ISO 10645-1992 Nuclear energy light water reactors calculation of the decay heat power in nuclear fuels《核能 轻水反应堆 核燃料衰变热功率的计算》.pdf

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1、NORME INTERNATIONALE 10645 Premire dition 1992-03-01 nergie nuclaire - Racteurs eau lgre - Calcul de la puissance rsiduelle des combustibles nuclaires Nuclear energy - Lighf water reacfors - Calculation of the decay heat power in nuclear fuels Numro de rfrence ISO 10645: 1992(F) ISO 10645:1992(F) Av

2、ant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de IISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de IISO. Chaque comit membre int- ress par une tude a le droit de

3、 faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec IISO participent galement aux tra- vaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation l

4、ectrotech- nique. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techni- ques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. La Norme internationale ISO 10645 a t labore par le co

5、mit techni- que ISO/TC 85, Energie nuclaire, sous-comit SC 3, Technologie des racteurs de puissance. Lannexe A fait partie intgrante de la prsente Norme internationale. ti!l ISO 1992 Droits de reproduction rservs. Aucune partie de cette publication ne peut tre repro- duite ni utilise sous quelque fo

6、rme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lditeur. Organisation internationale de normalisation Case Postale 56 l CH-121 1 Genve 20 l Suisse Imprim en Suisse ii ISO 10645:1992(F) La puissance rsiduelle des combustible

7、s nuclaires est la puissance thermique rsultant de la dcroissance radioactive des produits de fission et dactivation du combustible nuclaire, la suite de larrt dun racteur. La puissance rsiduelle reprsente une grandeur physique importante, lorsquil sagit de concevoir des systmes dans lesquels elle d

8、oit tre considre comme source de chaleur. La prsente Norme internationale permet de dfinir la puissance rsi- duelle locale en fonction de la puissance thermique du combustible pendant le fonctionnement. La distribution spatiale de la transformation de lnergie en chaleur, par exemple rayonnement gamm

9、a, nest pas prise en compte. Celle-ci pourra, si ncessaire, tre value par Iutili- sateur. La procdure de calcul utilise prsente lavantage de faciliter le calcul de la puissance rsiduelle tout en offrant une exactitude analogue celle des codes de calcul de sommations. Pour calculer la puissance rsidu

10、elle ou ses composantes individuelles, lutilisateur a la possibilit de recourir aux mthodes ou aux bases de donnes de son choix, dans la mesure o la validit de ces dernires est reconnue. Le calcul de la contribution des produits de fission ne peut quant lui intervenir, que par comparaison avec la pr

11、sente Norme internationale. La puissance gnre par les neutrons retards et les structures actives nest pas prise en considration. Page blanche NORME INTERNATIONALE ISO 10645:1992(F) nergie nuclaire - Racteurs eau lgre - Calcul de la puissance rsiduelle des combustibles nuclaires 1 Domaine dapplicatio

12、n La prsente Norme internationale dfinit les bases de calcul de la puissance rsiduelle du combustible nuclaire non recycl des racteurs eau lgre. Les diffrentes composantes prendre en compte dans le calcul sont les suivantes: - la contribution des produits de fission issus de la fission nuclaire; - l

13、a contribution des actinides; - la contribution des isotopes rsultant de la cap- ture des neutrons dans les produits de fission. La prsente Norme internationale sapplique aux racteurs eau lgre ( eau pressurise ou eau bouillante) chargs avec un mlange de combusti- bles nuclaires constitu de 235U et 8

14、U. Elle ne peut en aucun cas sappliquer au combustible nuclaire recycl. Les procdures de calcul sappliquent des prio- des de dcroissance comprises entre 0 et 10 s. Symbole 40 f(O i 4x0 J-Y - contribution des actinides; - contribution des nuclides rsultant de la cap- ture des neutrons dans les produi

15、ts de fission. Les procdures de calcul sappliquent des temps de dcroissance t compris entre 0 et 10 s. La puissance rsiduelle gnre par les neutrons retards et les structures actives nest pas prise en considration dans la prsente Norme internatio- nale. Lvaluation de celle-ci incombe lutilisateur qui

16、 doit linclure dans toute analyse de puissance rsiduelle. 4.2 Histogramme de puissance En rgle gnrale, la composition et la puissance utile du combustible considr varient au cours du temps dexploitation. Ce phnomne peut tre pris en compte dans le calcul de la puissance rsiduelle, en subdivisant le t

17、emps dexploitation en intervalles correspondant chacun une puissance et une composition constantes de nuclides fissiles (com- position approche, voir figures 1 et A.l). Il faut veiller ce que lerreur systmatique induite par cette approximation reste faible par rapport Ier- reur statistique rsultant

18、du calcul de la puissance rsiduelle. Ce but peut tre atteint en faisant la meilleure approximation possible de la puissance du combustible la fin du temps dexploitation. Lerreur introduite dans Ihistogramme par Iap- proximation de la puissance dcrot rapidement i lorsque le temps de dcroissance augme

19、nte; la I prcision de lapproximation dans chaque intervalle peut diminuer en augmentant la longueur tk de Iin- tervalle k partir de linstant de dcroissance considr. tant donn quune variation de la contribution de chaque nuclide fissile influe moins sur la puissance rsiduelle quune variation de la pu

20、issance dexploitation, une approximation gros- sire savrera souvent suffisante. II convient de veiller ce que, dans chaque inter- valle de temps de Ihistogramme, lintgrale de la puissance totale et de la puissance de chaque nuclide fissile soit conforme la valeur corres- pondante de Ihistogramme. La

21、 contribution p,(tlT) des produits de fission la puissance rsiduelle se calcule partir des contri- butions Psi(t,7) des quatre isotopes fissiles, en utili- sant la formule suivante: 0 Chaque contribution thermique libre par Q i est lnergie thermique totale libre par une seule fission (voir tableau 1

22、); Pik/Qi donne le taux de fission du nuclide fissile i. Fi(tkITk) est la puissance rsiduelle du nuclide fissile i correspondant une seule fission nuclaire par seconde, pendant un intervalle de temps Tk et un temps de dcroissance tk. Elle se calcule partir de lnergie fi(t) libre par les produits de

23、fission au temps t, la suite dune fission unique et se for- mule comme suit: Tk r;:($,Tk) = A(Tk - T -I- t,)dT . . . (3) A(t) se calcule comme suit, en utilisant les coeffi- cients aij et R, indiqus dans le tableau 2: 24 J(t) = C aop- Ut j=l . . . (4) On obtient alors: 24 . . . (5) Par consquent, la

24、 contribution P,(t,T) des produits de fission a la puissance rsiduelle est donne par la formule suivante: 3 ISO 10645:1992(F) . . . m P $ A-N,(tk R u (= 4,91 x 10e4 s-i est la constante de dcroissance de * U; 2 Np (= 3,41 x lO+ s-l R est le rapport du taux de capture des neutrons dans 238U au taux d

25、e fission total la fin du temps dexploitation. Si lutilisateur pourra utiliser ne la dispose pproxima pas de tion sui valeur vante: R = l,18e-04Q0 - 0,2 + 6,2 x 10-3BU o ao est lenrichissement initial de pourcentage en masse; . . . (18) 235U, en BU est le taux de combustion du combustible, pour R, i

26、l o et donc en mgawatts jour par kilogramme dura- Dveloppe pour un spectre de racteur deau or- dinaire (LWR) typique, cette formule sapplique des enrichissements initiaux compris entre 1,9 % et 4,l O/o. Les valeurs obtenues laide de cette formule sont relativement leves. 4.4.2 Contribution des autre

27、s actinides La contribution PGt7) des autres actinides ( Iex- ception de 23gU et Np) rsultant de la capture des neutrons devra tre tablie par lutilisateur. La formule Pcs(tlr) = 24 F Jcs (= 1,717 MeV) est lnergie moyenne de dcroissance de 134Cs; ISO 10645:1992(F) a 4 (= 1,071 x 10-* s- l-j est la co

28、nstante de dcroissance de l3 Cs; # est le flux neutronique total, en cm-*s- ; CT3 (= $7 x 10 -24 cm*) est la section efficace de Cs moyenne sur le spectre (12, y); 04 (=168X1o-24 cm * ) est la section efficace de 13%s moyenne sur le spectre (n, y). a3 et 04 ont t dtermins pour un spectre de racteur

29、eau lgre pressurise (PWR) typique. Appliqus un racteur eau lgre bouillante (BWR), ils produisent des valeurs relativement le- ves. Pour laborer Ihistogramme de puissance, il faudra utiliser un temps dirradiation effectif 7 %ff est lenrichissement effectif de la matire fissile, calcul partir de lenri

30、chissement initial ao, en pourcentage en masse: % ff -$+ 1,o - . . . (27) Pour des enrichissements et des taux de combus- tion caractristiques de racteurs eau lgre (LWR), k utilis dans la formule (26) fournit des va- leurs de PcS(t,7) pouvant excder de 5 % les va- leurs exactes. Pour des temps dirra

31、diation plus brefs (a 25 MWjlkg), la valeur approche obtenue pour P,(t,T) est survalue de 15 %. 4.5.2 Contribution des autres ractions de capture La contribution &(t,T) la puissance rsiduelle par capture des neutrons dans les produits de fission (autres que 133Cs) doit tre tablie par lutilisateur. L

32、a formule PE(&T) = H(z donne des rsu lon utilise les tableau 4, si les sont remplies: . . . (28) tats relativement levs, lorsque facteurs H(t) indiqus dans le conditions aux limites suivantes - enrichissement initial, en pourcentage en masse, 1,9 % 5%. 4.6 Puissance rsiduelle totale La puissance rsi

33、duelle totale se calcule comme suit: NT) = &(t,q + r)8(t,T) + &(&73 + + P,sm + pE(t,T) . . . (29) La marge derreur associe APN doit tre dtermi- ne partir de lcart-type APs de la formule (13) et de lincertitude de la puissance thermique (AP/P) pendant lexploitation: A&T) = n J &(U)* + PN(t,T) X y 2 .

34、 . . (30) o IZ est le multiple de lcart-type associ au degr de confiance retenu. Les autres contributions P, PA, PCs et P, devront tre dtermines avec prudence et elles nentreront pas dans le calcul de la marge dincertitude. Les mthodes dapproximation exposes dans la pr- sente Norme internationale pour valuer ces contri- butions donnent des rsultats suresti,ms. Si lutilisateur ne dispose pas de valeurs lui permettant de sous-estimer la puissance rsiduelle totale obte- nue, il pourra prendre PN(f,T) = P,(t,T).