DIN 25471-2009 Criticality safety taking into account the burnup of fuel elements when handling and storing nuclear fuel elements in fuel pools of nuclear power plants with lightwa.pdf

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1、Mai 2009DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 14DIN 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 27.120.20!$ULn“1504175www.din.deDDIN 25471Kriti

2、kalittssicherheit unter Anrechnung des Brennelementabbrands beider Lagerung und Handhabung von Brennelementen inBrennelementlagerbecken von Kernkraftwerken mitLeichtwasserreaktorenCriticality safety taking into account the burnup of fuel elements when handling and storingnuclear fuel elements in fue

3、l pools of nuclear power plants with lightwater reactorsSret-criticit compte tenu du taux de combustion des lments combustibles lors dumaniement et du stockage des lments combustibles en piscine de refroidissement descentrales nuclaires racteur eau lgreAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag Gmb

4、H, 10772 BerlinErsatz frDIN 25471:2000-09www.beuth.deGesamtumfang 31 SeitenDIN 25471:2009-05 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich. 4 2 Normative Verweisungen. 4 3 Begriffe und Formelzeichen 5 3.1 Begriffe 5 3.2 Formelzeichen. 6 4 Kritikalittssicherheit . 7 4.1 Grundstze 7 4.2 Auslegungsannah

5、men und Festlegungen . 8 4.2.1 Grundlegende Anforderungen 8 4.2.2 Anforderungen an die Kritikalittsanalyse. 9 4.3 Parameter, die die Kritikalittssicherheit beeinflussen 11 4.3.1 Allgemeines. 11 4.3.2 Kenngren der Brennelemente . 11 4.3.3 Kenngren der Einrichtungen zur Lagerung und Handhabung der Bre

6、nnelemente 12 4.3.4 Sonstige Einflussgren 12 4.4 Sicherstellung ausreichender Unterkritikalitt 13 4.4.1 Grundstze 13 4.4.2 Ermittlung der Unsicherheiten 13 4.4.3 Bercksichtigung der Inhomogenitt des Abbrands 14 5 Ermittlung und berprfung des Brennelementabbrands. 15 5.1 Allgemeine Anforderungen 15 5

7、.2 Ermittlung des Brennelementabbrands . 15 Anhang A (informativ) Anrechnung des Brennelementabbrands bei der Kritikalittsanalyse von Einrichtungen zur Handhabung oder Lagerung von Brennelementen 16 A.1 Allgemeine Erluterungen zur Anrechnung des Brennelementabbrands 16 A.2 Erluterungen zu unterschie

8、dlichen Nuklidstzen und deren Anwendungsgebieten 16 A.3 Allgemeine Erluterungen zur Bestimmung des Nuklidinventars und zur Durchfhrung der Kritikalittsanalyse . 18 Anhang B (informativ) Berechneter Neutronenmultiplikationsfaktor und dessen Unsicherheiten 20 Anhang C (informativ) Struktur und Paramet

9、er der Kritikalittsanalyse, in der zum Nachweis der Kritikalittssicherheit einer Einrichtung zur Lagerung oder Handhabung bestrahlter Brennelemente der Abbrand der Brennelemente angerechnet wird. 21 C.1 Allgemeines. 21 C.2 Bestimmung des Nuklidinventars bestrahlten Kernbrennstoffs . 22 C.2.1 Vorauss

10、etzungen 22 C.2.2 Kenngren der Brennelemente . 22 C.2.3 Parameter und Randbedingungen der Abbrandberechnungen. 22 C.2.4 Abklingzeit der Brennelemente . 26 C.3 Durchfhrung der Kritikalittsberechnungen und die Festlegung der Mindestabbrnde 26 C.3.1 Allgemeines. 26 C.3.2 Festlegung des Nuklidsatzes und

11、 Validation des Nuklidinventars . 27 C.3.3 Parameter, die die betrachtete Einrichtung charakterisieren 27 C.3.4 Axiale und horizontale Abbrandverteilungen 28 Literaturhinweise . 30 DIN 25471:2009-05 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Fachbereich Kerntechnik im NMP, Arbeitsausschuss NA 062-07-45 AA Kriti

12、kalitts-sicherheit“ erarbeitet und erstellt. Die vorliegende Norm enthlt Anforderungen, die unter Bercksichtigung des Abbrands bestrahlter Brenn-elemente die Einhaltung der Kritikalittssicherheit bei der Handhabung und Lagerung von Brennelementen in Brennelementlagerbecken von Kernkraftwerken mit Le

13、ichtwasserreaktoren sicherstellen. Eingeschlossen sind Anforderungen an die Handhabung und Lagerung unbestrahlter Brennelemente, soweit sie fr die Anwen-dung der Norm erforderlich sind. Die in Regel KTA 3602 enthaltenen Anforderungen an die Kritikalittsanalyse der Handhabung und Lagerung von Brennel

14、ementen in Brennelementlagerbecken von Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren werden bercksichtigt. Die Anrechnung des Abbrands von Brennelementen erfordert die Kenntnis des Reaktivittszustandes des bestrahlten Kernbrennstoffs unter den Bedingungen der Handhabung oder Lagerung dieser Brennelement

15、e. Dazu ist das Nuklidinventar des bestrahlten Kernbrennstoffs mit Hilfe von nuklearen Berechnungssystemen zu ermitteln. Dieses Nuklidinventar gehrt neben den geometrischen und sonstigen Merkmalen der Brennelemente und der zu ihrer Handhabung oder Lagerung dienenden Einrichtungen zu den Eingangsdate

16、n, die zum Nachweis der Kritikalittssicherheit mit Hilfe entsprechend geeigneter Berechnungssysteme erforderlich sind. Die vorliegende Norm enthlt daher Festlegungen zur Durchfhrung der Berechnung des Nuklidinventars und der Kritikalittsanalyse von Einrichtungen, die den genannten Zwecken dienen. Di

17、e Anrechnung des Abbrands von Brennelementen erfordert die Kenntnis ihres Abbrands und seiner Kontrolle vor der Handhabung oder Einlagerung der Brennelemente. Die vorliegende Norm enthlt daher Festlegungen zur Ermittlung des Abbrands und seiner Kontrolle. Erluterungen zur Anrechnung des Brennelement

18、abbrands werden in Anhang A gegeben. nderungen Gegenber DIN 25471:2000-09 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Text und Gliederung wurden an DIN 25712 angepasst; b) der informative Anhang A Anrechnung des Brennelementabbrands bei der Kritikalittsanalyse von Einrichtungen zur Handhabung oder Lag

19、erung von Brennelementen“ wurde aktualisiert; c) der informative Anhang C Struktur und Parameter der Kritikalittsanalyse, in der zum Nachweis der Kritikalittssicherheit einer Einrichtung zur Lagerung oder Handhabung bestrahlter Brennelemente der Abbrand der Brennelemente angerechnet wird“ wurde erwe

20、itert, um den Reaktivittseinfluss der Parameter und Randbedingungen der Abbrandberechnungen genauer zu erlutern; d) Literaturhinweise wurden aktualisiert. Frhere Ausgaben DIN 25471: 2000-09 DIN 25471:2009-05 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr den Nachweis der Kritikalittssicherheit, insbesonde

21、re unter Anrechnung des Brenn-elementabbrands, bei der Handhabung und Lagerung von Brennelementen in Brennelementlagerbecken von Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Ve

22、rweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 13303-1, Stochastik Teil 1: Wahrscheinlichkeitstheorie, Gemeinsame Grundbegriffe der mathema-tischen und der beschreibenden

23、Statistik Begriffe und Zeichen DIN 13303-2:1982-11, Stochastik Teil 2: Mathematische Statistik Begriffe und Zeichen DIN 25401 (alle Teile), Begriffe der Kerntechnik DIN 25463-1, Berechnung der Nachzerfallsleistung der Kernbrennstoffe von Leichtwasserreaktoren Teil 1: Nichtrezyklierte Kernbrennstoffe

24、 DIN 25478:1994-07, Einsatz von Berechnungssystemen beim Nachweis der Kritikalittssicherheit DIN 25482-1, Nachweisgrenze und Erkennungsgrenze bei Kernstrahlungsmessungen Teil 1: Zhlende Messungen ohne Bercksichtigung des Probenbehandlungseinflusses DIN 25712:2007-07, Kritikalittssicherheit unter Anr

25、echnung des Brennstoffabbrands bei Transport und Lagerung bestrahlter Leichtwasserreaktor-Brennelemente in Behltern DIN 55350-21, Begriffe der Qualittssicherung und Statistik Begriffe der Statistik Teil 21: Zufallsgren und Wahrscheinlichkeitsverteilungen DIN 55350-23, Begriffe der Qualittssicherung

26、und Statistik Begriffe der Statistik Teil 23: Beschreibende Statistik DIN 55350-24, Begriffe der Qualittssicherung und Statistik Begriffe der Statistik Teil 24: Schlieende Statistik KTA 1401, Allgemeine Forderungen an die Qualittssicherung KTA 3101.2:1987-12, Auslegung der Reaktorkerne von Druck- un

27、d Siedewasserreaktoren Teil 2: Neutronenphysikalische Anforderungen an Auslegung und Betrieb des Reaktorkerns und der angrenzenden Systeme KTA 3303, Wrmeabfuhrsysteme fr Brennelementlagerbecken von Kernkraftwerken mit Leichtwasser-reaktoren KTA 3602, Lagerung und Handhabung von Brennelementen und zu

28、gehrigen Einrichtungen in Kernkraft-werken mit Leichtwasserreaktoren DIN 25471:2009-05 5 3 Begriffe und Formelzeichen 3.1 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN 13303-1, DIN 13303-2, den Normen der Reihe DIN 25401, DIN 25463-1, DIN 25478, DIN 25482-1, DIN 25712, DIN

29、55350-21, DIN 55350-23, DIN 55350-24 sowie Begriffe nach KTA 1401, KTA 3101.2, KTA 3303 und KTA 3602 und die folgenden Begriffe. 3.1.1 Anfangsinventar (eines Kernbrennstoffes) Nuklidinventar eines unbestrahlten Kernbrennstoffes 3.1.2 Beckenwasser (eines Brennelementlagers) Wasser des Brennelementlag

30、erbeckens 3.1.3 Brennelementlagerbecken mit Wasser geflltes Becken, in dem insbesondere Brennelemente gehandhabt und in Brennelement-lagergestellen gelagert werden und bei dem das Wasser als Khlmittel und zur Abschirmung dient ANMERKUNG Wegen des Vorhandenseins des Wassers werden Brennelementlagerbe

31、cken auch Nasslager genannt. 3.1.4 Brennelementlagergestell mechanische Struktur, die eine feste Anordnung von Brennelementlagerpositionen sicherstellt 3.1.5 Brennelementlagerposition Position eines Brennelements innerhalb des Brennelementlagergestells 3.1.6 einseitige Toleranzgrenze Wert einer Zufa

32、llsvariablen, der einen Mindestanteil 1 der wahren Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zufallsvariablen mit einer Wahrscheinlichkeit 1 (Konfidenzniveau) einseitig nach unten oder oben abgrenzt. Eine einseitige Toleranzgrenze ist durch den unteren oder oberen Grenzwert eines halboffenen Anteilsinterval

33、ls gegeben ANMERKUNG 1 Zum Begriff Anteilsintervall, siehe DIN 13303-2:1982-11, 4.7.1. ANMERKUNG 2 Toleranzgrenzen werden durch die Wahrscheinlichkeiten 1 und 1 gekennzeichnet. Wird z. B. = = 0,05 gewhlt, so heit die Toleranzgrenze einseitige 95 %/95 %-Toleranzgrenze. ANMERKUNG 3 Zur Berechnung von

34、Toleranzgrenzen, siehe z. B. 1. 3.1.7 Leistungsgeschichte eines Brennelements Darstellung der von einem Brennelement erzeugten thermischen Leistung als Funktion der Zeit fr die gesamte Zeitspanne seiner Betriebszeit 3.1.8 Nuklidsatz enthlt die Nuklide, die bei der Kritikalittsanalyse zur Beschreibun

35、g eines Stoffes bercksichtigt werden DIN 25471:2009-05 6 3.1.9 Nuklidinventar Inventar an Nukliden Anzahldichten oder Konzentrationen aller Nuklide eines Nuklidsatzes ANMERKUNG Sind die Nuklide nher bestimmt, so wird im Allgemeinen ihre nhere Bestimmung verwendet, z. B. Radionuklidinventar (Inventar

36、 an Radionukliden), Spaltproduktinventar (Inventar an Spaltprodukten), Spaltstoffinventar (Inventar an Spaltstoffen). 3.1.10 Reaktivittsbeitrag (eines Nuklids) Reaktivittswert (eines Nuklids) Reaktivittsnderung, die durch das Entfernen eines Nuklids aus einem bestimmten Nuklidsatz hervorgerufen wird

37、 3.1.11 Stellmittel Funktionselement eines Kernreaktors, das direkt die Reaktivitt beeinflusst und der Reaktorsteuerung oder -regulierung dient DIN 25401-5:2002-04 ANMERKUNG Steuerstbe und Vergiftungssysteme sind Stellmittel im Sinne von DIN 25401-5. 3.2 Formelzeichen Tabelle 1 Formelzeichen Symbol

38、Bedeutung minA Mindestabbrand Ak Aus der Anrechnung des Abbrands herrhrende Unsicherheit oder aufgrund dieser Anrech-nung erforderliche Korrektur des fr eine Kernbrennstoffanordnung berechneten Neutronen-multiplikationsfaktors. Bk Systematische Abweichung des zur Berechnung des Neutronenmultiplikati

39、onsfaktors einge-setzten Berechnungssystems, wie sie sich aus Vergleichen mit adquat gewhlten Benchmark-Experimenten ergibt. Bk enthlt alle Unsicherheiten, die herrhren aus der Unsicherheit der Rechenergebnisse der anhand der Benchmark-Experimente ausgefhrten Validationsrechnungen und aus den Unsich

40、erheiten der Parameter, die die experimentellen Randbedingungen und Resultate beschreiben. Erforderlichenfalls ist Bk um einen Beitrag zu erhhen, der die mit der Extrapolation von den experimentellen Randbedingungen auf die Randbedingungen der betrachteten Kernbrenn-stoffanordnung verbundene Unsiche

41、rheit bercksichtigt (siehe DIN 25478). Nk Unsicherheit des berechneten Neutronenmultiplikationsfaktors, die sich aus den mit der Berechnung des Nuklidinventars bestrahlten Kernbrennstoffs verbundenen Unsicherheiten ergibt. Nk ergibt sich aus der Validierung des zur Berechnung des Nuklidinventars ein

42、gesetzten Berechnungssystems (siehe KTA 3101.2:1987-12, 6.3). Rk Statistische Unsicherheit oder numerischer Fehler des berechneten Neutronenmultiplikations-faktors. Sk Festgelegter Sicherheitsabstand, der fr einen berechneten Neutronenmultiplikationsfaktor unter Bercksichtigung der mit seiner Berech

43、nung verbundenen Unsicherheiten vom Zustand der Kritikalitt mindestens eingehalten werden muss (Sk = 0,05, siehe 4.1). DIN 25471:2009-05 7 Tabelle 1 (fortgesetzt) Symbol Bedeutung Tk Unsicherheit, die von Ma- und Fertigungstoleranzen sowie von Toleranzen in der Material-zusammensetzung der betrachte

44、ten Kernbrennstoffanordnung herrhrt. Uk Summe aus Ak , Bk , Nk , Rk und Tk . )(xkrNeutronenmultiplikationsfaktor einer durch einen Parametersatz xrdefinierten Kernbrenn-stoffanordnung. xrParametersatz xr= (x1, x2, , xn), der die zum berechneten Neutronenmultiplikationsfaktor )(xkrgehrende Kernbrenns

45、toffanordnung charakterisiert. xrumfasst die geometrischen Daten, die Kernbrennstoffdaten (z. B. Anfangsinventar an Spaltstoffen, von der Bestrahlungs-geschichte abhngiges Nuklidinventar, Abbrand) und die sonstigen Materialdaten der Kernbrennstoffanordnung. Je nach ihrer Bedeutung knnen die Paramete

46、r xivon der Abklingzeit abhngig sein (siehe 4.3.2 e). 1 Konfidenzniveau. 1 Mindestanteil an der Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Zufallsvariablen. 4 Kritikalittssicherheit 4.1 Grundstze Fr jede Einrichtung, die der Handhabung oder der Lagerung von Brennelementen in Brennelementlager-becken dient,

47、 ist eine Kritikalittsanalyse zu erstellen. Fr jede dieser Einrichtungen ist der Nachweis der Kritikalittssicherheit fr den bestimmungsgemen Betrieb sowie fr jeden einzelnen der fr die jeweilige Einrichtung zu unterstellenden Strflle zu erbringen. Insbesondere ist nachzuweisen, dass sichergestellt i

48、st, dass mindestens zwei voneinander unabhngige, gleichzeitig wirkende und im bestimmungsgemen Betrieb nicht zu erwartende Ereignisablufe eintreten mssen, bevor Kritikalitt erreicht werden kann (Doppelstrfallprinzip). Der Nachweis der Kritikalittssicherheit einer Einrichtung zur Handhabung und Lager

49、ung von Brennelementen ist erbracht, wenn der unter den Annahmen in 4.2 errechnete Neutronenmultiplikationsfaktor ( )xkrdieser Einrichtung eine obere Grenze )1(Sk nicht berschreitet. Dabei sind alle Unsicherheiten nach 4.4.2 in das fr ()xkrerhaltene Ergebnis einzubeziehen. Fr den Sicherheitsabstand Sk ist der Wert 0,05 zu whlen. ANMERKUNG Werden bei der