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GB15146.1。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)。 GB 15146.2-1994 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 GB15146.2-1994 标准下载解压密码：www.bzxz.net

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 criticality safety for fissile materials outside reactor-Basic technical criteria and subcritical limitsfor handling,processing and operations of fissile materials1主题内容与适用范围
GB 15146.2-94
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GB15146.1。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
GB15146.1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GB15146.5反应堆外易裂变材料的核临界安全环-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 kef
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件。3.3核临界安全（临界安全）
预防临界事故和减轻临界事故后果的措施，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背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，但不考虑慈外事件（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1994-07-07批准1995-01-01实施
3.7计算方法
GB 15146.2—94
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（ef)依赖于系统内全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ket的因素都是可控制因素；也就是说为了ker<1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：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；a.
b．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；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；c.
d，依靠过程固有的或可信的特性，例如，依靠工艺过程的某种特性使铀氧化物的密度恒小于理论密度的某一规定份额；
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e
限值，
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且独立的变化，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
可以采用将中子吸收材料(如镉和硼)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）。124
5计算方法的验证
GB15146.2-94
5.1偏倚的确定
5.1.1必须确定计算方法的偏倚。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kelr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k的计算值与1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，才可以将该计算方法的适用范围扩展到该区域。当扩展的范围较大时，应辅以其他计算方法，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临界的；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计算机程序的校验
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（如截面）必须是经过评价的。5.6计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：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；a.
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b.
数值；
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；说明该计算方法的适用范围；
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量；并说明选定这些次临界度裕e.
的依据。
5.7计算方法的验证过程
参见附录B(参考件）。
6易裂变核素的单参数限值
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。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个限值就可保证易裂变材料操作、加工和处理的临界安全\。注：1）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水层的贡献时，上述限值才可以应用。如果要将上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125
具有最小限值的那种核素来处理。GB 15146.2-94
应该强调的是：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均水溶液
在保持均一水溶液的前提下，即保持水溶液的浓度值不超过饱和溶液值时，表1中的任一限值都可以使用。如果环-240的浓度大于环-241的浓度，并在计算质量或浓度时把-241当作-239，则环-239的限值也可适用于各种同位素的混合物。（当同位素混合物中的环-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参
易裂变核素质量,kg
溶液圆柱直径,cm
溶液平板厚度，cm
溶液体积，L
易裂变核素浓度，g/L
氢与易裂变核素原子数比
易裂变核素面密度，g/cm2
6.2含水混合物
235UO2F2
次临界限值
235UO,(NO)2
239Pu(NO:)4
表1的面密度限值可用于具有任何化学组成的易裂变材料。在面密度是均一的前提下，它们对可能具有密度梯度的混合物也是有效的。对于面密度可能并不均一的混合物，铀-235和环-239的次临界质量限值分别是0.70和0.45kg，这两个限值也可用于具有任何化学组成的易裂变材料。6.3含水混合物的富集度限值
表2列出了与水均匀混合的铀金属及几种铀化合物的铀-235富集度限值。此时混合物中的铀金属和铀化合物的质量和浓度不受限制。注：计算这些限值时,将“均匀\混合物中的干UO：的平均粒径归-化为60μm。UOz(NO)的二水水合物的平均粒径约为100μm。这里的硝酸盐混合物的各种H/U比都是在0.32cm厚的聚乙烯球壳反射条件下得到的。表2与水均匀混合的铀金属和几种铀化合物的铀-235富集度限值
铀金属
UO2,U,O 或 UO,
UO2(NO3)2
次临界限值,wt% 2sU
6.4金属单体
表3列出的质量限值和富集度限值适用于无凹面的单个部件，并可推广适用于一堆小部件，条件是小部件之间无散置的慢化材料。126
GB 15146. 2--94
如果计算质量时把铀-234当作铀-235，则铀-235的限值适用于铀-235与铀-234、铀-236或铀-238的混合物。如果-240的浓度大于环-241的浓度，并在计算质量时把所有环同位素都当作环-239，则环-239的限值也适用于环同位素的混合物。可以按同位素组成对密度限值进行调整。表3金属单体的单参数限值
易裂变核素质量，kg
圆柱直径，cm
平板厚度，cm
铀的铀-235富集度，wt%
铀-235
质量和尺寸限值的最大密度，g/cm36.5氧化物
环-239bzxZ.net
表4和表5的限值仅适用于含水量低于1.5wt%的氧化物。其中的质量限值适用于无凹面的单个部件，并可推广应用于一堆小部件。条件是小部件之间无附加的慢化材料。以核素质量形式和以氧化物(包括湿气)质量形式给出的质量限值等效的。应该强调的是，表4和表5中的限值只有在规定的整体密度限值限制得到满足的条件下才可以使用\。当湿气含量限制在1.5wt%以下时，表2中的铀氧化物富集度限值可适当增加。注：1）必须注意，材料（特别是UO.)的密度可能会超过表4中的全密度。表4中的限值对于高度压实的氧化物是不适用的。不过，由于易裂变材料氧化物通常均呈松散粉末状，或者像UO，多以堆集在一起的芯块形式出现，从而使表4（也许还有表5)中的限值是有效的。希望得到其他密度限值的场合，将水含量保持在1.5wt%以下(H/U≤0.47)不大方便时，或者氧化物的化学配比不是理想情况时，可将这些限值用作导出更为适用的限值的出发点。
表4含水量<1.5wt%的全密度铀与环氧化物的单参数限值数
铀（环）氧化物质量\，
圆柱直径,cm
平板厚度，cm
使限值有效的最大整
体密度\，g/cm
235UO2
1 - 0.086(1.5-w)
10.065(1.5-w)
235UO3
1-0.057(1.5-w）
注：1）包括所含湿气的质量，湿气的最大含量小于其限定值（1.5wt%）。2）w代表氧化物中以wt%计的含水量。239PuO2
1 0. 091(1. 5 --w)
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表5含水量<1.5wt%的小于半密度的铀氧化物的单参数限值1）次
235UO2
铀（环）氧化物质量2，
圆柱直径，cm
平板厚度，cm
注：1）它们是表4最大整体密度的一半。临
2）包括所含湿气的质量，湿气的最大含量小于其限定值（1.5wt%）。7多参数控制
23Puo)
7.1～7.4条给出了特别有用的几个多参数控制例子。这些限值是用满足第5章要求的计算方法算出的。必须注意，上述限值的使用条件是仅当能够证明系统周围所有材料(包括邻近的其它可裂变材料在内)使增加的量，不大于紧包该单体的无限厚水层的贡献时，才适用。应该强调的是：制定工艺规程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。
7.1低富集度的金属铀-水混合物和铀氧化物-水混合物多参数控制的-种用法是同时控制铀的铀-235富集度和第6章中规定的一个参数。图1至图5分别给出了铀-235质量、圆柱直径、平板厚度、体积和面密度等参数的次临界限值与富集度的关系，它们适用于各种尺寸和各种形状的铀金属或铀氧化物(UO，)小块与水组成的系统。128
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氧化物
铀235富集漫（wt%）
铀水栅的质量限值
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铀-235高集度（wt%）
2铀水栅的圆柱体直径限值
氟化物
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轴-235富集度（wt\。）
图3铀水栅的平板厚度限值
算化物
(T)准鞋
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-235高集度（Wt°。）
氧化物
4铀水栅的体积限值
(o/)美深国
7.2低富集度铀的水溶液系统
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铀-235浓缩度：Wt%）
图5铀水栅的面密度限额
金鳳或氨化物
多参数控制的另一用法是对保持均一的铀水溶液同时控制铀的铀-235富集度和表1中规定的个参数。表6列出了将富集度控制在所述限值内时含铀均一水溶液的次临界限值。这里均-一铀水溶液的浓度不得超过其饱和溶液的浓度（对于UO,F2溶液，其饱和溶液的浓度值取5mol/L；对于UO),(NO.）2溶液，取2.5mol/L）。
表6低富集铀均水溶液系统的次临界限值富集度
铀-235质量，kg
圆柱直径，cm
wt% 23sU
次临界限值
UO,(NO:)2
平板厚度，cm
体积,L
富集度
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续表6
wt % 23s U
7.3含-240的Pu(NO3)，均一水溶液UO,F2
次临界限值
UO2(NO)2
对于含-240的Pu(NO,),均一水溶液，可按中环-240同位素的丰度，将表1中的Pu(NO.）溶液限值加大。但其增加量受制于-241的丰度。表7列出了三组不同同位素组成的Pu(NO.)。均一水溶液的次临界限值。使用这些限值计算同位素组成时，必须将环-238或环-242扣除。对于与天然铀完全混合的情况，其限值可进一步放宽。详细情况见GB/T15146.6。表7含环-240硝酸环均一水溶液系统的次临界限值次临界限
质量，kgPu
圆柱直径，cm
平板厚度，cm
体积，L
浓度，gPu/L
氢与原子数比
面密度，gPu/cm2
≥5wt%24°Pu
<1wt%Pu
7.4含-240的与水混合物
≥15wt%240Pu
≤6wt%241Pu
≥25wt% 240Pu
≤15wt%241Pu
对于PuO2形式的环与水的混合物（可以是非均匀的），其环的次临界质量限值按照环-240丰度的递增次序分别为0.53、0.74和0.99kg。这三个限值所对应的三组-240和环-241的同位素组成与表7相同。
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