Classification in level areas according to the risk due to contamination Alpha (α) in nuclear power plants (NPP)

RESUMEN: El presente trabajo se enmarca en la línea de recomendaciones de EPRI (Electric Power Research Institute) respecto a las directrices de vigilancia y control de la contaminación α en las operaciones de las centrales nucleares. En primera instancia se procede a la exposición teórica de los conceptos básicos de física (radiactividad, ley de desintegración, tipos de desintegración, etc.) necesarios para comprender los posteriores apartados, así como para evidenciar el riesgo y las particularidades de la radiación α respecto al resto de radiaciones ionizantes (principalmente los emisores β y γ). Debido a que este tipo de radiaciones se encuentran habitualmente en los recintos interiores de las centrales nucleares y que este proyecto se centra en ellas haciéndose necesario explicar el funcionamiento de una planta de fisión nuclear y sus tipos más habituales (PWR y BWR). En una central nuclear las principales fuentes de emisores alfa provienen de posibles fugas de las vainas de combustible en forma de transuránicos como el Americio (Am), Curio (Cm) y el Plutonio (Pu) que se forman por la activación neutrónica y son una fuente de residuos radiactivos que deben ser controlados debido a que son fuentes de radiaciones ionizantes. La exposición a estas tiene unos efectos para la salud (deterministas y estocásticos) que se busca evitar y la mejor forma es mediante una adecuadamente caracterización y clasificación de las zonas. Para caracterizar de forma cuantitativa y precisa estas radiaciones, así como sus posibles efectos es necesario disponer de un conjunto de magnitudes con sus correspondientes unidades. Magnitudes que midan no solamente propiedades físicas (tales como carga, energía o número de partículas) sino que tengan en cuenta los posibles efectos biológicos, el riesgo potencial y el impacto en diferentes partes y órganos. Para la clasificación radiológica en áreas de nivel se adoptaron las recomendaciones de la guía EPRI según las cuales debemos tener en cuenta la abundancia relativa de contaminación α en comparación con la contaminación βγ dando como resultado tres áreas de nivel (I, II y III). Una vez establecidos los conceptos teóricos se aplicó de forma práctica esta clasificación radiológica en áreas de nivel de riesgo por contaminación α en la piscina del separador y del secador de vapor del reactor de agua en ebullición de la central nuclear de Santa María de Garoña, ya que se estimó que sería un recinto con una más que probable presencia de contaminación de tipo α. Se estableció un programa de muestreo de Contaminación Superficial Desprendible (C.S.D), mediante frotis sobre 300 cm2 (resultando en 190 puntos de análisis), lo suficientemente amplio para que fuese representativo estadísticamente y a modo de diagrama cartesiano para con sus coordenadas identificar los puntos de control radiológico. Se tomaron los frotis a lo largo de varias semanas, durante las cuales se analizó continuamente el aire en busca de contaminación ambiental no registrándose concentraciones alguna de isótopos en aire, descartando por tanto dicha contaminación. Todos los frotis se analizaron en laboratorio y los resultados de la C.S.D (Bq/cm2) de α y βγ son los que se plasman en este proyecto. Con los resultados obtenidos, los conocimientos previos y aplicando las recomendaciones de la guía EPRI en que comparamos la presencia y cantidad de α frente a βγ, clasificamos en áreas de nivel (I, II o III) todas y cada una de las 190 cuadriculas en que previamente dividimos la piscina del separador y el secador. Dando como resultado que un 70.53% son áreas de nivel I, un 8.95% áreas de nivel II y un 20.53% áreas de nivel III. Un numero de áreas de nivel III por encima de los esperado a priori y que sin la aplicación práctica de las recomendaciones que nos propone EPRI probablemente una buena parte de estas no hubieran sido catalogadas como tal, poniendo de manifiesto que esta metodología es una mejora en la determinación de los niveles de contaminación y en consecuencia de los niveles de riesgo existentes en la mencionada piscina. Esto deja patente que sería aconsejable su implementación en el entorno nuclear europeo y en concreto en el español.ABSTRACT: This work is part of the EPRI (Electric Power Research Institute) recommendation line regarding the guidelines for the surveillance and control of α pollution in nuclear power plant operations. In the first instance, we proceed to the theoretical exposition of the basic concepts of physics (radioactivity, decay law, types of decay, etc.) necessary to understand the subsequent sections, as well as to demonstrate the risk and the particularities of α radiation with respect to to the rest of ionizing radiation (mainly β and γ emitters). Due to the fact that this type of radiation is usually found in the interior rooms of nuclear power plants and that this project focuses on them, making it necessary to explain the operation of a nuclear fission plant and its most common types (PWR and BWR). In a nuclear power plant, the main sources of alpha emitters come from posible leaks from fuel cladding in the form of transuraniums such as Americium (Am), Curium (Cm) and Plutonium (Pu) that are formed by neutron activation and are a source of radioactive waste that must be controlled because they are sources of ionizing radiation. Exposure to these has health effects (deterministic and stochastic) that are sought to be avoided and the best way is through an adequate characterization and classification of the areas. To quantitatively and accurately characterize these radiations, as well as their possible effects, it is necessary to have a set of quantities with their corresponding units. Quantities that measure not only physical properties (such as charge, energy or number of particles) but also take into account the possible biological effects, the potential risk and the impact on different parts and organs. For the radiological classification in level areas, the recommendations of the EPRI guide were adopted, according to which we must take into account the relative abundance of α contamination compared to βγ contamination, resulting in three level areas (I, II and III). Once the theoretical concepts were established, this radiological classification was applied in a practical way in areas of risk level for α contamination in the separator pool and the steam dryer of the boiling water reactor of the Santa María de Garoña nuclear power plant, since It was estimated that it would be an enclosure with a more than probable presence of type α contamination. A Removable Surface Contamination (CSD) sampling program was established, by means of smears on 300 cm 2 (resulting in 190 analysis points), broad enough to be statistically representative and as a Cartesian diagram to identify the points of radiological control. The smears were taken over several weeks, during which the air was continuously analyzed for environmental contamination, not registering any concentrations of isotopes in air, thus ruling out said contamination. All smears were analyzed in the laboratory and the results of the CSD (Bq / cm2) of α and βγ are those that are reflected in this project. With the results obtained, the previous knowledge and applying the recommendations of the EPRI guide in which we compare the presence and amount of α against βγ, we classify each and every one of the squares in level areas (I, II or III) in which We previously divided the pool from the separator-dryer. Resulting in that 70.53% are level I areas, 8.95% are level II areas and 20.53% are level III areas. A few level III areas above those expected a priori and that without the practical application of the recommendations proposed by EPRI, probably a good part of these would not have been classified as such, showing that this methodology is an improvement in the determination of the levels of contamination and consequently of the levels of risk existing in the pool. This makes it clear that its implementation in the European nuclear environment and specifically in Spain would be advisable.Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriale