Dec 23, 2020

Importantes estándares para la industria nuclear

Por Tim Sprinkle

Han pasado más de 70 años desde que la industria de la energía nuclear vio la luz después de la Segunda Guerra Mundial. Hoy en día, la energía nuclear proporciona alrededor del 10 % de la electricidad mundial y el 29 % de la energía baja en carbono del mundo, de acuerdo con la Asociación Nuclear Mundial (World Nuclear Association, WNA). Asimismo, se están utilizando reactores para propulsar buques navales, como fuentes de calor para la industria y en investigaciones de laboratorio.

La industria nuclear está atrayendo un mayor interés a medida que cada vez más países buscan alejarse de los combustibles fósiles para favorecer soluciones más sostenibles. Los 440 reactores de energía nuclear que están en uso en todo el mundo representan la segunda fuente más grande de energía baja en carbono, según la WNA, y las recientes inversiones en plantas nucleares en China, el Medio Oriente, partes de Europa y en otros territorios prometen mantener la energía nuclear en la escena de la energía mundial en el futuro previsible.

Los reactores nucleares requieren de una enorme cantidad de precauciones de seguridad y la industria está fuertemente regulada con estándares estrictos que determinan cada detalle, desde el combustible que usan los reactores hasta las formas en que se pueden aplicar tecnologías nuevas. ASTM International dispone de dos comités dedicados a la industria nuclear: ciclo del combustible nuclear (C26) y tecnología y aplicaciones nucleares (E10), que tienen numerosos subcomités dedicados a los aspectos particulares del funcionamiento de los reactores.

“La mayoría de las plantas se diseñaron para durar 40 años cuando se construyeron, de manera que casi todas ellas están habilitadas y funcionan teniendo en cuenta este plazo”, comenta Brian Hall, presidente del comité E10. “Pero, ahora, las plantas están presentando solicitudes para obtener hasta 80 años de funcionamiento, por lo que estamos analizando los efectos del desgaste y midiendo la radiación en diversas ubicaciones de la vasija para respaldar esta operación más prolongada. Al mismo tiempo, los reactores modulares pequeños (small modular reactors, SMR) se están tornando más comunes en la industria, por lo que estamos trabajando para adaptar algunos estándares con el fin de abordar los diseños particulares de los SMR”.

Para obtener más información sobre los estándares de ASTM International y su impacto en la industria, hace poco hablamos con Hall y con Ramkumar Venkataraman, el presidente del comité C26.

Práctica para el diseño de programas de vigilancia para las vasijas de reactores nucleares moderados de agua ligera (E185)

De acuerdo con Hall, en el transcurso de la vida útil de un reactor, los materiales de la vasija experimentan un gran nivel de estrés y desgaste debido a los efectos de la radiación. No todos los aceros de las vasijas de los reactores se deterioran a la misma velocidad; sin embargo, su monitoreo es obligatorio para dar seguimiento a los cambios en las propiedades de los materiales provocados por la exposición prolongada a la radiación neutrónica y la temperatura de la vasija del reactor. Este estándar define los criterios para el programa de vigilancia de las vasijas de reactores, que es exigido por la legislación federal en Estados Unidos.

Guía para predecir el cambio de temperatura de transición inducido por la radiación en los materiales de la vasija del reactor (E900)

Hall señala que los operadores de reactores nucleares deben cumplir con los límites de presión y temperatura durante el calentamiento y el enfriamiento para evitar una presión excesiva a temperaturas que podrían ocasionar un problema ante la presencia de una falla. Con el transcurso del tiempo, los materiales de la vasija pueden deteriorarse y experimentar fallas repentinas, en especial conforme se acumulan daños provocados por neutrones. El objetivo del estándar es ayudar a los operadores a determinar mejor el posible deterioro en función del cambio de temperatura de transición en los materiales de la vasija a lo largo de la vida útil del reactor.

Guía para la selección, capacitación y calificación del personal de ensayos no destructivos (Nondestructive Assay, NDA) (C1490)

Según Venkataraman, en una planta nuclear, los ensayos no destructivos se refieren a las técnicas de medición que se utilizan para examinar y monitorear los materiales del combustible nuclear, al medir la radiación que emiten. Estos métodos no modifican las características físicas o químicas del combustible, es decir, no son destructivos. Por supuesto, esta tarea es llevada a cabo por personas con antecedentes técnicos determinados, por lo que el proceso de selección, capacitación y calificación del personal involucrado en las mediciones de NDA es una parte fundamental de las iniciativas de aseguramiento de la calidad de la industria nuclear.  Este estándar define el parámetro para las calificaciones de educación y la experiencia que deben tener los trabajadores de NDA en los distintos niveles, desde un técnico hasta el gerente de NDA.

De aquí en adelante

La tarea de estos comités continúa.

Además de los estándares antes mencionados, el comité de tecnología y aplicaciones nucleares está trabajando en un estándar que se encuentra en las etapas finales de aprobación y está relacionado con lo que la industria denomina una prueba de perforación miniatura o “small punch” para la caracterización de materiales metálicos. Aún no ha sido publicada, pero en la industria nuclear existe la tendencia a utilizar muestras de prueba más pequeñas, ya que la industria está guiándose por la máxima de que “cuanto más pequeña, mejor” al momento de trabajar con material irradiado. Este método de perforación miniatura trabaja con muestras más pequeñas y proporcionará información útil para la evaluación del envejecimiento, no solo en términos del desgaste por radiación, sino también del envejecimiento térmico y otros cambios en las propiedades metálicas a largo plazo.