Федеральная служба
по экологическому, технологическому и атомному надзору
ФЕДЕРАЛЬНЫЕ
НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ
Утверждены постановлением Федеральной службы по
экологическому, технологическому и атомному надзору от 29 июня 2007 г. №1
ОСНОВНЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ
К ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИМ ЭЛЕМЕНТАМ И
ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИМ
СБОРКАМ С УРАН-ПЛУТОНИЕВЫМ (МОКС)
ТОПЛИВОМ
ДЛЯ
АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
НП-080-07
Введены в действие с 1 января 2008 г.
Москва 2007
В
настоящих федеральных нормах и правилах в области использования атомной энергии
"Основные требования к тепловыделяющим элементам и тепловыделяющим сборкам
с уран-плутониевым (МОКС) топливом для атомных станций" установлены
основные требования безопасности, реализуемые при проектировании и изготовлении
тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок с оксидным таблетированным
уран-плутониевым (МОКС) топливом для атомных станций с реакторами типа ВВЭР и
БН.
Настоящий
документ является одним из документов в системе федеральных норм и правил в
области использования атомной энергии, устанавливающих требования к различным
видам ядерного топлива, тепловыделяющим элементам и тепловыделяющим сборкам.
Разработан
на основании Федерального закона "Об использовании атомной энергии",
нормативных правовых актов Российской Федерации, федеральных норм и правил в
области использования атомной энергии, других нормативных документов, а также
рекомендаций международных организаций.
Нормативный
документ прошел правовую экспертизу в Министерстве юстиции Российской Федерации
(письмо исх. № 01/7968-АА от 14 августа 2007 г.).
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ
РЕАЛИЗАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТВЭЛОВ И ТВС С МОКС-ТОПЛИВОМ 4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ
РЕАЛИЗАЦИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТВЭЛОВ И ТВС С МОКС-ТОПЛИВОМ Приложение (рекомендуемое) Перечень основных показателей
и характеристик, включаемых в технические условия на топливный материал,
таблетки, твэлы и ТВС с МОКС-топливом |
ПЕРЕЧЕНЬ
СОКРАЩЕНИЙ
A3 - активная зона
АС - атомная станция
БН - реактор на быстрых нейтронах
ВВЭР - водо-водяной энергетический
реактор
РУ - реакторная установка
СУЗ - система управления и защиты
ТВС - тепловыделяющая сборка
твэл - тепловыделяющий элемент
ОСНОВНЫЕ
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В
целях настоящего документа используются следующие термины и определения.
Активная зона- часть ядерного реактора, в
которой размещены ядерное топливо, замедлитель, поглотитель, теплоноситель,
средства воздействия на реактивность и элементы конструкций, предназначенные
для осуществления управляемой цепной ядерной реакции деления и передачи энергии
теплоносителю.
Повреждение
твэла-
нарушение хотя бы одного из установленных для твэлов проектных пределов
повреждения.
Разгерметизация
твэла-
повреждение твэла с нарушением целостности оболочки твэла типа газовой
неплотности или прямого контакта ядерного топлива с теплоносителем.
Разрушение
твэла-
нарушение целостности конструкции твэла, в результате которого твэл утрачивает
геометрию, обеспечивающую его проектное охлаждение.
Тепловыделяющая
сборка-
машиностроительное изделие, содержащее ядерные материалы и предназначенное для
получения тепловой энергии в ядерном реакторе за счет осуществления управляемой
цепной ядерной реакции деления.
Тепловыделяющий
элемент-
сборочная единица, содержащая ядерные материалы и предназначенная для получения
тепловой энергии в ядерном реакторе за счет осуществления управляемой цепной
ядерной реакции деления и (или) для накопления нуклидов.
Уран-плутониевое
(МОКС) топливо-
ядерное топливо, в котором применяются ядерные материалы в виде оксида урана и
оксида плутония для изготовления твэлов и ТВС.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Настоящий документ устанавливает основные требования безопасности,
реализуемые при проектировании и изготовлении твэлов и ТВС с оксидным
таблетированным уран-плутониевым топливом (далее - твэлы и ТВС с МОКС-топливом)
для АС с реакторами типа ВВЭР и БН.
1.2. Настоящий документ разработан на основании Федерального закона
"Об использовании атомной энергии"*, нормативных правовых актов
Российской Федерации, федеральных норм и правил в области использования атомной
энергии, других нормативных документов, а также рекомендаций международных
организаций.
*
Собрание законодательства Российской Федерации, 1995 г. № 48, ст. 4552 с изменениями,
внесенными от 10.02.1997 г. № 28-ФЗ, Собрание законодательства Российской
Федерации, 1997 г., № 7, ст. 808; от 10.07.2001 г. № 94-ФЗ, Собрание
законодательства Российской Федерации, 2001 г., № 29, ст. 2949; от 28.03.2002
г. № 33-ФЗ, Собрание законодательства Российской Федерации, 2002 г., № 13, ст.
1180; от 11.11.2003 г. № 140-ФЗ, Собрание законодательства Российской
Федерации, 2003 г., № 46 (часть I), ст.
4436.
2. ОБЩИЕ
ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. На всех этапах проектирования и
изготовления твэлов и ТВС с МОКС-топливом должно быть обеспечено выполнение
требований федеральных норм и правил в области использования атомной энергии.
2.2. Твэлы и ТВС с МОКС-топливом,
использование которых предполагается в РУ, спроектированных для применения
оксидного уранового топлива, а также условия их эксплуатации должны
удовлетворять требованиям проекта РУ.
2.3. Конструкция и исполнение A3 и ее
элементов, включая твэлы и ТВС с МОКС-топливом, должны быть такими, чтобы при
нормальной эксплуатации и при нарушениях нормальной эксплуатации, включая
проектные аварии, не превышались соответствующие пределы повреждения твэлов.
2.4. Конструкция твэлов и ТВС с
МОКС-топливом должна быть работоспособной, надежной и безопасной в течение
назначенного срока службы.
3. ОСНОВНЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТВЭЛОВ И ТВС
С МОКС-ТОПЛИВОМ
3.1. При проектировании твэлов и ТВС с
МОКС-топливом должны учитываться характеристики РУ, обеспечиваться
совместимость твэлов и ТВС с МОКС-топливом с элементами A3, РУ, другими системами
АС, предназначенными для обращения с топливом, учитываться требования
федеральных норм и правил в области использования атомной энергии к системам
хранения и транспортирования необлученного и отработавшего ядерного топлива.
3.2. Принятые при проектировании твэлов
и ТВС с МОКС-топливом решения должны удовлетворять критериям безопасности,
подтверждаться обоснованием безопасности, в том числе расчетами, результатами
экспериментов и испытаний и данными, полученными при эксплуатации АС с
указанным видом топлива.
3.3. При проектировании твэлов и ТВС с
МОКС-топливом должны приниматься во внимание условия эксплуатации РУ, в том
числе режимы нормальной эксплуатации и нарушения нормальной эксплуатации,
включая проектные аварии, с учетом:
▪
проектных режимов работы РУ, их количества и проектного протекания;
▪
силовых (механических), тепловых и радиационных воздействий на компоненты A3;
▪
физико-химического взаимодействия материалов A3 и теплоносителя;
▪ предельных отклонений конструктивных и
технологических характеристик, параметров процессов;
▪
ударных и вибрационных воздействий, термоциклического нагружения, радиационной
и температурной ползучести, а также старения материалов;
▪
влияния продуктов деления и примесей в теплоносителе и МОКС-топливе на
прочность и коррозионную стойкость твэлов;
▪
других факторов, ухудшающих механические характеристики материалов A3 и
целостность оболочек твэлов.
3.4. При проектировании твэлов и ТВС с
МОКС-топливом должны быть установлены и обоснованы значения пределов и
ограничения, определяющие условия выполнения приведенных ниже требований к
твэлам и ТВС с МОКС-топливом, при которых повреждение твэлов и ТВС будет
ограничено приемлемыми уровнями. Эти значения и условия устанавливаются для
конкретной РУ, конфигурации A3, типа топливной загрузки, типа твэла и ТВС.
3.4.1. При нормальной эксплуатации и при
нарушениях нормальной эксплуатации, в том числе при проектных авариях, должна
исключаться возможность непроектных перемещений и (или) деформаций ТВС с
МОКС-топливом, твэлов и других элементов ТВС и A3, вызывающих увеличение
реактивности и ухудшение теплоотвода, приводящих к повреждению твэлов сверх
проектных пределов.
3.4.2. Конструкция ТВС с МОКС-топливом
должна быть такой, чтобы формоизменения твэлов и других элементов ТВС, возможные
при нормальной эксплуатации и при нарушениях нормальной эксплуатации, включая
проектные аварии, не вызывали перекрытие проходного сечения ТВС, приводящее к
повреждению твэлов сверх соответствующих пределов, и не препятствовали
нормальному функционированию рабочих органов СУЗ.
3.4.3. Топливная матрица и оболочка твэла при нормальной эксплуатации и
при нарушениях нормальной эксплуатации должны выполнять функции физических
барьеров.
3.4.4. Выгорание топлива не должно
превышать установленных в проекте предельных значений.
3.4.5. Конструкция твэлов и ТВС с
МОКС-топливом должна выдерживать нагрузки от тепловых, механических и
радиационных воздействий во всех проектных режимах.
Оболочки
твэлов с МОКС-топливом, концевые детали твэлов и места их соединений должны иметь
установленную прочность при облучении, достаточную коррозионную стойкость,
выдерживать напряжения, возникающие вследствие внутреннего и наружного
давления, вибраций, температуры и сейсмических воздействий.
3.4.6. Конструкция твэлов и ТВС с МОКС-топливом в течение назначенного
срока службы должна исключать возможность деформаций, вызывающих недопустимое
ухудшение теплосъема с поверхности твэлов. Формоизменения твэлов и
конструкционных элементов ТВС с МОКС-топливом в процессе эксплуатации не должны
приводить к нарушению условий их фиксации в дистанциони-рующих устройствах
(решетках).
3.4.7. Уменьшение и (или) увеличение
наружного диаметра твэла в процессе эксплуатации не должны превышать
установленной в проекте величины.
3.4.8. Допустимый диапазон изменения
диаметра оболочек твэлов должен быть таким, чтобы обеспечивалось размещение
твэлов в дистанционирующих устройствах (решетках) с требуемой силой трения,
исключались непроектные перемещения твэлов и обеспечивались необходимые
теплогидравлические характеристики твэлов и ТВС с МОКС-топливом.
3.4.9. Допустимое удлинение оболочки твэла не должно превышать
установленного в проекте предельного значения.
3.4.10. Оболочки твэлов должны быть
совместимы с элементами дистанционирования при нормальной эксплуатации и при
нарушениях нормальной эксплуатации.
3.4.11. При нормальной эксплуатации оболочка твэла с МОКС-топливом
должна сохранять окружную устойчивость. Усталостные повреждения, возникающие в
результате статических и циклических нагрузок, не должны превышать
установленных в проекте величин.
3.4.12. Коррозия оболочки твэла с
МОКС-топливом, окисление внешней и (или) внутренней поверхностей оболочки и ее
гидрирование не должны приводить к недопустимому ухудшению механических
характеристик твэла, нарушению работоспособности твэла, недопустимому росту
температуры оболочки твэла, ее чрезмерному охрупчиванию и повреждению твэла.
3.4.13. Отложения на внешней поверхности
оболочек твэлов не должны приводить к недопустимому ухудшению теплогидравлических
характеристик твэлов и ТВС с МОКС-топливом и A3.
3.4.14. Фреттинг-коррозия (истирание)
оболочки твэла не должна приводить к недопустимому снижению прочности оболочки
и разгерметизации твэла.
3.4.15. Температура оболочки твэла при
нормальной эксплуатации РУ не должна превышать установленного в проекте
максимального значения.
3.4.16. Давление смеси газов под
оболочкой твэла не должно превышать установленной в проекте величины.
3.4.17. Характеристики МОКС-топлива, конструкция и расположение твэлов
и ТВС с МОКС-топливом в A3 должны исключать возникновение локального
энерговыделения, приводящего к повреждению твэлов сверх проектных пределов.
3.4.18. При проектных авариях, связанных
с быстрым увеличением реактивности, не должна превышаться удельная пороговая
энергия разрушения твэлов (энергия, выделяющаяся за короткий промежуток времени
в единице массы ядерного топлива при быстром вводе реактивности, достаточная
для разрушения твэла).
3.4.19. При проектных авариях
температура МОКС-топлива не должна превышать предельного значения,
характеризующего его плавление.
3.4.20. При проектных авариях
взаимодействие между элементами твэлов и ТВС с МОКС-топливом не должно
приводить к их плавлению.
3.4.21. Конструкция твэлов с
МОКС-топливом должна исключать смещение таблеток при транспортировании твэлов,
в процессе изготовления и транспортирования кассет, обеспечивать необходимую
сплошность топливного столба при эксплуатации в A3.
3.4.22.Конструкция твэлов с
МОКС-топливом при транспортно-технологических операциях должна выдерживать в
составе ТВС и упаковочного комплекта установленные в проекте нагрузки.
3.4.23. Конструкция ТВС с МОКС-топливом
должна обеспечивать возможность:
▪ проведения ее осмотра, испытаний и контроля при изготовлении, а также
контроля при эксплуатации;
▪ ремонта на предприятии-изготовителе до
установки в A3;
▪ выгрузки из A3, в том числе после
проектной аварии.
3.4.24. Твэлы с различным изотопным
составом, твэлы с выгорающим поглотителем в топливе и специальные выгорающие
поглотители в составе ТВС с МОКС-топливом должны иметь отличительные знаки,
различаемые при сборке ТВС визуально и (или) с помощью промышленных средств
контроля.
3.4.25. ТВС с МОКС-топливом должна иметь
отличительные знаки, характеризующие нуклидный состав и обогащение ядерного
топлива в твэлах, которые можно распознать визуально и (или) с помощью
устройств перегрузки.
3.5.
Значения параметров и характеристик твэлов и ТВС с МОКС-топливом должны
устанавливаться при проектировании консервативно (с коэффициентами запаса). Коэффициенты
запаса определяются с помощью экспериментальных исследований, а также опыта
эксплуатации твэлов и ТВС с другими видами топлива при выборе исходных данных и
проведении расчетов в обоснование безопасности. При этом должны учитываться
технологические допуски при изготовлении твэлов и ТВС с МОКС-топливом,
погрешности методик, программ и расчетов.
4. ОСНОВНЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТВЭЛОВ И ТВС С
МОКС-ТОПЛИВОМ
4.1. Твэлы и ТВС с МОКС-топливом должны
изготавливаться в соответствии с технологической документацией
(технологическими инструкциями, картами технологических процессов и др.),
регламентирующей содержание и порядок выполнения всех технологических и
контрольных операций, с соблюдением программы обеспечения качества.
4.2. Качество твэлов и ТВС с МОКС-топливом и предназначенных для их
изготовления материалов, полуфабрикатов и комплектующих (далее - материалы,
полуфабрикаты и комплектующие) должно соответствовать критериям и требованиям
безопасной эксплуатации АС, которые должны учитываться при установлении
параметров и характеристик МОКС-топлива, твэлов и ТВС с МОКС-топливом при их
изготовлении. Твэлы и ТВС с МОКС-топливом, материалы, полуфабрикаты и
комплектующие должны соответствовать требованиям технических условий. В
приложении приведен перечень основных показателей, параметров и характеристик
топливного материала (порошка диоксида плутония, порошка диоксида урана),
таблеток, твэлов и ТВС с МОКС-топливом, которые должны быть определены в
технических условиях.
4.3. Качество материалов, полуфабрикатов
и комплектующих должно подтверждаться сертификатами соответствия согласно
нормативным документам, регламентирующим проведение оценки соответствия
оборудования, материалов, полуфабрикатов и комплектующих, поставляемых на
объекты использования атомной энергии.
4.4. Предприятие-изготовитель твэлов и
ТВС с МОКС-топливом должно осуществлять входной контроль качества материалов,
полуфабрикатов и комплектующих в соответствии с техническими условиями на их
поставку.
4.5. Детали и сборочные единицы твэлов и
ТВС с МОКС-топливом должны иметь маркировку, позволяющую идентифицировать их в
процессе изготовления.
4.6. Соответствие твэлов и ТВС с
МОКС-топливом установленным требованиям должно подтверждаться
предприятием-изготовителем в порядке, определенном нормативными документами.
4.7. Предприятия-изготовители твэлов и ТВС с МОКС-топливом, материалов,
полуфабрикатов и комплектующих должны осуществлять производственный технический
контроль в предусмотренном конструкторской и технологической документацией
объеме. Результаты контроля должны удовлетворять требованиям настоящего
документа и других нормативных документов с учетом требований проектной
документации и технических условий.
4.8. Применяемые при контроле приборы и
оборудование должны быть аттестованы и проверены перед работой, а результаты
контроля зафиксированы в отчетной документации, форма которой устанавливается
предприятиями-изготовителями.
4.9. Транспортирование и хранение твэлов и ТВС с МОКС-топливом,
материалов, полуфабрикатов и комплектующих должно проводиться в соответствии с
требованиями федеральных норм и правил в области использования атомной энергии
и технических условий.
4.10.
В комплект поставки ТВС с МОКС-топливом на АС должна входить сопроводительная
документация, включающая паспорт на ТВС, технические условия, габаритный чертеж
и руководство по эксплуатации.
Приложение
(рекомендуемое)
Перечень основных показателей и характеристик, включаемых в технические условия
на топливный материал, таблетки, твэлы и ТВС с МОКС-топливом
1. Для порошка диоксида плутония:
▪ радионуклидный состав с указанием
процентного содержания изотопов плутония;
▪ массовая доля суммы изотопов плутония
и америция-241;
▪ содержание примесей;
▪ суммарный борный эквивалент (для
ВВЭР);
▪ влажность;
▪ насыпная плотность;
▪ гранулометрический состав;
▪ полная удельная поверхность;
▪ мощность экспозиционной дозы на 1 кг массы на расстоянии 1 м на дату
изготовления.
2. Для порошка диоксида урана:
▪ радионуклидный состав с указанием
процентного содержания изотопов урана;
▪ содержание примесей;
▪ кислородный коэффициент (отношение O/U);
▪ суммарное содержание смеси изотопов
урана;
▪ суммарный борный эквивалент (для
ВВЭР);
▪ текучесть;
▪ спекаемость;
▪ влажность;
▪ насыпная плотность;
▪ гранулометрический состав;
▪ полная удельная поверхность.
3. Для таблеток:
▪ изотопный состав урана и плутония;
▪ массовая доля суммы изотопов урана и плутония,
условная массовая доля плутония к сумме урана и плутония;
▪ содержание примесей;
▪ суммарный борный эквивалент (для
ВВЭР);
▪ содержание водорода (для ВВЭР);
кислородный коэффициент (отношение O/U+Pu+Am);
▪ средний условный размер зерна;
▪ распределение делящихся изотопов
плутония;
▪ максимальный размер плутоний-содержащих
(РиО2) частиц;
▪ доспекаемость (термическая
стабильность);
▪ плотность;
▪ наружный и внутренний диаметры, высота;
▪ наличие лунок или центрального
отверстия для выхода газов;
▪
наличие фасок;
▪ требования к поверхности (шероховатость, допустимые
размеры сколов и трещин и т. д.);
▪ объемная доля открытых пор;
▪ степень растворимости в азотной
кислоте.
4. Для твэлов:
▪ материал оболочки;
▪ диаметр и толщина стенки оболочки;
▪ масса урана и масса плутония;
▪ масса топливного столба;
▪ фиксатор топливного сердечника;
▪ виды сварки нижнего и верхнего сварных
швов;
▪ допуск на содержание плутония;
▪ степень герметичности;
▪ параметры внешней спиральной навивки
(для БН);
▪ давление гелия;
▪ длина топливного столба;
▪ величина компенсационного объема;
▪ зазор между таблеткой и оболочкой;
▪ максимально допустимая длина
единичного зазора между таблетками топливного столба, величина суммарного
зазора;
▪ распределение делящихся изотопов
плутония по высоте топливного столба;
▪ распределение концентрации выгорающего
поглотителя (гадолиния, эрбия) по длине топливного столба (если его наличие
предусмотрено проектом);
▪ геометрические размеры твэла (диаметр,
толщина, отклонение от прямолинейности образующей трубы и т. д.);
▪ требования к сварным швам (количество
пор, расстояние между ними и т. д.);
▪ требования к поверхности
(шероховатость, глубина царапин, сдиры и т. д.);
▪ допустимое значение нефиксированного
загрязнения поверхности плутонием;
▪ мощность эквивалентной дозы рентгеновского
и гамма-излучения на поверхности твэла;
▪ требования к маркировке.
5.
Для ТВС:
▪ изотопный состав топливной композиции;
▪ высота топливного столба;
▪ масса топлива;
▪ количество твэлов и твэгов;
▪ общая масса ТВС;
▪ геометрические размеры, допуски формы
и расположения поверхностей, внешний вид ТВС, допустимые деформации;
▪ габаритные и присоединительные размеры
ТВС;
▪ величина допустимой утечки (натекания)
гелия из твэлов в составе ТВС;
▪ допустимое
суммарное значение фиксированного и нефиксированного загрязнения наружных
поверхностей ТВС;
▪ мощность эквивалентной дозы
рентгеновского и гамма-излучения на поверхности ТВС;
▪
требования к маркировке.
Комментарии (0)
Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться