(高清版)GB 15146.3-2008 反应堆外易裂变材料的核临界安全 第3部分：易裂变材料贮存的核临界安全要求

代替GB15146.3—1994反应堆外易裂变材料的核临界安全第3部分：易裂变材料贮存的核临界安全要求2008-09-19发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布I本部分的全部技术内容为强制性。GB15146《反应堆外易裂变材料的核临界安全》迄今已经发布了下列11个部分：——GB15146.1反应堆外易裂变材料的核临界安全第1部分：核临界安全行政管理规定(代 —GB15146.2反应堆外易裂变材料的核临界安全第2部分：易裂变材料操作、加工、处理的基本技术规则与次临界限值(代替GB15146.2—1994) -GB15146.3反应堆外易裂变材料的核临界安全第3部分：易裂变材料贮存的核临界安全要求(代替GB15146.3—1994) -GB15146.4反应堆外易裂变材料的核临界安全含易裂变物质水溶液的钢质管道交接的核临界安全准则 -GB15146.5反应堆外易裂变材料的核临界安全钚一天然铀混合物的核临界控制准则和次临界限值 —GB/T15146.6反应堆外易裂变材料的核临界安全硼硅酸盐玻璃拉希环及其应用准则——GB15146.7反应堆外易裂变材料的核临界安全次临界中子增殖就地测量安全规定——GB15146.8反应堆外易裂变材料的核临界安全第8部分：堆外操作、贮存、运输轻水堆燃料单元的核临界安全准则(代替GB15146.8—1994) —GB15146.9反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界事故探测与报警系统的性能及检验要求——GB15146.10反应堆外易裂变材料的核临界安全固定中子吸收体的应用安全要求——GB/T15146.11反应堆外易裂变材料的核临界安全基于限制和控制慢化剂的核临界安全本部分为GB15146的第3部分。本部分代替GB/T15146.3—1994《反应堆外易裂变材料的核临界安全易裂变材料贮存的核临界安全要求》。本部分与GB15146.3—1994相比主要变化如下：——增加了前言；——对临界限值有一些修改或增删；本部分的附录A为资料性附录。本部分由全国核能标准化技术委员会提出。本部分由全国核能标准化技术委员会归口。本部分起草单位：中国原子能科学研究院、中国核工业集团公司。本部分于1994年首次发布。1反应堆外易裂变材料的核临界安全第3部分：易裂变材料贮存的核临界安全要求1范围本部分规定了易裂变材料贮存中有关核临界安全的基本要求和限值。本部分适用于易裂变材料的贮存。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB15146.1反应堆外易裂变材料的核临界安全第1部分：核临界安全行政管理规定GB15146.2反应堆外易裂变材料的核临界安全第2部分：易裂变材料操作、加工、处理的基本技术规则与次临界限值GB15146.9反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界事故探测与报警系统的性能及检验要求3术语和定义下列术语和定义适用于GB15146的本部分。作为一个整体加以对待的易裂变材料集合，材料可以是任何形状的，材料集合也可以由若干个分离的小块组成。贮存栅元(栅元)storagecell贮存单元被放置在其中，并具有确定边界的容积空间。贮存阵列storagearray(array)由置有贮存单元的若干贮存栅元组成的规则排列。按照GB15146.2规定确认的计算方法。4管理要求与技术规则4.1管理要求4.1.1贮存中所有易裂变材料的操作，都应当符合GB15146.1和GB15146.2的有关要求。4.1.2应当将经过批准的贮存控制方法和操作规则写入书面规程；参与转移和贮存易裂变材料的人员应当熟悉这些规程；应当将贮存各种易裂变材料的限值张贴出来。24.1.3核临界安全管理人员应当进行必要的检查，以证实所制定的各项规程得到执行。4.1.4应当对人员进出贮存区进行严格的控制。4.2技术规则4.2.1易裂变材料的贮存除应当符合GB15146.2的要求之外，还应当符合本部分4.2.2～4.2.12的要求。4.2.2确定易裂变材料的贮存限值时应当以实验数据或以经过确认的计算方法算出的结果为依据。4.2.3贮存设备和库房设施都宜根据良好的工程实践经验进行设计、建造和维护。4.2.4库房设施的设计应当排除不合理的贮存布局和结构形式，尽量减少对行政管理的依赖。4.2.5易裂变材料的贮存，应当在诸如火灾、水淹、地震以及其他自然灾害条件下，都能够避免发生临界事故。4.2.6贮存的易裂变材料单元应封装在一定的容器之内，容器应当是密不透水的。只有肯定容器不会被水淹，或即使有水进入容器也不会达到临界时，密闭条件才可以放宽。4.2.7可以使用鸟笼式的固定装置、带盖的金属罐和在货架上使用的实体屏障结构，来保持贮存单元之间的空间间隔。货架必须坚固和不可燃。4.2.8在贮存场所中宜力求做到无易燃物品存在。如果贮存场所不可避免有较大量的易燃物品存在，例如有易燃的金属切削碎片，则应当装有消防系统。4.2.9在装有喷水系统的易裂变材料贮存场所，应当在设计中采用使易裂变材料的容器能防止积水的措施。4.2.10在装有喷水系统的易裂变材料贮存场所，应当对积水条件下发生核临界事故的可能性做出评价。4.2.11在需要安置核临界事故报警系统的贮存场所，报警系统的设置应当符合GB15146.9的规定，特别应注意确定报警系统探测器的恰当的安装位置。4.2.12应当将良好的库房管理作为核临界安全实际工作的重要组成部分。5贮存限值及使用条件5.1满足下列条件之一时，原则上不需要对易裂变材料的贮存方式加以限制：a)²35U的质量分数富集度不大于1.0%的铀水均匀混合物或溶液；b)²35U的质量分数富集度不大于5.0%,氢原子数与易裂变材料核素原子数之比值小于或等于0.5的块状铀金属或铀的固态化合物。要求这些块状物料没有凹面，单元不是由小条、小块组成。当容器内无含氢介质，且容器密不透水时，可以取消这一限制；c)235U浓度不大于11.7g/L,或Pu浓度不大于7.2g/L的均匀水溶液，而且能保证贮存期间不发生意外浓集和沉淀的物料；d)容器内装有金属状²3U、235U、238U、239Pu或2¹Pu的单一核素单元，或由这些核素的任意组合组成的单元，且单元所含易裂变材料量不大于0.015kg,包装容器最小尺寸大于10cm;e)(钚+铀)中钚的质量分数不大于0.13%的钚和天然铀或贫化铀的均匀混合物或水溶液。5.2对几种常见易裂变材料的贮存单元，其单元限值可以采用表1给出的值。表1中I类单元的限值是指当单元的封装容器由不含氢的材料(如钢、铝等)制造，且壁厚不超过1.27cm时的限值；Ⅱ类单元限值是指封装容器为含氢材料或壁厚超过1.27cm时的钢、铝等材料制成的限值。5.3表1所列限值适用于铀(或钚)同位素的各种组成。但对28U以外的各种铀同位素均应看作235U;240Pu以外的各种钚同位素均应看作是2Pu。5.4表1中的I类单元，其形状一般不限(但对薄板之类的几何形状要做特殊考虑)。对于金属、化合物或混合物单元除了包住物料的薄塑料(每公斤易裂变材料不超过10g聚乙烯)和密封用垫圈外，一般不得有其他含氢物质，如果有，则应对临界安全性作出评价。表1中的Ⅱ类单元，允许在单元外部有除3D₂O、铍和石墨以外的任意数量的含氢物质。5.5表1所列限值不宜用适用于孤立单元的各种放大因数放宽。5.6包容易裂变材料单元的容器应当位于栅元中心，偏离于栅元中心的值不得大于栅元尺寸的10%。5.7将表1列出的单元按孤立的直线或平面阵列排列时，当单元中心距大于40cm和单元容器表面距离大于30cm时，所排列的单元数目可以不限。表1供易裂变材料贮存用的单元限值单元类型物材类型限值类型及单位236U单元限值239Pu单元限值I类单元金属、化合物或混合物(H/X⁴≤0.5)金属、化合物或混合物(0.5<H/X≤2.0)含氢化合物或混合物(2<H/X≤20)溶液或含氢混合物(H/X>20)质量限值，kg质量限值，kg质量限值，kg体积限值，L4.5'4.5Ⅱ类单元金属、化合物或混合物(H/X≤2)含氢化合物或混合物(2<H/X≤20)溶液或含氢混合物(20≤H/X<800)溶液或含氢混合物(H/X≥800)质量限值，kg质量限值，kg体积限值，L体积限值，L4.0aH/X表示物料本身的H/235U或H/239Pu原子比。b这是密度为19.6g/cm³的金属钚的限值，密度为15.8g/cm³的钚合金的限值为6.0kg。C这是密度为19.6g/cm³的金属钚的限值，密度为15.8g/cm³的钚合金的限值为4.5kg。5.8将表1所列的I类单元排成立方阵列贮存时，允许的最大单元数与栅元体积的关系见图1。图1中下曲线适用于阵列之外紧贴厚反射体(混凝土、钢、木材、泥土筑成的厚壁贮存库)的情况。上曲线适用于阵列外仅有轻微反射体的情况。注：轻微反射体是指反射作用较小的反射体。阵列只有两面(地面及一面墙)或一面(阵列放在大房间里)紧贴的厚反射体时，可视为仅有轻微反射的反射体。将表1所列的Ⅱ类单元排成立方阵列贮存时，在单元外的立方阵列内部最佳水慢化、立方阵列外部水反射情况下，允许的最大单元数与栅元体积的关系见图2。5.9若单元易裂变材料数量小于表1所列的限值，在保持按最大单元确定的阵列易裂变材料总量和栅元尺寸不变的条件下，阵列中的单元总数可以增加。5.10在栅元中心距和允许单元数目已确定的条件下，可以由单元限值不同的单元组成混合阵列，但此时各类单元必须分别集中放置。5.11可以用从阵列中移去一些单元或用增加阵列总体积的办法在阵列内形成通道，在通道内允许工作人员通过或停留，并允许运送，但不允许在其中放置贮存单元。5.12贮存阵列满足下列条件之一时，可以认为是彼此孤立的。a)若两个平面阵列或立方阵列的表面到表面距离大于下面两值中较大的值：每个阵列的最大尺b)两个阵列之间有50cm以上的混凝土或水层。5.13表1中列出的限值是针对几种常见的易裂变材料贮存单元制定的。对某些情况，规定的贮存单元限值可能限制过严或不适应，此时，可根据实验数据和(或)经过确认的计算方法的计算结果进行详细的安全分析，提供新的限值。这些贮存单元的例子有：4a)有若干比水和混凝土的慢化和反射能力更强的物质(如重水、石墨、铍等)掺入易裂变材料单元；b)在阵列周围出现比混凝土或水反射作用更强的材料时；c)单元装量超过表列限值时；d)易裂变材料单元在操作区或操作小室内临时存放，容器不密闭时；e)其他未作具体规定的情况。5.14本部分附录A可供确定高富集度易裂变材料贮存限值时参考。每个最人单元所上的栅元体积/em°注1:下曲线适用于阵列外有紧贴着的厚反射体的情况；注2:上曲线适用于阵列外有轻微反射体的情况；注3:单元间最小表面间距20cm;注4:多个较小单元与最大单元等值时可以看成一个最大单元。图1立方阵列允许的最大单元数目图5允许的最人单广数允许的最人单广数每个最人单元所占的栅元体积/cmS图2立方阵列内部最佳水慢化、立方阵列外部水反射情况下允许的最大单元数目图6(资料性附录)高富集度易裂变材料的贮存限值及其使用条件存限值，给出了它的质量限值和空间间隔限值。这些易裂变材料在不同质量分数富集度，不同H/U(Pu)比值，不同栅格尺寸和贮存阵列中不同单元数目时的质量限值(以kg表示),如表A.1～A.11所列。但本附录给出的限值可以为建立实际的安全贮存阵列提供一个出发点。a)用经过确认的计算方法计算。b)按阵列的中子增殖因子小于0.95的条件计算。c)以周围带20cm厚水反射层立方阵列的临界计算数据为依据。d)计算是针对单元放置在正方栅格的中心，易裂变材料为球体的情况进行的。A.4使用本附录给出的235U高富集度铀的限值，且8U的质量分数应当小于1%时，应当将28U以外的各种铀同位素，都看作是235U;使用23U的限值时，应当将铀的其他同位素也看作是²3U;如果240Pu的浓度大于24Pu的浓度，并在计算H/Pu原子数比和质量或浓度时把2IPu当作239Pu,则239Pu的限值可适用于各种钚同位素的混合物。A.5对于易裂变材料的氧化物，其贮存限值是基于对二氧化物的计算得出的。这些限值也适用于其他氧化物，以及氟化物、氯化物、硝酸盐或其他盐类，只要这些化合物中氢含量不超过表中给出的值，易裂变材料的密度不超过二氧化物的特征值即可。值大于水反射球体临界质量90%的值都加了标注。对于这些加过标注的单元，应当采取适当的控制措施来确保次临界，例如用几何控制，并应满足A.8.9的要求。同时使用能够有效地保证临界安全的各种措施。考虑到操作中一些实际因素，应采用更小的限值。A.8使用表A.1～A.11中所列的质量限值时，应当考虑以下情况。凡遇到这些情况，应当以A.8.1慢化：氢与易裂变材料的原子比是按易裂变材料本身求出的，不包括邻近的含氢材料。表中规定的质量限值所含的安全裕量，足以补偿诸如用薄塑料袋包裹单元时的那种慢化情况。比这种情况更为显著的慢化效应，则宜用经过确认的计算方法进行估算。10%。如果单元质量限值降到表列值的60%,则单元在栅元中的水平位置可以不受限制。若缩减后的质量仍超过裸球临界质量的20%,则单元最小表面距应当不小于15.2cm。A.8.3其他反射材料：表中所列的质量限值也适用于厚度小于12.7cm的混凝土反射层的情况(混凝土面密度p=290kg/m²)。当混凝土反射层的厚度为20.3cm时，质量限值应当减少到所列值的75%。当混凝土反射层的厚度再增加时，质量限值则应当减小到所列值的60%。其他砖石结构材料的等效厚度可以由它的面密度求得。具有实用意义的大多数大块贮存单元，其几何形状都是属于反应性比较小的那一类。如果能够证明双批料栅元在栅元的各个面上被水反射时k值不超过0.93,则表A.1～A.11阵列中有这样一个双批料7栅元时，整个阵列不会超临界。或者能够证明，当双批料栅元在栅元的各个面上被水反射时是次临界的，则表A.1～A.11阵列中即使有几个(不大于8个)双批料栅元，整个阵列也不会超临界。在做易裂变材料贮存的安全分析或制订操作规程时，应当考虑双批料的问题。如果确实可能发生双批投料，则应当证实即使当一个栅元中发生双批投料时阵列也不会超临界。诸如加强行政管理，限制容器的容量，妥善设计贮存单元等，都有利于防止双批料。A.8.5相邻的贮存小室：对于两个毗邻的贮存小室，当混凝土隔离厚度和四周混凝土墙的厚度相等时，其质量限值应当降低到表中所列值的55%。这一缩减因子足已包括混凝土的反射效应。表列值的使用条件是针对单个贮存阵列规定的。当两个贮存小室之间的间距大于这些贮存阵列相对表面的最小表面尺寸，则可以把这两个阵列看作是孤立的阵列。二个子阵列之间，当用大于这些子阵列相对表面的最小表面尺寸隔开时，可以将这种子阵列看作是孤立的带反射层的阵列。A.8.6缩减因子：8.2～8.5中所要求的缩减因子可以相乘。如果结果过于保守，宜对所研究的系统用经过确认的计算方法重新加以计算。对于确定k的计算方法，为保证k不超过推荐值0.95,宜考虑其计算精度和偏倚。在对缩减因子有影响的因素中，增加栅元尺寸比减小质量限值对缩减因子的影响更为明显。A.8.7通道：可以从表A.1～A.11的阵列中移去一些单元或增加阵列的总体积，从而在阵列中留出空间，形成通道。由此形成的安全裕量足以允许人员安全进入这样构成的贮存区域中。A.8.8容器和贮存架的材料：表中列出的限值已经考虑了厚度小于1.27cm的铁制紧贴容器的效应。当铁的厚度大于此值或使用其他材料时，其效应则应当用实验方法或用经过确认的计算方法进行研究。A.8.9单元的次临界度：每个贮存单元的所有材料在被水淹没的条件下应当是处于次临界状态。A.8.10单元的间距：可能发生水淹的贮存场所中，单元表面之间的距离应当大于15.2cm。A.9表A.1～A.11中所列的质量限值在其他方面的应用：表中所列的数值有时不能直接用于所有实际存在的系统。在满足了A.8所规定的各项条款时，表中所列的质量限值可以推广应用到下述情况。A.9.1不同栅元混合放置：在表A.1～A.11所描述的任何一个阵列中，对每个栅元都赋予一个栅元指数，其值为100除以该阵列的栅元数之商。当不同栅元混合放置的阵列中栅元指数的总和不超过100,则允许在这样的阵列中混合放置任何栅元。A.9.2内插：表中所列质量限值、栅元数和含氢量之间可以内插。235U的富集度之间也可以内插。但线性内插方法并不一定是合适的。A.9.3非立方栅元：表中列出的任何质量限值都可用于其栅元体积与表列限值相同的内含近似等同单元的非立方栅元，其条件是该栅元的最大线度不超过最小线度的2.5倍。表列限值也可用于非立方栅元中非近似等同的单元。其条件是栅元体积和单元体积保持不变，并且表征单元形状的线度的比值与表征栅元形状的相应线度的比值近似相等。A.9.4单元在栅元中的位置：放在非立方栅元中的单元应当位于栅元的中心，偏离栅元中心的距离不得超过栅元最小尺寸的10%。如果质量限值降到表列限值的60%,则单元可以在栅元中的水平方向上任意放置。如果缩减后的质量超过该易裂变材料裸球临界质量的20%,则单元之间的表面距离应当大于15.2cm。A.9.5阵列形状：表中所列出的限值可适用于任何形状的阵列。的质量分数富集度为5.2%的钚的质量限值可以应用于任何238Pu的质量分数富集度的钚单元贮存。表A.7～表A.10中加标注的限值(数值大于水反射临界球体质量的90%)对²Pu也适用。8表A.1水反射贮存阵列中每个栅元内的铀单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457金属铀H/U≤0.014.84.320.4*23.5”21.4°93.2%²35U6.8%²U4.74.220.823.020.426.8⁴24.3⁴22.220.4a质量限值大于水反射球体临界质量的90%。表A.2水反射贮存阵列中每个栅元内的铀单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg类型质量分数富集度457铀的氧化物H/U≤0.48.37g/cm³93.2%²35U6.8%²8U4.54.124.120.427.423.520.629.426.223.621.5铀的氧化物H/U≤3.04.56g/cm³93.2%²U6.8%²U4.94.14.422.3铀的氧化物H/U≤102.05g/cm³93.2%²35U6.8%²8U4.24.94.24.94.44.04.74.39易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg类型质量分数富集度457铀的氧化物H/U≤2093.2%²35U6.8%8U4.54.44.94.44.0质量限值大于水反射球体临界质量的90%。表A.3水反射贮存阵列中每个栅元内的铀单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457铀的氧化物H/U≤0.48.36g/cm³80%²35U20%²38U4.621.427.723.320.227.023.620.927.124.622.620.8铀的氧化物H/U≤3.04.57g/cm³80%²3U20%²3RU4.74.04.44.020.225.021.7铀的氧化物H/U≤102.05g/cm³80%²35U20%²3RU4.64.64.04.84.34.04.7铀的氧化物H/U≤2080%²35U20%²3RU4.74.64.04.64.1质量限值大于水反射球体临界质量的90%。表A.4水反射贮存阵列中每个栅元内的铀单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457铀的氧化物H/U≤0.48.37g/cm³70%²35U30%²3RU24.026.222.626.523.521.144.627.725.423.4铀的氧化物H/U≤3.04.57g/cm³70%²3U30%²RU4.34.84.322.227.723.921.1铀的氧化物H/U≤102.05g/cm³70%²3U30%²3RU4.84.84.14.54.14.9铀的氧化物H/U≤2070%²3U30%²3RU4.24.94.34.94.54.1质量限值大于水反射球体临界质量的90%。表A.5水反射贮存阵列中每个栅元内的铀单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457铀的氧化物H/U≤0.48.37g/cm³50%²35U50%²3RU26.022.029.926.123.220.940.927.725.046.241.1易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457铀的氧化物H/U≤3.04.58g/cm³50%²3U50%²KU4.323.227.022.629.425.622.720.4铀的氧化物H/U≤102.06g/cm³50%²35U50%²RU4.44.74.24.7铀的氧化物H/U≤2050%²35U50%²3RU4.24.54.64.84.44.0表A.6水反射贮存阵列中每个栅元内的铀单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457铀的氧化物H/U≤0.48.38g/cm³30%²U70%²3RU24.627.422.940.829.726.123.321.168.047.341.029.580.066.149.243.787.366.448.9铀的氧化物H/U≤3.04.58g/cm³30%235L70%238U4.94.422.429.824.621.029.024.921.844.529.126.223.721.7铀的氧化物H/U≤2030%²3iU70%²3KU4.44.64.14.6表A.7水反射贮存阵列中每个栅元内的钚单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457金属钚H/Pu≤0.01Pu密度≤4.14.94.44.14.74.44.24.84.64.34.16.346.0⁸5.0°4.8a质量限值大于水反射球体临界质量的90%。表A.8水反射贮存阵列中每个栅元内的钚单元质量限值易裂变材料正方形贮存阵列中单元数对不同最小尺寸(mm)的正方形贮存栅元的质量限值/kg质量分数富集度457钚的氧化物H/Pu≤0.4Pu密度≤8.73g/cm³4.74.44.94.54.1钚的氧化物H/Pu≤3.0Pu密度≤4.70g/cm³4.34.64.14.6钚的氧化物H/Pu≤10Pu密度≤2.10g/cm³