GB T 15146.6-2009 反应堆外易裂变材料的核临界安全.第6部分 硼硅酸盐玻璃拉希环及其应用准则.pdf

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1、ICS 2712030F 46 圆雪中华人民共和国国家标准GBT 1514662009代替GBT 151466一1994反应堆外易裂变材料的核临界安全第6部分：硼硅酸盐玻璃拉希环及其应用准则Nuclear criticality safety for fissile materials outside reactOrPart 6：Borosilicate glass Raschig rings and its application criteria2009-09-30发布 2010-02-01实施宰瞀髁鬻瓣警麟瞥星发布中国国家标准化管理委员会锚19刖 置GBT 1514662009GB 15

2、146(反应堆外易裂变材料的核临界安全分为11个部分：GB 151461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GB 151462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GB 151463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GB 151464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GB 151465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GBT 151466反应堆外易裂变材料的核临界安全第6部分：硼硅酸盐玻璃拉希环及

3、其应用准则GB 151467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GB 151468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GB 151469反应堆外易裂变材料的核临界安全核f临界事故探测与报警系统的性能及检验要求GB 1514610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GBT 1514611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GBl5146的第6部分。本部分修改采用ANSIANS-851996在易裂变材料溶液中使用硼硅酸盐玻璃拉希环作中子吸收剂(英文版)。本部分与A

4、NsIANS_85 1996相比，主要差异如下：使用我国国家标准和行业标准替换ANsIANS_851996中引用的部分美国标准；拉希环的耐水性应按GBT 6582的规定测定，耐水性能应达到1级；密度的测定应按照GBT 5432的规定进行；硼含量的测定方法采用QBT 3572的化学分析方法。本部分代替GBT 1514661994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。本部分与GBT 1514661994相比主要变化如下：修改并增加了引用标准；增加了几条术语；增加了将拉希环用作临界控制手段的一般要求；增补了铀一233的限值规定内容。本部分的附录A为资料性附录。本部分由中国核

5、工业集团公司提出。本部分由全国核能标准化技术委员会归口。CBT 1514662009本部分起草单位：中国核电工程有限公司、中国核科技信息与经济院。本部分主要起草人：梁志、李嘉梁。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 1514661994。1范围反应堆外易裂变材料的核临界安全第6部分：硼硅酸盐玻璃拉希环及其应用准则GBT 1514662009GBT 15146的本部分规定了易裂变材料溶液中使用硼硅酸盐玻璃拉希环作为中子吸收剂的物理环境、化学环境、环和装环容器的技术要求、次临界限值和维护检查程序。本部分适用于在含有铀一235、钚一239或铀一233溶液的容器中使用硼硅酸盐玻璃拉希环中子吸收

6、剂作为i临界控制手段的场合。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 15146的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。GBT 5432玻璃密度测定浮力法GBT 6582玻璃在98耐水性的颗粒试验方法和分级(GBT 6582-1997，eqv ISO 719：1985)GB 151462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、处理的基本技术准则与次临界限值QBT 3572硼硅酸

7、盐玻璃化学分析方法3术语和定义下列术语和定义适用于GB 15146的本部分。31搅动agitation有可能引起玻璃环破损或重力下沉的环之间的相对物理运动。32检查用拉希环control Raschig rings检查环controlled sample定期从容器中取出进行测量，并在短时间的测试后仍放回容器内的拉希环。33玻璃体积份额glass volume fraction装环容器内被拉希环玻璃占据的体积份额。34拉希环Raschig ring环ring长度和直径基本相等的硼硅酸盐玻璃空心小圆管。35溶液solution含有已溶解易裂变材料的液体或悬浮液，但有机溶液氢浓度不得小于75 gL，

8、也不得大于GBT 1514662009115 gL。氘、氚水溶液除外。36鼓泡sparging流动的空气、气体或蒸汽穿过容器内液体的行为。37趋势分析trending由定期非破坏性测量获得的检查用拉希环的物理化学性能数据以及与容器某些性能有关的数据进行的外推，用于预测这些性能随时间的变化。4一般技术规定41一般要求在涉及临界安全的场合中使用拉希环的目的，是要确保装有易裂变材料的容器在其使用寿期内在正常工况下和可信的异常工况下是次临界的。将拉希环用作临界控制手段的一般要求如下：a)应遵循GB 151462的要求；b) 首次将拉希环用作临界控制手段之前，应核实其物理化学性能是否符合本标准的规定；c

9、)首次使用后，应定期对拉希环进行检查，以确信它们仍保持要求的物理化学性能；d)拉希环物理化学性能检查的广度和频度，可以根据拉希环的性能在它们被使用的特定环境中的趋势方面的历史记录决定。否则应始终适用85“检查间隔”中规定的频度；e)关于拉希环性能的测量方法的可用性和技术正确性，应由合格人员形成文件和进行审查；f)拉希环应和它浸没其中的溶液的化学环境和物理条件相容；g)在不同于本标准所论述的涉及l临界安全的场合中如何使用拉希环，宜具体情况具体分析。42物理环境421机械环境对于可信的搅动或环的运动会使环损坏且损坏程度足以危及它们作为临界控制手段的有效性的场合，不应使用拉希环。可能出现此种损坏的场

10、合包括(但不限于)：蒸发器、可移动的容器、脉冲柱及装有鼓泡设备的容器。422辐射环境拉希环不应在强电离辐射场中使用。拉希环允许受到的最大辐射剂量率如下：a)7辐射106 Gya；b)p辐射(能量o05 Mev)107 Crya；c)B辐射(能量o05 Mev)106 Crya；d)中子辐射500 Gya；e) n辐射玻璃的吸收剂量率与溶液的a粒子总功率为2 WL的均匀溶液源所引起的剂量率相当。43化学环境431近中性环境普通水，以及自由氟化物和磷酸盐离子的浓度不超过432c)和432d)中规定值的其他近中性溶液，即使此类溶液的pH值略大于70，都是可以使用拉希环的化学环境。432酸性环境接触拉

11、希环的溶液应满足下列限制条件：a)pH值小于或等于70，431中提到的情况除外；b)温度不高于120；c) 自由氟化物的浓度不大于0000 1 molL，浓度大于此值时拉希环与此种溶液的相容性已按照54和85得到确认的情况除外；2GBT 1514662009d) 磷酸盐离子的浓度不大于1 molL。在符合这些限制的条件下，可接受的化学环境包括有机酸或者无机酸盐类的溶液、碳氢化合物，以及络合剂或螯合剂在碳氢化合物中的溶液。433碱性环境不应在碱性溶液中将拉希环用作临界控制手段，除非此种场合的化学和物理限值已经确定，并已形成文件。如果在碱性环境中使用拉希环，则宜根据趋势分析确定检查频度，以确保本标

12、准的要求得到满足。5对拉希环的技术要求51组成511玻璃密度在25时，拉希环所用玻璃的密度不应小于222103 kgm3。密度的测定应按照GBT 5432的规定进行。512玻璃中”B含量拉希环所用玻璃中硼一10(”B)同位素的含量，不应小于玻璃总质量的0655。同位素含量可以是直接测定，或是从元素硼的测量值和”B”B比推断出，或是从氧化硼含量的测量值、氧化物的BO比测定值及”B”B比推断出。硼含量的测定应按照QBT 3572的规定进行。52环的直径每个硼硅酸盐玻璃拉希环的平均外直径不应大于38 cm。不过，由火焰抛光可能引起的两端直径稍微变大是可接受的。53环的外观加工好的拉希环，其所有外表面

13、应光滑无锐边。54化学试验应根据拉希环将要接触的环境进行相应的化学试验，并应制定此类试验的验收标准。试验和制定标准都应由合格人员进行、形成文件和审查。对拉希环进行的试验应证明，它们在使用(例如接触硝酸、氢氧化钠以及氟化氢)期间的正常工况下和可信的异常工况下是与所处环境相容的，化学相容性测试方法参见附录A中A5。拉希环的耐水性应按GBT 6582的规定测定，耐水性能应达到1级。55机械试验拉希环应进行机械试验，以评价其完整性，参见附录A中A3。这些试验应证明，拉希环在其使用期间的预期的正常工况下和可信的异常工况下肯定能保持完好无损。如果拉希环基本上处于静止状态，即液体能平缓地流进流出容器而不是在

14、环之间猛力穿行，则机械试验仅需要确认环能经得住此种静载荷。如果使用过程中涉及到有可能使环活动从而导致其破损的剧烈混合动作，则机械试验应确认环也能经得住动载荷而不破损。6对装环容器的技术要求61一般要求盛装拉希环容器的设计和制造应有利于：a)溶液的添加与取出；b)环的添加与取出；c) 测试用溶液和环的代表性样品的取出和替换；d)溶液体积的测量；e)容器内环装填高度的核实；3GBT 1514662009f)容器和环的清洗。排放溶液的管道设计和安装应能阻止硼硅酸盐玻璃碎片随溶液一起流出(例如在排放管上套一个网)。62拉希环的装填容器内的所有区域都应密集装填拉希环。在装填拉希环时轻拿轻放，能使它们在使

15、用期间不大可能进一步下沉，还可以使玻璃体积份额大干完全随机取向的环。宜使用能最大程度地减少破损、帮助下沉和最大程度地减少空隙的安装压实操作方案。首次装人容器的拉希环，可使用满足本标准要求的无标记环；但是，如果要在首批装料之外添加新的环(用于补偿下沉或顶替已取出的分析用拉希环)，则这些新添加的环应全都要带标记，以防随后将它们当作最初装填的环使用。63容器中不装环的管道装环的容器内可以有若干个不装环的区域，条件是每个不装环区域的外直径小于64 cm。此类区域可以是由插在本来要密集装填拉希环的区域中的管道形成的。不装环区域边对边的间距应至少达到305 cm。不装环区域可以由单根管道形成，或由一簇管道

16、形成，条件是该簇管道的外直径也小于64 cm。这些区域可以为各种用途服务(如装有一串检查用拉希环的多孔管)。64拉希环装填高度的测定应定期检查容器内拉希环的上端面，以便探测到拉希环随着时间的推移和由于日常的使用而产生的下沉。检查可以使用目测法或非目测法(例如射线照相术)。如果使用目测法检查环的装填高度，则宜设置足够数量的检查孔或窥视玻璃窗，以便能看清楚整个上端面的情况。探测到拉希环下沉后恢复其装填体积的办法见82。65玻璃体积份额的测定每次往容器里装新的拉希环时都应测定玻璃体积份额。更换全部环或添加部分环以补偿环的下沉时也都应这样做。66在已装环容器中允许装入的溶液体积溶液高度不应超过均匀地装

17、填的拉希环的高度。随着时间的推移和日常的使用拉希环可能发生下沉，为此应有一种能断定即使发生了下沉此条件仍能得到满足的方法，以防止溶液出现在无环区内的可能性。这种保护可以依靠以下措施之一提供：a)使检查频度高得足以发现两次检查之间发生的不可接受的下沉(见82)；b)使用溢出管限制容器内的液位；c)采用限制容器内液位的操作规程，并在容器上装设液位指示器件和配备相应的报警系统。7易裂变材料溶液的次临界浓度限值用不同的方法将拉希环装入不同的容器，容器中的玻璃体积份额会有少量的差别。表1列出了适用于存放在尺寸不限但装有符合本标准要求的硼硅酸盐玻璃拉希环的容器中的铀溶液或钚溶液的易裂变同位素次临界浓度限值

18、。表1不应用于铀钚混合物溶液，但一种元素被另一种元素轻微污染是允许的。表1中提及的溶液中的氢浓度不应小于75 gL，也不应大于115 gL。以铀为总栏名的下面有3个小栏，旨在分别列出一般用铀的富集度表征的各种溶液。当同位素的组合落入一类以上时，任何一栏的浓度限值都可应用。在所有的情况下，轻微的钚污染是允许的。每一栏顶部给出的同位素浓度范围，规定了与所示浓度对应的允许的锯系核素组成。允许在表列玻璃体积份额之间进行作图内插。8维护与检查81一般要求拉希环应定期进行检查，以判断环是否已下沉，环的物理或化学性能是否已发生变化，以及有无固4GBT 1514662009体物积累。应给每个已装环容器各保存一

19、份记载已安装环检查结果的记录。应通过分析这些数据来决定检查频度。检查频度的任何改变以及改变的理由都应形成文件。82下沉一旦发现下沉，应添加符合本标准技术要求的拉希环，使之恢复到装满状态。新添加的这些环应全都是带标记的，以防随后将它们用作维护用的样品，因为它们和最初安装的那些环的特性是不一样的。新添加环的数量和有关情况，应做好记录并在装入该容器内的这批环的寿期内加以维护。下沉的趋势可以通过和以前结果的比较获得。表1 尺寸不限但装有硼硅酸盐玻璃拉希环的容器中的易裂变材料溶液的次临界浓度限值“同位隶组成(质量分数)铀 钚容器中玻璃体积份额 ”9Pu含量任意241Pu1Pu5 24。Pu524 不限

20、270 gL 150 gL 115 gL 140 gL28 不限 330黜L 180 gL 140 gL 170 gL32 不限 400 gL 200 gL 180 gL 220 gL8可以在这些数据之间进行内插。b应把以固体物或沉淀物形式沉淀的或悬浮在溶液中的任何易裂变材料包括在“溶液”浓度的计算值中。关于此3栏的可用性的全面描述参看第7章。83易裂变固体物为了能够对拉希环和容器内壁上的易裂变固体物的积累情况进行评价，并采取合适的控制措施，应做好记录。如果沉积的固体物中包含的铀一233、铀一235、钚或者这些同位素的任意组合每升玻璃中超过50 g，则该容器内的环应清洗或置换，容器壁也应清洗。

21、84物理性能在役的拉希环应定期进行再测试，以便通过测试从每个容器内的代表性区域中取出的样品拉希环来判断这些环当前的物理性能。这样做的目的是要确保本标准的要求始终得到满足。应借助操作规程保证抽取的样品确实是容器内最初安装的那部分拉希环，见82。此类测试可以利用检查用拉希环进行，但要求检查用环除了每次不超过2周或者每年不超过4周的测试期外一直留在容器里面。在检查用环被取出后，该容器可以继续使用，但要求63和64的技术规定始终得到满足。在拉希环的维护检查期间，如果任何被测试在役拉希环不满足51、52、53和55中给出的任一条技术规定，则应进行评价，以便决定是否需要采取相应的措施。这样的措施可以是(但

22、不限于)以下的一项或多项：a)用同一组环重新分析不及格的参数；b)提取新的环样品，用这组新环重新分析不及格的参数；c)更换容器内的所有拉希环。对定期的物理测试和化学测试结果进行的趋势分析，可用于预测拉希环的使用寿命。85检查间隔拉希环应定期进行检查，以验证其临界控制性能是否得到保持。所需的测试应包括环的下沉情况(见82)、固体物的积累情况(见83)，以及玻璃的物理性能(见84)。环的首个检查问隔不得超过：a)对于不受搅动的环13个月；5GBT 1514662009b)对于受搅动的环7个月。当有文件证明并经核准的分析表明是合理的时，首个检查间隔可以更长。随后的检查间隔可以以数据趋势的分析结果为基

23、础。如果记录和检查结果证实自上次检查以来容器中根本没有存放过溶液，且如果该容器没有接触到腐蚀性气体，则仅需测试下沉情况(见82)。如果拉希环接触的溶液中自由氟化物的浓度大于0000 1 molL，则应将检查频度规定得能确信这些环的化学和机械性能保持在第5章中规定的范围内。A1概述附录A(资料性附录)硼硅酸盐玻璃拉希环分析方法GBT 1514662009本附录给出了一批建议性的分析方法，可供与本部分5155和84有关的试验、测试和规格保证使用。本附录还列出了一批参考文献，它们能给选用满足本部分要求的分析方法提供指导。本附录无意排斥使用新方法。A2硼含量测定方法硼含量的测定方法可以采取以下方法的任

24、一种：直接法；二氧化硅滤液法。参见QBT 3572硼硅酸盐玻璃化学分析方法。注：上述两法测量的是玻璃中三氧化二硼的百分含量。为了测定硼一10含量，还必须与其他方法一起使用。A3机械强度测试方法(1)强度试验参见AsTM C600 1985(1991)(玻璃管热冲击标准试验方法。注：虽然此法明确指出是测玻璃管强度用的，但也可用于测拉希环的强度。(2)转鼓试验参见YCDC-8，Oak Ridge Y_12 Plant，Oak Ridge，TN(1971)(在易裂变材料溶液中使用硼硅酸盐玻璃拉希环作中子吸收剂。注：以前曾将此法作为本部分的一条要求，但此种试验比较粗糙，无法反映环在生产中的使用情况，人

25、们对合格或不合格的判别标准也一直有争议。(3)压碎试验参见ASTM C77388(1994)(烧结陶瓷材料压应力(压碎)强度标准试验方法。注：简单的静态机械强度试验以直接测量加于拉希环样品上的力为基础，这很容易实现。容器内最底部的环实酝受到的压碎力，可以由容器内其上方的环的重量求出。最好不考虑环在液体中的浮力或者传递给容器壁的侧载荷。要采用合理的安全裕度因子(如所加重量的两倍)。让容器中的环承担此载荷，每次测试一个环。A4密度测定方法参见GBT 5432(玻璃密度测定浮力法。A5化学相容性测试方法(1)硝酸试验将随机抽取的10个清洁而干燥的拉希环称重(准确度要达到0001 g)，然后将它们装入

26、容积为2 L并装有回流冷凝器、化学相容的容器内。注入1 L 70 molL的硝酸溶液(包含的固体物总量小于0000 5 pgg)，将容器内温度保持在95，时间为48 h。然后用蒸馏水冲洗这些环，在105下干燥1 h，最后再次称重(准确度仍为0001 g)。10个样品环的重量损失最好不超过0010。此法在本部7CBT 1514662009分的上一个版本中是一条要求。与上一个版本相比，此处使用的措辞更严格(甚至使用了“允许的重量损失”)。对于环来说，这是一种消耗性试验，目标是考察环的生存能力。此处不考虑硼的浸出，因为硼含量是单独测定的。(2)氢氧化钠试验将随机抽取的10个清洁而干燥的拉希环称重(准

27、确度要达到0001 g)，然后将它们装入容积为2 L并装有回流冷凝器的、化学相容的容器内。注入1 L 10 molL的氢氧化钠溶液，将容器内温度保持在95，时间为6 h。然后用蒸馏水冲洗这些环，在105下干燥1 h，最后再次称重(准确度仍为0001 g)。10个样品环的重量损失最好不超过020。此法在本部分的上一个版本中是一条要求。与上个版本相比，此处使用的措辞更严格(甚至使用了“允许的重量损失”)。对于环来说，这是一种消耗性试验，目标是考察环的生存能力。此处不考虑硼的浸出，因为硼含量是单独测定的。GBT 1514662009参考文献13 ASTM C600-1985(1991)玻璃管热冲击标准试验方法2YCDC-8，Oak Ridge Y-12 Plant，Oak Ridge，TN(1971)在易裂变材料溶液中使用硼硅酸盐玻璃拉希环作中子吸收剂3ASTM C773-1988(1994)烧结陶瓷材料压应力(压碎)强度标准试验方法