandia-aannemer, Bill Uncapher, ontwierp het systeem en Sandia-technologen, Carissa Gray en Wes Chilton, het systeem gebouwd.

De railcask-test genereerde ongeveer 8 terabyte aan schok- en trillingsgegevens. Saltzstein verwacht dat de volledige analyse bijna een jaar zal duren. De gegevens van de test zullen ook worden gebruikt om computermodellen te valideren van de stress die wordt ervaren door verbruikte splijtstof tijdens normaal transport.

"Voorlopige resultaten laten zeer lage schok- en trillingsniveaus zien, die we zullen vergelijken met de mechanische eigenschappen van brandstof die uit een kernreactor komt, "zei McConnell. "Uiteindelijk, we willen weten of de brandstof bestand is tegen de opeenhoping van schokken en trillingen tijdens de reis, waardoor een brandstofstaaf zou kunnen breken."