1、中华人民共和国国家标准反应堆外易裂变材料的核临界安全易裂变材料操作、加工、处理的基本技术准则与次临界限值Nuclear er趾icalltysafety for fissile materials outside reactor -Basic technical criteria and subcritical limits r or handling proce困ingand operations of fissile materials 1 主题内容与适用范围GB 1514 6. 2 94 本标准规定了反应堆外易裂变材料操作、加工、处理的核临界安全基本技术准则和一些几何形状简单的易裂变材料
2、单体的次临界限值关于核临界安全行政管理的基本要求，见GB15146. lo 本标准适用于反应堆外易裂变材料的操作、加工和处理本标准不适用于受控条件下易裂变材料的组装（如临界实验）2 引用标准GB 15146. 1 反应堆外易裂变材料的核临界安全核临界安全行政管理规定GB 15146. 5 反应堆外易裂变材料的核临界安全坏天然全由混合物的核临界控制准则和次临界限值3 术语3. 1 有效增殖系数k,含易裂变材料的有限大系统内，某一时间间隔内产生的中子总数（不包括由中子源产生的中子）与同一时间间隔内因吸收和泄漏而损失的中子总数之比。3-2 临界事故意外发生的自持或发散的中子链式反应所造成的能量释放事
3、件3. 3 核临界安全（I临界安全）预防l临界事故和减轻I脂界事故后果的措施，其中最基本的是防止意外发生中子链式反应的措施。3.4 受控参数要求其数值保持在规定限值范围之内的参数。3. 5 次临界限值（限值）给受控参数规定的能使系统在规定条件下肯定处于次临界状态的限制性数值，确定此种限值时应给导出它时所用的计算和实验数据的不确定度，留有适当的裕量，但不考虑意外事件（如投双批料、样品分析结果不正确等）。3. 6 面密度垂直投影在某平面单位面积上的易裂变材料的总质量。对于无限大的均一平板，等于平板内易裂变材料的浓度与平板厚度之乘积。国家技术监督局199407 07批准1995-01-01实施l 2
4、3 GB 1 51 4 6. 2 9 4 3- 7 rt-算方法; 为获得计算结果而使用的各种数学方程、假设、近似、有关的数值参数（如截面）和计算程序等的总称。3-8偏倚计算方法的计算结果与试验数据之间的系统不一致性的一种量度。偏倚本身的不确定度则是计算结果的精密度和实验数据的准确度这两者的量度。3- 9 （计算方法的）适用范围已确定计算方法偏倚的那部分材料组分和几何布置参数的范围。3. 10 经验证的计算方法经过与实验结果的比较，按3.9条定义确定了适用范围的计算方法。4基本技术准则4. 1 可控制因素及可采用的控制手段4- 1- 1 含易裂变材料系统的有效增殖系数（k.f!）依赖于系统内全
5、部易裂变材料的质量与分布和所有有关材料的质量、分布及核特性。能影响灿的因素都是可控制因素；也就是说为了灿l必须将系统的一个或多个参数控制在次临界限值之内，保证该系统处于次临界状态。4. 1- 2 应采用下列控制手段中的一种或多种来保证易裂变材料系统的次临界状态sa. 实体限制，例如，将溶液限制在直径不超过次临界限值的圆柱形容器内gb. 测控设备的利用，例如，利用测量浓度的仪表或能防止易裂变材料因回流而在某一化学系统中聚积的设备，将易裂变材料的浓度保持在规定限值以下；c. 化学控制方法，例如，不让能引起沉淀的条件出现，使系统保持在规定的水溶液状态；d. 依靠过程固有的或可信的特性，例如，依靠工艺
6、过程的某种特性使铀氧化物的密度恒小于理论密度的某规定份额，e. 操作规程的制约，例如，通过操作规程中的规定，要求所操作易裂变材料的质量不超过规定的限值；f. 其他控制手段。4. 1. 3 不管采用上述的哪一种或哪几种控制手段，均必须明确规定哪些是受控参数和它们的次临界限值。4-2 双偶然事件原则工艺设计应含有足够大的安全系数，使得在有关的各工艺条件中至少必须同时或相继发生两起不太可能发生旦独立的变化，才有可能酿成临界事故。4. 3 几何控制只要可能，就应依靠限制设备几何尺寸而不是行政管理措施来实施临界控制。在设计设备几何尺寸时，应充分利用工艺材料和设备的核特性。开始运行之前，必须核实所有赖以实
7、施临界控制的几何尺寸和核特性，并且必须采取适当措施使它们保持不变。4-4 中子吸收剂的应用吁以采用将中子吸收材料如锯和跚）加入工艺材料或设备、或两者之中的办法来实施临界控制。必须采取适当措施，使加入的中子吸收剂持续保持其预期的分布和浓度使用中子吸收剂的溶液时尤其要注意采取有效的控制措施。4- 5 次临界限值的确定只要有合适的实验数据，就必须使次临界限值建立在由实验导出的数据之上，并应考虑所用数据的不确定度，留有适当的裕量。在无可直接利用的实验测量数据的情况下，可以根据计算结果导出次临界限值，但所用计算方法必须是经过验证的（见第5章）。I 2 I 5计算方法的验证5. 1 偏倚的确定GB 1 5
8、 1 4 6 . 2 9 4 5. 1. 1 必须确定计算1i法的偏倚。偏倚的确定应通过分析计算结果与相应临界实验结果之间的相关关系来确定，见附录B（参考件）。5. 1. 2 可用系统的k,f计算值来表示计算结果与实验结果之间的相关关系；在这种情况下，偏倚即为灿的计算值与l之差。偏倚也可以用其他参数来表示。5. 1. 3应确定偏倚的不确定度。必须注意偏倚及其不确定度通常均不是常数，而是系统的材料组分及其他参数的函数。5. 2 适用范围的扩展只有在能够根据已经建立的偏倚曲线，确定出计算方法在实验条件范围之外一定区域内的偏倚时才可以将该汁算方法的适用范围扩展到该区域a当扩展的范围较大时，应辅以其他
9、计算方法，以使扩展区内的偏倚估算值更可靠。5. 3 次临界度的裕量5. 3. 1 必须规定所用相关参数应具有的次临界度裕量。该裕量要足以保证系统是次l自界的；这种次临界度裕量可能会是组分及其他参数的函数。5.3.2 所规定的次临界度裕量必须包括因偏倚有不确定度所需要的裕量，如果对适用范围进行了扩展，则还必须包括因这种扩展所导致的不确定度所需要的裕量。5. 4 汁算机程序的校验5. 4. 1 如果计算方法中包括有计算机程序，则必须对程序进行校验，以证明数学运算是按预定要求进行的。5.4.2 如果对计算机程序作了修改，则必须重新进行校验。5. 5 核参数计算中所用的核特性参数如截商必须是经过评价的
10、。5. 6 汁算方法验证的书面报告必须将计算方法的验证工作写成书面报告。该报告必须ga. 对计算方法进行足够详细、清楚和确切的描述，以便他人能独立地复现其结果；b. 说明所用的计算机程序、其操作使用方法、网格的选择技巧、截面数据及所需要的其他输入参数值；c. 写出供计算方法验证用的实验数据，并列出由实验数据导出的各种参数gd. 说明该汁算方法的适用范围；e. 说明在这个适用范围内计算方法的偏倚和所用相关参数的裕最s并说明选定这些次临界度裕茧的依据。5. 7计算方法的验证过程参见附录B（参考件）。6 易裂变核素的单参撇限值6. 1、6.2、6.3和6.4条列出了一些易裂变核素孤立单体的单参数限值
11、。它们是用满足第5章要求的计算方法算出的。如果这些限值的使用条件得到满足，则只须遵守其中的任何一个限值就可保证易裂变材料操作、加工和处理的临界安全1】。注I l仅当能够证明单体周围的材料（包括附近其他可裂变材料）使有效增殖系数的增加不大于紧包着该单体的无限厚；j(层的贡献时，上述限值才可以应用如果要将仁述限值应用于易裂变核素的混合物，则必须把混合物中每一种易裂变核素均当作其中GB 15146. 2 94 具有最小限值的那种核素来处理。应该强调的是s制定工艺规范时还必须留有一定的裕量，以应付受控工艺参数的不确定度和该限值被意外地超过。6- 1 均一水溶液在保持均一水溶液的前提下，即保持水溶液的浓
12、度值不超过饱和溶液值时，表1中的任一限值都可以使用。如果坏240的浓度大于坏241的浓度，并在计算质量或浓度时把坏241当作坏一239.则坏239的限值也可适用于各种坏同位素的混合物。（当钢：同位素混合物中的坏240含量相当可观时，其限值可按7.3条的规定放宽。）原子比限值与溶液浓度限值是等效的。但前者还可适用于非水溶液，且不必考虑易裂变核素的化学形式。表1易裂变核素均一水溶液系统的单参数限值次临界限值参数UO,F, UO, (NO,), Pu(N 21 、4；修E方法慧的报IIk,., 、飞 图BI临界实验系统ff计算值与Fi浓度关系B3. 3 鉴于计算出的灿随浓度的增加而偏小，为此专门进行
13、了研究以查明其原因。研究结果发现：川凹的超热俘获截面的不确定度很大，这可能是造成灿计算结果随浓度增加而偏小的原因。为此，将超热俘获截商调小20%，重新计算后得到的结果如表白所示。这A改动使k.rr随浓度的增加而出现的偏移大大减小，预计在浓度为32g2”Fi/L处的k.rr值大约为.01。表B3用修正后的方法获得的结果浓度，g2Fi/Lk 2 1 0109 8 1. 0084 16 1. 0106 B3. 4 对浓度为32gFi/L的系统完成了如表B4所列出的计算。表中数据表明，对该两个系统的计）结果，其反应性差或相对偏倚为8rr/k,JI=-0. 068土0.002 0 GB 1 51 4 6
14、. 2 9 4 表B4对浓度为32gFi/L的系统所得的计算结果半径，cmk,u （四川的原始截面）u CFi的越热截面减小20%)12.429 1 cooo 1 0708 11. 27 4 0. 9443 1. oc co B3. 5 基于用修改后的参数计算浓度为32g292Fi/L的临界系统给出的灿1. 01 （见B3.3条），叮以预期，利用表B4中的数据进行线性外推，可以求出用未修改的方法（即使用XYZ程序和未修改的截面数据）计算浓度为32gFi/L的水反射溶液临界系统时，给出的k,ff值应为0.94430 B3.6 求得待验证计算方法（即使用未修改截面数据的XYZ程序在浓度为2p32g
15、Fi/L范围内的偏倚。其结果如表B5所示。表B5计算出的偏倚浓度p.gFi/L偏倚2 +o. 0046 8 0. 0136 16 一0.030432 一0.0557B3. 7 在216gFi/L范围内，偏倚的不确定度主要来源于参数的实验误差（内插引起的不确定度很小）。在32g2Fi/L处，偏倚的不确定度还必须包括由外推引入的全部误差根据灿的裕量应足以补偿偏倚的不确定度并确保系统的次临界度要求通过分析和判断，规定灿的裕量如下在216gFi/L范围内为o.031 在32g292日L浓度处为0.05。因此，对于2、8、16和32gFi/L的溶液浓度来说，由该方法汁算出的k,f值分别不大于0.97 46、0.9564、0.9396和0.8943的任何系统，可以肯定都是次临界的。附加说明本标准由中国核工业总公司提出。本标准由苏州热工研究所负责起草。本标准主要起草人施贵勤。本标准等效采用美国国家标准ANSI/ANS8. 1一1983。I 38
