TBSRS 111-2024 高完整性容器内容物树脂辐解释氢试验方法

IICS13.280CCSF73BSRS法RadiolysisexperimentmethodofhydrogenreleasefromresincontainingintheHighIT/BSRS111-2024 12规范性引用文件 13术语和定义 14试验方法和试验内容 25辐照容器要求 26辐照树脂样品准备 37辐照累积剂量计算方法和辐照方式 38辐照容器内气氛测量和树脂释氢计算 4附录A辐照容器参考图 6附录B常见核素的基本放射性常量参数 7T/BSRS111-2024前言本文件按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件为指导性参考方法。本文件由中国辐射防护研究院和生态环境部核与辐射安全中心组织制订。本文件起草单位：中国辐射防护研究院和生态环境部核与辐射安全中心。本文件主要起草人：赵帅维、李洪辉、王亮、贾梅兰、毛亮、郭喜良、高超、闫晓俊。T/BSRS111-2024引言民共和国核安全法》和《中华人民共和国环境影响评价法》，规范高完整性容器内容物树脂辐解释氢试验方法，制定本文件。本文件规定了高完整性容器内容物树脂辐解释氢试验方法，即通过加速辐照的方法获得研究用树脂在规定的处置年限和树脂所含放射性核素数据计算得到的累积剂量下的辐解气体产量以及辐解气体组分。本文件适用于低、中水平放射性废物处置库处置的贮树脂高完整性容器释放的辐解气体（氢气）对处置库安全的评价所需的树脂辐解气体（氢气）释放速率的获得。1T/BSRS111-2024高完整性容器内容物树脂辐解释氢试验方法本文件用于指导低、中水平放射性废物处置库所处置的贮树脂高完整性容器释氢对处置库安全评价中内容物树脂释放的辐解气体（氢气）数据的获得。本文件规定了高完整性容器内容物树脂辐解释氢试验方法，即通过加速辐照的方法获得研究用树脂在规定的处置年限和树脂所含放射性核素数据计算得到的累积剂量下的辐解气体产量以及辐解气体组分。本文件适用于低、中水平放射性废物处置库处置的贮树脂高完整性容器释放的辐解气体（氢气）对处置库安全的评价所需的树脂辐解气体（氢气）释放速率的获得，其他材料的辐解实验方法和辐解气体获得方法可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB9132低、中水平放射性固体废物近地表处置安全规定；GB36900.1——2008低、中水平放射性废物高完整性容器——球墨铸铁容器；GB36900.2——2008低、中水平放射性废物高完整性容器——混凝土容器；GB36900.3——2008低、中水平放射性废物高完整性容器——交联高密度聚乙烯容器；GB/T5476——2013离子交换树脂预处理方法；GB/T8331——2009离子交换树脂湿视密度测定方法；GB/T8330——2008离子交换树脂湿真密度测定方法；GB/T5757——2008离子交换树脂含水量测定方法。3术语和定义3.1高完整性能容器HighIntegrityContainer（HIC）在预期300年以上的使用寿命内，能够有效包容其中盛装的低、中水平放射性固体废物的容器。高完整性容器可以由不同材料制成（如混凝土、球墨铸铁、高密度聚乙烯材料或复2T/BSRS111-2024合材料）。3.2辐解radiolysis借助辐射使物质分解，是一种辐射化学变化，由体系吸收电离辐射能产生的激发分子、离子、电子和自由基引起。3.3轫致辐射bremsstrahlung是指高速电子骤然减速产生的辐射。泛指带电粒子在碰撞（尤指它们之间的库仑散射）过程中发出的辐射。例如一个高能电子与一个原子核相碰撞时就产生这种辐射。3.4辐照剂量率exposurerate单位时间内的照射量。3.5加速辐照acceleratedirradiation通过提高辐射剂量率使受照射物质在较短的时间内获得一定的照射量或受到一定的累积剂量。3.6累积剂量cumulativedose亦称“累积吸收剂量”。指人体、生物机体或其他物质在各种电离辐射的一次连续照射下（或多次反复照射），所受到的总的吸收剂量。4试验方法和试验内容通过加速辐照的方法获得研究用树脂在特定累积剂量下的辐解气体产量以及辐解气体组分。树脂在加速辐照试验中受到的辐照剂量率高，因此相同累积剂量下加速辐照试验方法获得的数据作为相关安全评价的输入可以认为是保守的。为了完成废树脂辐解释氢试验研究，需要完成主要工作1）辐照容器的设计、加工与检测2）辐照树脂样品的准备3）辐照累积剂量计算及辐照方式4）辐照容器内气氛测量5）树脂释氢计算。5辐照容器要求5.1辐照容器需要满足承压性和耐辐照性要求，还需要保证辐照完成后顺利与气氛监测仪器连通的要求。5.2辐照容器应选用耐辐照材料，在累积剂量达5MGy能保持完整性。5.3辐照容器应具有密封性，满足1.0Mpa的设计压力要求，且在1.5Mpa下保压24h无泄漏。3T/BSRS111-20245.4辐照容器应留有接口，便于树脂样品的装入和辐解气体的导出。5.5辐照容器设计和结构参考图见附录A。6辐照树脂样品准备6.1树脂基本物理性质测量6.1.1参考GB/T5476——2013对树脂进行了预处理。6.1.2参考GB/T8331——2009测量树脂的湿视密度。6.1.3参考GB/T8330——2008测量树脂的湿真密度。6.1.4参考GB/T5757——2008测量树脂含水量。6.2树脂预处理将树脂在试验桶内浸泡7天，树脂吸水饱和后压滤处理备用。6.3辐照树脂样品准备根据树脂的基本物理特性，称量一定量预处理的树脂样品装入辐照容器内，树脂的装填率不超过60%。7辐照累积剂量计算方法和辐照方式7.1辐照累积剂量的计算方法将树脂看作无限大体积源，不考虑多次散射，源中任一点比释动能率：K（1）式中，Γk为比释动能率常数，Gy·m2·Bq-1·s-1；Ao球中体源放射性物质的比活度Bq·kg-1；为质量能量吸收系数，m2·kg-1。忽略韧至辐射，吸收剂量率与比释动能率关系可表示为：DK（2）则树脂累积剂量为：4n代表树脂所含的核素种类(n≥1),D₁为每种核素所致的累积剂量，T₁/2为每种放射性7.2辐照方式7.2.2辐照工位辐射剂量率监测和计算，如图1所示，在辐照容器面对源板的方向上辐单板源23137.2.4树脂累积剂量计算忽略商用放射源活度衰变引起的偏差，由辐照容器内树脂受辐7.2.5树脂累积剂量照辐射误差应小于10%。8辐照容器内气氛测量和树脂释氢计算5T/BSRS111-2024树脂样品完成辐照后先于室温下测量辐照容器中的压力，然后采用气相色谱仪或气质联用方法逐个测量辐照容器中累积的气体组分以及其存在比例，试验过程中记录环境温度，环境压力，辐照容器的压力。8.1.1测量环境温度和环境压力，记录并测量辐照前后容器内部的压力变化，计算容器内部气体体积；8.1.2通过导气管将储气试管和容器接口相连，检查完毕后调节阀门将容器内气体导入储气试管内，待储气试管内气体收集量达到储气试管体积50%~60%左右关闭阀门；8.1.3对储气试管内的气体进行气相色谱分析或气质联用分析；8.1.4测得容器内气体组分及各组分的比例，根据容器内部气体总量计算得出氢气的含量。8.2树脂释氢计算根据环境温度，环境压力，辐照容器的压力，计算辐照容器中产生的气体摩尔量，并与累积辐照剂量值对应，得出不同处置时间段树脂受到辐照产生气体的平均速率；然后再根据氢气占总气体量的比例得出不同处置时间段树脂受到辐照产生氢气的平均速率。8.2.1基于气体状态方程，根据样品装填当天环境温度、辐照后样品压力测量当天环境温度以及各累积辐照剂量样品对应的容器压力（忽略大气压的变化计算获得各累积辐照剂量样品对应的容器内辐解气体产生量和氢气产生量。8.2.2根据各累积辐照剂量样品氢气产生量，获得对应的处置时间内或处置时间段内的氢气平均释放速率。8.3为忽略氢气穿透辐照容器的损失量。辐照完成后30日内应完成辐照容器内气氛测量和分析。使用质谱仪、气象色谱仪或二者连用完成辐照容器内气氛测量和分析，仪器测量参考标66Q7T/BSRS111-2024附录B常见核素的基本放射性常量参数表B常见核素的基本放射性常量参数核素半衰期Γk空气比释动能率常数（Gy·m2·Bq-1·s-1）Na-2415.03h1.23E-16Sc-4683.85d7.14E-17Sc-47