DIN 25403-1-2013 Criticality safety in processing and handling of fissile materials - Part 1 Principles《加工和处理裂变材料的临界安全 第1部分 原则》.pdf

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1、Dezember 2013DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 7DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 27.120.30!%)(t“2060581www.din.deDDIN 2540

2、3-1Kritikalittssicherheit bei der Verarbeitung und Handhabung vonKernbrennstoffen Teil 1: GrundstzeCriticality safety in processing and handling of fissile materials Part 1: PrinciplesSret-criticit lors du traitement et du maniement de combustibles nuclaires Partie 1: PrincipesAlleinverkauf der Norm

3、en durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 25403-1:2007-06www.beuth.deGesamtumfang 10 SeitenDIN 25403-1:2013-12 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Allgemeine Gesichtspunkte . 5 4.1 Verarbeitung und Handhabung . 5 4.2 Pl

4、anungsgrundstze 5 4.3 Verantwortlichkeit . 6 4.4 Begutachtung 6 4.5 Transport und Empfang von Kernbrennstoffen 6 4.6 Schutz- und Hilfsmanahmen . 6 5 Sicherheitsprinzipien . 6 5.1 Grundlagen fr die Kritikalittssicherheit 6 5.2 Sicherheitsfaktor. 7 6 Technische Kriterien 7 6.1 Sicherheitsmanahmen . 7

5、6.2 Faktoren, die die Kritikalitt beeinflussen . 8 6.2.1 Anreicherung, Isotopenhufigkeit der Kernbrennstoffe. 8 6.2.2 Moderation . 8 6.2.3 Reflexion 8 6.2.4 Neutronenabsorber. 8 6.2.5 Neutronische Kopplung . 8 6.2.6 Zwischenmoderation 9 6.3 Bercksichtigung anomaler Ereignisse . 9 Literaturhinweise .

6、 10 DIN 25403-1:2013-12 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Fachbereich Kerntechnik, Arbeitsausschuss NA 062-07-45 AA “Kritikalitts-sicherheit“ im Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DIN erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhre

7、n knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 25403 Kritikalittssicherheit bei der Verarbeitung und Handhabung von Kernbrennstoffen“ besteht aus: Teil 1: Grundstze Teil 2: Kritikalittsdaten fr Uran 235-Metall-Lei

8、chtwasser-Mischungen Teil 3: Kritikalittsdaten fr Plutonium 239-Metall-Leichtwasser-Mischungen Teil 4: Kritikalittsdaten fr Urandioxid-Leichtwasser-Mischungen Teil 5: Kritikalittsdaten fr Plutonium 239-Dioxid-Leichtwasser-Mischungen Teil 6: Kritikalittsdaten fr Plutonium 239-Nitrat-Leichtwasser-Misc

9、hungen Teil 7: Kritikalittsdaten fr niedrig angereicherte Urandioxid-Stabgitter in Wasser Teil 8: Kritikalittsdaten fr Uranylnitrat (100 % Uran 235)-Leichtwasser-Mischungen Beiblatt 1 zu DIN 25403: Erluterungen nderungen Gegenber DIN 25403-1:2007-06 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) redaktio

10、nelle nderung des Vorworts und Aufnahme einer Einleitung; b) Verwendung des Einzelfallkriteriums anstelle des Doppelereignisprinzips in 5.1.1; c) Verweisung auf Validation nach DIN 25478 bei Einsatz von Berechnungssystemen zum Nachweis der Kritikalittssicherheit. Frhere Ausgaben DIN 25403: 1970-01 D

11、IN 25403-1: 1982-08, 1991-12, 2007-06 DIN 25403-1:2013-12 4 Einleitung Diese Norm enthlt technische Kriterien und Empfehlungen zur Sicherstellung der Kritikalittssicherheit bei der Verarbeitung und Handhabung von Kernbrennstoffen. Dieser Teil der Norm hat allgemeine Gesichtspunkte, Sicherheitsprinzi

12、pien und Kriterien der Kritikalittssicherheit zum Gegenstand. Die nachfolgenden Teile 2 bis 8 der Norm enthalten Einzelvorschriften und quantitative Angaben fr bestimmte Mischungen von Uran- oder Plutoniumverbindungen mit Leichtwasser. Das Beiblatt 1 zu dieser Norm enthlt Erluterungen der physika-li

13、schen Grundlagen des Kritikalittsverhaltens von Spaltstoffsystemen. Diese Norm enthlt keine Angaben zur Wirkung radioaktiver Strahlung auf Menschen oder Materie und fr den Fall eines Kritikalittsstrfalls. DIN 25403-1:2013-12 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr den Umgang mit Kernbrennstoffen in

14、nerhalb kerntechnischer Anlagen. Die Spaltzone von Kernreaktoren ist dabei auszuschlieen. Fr den Transport von Kernbrennstoffen auerhalb kerntechnischer Anlagen sowie fr den Schutz gegen Einwirkungen Dritter ergeben sich besondere Anforderungen, die in dieser Norm nicht behandelt werden. 2 Normative

15、 Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommene

16、n Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 25401 (alle Teile), Begriffe der Kerntechnik DIN 25478, Einsatz von Berechnungssystemen beim Nachweis der Kritikalittssicherheit DIN ISO 7753, Kernenergie Anforderungen an die Auslegung und Prfungen eines Kritikalitts-Detektierungs- und Alarmsystems S

17、trahlenschutzverordnung, Verordnung ber den Schutz vor Schden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung StrlSchV) vom 20. Juli 2001 (BGBl. I S. 1714; 2002 I S. 1459), zuletzt gendert durch Artikel 5 Absatz 7 des Gesetzes vom 24. Februar 2012 (BGBl. I S. 212)1)Arbeitsstttenverordnung, Arb

18、eitsstttenverordnung vom 12. August 2004 (BGBl. I S. 2179), die zuletzt durch Artikel 4 der Verordnung vom 19. Juli 2010 (BGBl. I S. 960) gendert worden ist 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Norm gelten die Begriffe nach der Strahlenschutzverordnung und die Begriffe nach den Normen der Reihe DIN 25

19、401. 4 Allgemeine Gesichtspunkte 4.1 Verarbeitung und Handhabung Bei der Verarbeitung und Handhabung von Kernbrennstoffen sind neben konventionellen sicherheitstechnischen Manahmen Vorkehrungen und Manahmen zur Kritikalittssicherheit zu treffen. 4.2 Planungsgrundstze 4.2.1 Bei der Planung oder vor n

20、derung einer kerntechnischen Anlage ist eine dem fortschreitenden Planungsstand entsprechende Untersuchung zur Kritikalittssicherheit durchzufhren. Dabei sind die Manahmen festzulegen, die die Kritikalittssicherheit sicherstellen. Im Allgemeinen sind technisch konstruktive Vorkehrungen bevorzugt vor

21、 organisatorischen Manahmen zur Einhaltung der Kritikalittssicherheit einzusetzen. 1) Nachgewiesen in der DITR-Datenbank der DIN Software GmbH, zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin (Hausanschrift: Burggrafenstrae 6, 10787 Berlin).DIN 25403-1:2013-12 6 Technische passive Manahmen (z. B. B

22、eschrnkungen der Mae der Behlter) sind technisch aktiven Manahmen (z. B. dem Einsatz von Messgerten zur Prozessberwachung) vorzuziehen. 4.2.2 Es mssen auch anomale Bedingungen und nicht routinemige Verfahrensweisen untersucht und ihre mglichen Auswirkungen auf die Kritikalittssicherheit bercksichtig

23、t werden. Es ist jeweils das reaktivste Kernbrennstoffsystem zu betrachten, das sich bei bestimmungsgemem Betrieb einstellt oder bei Betriebsstrungen und Strfllen technisch mglich ist. 4.2.3 Es ist zu prfen, inwieweit interne und externe Ereignisse, die im bestimmungsgemen Betrieb nicht zu erwarten

24、sind, die Kritikalittssicherheit beeinflussen knnen. Bei den zu treffenden Vorkehrungen gegen eine Kritikalitt infolge solcher Ereignisse sind die Eintrittswahrscheinlichkeit der Ereignisablufe sowie die Auswirkungen zu bercksichtigen. 4.3 Verantwortlichkeit Die Verantwortung fr die erforderlichen M

25、anahmen gegen eine unbeabsichtigte Kritikalitt von Kernbrennstoffen einer kerntechnischen Anlage obliegt nach 33 und 65 der Strahlenschutzverordnung dem Strahlenschutzverantwortlichen. 4.4 Begutachtung Die Begutachtung kerntechnischer Anlagen bezglich der Kritikalittssicherheit wird durch die zustnd

26、igen Genehmigungsbehrden im atomrechtlichen Genehmigungsverfahren geregelt. 4.5 Transport und Empfang von Kernbrennstoffen Der Transport von Kernbrennstoffen innerhalb einer kerntechnischen Anlage (wie z. B. zwischen verschiedenen Betriebsteilen) muss jederzeit so ablaufen, dass keine unzulssigen Me

27、ngen an Kernbrennstoffen zusammen-kommen knnen. Hierzu sind Versand und Empfang von Kernbrennstoffen zwischen Absender, Befrderer und Empfnger rechtzeitig zu vereinbaren. Fr den Empfang beschdigter Sendungen sind vorsorglich Regelungen zu treffen. 4.6 Schutz- und Hilfsmanahmen 4.6.1 Es ist die Notwe

28、ndigkeit einer Strahlenberwachungsanlage zur Entdeckung eines Kritikalittsstrfalles zu prfen. Kriterien ergeben sich aus DIN ISO 7753. 4.6.2 Bereits beim Entwurf einer kerntechnischen Anlage sind die innerbetriebliche Alarmgebung im Falle eines Kritikalittsstrfalles und die Lage und Zuordnung von Fl

29、uchtwegen und Sammelrumen gefahren-bezogen zu bercksichtigen. Hierbei sind die in der Arbeitsstttenverordnung niedergelegten Kriterien zu beachten. 4.6.3 Manahmen nach einem Kritikalittsstrfall sind vorzusehen. Es ist sicherzustellen, dass durch die ergriffenen Manahmen keine weiteren Kritikalittsst

30、rflle ausgelst werden. 5 Sicherheitsprinzipien 5.1 Grundlagen fr die Kritikalittssicherheit 5.1.1 Zustzlich zur Gewhrleistung der Kritikalittssicherheit im bestimmungsgemen Betrieb ist sicherzustellen, dass die Kritikalittssicherheit bei Eintreten eines einzelnen im bestimmungsgemen Betrieb nicht zu

31、 erwartenden Ereignisses oder Ereignisablaufs gewhrleistet bleibt (Einzelfallkriterium). Bei einer Nichterfllung dieses Kriteriums sind die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Kritikalittsstrfalls und seine Auswirkungen zu bercksichtigen. DIN 25403-1:2013-12 7 5.1.2 Der Nachweis der Kritikalittssicher

32、heit ist auf Grund experimenteller Ergebnisse oder mit nach DIN 25478 validierten Rechenverfahren zu fhren. 5.1.3 Zum Nachweis der Kritikalittssicherheit ist davon auszugehen, dass nur diejenigen Stoffe, die blicherweise in den betreffenden Anlagenteilen vorkommen oder in deren Nhe sind (einschlieli

33、ch der Werkstoffe und Prozessmedien), mit den Kernbrennstoffen vermischt werden oder auf andere Art die Kritikalittssicherheit beeintrchtigen knnen. Die Kritikalittssicherheit hngt dabei ab von den Eigenschaften der Kernbrennstoffe, der vorhandenen Masse an Kernbrennstoffen und ihrer Verteilung auf

34、die einzelnen Komponenten der untersuchten Anordnung, der Menge und Verteilung aller brigen Materialien, die mit den Kernbrennstoffen vermischt oder in deren Nhe sind. 5.2 Sicherheitsfaktor Fr jeden Einzelfall muss ein Sicherheitsfaktor die Unsicherheit der Voraussetzungen, die Wahrscheinlichkeit ih

35、rer nderung und die Schwere der Folgen eines Kritikalittsstrfalls bercksichtigen. 6 Technische Kriterien 6.1 Sicherheitsmanahmen Es gibt eine Reihe von Sicherheitsmanahmen, die zur Sicherstellung der Kritikalittssicherheit angewendet werden knnen. Zu diesen zhlen die Beschrnkung auf eine bestimmte A

36、rt und Zusammensetzung der Kernbrennstoffe, die Begrenzung der Anreicherung und die Beschrnkung der Isotopenhufigkeit der Kernbrennstoffe, die Begrenzung der in einem Arbeitsschritt eingesetzten Kernbrennstoffmengen, die Begrenzung der Abmessungen oder Gestalt von Prozessanlagen, die Begrenzung der

37、Konzentration an Kernbrennstoffen in einer Lsung oder Suspension, die Begrenzung des mit den Kernbrennstoffen verbundenen Moderatormaterials, die Beschrnkung auf Art und Menge des die Kernbrennstoffe umgebenden Reflektormaterials, der Einsatz von Neutronenabsorbern. Die genannten Sicherheitsmanahmen

38、 knnen einzeln oder in Kombination angewendet werden. Daraus ergeben sich Anforderungen in Form von Kriterien, z. B. bezglich der Auslegung und Anordnung von Apparaten und Behltern, der Prozessberwachung durch Einsatz von Instrumenten, der organisatorischen Verfahrensberwachung. DIN 25403-1:2013-12

39、8 Die Einhaltung der Manahmen zur Kritikalittssicherheit muss durch Kontrollen sichergestellt werden. Die Auslegung und Anordnung von Apparaten und Behltern muss Mglichkeiten fr die Durchfhrung von Kontrollen und Prfungen der fr die Kritikalittssicherheit erforderlichen Parameter vorsehen. Bei der A

40、nwendung der Sicherheitsmanahmen mssen Einflussgren auf die Kritikalittssicherheit sorgfltig untersucht werden. Im Folgenden ist der Einfluss einiger Parameter dargestellt. 6.2 Faktoren, die die Kritikalitt beeinflussen 6.2.1 Anreicherung, Isotopenhufigkeit der Kernbrennstoffe Die Begrenzung der Anr

41、eicherung und die Beschrnkung der Isotopenhufigkeit der Kernbrennstoffe stellen in vielen Fllen entscheidende Sicherheitsmanahmen dar. In diesen Fllen ist zu prfen, ob berschreitungen von Grenzwerten mglich sind und wie sie verhindert werden knnen. Entsprechende Sicherheitsmanahmen sind vorzusehen.

42、6.2.2 Moderation Die Anwesenheit eines Neutronen moderierenden Stoffes in Kernbrennstoffen kann die zum Erreichen des kritischen Zustands bentigte Masse an Kernbrennstoffen erheblich herabsetzen. Wasser, l und andere wasserstoffhaltige Stoffe sowie Graphit sind die hufigsten beim Umgang mit Kernbren

43、nstoffen auftretenden Moderatoren. 6.2.3 Reflexion In den meisten Fllen der Praxis stellt ein Wasserreflektor von ausreichender Dicke den effektivsten Neutronenreflektor dar, um eine maximale Reaktivitt zu erreichen. Kernbrennstoffsysteme, bei denen andere Werkstoffe (wie z. B. Holz, Beton und Stahl

44、) die Oberflche von Behltern in dicker Schicht umgeben oder einen betrchtlichen Teil der Oberflche bedecken, sind hinsichtlich der Reflektorwirkung dieser Werkstoffe zu untersuchen. Lassen sich das Ausma der Neutronenreflexion durch Behlterwandungen, Bauteile oder Bedienungspersonal sowie das strfal

45、lbedingte Hinzutreten von weiteren Neutronenreflektoren (z. B. infolge berflutung oder Brandbekmpfung) nicht genau ermitteln, so sind bei der Kritikalittsabschtzung die ungnstigsten Reflexionsbedingungen anzunehmen. Wenn Beschrnkungen bezglich des Reflektormaterials eingehalten werden, so sind Abwei

46、chungen zulssig. 6.2.4 Neutronenabsorber Kritikalitt kann durch Verwenden neutronenabsorbierender Materialien (wie z. B. Cadmium, Hafnium, Bor) vermieden werden. Die Verwendung dieser Materialien setzt voraus, dass ihre Eignung erwiesen und sichergestellt ist, dass sie dauernd wirksam sind. Neutrone

47、nabsorber sind vornehmlich fr thermische Neutronen wirksam. Es ist sicherzustellen, dass die Wirksamkeit der Absorber durch den Betrieb oder bei einem Strfall nicht unzulssig beeintrchtigt wird, wenn sich beispielsweise durch Verminderung der Moderation die mittlere Neutronenenergie in einer Spaltst

48、offanordnung erhht. 6.2.5 Neutronische Kopplung Liegen die Kernbrennstoffe in mehreren rumlich getrennten Positionen vor, so ist die neutronische Kopplung zwischen den Positionen zu bercksichtigen. Diese neutronische Kopplung kann reduziert werden, wenn entweder die Positionen weit genug auseinander gerckt sind oder geeignete, absorbierende oder reflektierende Stoffe zwischen die Positionen eingebracht oder aber beide Manahmen miteinander kombiniert werden. Der Reaktivittseinfluss der neutronischen Kopplung ist auch bei Einzelbehltern mit konkav gewlbter Oberflche sowie b