TCVN 9102:2011 ISO 1709:1995 Vật liệu phân hạch-Nguyên tắc an toàn tới hạn trong lưu giữ, thao tác và xử lý

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9102:2011

ISO 1709:1995

NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN - VẬT LIỆU PHÂN HẠCH - NGUYÊN TẮC AN TOÀN TỚI HẠN TRONG LƯU GIỮ, THAO TÁC VÀ XỬ LÝ

Nuclear energy - Fissile materials - Principles of criticality safety in storing, handling and processing

Lời nói đầu

TCVN 9102:2011 hoàn toàn tương đương với ISO 1709 :1995;

TCVN 9102:2011 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 85 Năng lượng hạt nhân biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN - VẬT LIỆU PHÂN HẠCH - NGUYÊN TẮC AN TOÀN TỚI HẠN TRONG LƯU GIỮ, THAO TÁC VÀ XỬ LÝ

Nuclear energy - Fissile materials - Principles of criticality safety in storing, handling and processing

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các nguyên tắc cơ bản và các giới hạn của quá trình vận hành các vật liệu phân hạch. Tiêu chuẩn này thảo luận về tiêu chí an toàn tới hạn chung đối với thiết kế trang thiết bị và việc xây dựng kiểm soát quá trình vận hành, trong đó cung cấp hướng dẫn cho việc đánh giá các quy trình, thiết bị, và vận hành. Tiêu chuẩn này không bao gồm các yêu cầu đảm bảo chất lượng hoặc các chi tiết của thiết bị hoặc các quy trình vận hành, cũng không bao gồm các ảnh hưởng của bức xạ trên con người hoặc vật liệu, hoặc các nguồn được coi như là nguồn bức xạ, hoặc là các nguồn có trong tự nhiên hoặc là do phản ứng hạt nhân dây chuyền. Vận chuyển vật liệu phân hạch bên ngoài ranh giới của các cơ sở hạt nhân không nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn này và cần được điều chỉnh bởi các tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật phù hợp của quốc gia và quốc tế.

Các tiêu chí này áp dụng đối với hoạt động với các vật liệu phân hạch bên ngoài lò phản ứng hạt nhân nhưng trong ranh giới của cơ sở hạt nhân. Các tiêu chí liên quan đến các giới hạn bắt buộc phải có đối với việc vận hành do tính chất đặc thù của các vật liệu phân hạch cho phép chúng xảy ra phản ứng hạt nhân dây chuyền. Các nguyên tắc này áp dụng đối với khối lượng của các vật liệu phân hạch hạt nhân, trong đó có thể xảy ra tới hạn hạt nhân

2. Tài liệu viện dẫn

Các tiêu chuẩn viện dẫn sau là rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tiêu chuẩn viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tiêu chuẩn viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng bản mới nhất, bao gồm cả sửa đổi bổ sung (nếu có).

TCVN 9103:2011 (ISO 7753:1987), Năng lượng hạt nhân - Tính năng và yêu cầu thử nghiệm đối với hệ thống phát hiện và báo động tới hạn.

3. Quy trình

3.1. Khái quát

Việc nhận biết trước mối nguy hiểm đặc biệt gắn liền với vật liệu phân hạch đòi hỏi áp dụng một cách chính thức việc kiểm soát thực hành dựa trên nguyên tắc an toàn tới hạn. Việc áp dụng một cách triệt để các nguyên tắc đã xây dựng được một bộ hồ sơ sự cố để tiện so sánh về mặt tần suất và mức độ nghiêm trọng của các sự cố phổ biến trong công nghiệp. Tiếp tục và hoàn thiện các nguyên tắc này nói chung là thuận lợi đòi hỏi sự hợp tác của tất cả các bên liên quan đến việc vận hành

3.2. Trách nhiệm

Trách nhiệm vận hành đối với an toàn tới hạn phải được xác định rõ ràng và thuộc về bên quản lý vận hành thông qua chuỗi mệnh lệnh thông thường.

3.3. Thiết kế thiết bị

An toàn trong thực tế phải được tính đến khi thiết kế cho thiết bị vận hành, ví dụ, các hạn chế về mặt hình học của bình chứa. Việc kết hợp ngay từ đầu các nghiên cứu an toàn tới hạn vào trong thiết kế nhà máy làm cho việc thiết kế trở nên dễ dàng, thuận lợi hơn và mang lại hiệu quả kinh tế. Thiết kế quá trình và thiết bị có thể phải có yêu cầu phê duyệt của cơ quan có thẩm quyền. Kiểm soát quá trình có thể được tăng cường bằng việc sử dụng các thiết bị phù hợp.

3.4. Đánh giá tới hạn

Việc đánh giá tới hạn phải xem xét toàn bộ các điều kiện bất thường có thể dự đoán trước được một cách hợp lý. Giám sát quá trình phải hỗ trợ việc xác định các điều kiện bất thường. Với điều kiện này, quá trình phải được yêu cầu giữ nguyên trạng thái dưới tới hạn với một độ dự trữ thích hợp, nhưng phải chú ý rằng khi xảy ra các trường hợp không thể dự đoán trước được cần đánh giá bổ sung trước khi cố gắng phục hồi trạng thái dưới tới hạn.

3.5. Quy trình bằng văn bản

Quy trình bằng văn bản phải áp dụng cho tất cả các hoạt động liên quan đến vật liệu phân hạch trong tình trạng vượt quá giá trị ngưỡng được định nghĩa bởi nhà quản lý. Bản sao của các quy trình áp dụng bằng văn bản phải được treo lên hoặc có sẵn trong các khu vực vận hành.

3.6. Đánh giá lại quy trình

Việc đánh giá các khía cạnh tới hạn quy trình bằng văn bản phải được thực hiện bởi nhân viên có kỹ năng diễn giải các dữ liệu tới hạn được xác nhận bằng thực nghiệm và có kinh nghiệm với thực hành an toàn tới hạn và các hoạt động của quá trình. Các nhân viên này ở mức độ có thể được cần độc lập về mặt hành chính đối với việc vận hành.

3.7. Vi phạm quá trình

Vi phạm quy trình và các trường hợp bất thường phải được báo cáo, phân tích và nghiên cứu để cải tiến một cách hợp lý trong thực hành an toàn tới hạn.

3.8. Đào tạo

Đào tạo nhân viên vận hành phải có cả đào tạo về an toàn tới hạn. Mức độ đào tạo phải đảm bảo rằng các nhân viên vận hành có thể thực hiện các hoạt động mà tránh được các rủi ro không đáng có với chính mình, đồng nghiệp hoặc với cơ sở.

Giám sát viên phải có đủ hiểu biết để đưa ra hướng dẫn cho nhân viên vận hành liên quan đến vận hành an toàn.

Hỗ trợ đào tạo phải được cung cấp bởi các chuyên gia an toàn tới hạn khi có yêu cầu của bên quản lý hoặc giám sát viên.

4. Tiêu chí kỹ thuật

4.1. Khái quát

Trong việc chuẩn bị đánh giá an toàn tới hạn, thường được giả định rằng chỉ những chất thường gặp trong tự nhiên và vật liệu xây dựng, hoặc thường được kết hợp trong quá trình vận hành, sẽ được trộn lẫn với hoặc đặt ở gần nơi có các vật liệu phân hạch. Việc đạt trạng thái tới hạn phụ thuộc vào

a) các tính chất hạt nhân của vật liệu phân hạch;

b) khối lượng hiện có của vật liệu phân hạch và phân bố của chúng trong hệ thống đang được đánh giá;

c) khối lượng và phân bố của tất cả các vật liệu khác kết hợp với vật liệu phân hạch.

Việc đánh giá phải nghiên cứu tất cả các điều kiện của quá trình có khả năng dự đoán trước được một cách hợp lý.

4.2. Phương pháp kiểm soát

Các phương pháp kiểm soát an toàn tới hạn trong mọi quá trình vận hành bao gồm, nhưng không giới hạn, bất kỳ một hoặc kết hợp của những điều sau đây:

a) giới hạn của các kích thước hoặc hình dạng của thiết bị vận hành;

b) kiểm soát khối lượng của vật liệu phân hạch có mặt trong một phiên vận hành;

c) kiểm soát nồng độ của vật liệu phân hạch trong các dung dịch;

d) kiểm soát quá trình làm chậm nơtron liên quan đến việc kiểm soát các vật liệu phân hạch;

e) sự có mặt của chất hấp thụ nơtron phù hợp; sự tin cậy đối với chất hấp thụ nơtron yêu cầu phải đảm bảo sự có mặt liên tục của các chất hấp thụ đó;

f) kiểm soát khoảng cách giữa vật liệu và thiết bị.

4.3. Kiểm soát đạt được

Việc kiểm soát an toàn tới hạn bằng các phương pháp như nêu trong 4.2 có thể đạt được thông qua

a) thiết kế thiết bị;

b) sử dụng hệ thống kiểm soát quá trình kết hợp với các thiết bị liên quan;

c) kiểm soát hoạt động hành chính của quá trình vận hành.

Trong thực tế, duy trì việc kiểm soát phải phụ thuộc vào tính năng an toàn kết hợp trong thiết bị, hoặc dụng cụ, hơn là dựa vào việc kiểm soát hành chính. Điều đó đã được công nhận rằng sự tin cậy đối với kiểm soát hoạt động hành chính là gắn liền với mọi quá trình vận hành.

4.4. Các thông số ảnh hưởng tới hạn

Một số thông số phải được nghiên cứu riêng rẽ và nghiên cứu trong tổ hợp đối với việc đánh giá một cách thích đáng về an toàn tới hạn. Một vài thông số quan trọng được đưa ra trong 4.4.1 đến 4.4.5.

4.4.1. Chất làm chậm

Sự có mặt của chất làm chậm nơtron trộn lẫn với vật liệu phân hạch có thể làm giảm đáng kể khối lượng của vật liệu phân hạch cần thiết để đạt trạng thái tới hạn. Nước, dầu và các chất tương tự có gốc hidro là chất làm chậm phổ biến nhất có mặt trong quá trình lưu giữ, thao tác và xử lý vật liệu phân hạch, và tất cả mô hình dự đoán phù hợp của việc kết hợp phải được nghiên cứu.

4.4.2. Chất phản xạ

Chất phản xạ nơtron hiệu quả nhất thường gặp phải trong việc thao tác và xử lý vật liệu phân hạch là nước với độ dày đủ đạt cực đại phản ứng hạt nhân.Tuy nhiên, khi có mặt các cấu trúc vật liệu thông thường có bề dầy đáng kể (như gỗ, bê tông, sắt thép) có thể phản xạ nơtron hiệu quả hơn nước thì phải nghiên cứu cẩn thận cho các hệ thống. Trong một số trường hợp, cần lưu ý đến sự phản xạ được tạo ra từ các nhân viên.

4.4.3. Tương tác nơtron

Phải nghiên cứu tác sự tương tác của các nơtron giữa các đơn vị khi có mặt ít nhất hai đơn vị chứa vật liệu phân hạch. Điều đó có thể làm giảm sự tương tác của các nơtron đến mức có thể chấp nhận được, hoặc là bằng cách tạo khoảng cách giữa các đơn vị, chèn chất làm chậm nơtron và chất hấp thụ nơtron giữa các đơn vị, hoặc kết hợp các phương pháp nêu trên.

4.4.4. Chất hấp thụ nơtron

Thiết bị và quy trình phải tuân theo các yêu cầu về an toàn tới hạn bằng cách sử dụng chất hấp thụ nơtron, như cađimi và bo, các dữ liệu có sẵn được chứng thực về sự phù hợp của chất hấp thụ và đảm bảo rằng chất hấp thụ luôn luôn có mặt. Trong thực tế, việc kết hợp chất hấp thụ nơtron có dạng chất rắn như cố định, tích hợp vào các bộ phận của thiết bị là tốt hơn nhiều so với việc sử dụng chất hấp thụ nơtron dạng lỏng, bởi vì việc kiểm soát quá trình đòi hỏi phải duy trì sự có mặt liên tục của chất hấp thụ hòa tan.

Chất hấp thụ nơtron có hiệu quả hấp thụ cao nhất đối với các nơtron nhiệt và phải cẩn thận khi thao tác để đảm bảo rằng hiệu quả hấp thụ của nó không bị suy giảm đáng kể trong điều kiện vận hành hoặc sự cố, làm thay đổi cơ cấu phân hạch bằng các nơtron năng lượng trung bình hoặc năng lượng cao.

4.4.5. Hình học

Kiểm soát tới hạn có thể thông qua việc sử dụng các bình xử lý hoặc lưu giữ mà có độ rò rỉ nơtron lớn. Dạng ống hình trụ hoặc dạng tấm với hình dạng phù hợp rất được tin dùng trong thiết kế an toàn. Nghiên cứu phải xét đến khả năng thay đổi kích thước bình do tăng áp suất quá mức hoặc bị ăn mòn.

4.5. Khả năng xảy ra điều kiện bất thường

Sự ảnh hưởng của sự cố xảy ra trong điều kiện bất thường có thể dự đoán được một cách hợp lý phải được xem xét trong quá trình đánh giá mức độ an toàn. Bao gồm các thông số như sau.

a) mất mát hoặc bổ sung chất làm chậm nơtron bên trong hoặc giữa các đơn vị của vật liệu phân hạch: ví dụ, bay hơi, kết tủa, pha loãng, và làm ngập;

b) đưa thêm các vật liệu phản xạ nơtron vào gần các đơn vị của vật liệu phân hạch;

c) thay đổi hình dạng của vật liệu phân hạch do các sự cố như rò rỉ hoặc nứt bình;

d) thay đổi điều kiện vận hành: ví dụ, mất dòng chảy, kết tủa, bốc hơi quá mức, vi phạm giới hạn về khối lượng hoặc thể tích;

e) thay đổi điều tương tác nơtron: ví dụ thiết bị bị lật hoặc bị vỡ;

f) mất chất hấp thụ nơtron, hoặc giảm hiệu quả hấp thụ giống do mất chất làm chậm;

g) thiết bị không thể ngăn chặn sự cố xẩy ra do tăng gấp đôi liều lượng, hoặc liều lượng vượt quá mức hạn định

4.6. Cơ sở đánh giá

Trong mọi trường hợp có thể, các quy định về an toàn tới hạn phải được thiết lập dựa trên thực nghiệm. Trong trường hợp phép đo bằng thực nghiệm không có khả năng áp dụng trực tiếp, thường là, chấp nhận các kết quả tính toán, với điều kiện chúng được trình bày để so sánh một cách dễ dàng với các dữ liệu thực nghiệm. Tuy nhiên, kết quả tính toán phải đưa ra được độ dự trữ an toàn cần thiết để đảm bảo một cách tự tin rằng hệ thống sẽ luôn dưới tới hạn.

4.7. Độ dự trữ an toàn

Trong tất cả các quy định, trên cơ sở đánh giá độ dự trữ an toàn phải tương ứng với độ không đảm bảo và xác suất vi phạm của nó để có thể dự tính được hậu quả của sự cố tới hạn.

Ví dụ, nói chung, trong vận hành việc kết hợp các tính năng an toàn cần thiết để không xảy ra hai điều, một là độc lập với nhau, hai là phải xảy ra đồng thời trong điều kiện ban đầu trước khi hệ thống đạt tới hạn. Sự xuất hiện của một trong những thay đổi này phải được chỉ ra rằng mức độ an toàn của quá trình vận hành này cần được đánh giá lại.

5. Kiểm soát thiết bị

Trước khi bắt đầu một thiết bị mới hoặc thay đổi quá trình hoặc phương thức vận hành quá trình, kiểm soát thiết bị phải được kiểm chứng rằng tất cả các thiết bị có kích thước và được làm từ các vật liệu phù hợp với các giả định ban đầu để đánh giá tới hạn an toàn.

6. Kiểm soát vật liệu

Vận chuyển vật liệu phân hạch phải được kiểm soát. Ghi nhãn các vật liệu một cách phù hợp và phải duy trì việc đánh dấu các khu vực nguy hiểm, có quy định rõ ràng về nhận dạng các vật liệu cũng như tất cả các thông số được đưa ra để kiểm soát tới hạn.

7. Giao và nhận vật liệu

Phải có thỏa thuận phù hợp giữa các bên giao nhận trước khi giao hàng. Có quy định về việc nhận lại các kiện hàng bị hư hỏng.

8. Giám sát quy trình

Theo định kỳ quá trình vận hành phải được xem xét lại bằng cách so sánh với các quy trình áp dụng bằng văn bản có tính khả khi. Việc rà soát phải được thực hiện bởi các bên không trực tiếp tham gia vận hành và một báo cáo bằng văn bản phải được cung cấp cho bên quản lý và bên giám sát.

9. Yêu cầu báo động tới hạn

Yêu cầu báo động, sự cố tới hạn phải được đánh giá phù hợp với TCVN 9103 (ISO 7753). Trong trường hợp hệ thống báo động được coi là cần thiết, quy trình trong các trường hợp khẩn cấp phải được chuẩn bị. Hướng dẫn cho việc chuẩn bị cho quy trình trong trường hợp khẩn cấp có thể được nêu trong Phụ lục A của TCVN 9103 (ISO 7753).