Radiation mapping for iter's enhanced safety and design efficiency in maintenance scenarios

Abstract

La fusión nuclear se perfila como el avance innovador necesario para resolver los problemas energéticos del futuro s atisfacer las demandas energéticas en constante aumento mientras se electrifica y descarboniza el sistema de producción de energía . ITER, uno de los experimento s científico más ambiciosos en el campo de la energía en la actualidad, en el que colaboran 35 países, lidera el camino que pretende demostrar la viabilidad de la energía de fusión a gran escala Se espera que, durante toda su vida útil, el tokamak de ITER genere alrededor de 10 27 neutrones como consecuencia de las reacciones de fusión Deuterio Tritio . Aunque los neutrones son eléctricamente neutros, sus interacciones con la materia son altamente ionizantes a través de mecanismos indirectos. Las reacciones nucleares que e stos neutrones inducen en los materiales los transmutan y activan convierten núcleos atómicos estables en núcleos radioactivos . La desintegración o decaimiento de estos radioisótopos , que persiste d espués de la irradiación neutrónica, viene acompañada en muchas ocasiones de la emisión de fotones de alta energía o rayos gamma. Altamente penetrantes, estos fotones causan más daño en tejidos biológicos caracterizado por la dosis biológica Los campos de radiación de los fotones de decaimiento son la contribución dominante a la tasa de dosis residual durante el apagado de la máquina. Esta fase comprende la mayor parte de la vida útil de ITER y la totalidad de los ti empos de intervención humana para actividades de mantenimiento. Así, c ontrolar estos campos de radiación es necesario para garantizar la seguridad de los trabajadores. El análisis nuclear, o neutrónica, juega un papel vital en este esfuerzo ya que permite caracterizar la distribución de la tasa de dosis residual, identificar posibles problemas y evaluar soluciones que pueden implementarse antes de que tenga lugar cualquier intervención humana. Para lidiar con los componentes radioactivos de manera segura, ITER cuenta con una instalación específica, la Celda Caliente. Aquí es donde se reparan, testean y procesan todos los componentes activados y contaminados . Aunque no está construida aún y su diseño está en evolución, la Celda Caliente de ITER será posiblemente la instalación más grande y compleja de su tipo en todo el mundo. Su tamaño, la variedad de componentes activados que se manejarán y el gran número y la complejidad de las operaciones de mantenimiento bajo exposición a la radiación, hacen del diseño de esta instalación un desafío de altas dimensiones que requiere trabajos exhaustiv os. Cu a n to mejor se diseñe la Celda Caliente de ITER mejor podrá operarse el tokamak. Sin embargo, antes de llegar a la Celda Caliente, todos los componentes activados a tratarse deberán extraerse de la máquina y atravesar las galerías del, ya construido, Complejo del Tokamak. Esta ins talación presenta paredes gruesas atravesadas por cientos de sistemas que permiten operar y estudiar el reactor lo que resulta en un campo de radiación complejo que combina atenuación y transmisión de radiación. Estos fenómenos presentan gran variabilidad espacial y dependen fuertemente de múltiples factores, plantea ndo un desafío para el cumplimiento normativo radiológico que debe abordarse. En este contexto, esta tesis se centra en el estudio los campos de radiación en la instalaci ón de ITER durante las operaciones de tra slado y mantenimiento de componentes activados activados, así como en, así como en el marco geométrico que permite que tales estudios ocurran.el marco geométrico que permite que tales estudios ocurran. La La tesis está compuesta de 3 partes tesis está compuesta de 3 partes diferenciadasdiferenciadas pero íntimamente relacionadas.pero íntimamente relacionadas. La primera parte La primera parte de esta tesis es el desarrollo del modelo MCNP del Complejo del Tokamak, de esta tesis es el desarrollo del modelo MCNP del Complejo del Tokamak, es decir, es decir, la descripción geométrica de la instalación de ITER que proporciona una la descripción geométrica de la instalación de ITER que proporciona una estructura de modelado común para todos los análisisestructura de modelado común para todos los análisis nuclearesnucleares realizados en los edificios realizados en los edificios dede ITER. ITER. Este modelo está bEste modelo está basado en asado en los últimos los últimos diseños diseños oficiales oficiales de 2020 y de 2020 y en las en las configuracionesconfiguraciones reales reales de la instalaciónde la instalación tal tal y y como como se ha construido. Rse ha construido. Representa la epresenta la descripción más precisa y detallada del Complejo del Tokamakdescripción más precisa y detallada del Complejo del Tokamak a día de hoya día de hoy. . Por priPor primera mera vez svez se ha incluido una descripción detallada del e ha incluido una descripción detallada del Neutral Beam CellNeutral Beam Cell y y High VHigh Vooltage Deckltage Deck. La . La adición de otras estructuras y edificios, como la Sala de Ensamblaje o la Celda Caliente, adición de otras estructuras y edificios, como la Sala de Ensamblaje o la Celda Caliente, amplía el alcance del modelo. Considerado un modelo MCNP de referencia amplía el alcance del modelo. Considerado un modelo MCNP de referencia enen ITER, ITER, representa un avance para el análisis nuclear derepresenta un avance para el análisis nuclear del proyectol proyecto en términos de en términos de rangorango de de aplicabilidad, realismo, complejidad y verificabilidad.aplicabilidad, realismo, complejidad y verificabilidad. La La segundsegunda parte a parte de la tesis comprende la demostración de seguridad del Complejo del de la tesis comprende la demostración de seguridad del Complejo del Tokamak Tokamak de de ITER durante el escenario completo de traITER durante el escenario completo de trasladoslado de componentes de componentes altamente altamente activadosactivados. Se ha considerado y analizado con éxito . Se ha considerado y analizado con éxito el problema completo el problema completo con respecto a con respecto a las operaciones, etapas, componentes, trayectorias y posicioneslas operaciones, etapas, componentes, trayectorias y posiciones, gracias, gracias a metodologías a metodologías novedosas y enfoques de análisis eficientes. El análisis sistemático presentado ha arrojado novedosas y enfoques de análisis eficientes. El análisis sistemático presentado ha arrojado luz sobre luz sobre los camposlos campos de radiación de ITER durante el de radiación de ITER durante el trasladotraslado de componentes de componentes altamente altamente activadosactivados, revelando, revelando, además,, además, contribuciones contribuciones significativassignificativas a los camposa los campos de radiaciónde radiación residualesresiduales,, desconocidas desconocidas hasta hoyhasta hoy. . ITER ITER OrganizationOrganization ha utilizado los resultados y ha utilizado los resultados y conclusiones de este estudio para responder a las consultas del Regulador conclusiones de este estudio para responder a las consultas del Regulador Nuclear Nuclear Francés que llevaron a Francés que llevaron a parar el ensamblaparar el ensamblaje de los componentes deje de los componentes de ITER en 2022, lo que ITER en 2022, lo que muestra el impacto del estudio presentado aquí.muestra el impacto del estudio presentado aquí. La tercera La tercera y últimy últimaa parte parte de la tesis de la tesis incluye incluye la caracterización de los campos la caracterización de los campos de radiaciónde radiación residuales presentesresiduales presentes en la Celda Caliente de ITER durante en la Celda Caliente de ITER durante el trasladoel traslado y y el mantenimiento el mantenimiento de componentes activados y contaminadosde componentes activados y contaminados. El objetivo es. El objetivo es apoyar su diseño y guiar los apoyar su diseño y guiar los siguientes pasossiguientes pasos de su desarrollode su desarrollo. . CConsideronsiderandoando el inventario el inventario máximo máximo de fuentes de de fuentes de radiación radiación para la justificación depara la justificación de lala zonificación radiológicazonificación radiológica, se propone un , se propone un diseño diseño optimizado que minimice el uso de material y cumpla con los requisitosoptimizado que minimice el uso de material y cumpla con los requisitos radiolóradiológicosgicos. Los . Los resultados presentados aquí comprenden la primera evaluación completa de la Exposición resultados presentados aquí comprenden la primera evaluación completa de la Exposición Radiológica Ocupacional asociada a operaciones Radiológica Ocupacional asociada a operaciones de de mantenimiento en la Celda mantenimiento en la Celda Caliente Caliente de ITERde ITER para la protección de los trabajadorespara la protección de los trabajadores..