Publicación: Desing of an experimental facility for Tritium extraction from eutectic Lead-Lithium
Fecha
2019-01-18
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Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Escuela Internacional de Doctorado. Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales
Resumen
Esta Tesis se ha centrado en el problema asociado a la recuperación de tritio para la operación de reactores de fusión de un modo auto-sostenible. Como base, se ha seleccionado un reactor DEMO operado con un breeding blanket DCLL (Dual Coolant Lithium Lead) que utiliza la aleación eutéctica PbLi como regenerador de tritio, multiplicador de neutrones y refrigerante principal. Uno de los sistemas más importantes del reactor es el Sistema de Extracción y Recuperación de Tritio (TERS, de sus siglas en inglés), que se encarga de extraer el tritio generado para enviarlo a la Planta de Tritio y posteriormente ser reinyectado en el plasma para cerrar el ciclo. La opción seleccionada como tecnología de extracción de tritio para blankets basados en metal líquido es la permeación contra vacío (Permeation Against Vacuum, PAV). Dado que no hay resultados experimentales que validen la aplicabilidad de esta técnica, el objetivo principal de esta Tesis es el diseño de una instalación experimental capaz de demostrar la viabilidad de la tecnología PAV como sistema de extracción de isótopos de hidrógeno. Dicha instalación consiste en un circuito cerrado de metal líquido que lleva asociados una serie de componentes necesarios para dar soporte a la actividad, fundamentalmente un extractor (PAV) y un sistema de inyección de gas. El circuito, CLIPPER, se ha diseñado de acuerdo a los parámetros de operación del breeding blanket y su TERS, para así obtener unos resultados relevantes y extrapolables a DEMO. Por tanto, el primer paso de este trabajo se ha centrado en el diseño del TERS - DCLL, necesario para definir los parámetros de operación sobre los que diseñar y escalar la instalación experimental. El componente básico del TERS es el PAV, por lo que se ha realizado una optimización de su diseño operando en condiciones de DCLL, y partiendo del desarrollo teórico de un modelo de transporte de tritio que relaciona los parámetros físicos y geométricos del permeador en términos de eficiencia. Dicho modelo depende de los materiales que se utilizan para el estudio por sus características de permeación y compatibilidad con el PbLi, así como de la temperatura de operación y caudal del metal líquido. Uno de los resultados más relevantes es que los parámetros con mayor influencia en la eficiencia del permeador son la longitud de la membrana y la altura del canal. Se ha encontrado que un aspecto crítico en el diseño es la incertidumbre en el valor de la solubilidad de tritio en PbLi, que se traduce en una alta dispersión en la eficiencia calculada. Finalmente, se presenta un diseño de PAV capaz de recuperar tritio con una eficiencia del 80% cuando opera en condiciones DCLL, y que es adaptable a las necesidades del reactor. La dispersión en el valor de la solubilidad tiene una segunda consecuencia, ya que afecta al rango de velocidad de bombeo del sistema de vacío del permeador dificultando la definición de la bomba más adecuada, y que podría condicionar el funcionamiento de la técnica. Además, se ha determinado que la velocidad de bombeo mínima necesaria es 150 m3/s y actualmente no hay bombas compatibles capaces de llegar a ese nivel. Por ello se ha propuesto un diseño adaptado de una bomba comercial que, aumentando su tamaño, cubre las necesidades descritas. Una vez establecidos los parámetros de referencia se han fijado las condiciones de trabajo del lazo experimental, que cubren un amplio rango de operación con el objetivo de caracterizar el comportamiento de PAV en diferentes condiciones de caudal, temperatura y presión parcial de hidrógeno. Dado que el manejo de tritio atañe una serie de riesgos debido a su radiactividad y requiere una serie de instalaciones especiales y dedicadas, los experimentos se llevarán a cabo utilizando dos isótopos de ese gas, deuterio e hidrógeno.
Descripción
Categorías UNESCO
Palabras clave
Citación
Centro
Facultades y escuelas::E.T.S. de Ingenieros Industriales
Departamento
Grupo de investigación
Grupo de innovación
Programa de doctorado
Programa de doctorado en tecnologías industriales