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

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

国家标准 GB/T15146.6一2009 代替GB/T15146.6一1994 反应堆外易裂变材料的核临界安全 第6部分础硅酸盐玻璃拉希环及其 应用准则 Nucleareritiealitysafetyforfissilematerialsoutsidereactor Part6:BorosilicateglassRaschigringsanditsapplication criteria 2009-09-30发布 2010-02-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管蹬委员会国家标准
GB/T15146.6一2009 本部分起草单位:核电工程有限公司、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 GB/T15146.6一1994
GB/T15146.6一2009 反应堆外易裂变材料的核临界安全 第6部分:棚硅酸盐玻璃拉希环 及其应用准则 范围 GB/T15146的本部分规定了易裂变材料溶液中使用碉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-235、钵-239或铀-233溶液的容器中使用碉硅酸盐玻璃拉希环中子吸收剂 作为临界控制手段的场合 规范性引用文件 下列文件中的条款通过GB/T15146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 GB/T5482玻璃密度测定浮力法 玻璃在8C耐水性的颗粒试验方法和分级(GB/T6582 GB/T6582 -1997,eqvISO719;1985) 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 技术准则与次临界限值 QB/T3572碉硅酸盐玻璃化学分析方法 术语和定义 下列术语和定义适用于GB15146的本部分 3.1 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 3.2 检查用拉希环controlRaschigrines 检查环eontroledsample 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 玻璃体积份额glassvolumefraction" 装环容器内被拉希环玻璃占据的体积份额 3 拉希环Raschi iigring 环 rtng 长度和直径基本相等的碉硅酸盐玻璃空心小圆管 3.5 溶液solutionm 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75g/L也不得大于
GB/T15146.6一2009 115g/L 爪、爪水溶液除外 3.6 鼓泡sparging 流动的空气、气体或蒸汽穿过容器内液体的行为 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 -般技术规定 -般要求 4.1 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GB15146.2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 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8.5“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 在不同于本标准所论述的涉及临界安全的场合中如何使用拉希环,宜具体情况具体分析 g 4.2物理环境 4.2.1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 4.2.2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)丫辐射 -10Gy/a b 辐射能量<0.05MeV)---10Gy/a; e)3辐射能量>0.05MeV) -10Gy/a d 中子辐射 -500Gy/a; e) a辐射 玻璃的吸收剂量率与溶液的a粒子总功率为2w/L的均匀溶液源所引起的剂量率 相当 化学环境 4.3 4.3.1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4.3.2e)和4.3.2d)中规定值的其他近中性溶 液,即使此类溶液的pH值略大于7.0,都是可以使用拉希环的化学环境 4.3.2酸性环境 接触拉希环的溶液应满足下列限制条件 a)pH值小于或等于7.0,4.3.1中提到的情况除外; b) 温度不高于120C 自由氟化物的浓度不大于0.000lmol/L,浓度大于此值时拉希环与此种溶液的相容性已按照 5.4和8.5得到确认的情况除外;
GB/T15146.6一2009 d)磷酸盐离子的浓度不大于1mol/L 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 及络合剂或整合剂在碳氢化合物中的溶液 4.3.3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,以确保本标准的要求得到 满足 对拉希环的技术要求 组成 5.1.1玻璃密度 在25时,拉希环所用玻璃的密度不应小于2.22×10'kg/m 密度的测定应按照GB/T5432的 规定进行 5.1.2玻璃中"B含量 拉希环所用玻璃中珊-10("B)同位素的含量,不应小于玻璃总质量的0.655% 同位素含量可以是 直接测定,或是从元素绷的测量值和"B/"B比推断出,或是从氧化绷含量的测量值、氧化物的B/O比 测定值及"B/"B比推断出 绷含量的测定应按照QB/T3572的规定进行 5.2环的直径 每个碉硅酸盐玻璃拉希环的平均外直径不应大于3.8cmm 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 5.3环的外观 加工好的拉希环,其所有外表面应光滑无锐边 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A.5 拉希环的耐水性应按GB/T6582的规定测定,耐水性能应达到1级 5.5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A.3 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 对装环容器的技术要求 o 一般要求 盛装拉希环容器的设计和制造应有利于 溶液的添加与取出 a b 环的添加与取出 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; 容器内环装填高度的核实;
GB/T15146.6一2009 容器和环的清洗 排放溶液的管道设计和安装应能阻止碉硅酸盐玻璃碎片随溶液一起流出例如在排放管上套 个网 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,能使它们在使用期间不大可 能进一步下沉,还可以使玻璃体积份额大于完全随机取向的环 宜使用能最大程度地减少破损、帮助下 沉和最大程度地贼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龙 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 6 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6.4cm 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 30.5cm 不装环区域可以由单根管道形成,或由一簇管道形成,条件是该簇管道的外直径也小于 6.4em 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). 拉希环装填高度的测定 6 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8.2 6.5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 在已装环容器中允许装入的溶液体积 6.6 溶液高度不应超过均匀地装填的拉希环的高度 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8.2) b)使用溢出管限制容器内的液位; 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 c) 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人不同的容器,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绷硅酸盐玻璃拉希环的容器中的铀溶液或钵溶液的易裂 变同位素次临界浓度限值 表1不应用于铀稣混合物溶液,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75g/L,也不应大于115g/I 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 组合落人一类以上时,任何一栏的浓度限值都可应用 在所有的情况下,轻微的稣污染是允许的 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钢系核素组成 允许在表列玻璃体积 份额之间进行作图内插 维护与检查 8 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
GB/T15146.6一2009 体物积累 应给每个已装环容器各保存一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 8.2下沉 -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,应做好记录并在装人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尺寸不限但装有棚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" 同位素组成质量分数/% 环 铀 容器中玻璃体积份额 Pu含量任意,PuGB/T15146.6一2009 b 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8.2). 如果拉希环接触的溶液中自由氟化物的浓度大于0.0001lmol/L,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
GB/T15146.6一2009 附录A 资料性附录 棚硅酸盐玻璃拉希环分析方法 A.1概述 本附录给出了一批建议性的分析方法,可供与本部分5.1一5.5和8.4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 A.2碉含量测定方法 碉含量的测定方法可以采取以下方法的任一种: 直接法 二氧化硅滤液法 参见QB/T3572碉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棚的百分含量 为了测定佣-10含量,还必须与其他方法一起使用 A.3机械强度测试方法 1强度试验 参见ASTMC600一1985(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Y/CDC-8,OakRidgeY-12Plant,OakRidge，TN1971)《在易裂变材料溶液中使用碉硅酸 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AsTMcC773-881994《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际 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 密度测定方法 参见GB/T5432《玻璃密度测定浮力法》 A.5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0.001g),然后将它们装人容积为2L 并装有回流冷凝器、化学相容的容器内 注人1L7.0molL的硝酸溶液(包含的固体物总量小于 0 00054g/g),将容器内温度保持在95C,时间为48h 然后用蒸憎水冲洗这些环,在105C下干燥 1h,最后再次称重(准确度仍为0.001 10个样品环的重量损失最好不超过0.010% 此法在本部 g)
GB/T15146.6一2009 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 此处不考虑酬的浸出,因为棚 含量是单独测定的 氢氧化钠试验 2 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0.001g),然后将它们装人容积为2L 并装有回流冷凝器的、化学相容的容器内 注人1L1.0mol/L的氢氧化钠溶液,将容器内温度保持在 95C,时间为6h 然后用燕馏水冲洗这些环,在105c下干燥1h,最后再次称重准确度仍为 0.001g) 10个样品环的重量损失最好不超过0.20% 此法在本部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 此处不考虑棚的浸出,因为碉含量是单独测定的
GB/T15146.6一2009 参 考 献 文 1]ASTMC600-1985(1991X玻璃管热冲击标准试验方法》 [2]Y/CDC-8.OhkRidgeY-12Plant.OakRidgeTN(1971)<在易裂变材料溶液中使用绷硅 酸盐玻璃拉希环作中子吸收剂》 [3]ASTMc773一1988(1994《烧结陶瓷材料压应力(压碎)强度标准试验方法》