- Danh mục
- NSG – Danh mục kích hoạt (Phần 1) – INFCIRC/254/Rev.15/Part 1 (21/4/2026)
CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU
Nhà máy và hệ thống chuyển đổi plutoni thực hiện một hoặc nhiều phép chuyển hóa từ dạng hợp chất plutoni này sang dạng hợp chất plutoni khác, bao gồm: chuyển đổi plutoni nitrat (PuN) thành plutoni dioxit (PuO₂), chuyển đổi PuO₂ thành plutoni tetrafluorua (PuF₄), và chuyển đổi PuF₄ thành plutoni kim loại. Nhà máy chuyển đổi plutoni thường gắn với các cơ sở tái chế, nhưng cũng có thể gắn với các cơ sở chế tạo nhiên liệu plutoni. Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy chuyển đổi plutoni cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp quy trình hóa học. Ví dụ, các loại thiết bị được sử dụng trong các quy trình này có thể gồm: lò nung, lò quay, thiết bị phản ứng tầng sôi, thiết bị phản ứng tháp lửa, máy ly tâm chất lỏng, cột chưng cất và cột chiết lỏng-lỏng. Cũng có thể cần đến buồng nóng, hộp găng tay và tay thao tác điều khiển từ xa. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’; phần lớn sẽ được chế tạo theo yêu cầu và đặc tính kỹ thuật của khách hàng. Việc thiết kế phải đặc biệt chú ý đến các nguy hiểm riêng về phóng xạ, độc tính và tới hạn gắn với plutoni. Trong một số trường hợp, cần có những cân nhắc đặc biệt về thiết kế và chế tạo để xử lý tính ăn mòn của một số hóa chất được sử dụng (ví dụ: HF). Cuối cùng, cần lưu ý rằng, đối với tất cả các quy trình chuyển đổi plutoni, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc chuyển đổi plutoni vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sử dụng trong chuyển đổi plutoni.
7.2.1. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi plutoni nitrat thành oxit
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các chức năng chính của quy trình này gồm: lưu giữ và điều chỉnh liệu nạp, kết tủa và tách rắn/dung dịch, nung, xử lý sản phẩm, thông gió, quản lý chất thải và kiểm soát quá trình công nghệ. Các hệ thống công nghệ được điều chỉnh đặc biệt để tránh tới hạn và tác động phóng xạ, đồng thời giảm thiểu nguy hiểm do độc tính. Tại phần lớn các cơ sở tái chế, quy trình này bao gồm việc chuyển đổi PuN thành PuO₂. Các quy trình khác có thể bao gồm việc kết tủa plutoni oxalat hoặc plutoni peroxit.
7.2.2. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất plutoni kim loại
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Quy trình này thường bao gồm việc flo hóa PuO₂, thông thường bằng HF có tính ăn mòn cao, để tạo ra plutoni fluorua, sau đó plutoni fluorua được khử bằng canxi kim loại có độ tinh khiết cao để tạo ra plutoni kim loại và xỉ canxi fluorua. Các chức năng chính của quy trình này gồm flo hóa (ví dụ: sử dụng thiết bị được chế tạo bằng hoặc được lót bằng kim loại quý), khử kim loại (ví dụ: sử dụng nồi nấu ceramic), thu hồi xỉ, xử lý sản phẩm, thông gió, quản lý chất thải và kiểm soát quá trình công nghệ. Các hệ thống công nghệ được điều chỉnh đặc biệt để tránh tới hạn và tác động phóng xạ, đồng thời giảm thiểu nguy hiểm do độc tính. Các quy trình khác bao gồm việc flo hóa plutoni oxalat hoặc plutoni peroxit, tiếp theo là khử thành kim loại.
PHỤ LỤC C
TIÊU CHÍ VỀ CÁC MỨC BẢO VỆ THỰC THỂ
1. Mục đích của việc bảo vệ thực thể vật liệu hạt nhân là ngăn ngừa việc sử dụng và xử lý các vật liệu này một cách không được phép. Đoạn 3(a) của văn kiện Hướng dẫn yêu cầu các mức bảo vệ thực thể hữu hiệu phù hợp với các khuyến nghị liên quan của IAEA, đặc biệt là các khuyến nghị nêu tại INFCIRC/225.
2. Đoạn 3(b) của văn kiện Hướng dẫn quy định rằng việc thực hiện các biện pháp bảo vệ thực thể tại quốc gia tiếp nhận thuộc trách nhiệm của Chính phủ quốc gia đó. Tuy nhiên, các mức bảo vệ thực thể làm cơ sở cho các biện pháp này phải là đối tượng của một thỏa thuận giữa nhà cung cấp và bên tiếp nhận. Trong bối cảnh này, các yêu cầu đó cần được áp dụng đối với mọi Quốc gia.
3. Tài liệu của IAEA có tên “Bảo vệ thực thể vật liệu hạt nhân” (INFCIRC/225) và các tài liệu tương tự được các nhóm chuyên gia quốc tế soạn thảo theo từng thời kỳ và được cập nhật khi thích hợp nhằm phản ánh những thay đổi về trình độ công nghệ và trình độ hiểu biết liên quan đến bảo vệ thực thể vật liệu hạt nhân là cơ sở hữu ích để hướng dẫn các Quốc gia tiếp nhận trong việc thiết kế một hệ thống các biện pháp và quy trình bảo vệ thực thể.
4. Việc phân loại vật liệu hạt nhân nêu trong bảng kèm theo, hoặc bảng đó khi được cập nhật theo từng thời kỳ trên cơ sở thỏa thuận chung giữa các nhà cung cấp, là cơ sở đã được thống nhất để xác định các mức bảo vệ thực thể cụ thể tương ứng với loại vật liệu, cũng như thiết bị và cơ sở chứa các vật liệu này, theo đoạn 3(a) và 3(b) của văn kiện Hướng dẫn.
5. Các mức bảo vệ thực thể đã được thống nhất mà các cơ quan có thẩm quyền quốc gia phải bảo đảm trong việc sử dụng, lưu giữ và vận chuyển các vật liệu được liệt kê trong bảng kèm theo tối thiểu phải bao gồm các đặc điểm bảo vệ sau đây:
LOẠI III
Sử dụng và lưu giữ trong một khu vực được kiểm soát việc tiếp cận.
Vận chuyển với các biện pháp phòng ngừa đặc biệt, bao gồm việc thống nhất trước giữa bên gửi, bên nhận và bên vận chuyển, và việc thỏa thuận trước giữa các chủ thể thuộc thẩm quyền và sự quản lý tương ứng của Quốc gia cung cấp và Quốc gia tiếp nhận, trong trường hợp vận chuyển quốc tế, trong đó xác định rõ thời gian, địa điểm và quy trình chuyển giao trách nhiệm vận chuyển.
LOẠI II
Sử dụng và lưu giữ trong một khu vực được bảo vệ mà việc tiếp cận được kiểm soát, tức là một khu vực được giám sát thường xuyên bằng lực lượng bảo vệ hoặc thiết bị điện tử, được bao quanh bởi một rào chắn thực thể với số lượng hạn chế các điểm vào được kiểm soát thích hợp, hoặc bất kỳ khu vực nào có mức bảo vệ thực thể tương đương.
Vận chuyển với các biện pháp phòng ngừa đặc biệt, bao gồm việc thống nhất trước giữa bên gửi, bên nhận và bên vận chuyển, và việc thỏa thuận trước giữa các chủ thể thuộc thẩm quyền và sự quản lý tương ứng của Quốc gia cung cấp và Quốc gia tiếp nhận, trong trường hợp vận chuyển quốc tế, trong đó xác định rõ thời gian, địa điểm và quy trình chuyển giao trách nhiệm vận chuyển.
LOẠI I
Vật liệu thuộc loại này phải được bảo vệ bằng các hệ thống có độ tin cậy cao chống việc sử dụng không được phép, như sau:
Sử dụng và lưu giữ trong một khu vực được bảo vệ ở mức cao (tức là một khu vực được bảo vệ như định nghĩa đối với Loại II trên đây), mà ngoài ra, việc tiếp cận chỉ dành cho những người đã được xác định là đáng tin cậy, và khu vực đó được giám sát bởi lực lượng bảo vệ có liên lạc chặt chẽ với các lực lượng ứng phó thích hợp. Các biện pháp cụ thể được áp dụng trong bối cảnh này phải có mục tiêu là phát hiện và ngăn chặn mọi hành vi tấn công, tiếp cận không được phép hoặc di chuyển vật liệu không được phép.
Vận chuyển với các biện pháp phòng ngừa đặc biệt như đã nêu trên đây đối với việc vận chuyển vật liệu Loại II và Loại III và, ngoài ra, dưới sự giám sát thường xuyên của lực lượng hộ tống và trong những điều kiện bảo đảm liên lạc chặt chẽ với các lực lượng ứng phó thích hợp.
6. Các nhà cung cấp cần yêu cầu bên tiếp nhận xác định rõ những cơ quan hoặc nhà chức trách có trách nhiệm bảo đảm các mức bảo vệ được đáp ứng đầy đủ và có trách nhiệm phối hợp trong nước các hoạt động ứng phó/khắc phục trong trường hợp vật liệu được bảo vệ bị sử dụng hoặc bị xử lý một cách không được phép. Các nhà cung cấp và bên tiếp nhận cũng cần chỉ định các đầu mối liên lạc trong các cơ quan có thẩm quyền quốc gia của mình để hợp tác về các vấn đề vận chuyển ra ngoài quốc gia và các vấn đề khác mà hai bên cùng quan tâm.
BẢNG: PHÂN LOẠI VẬT LIỆU HẠT NHÂN
| Vật liệu | Dạng | | Loại | |
| | | I | II | III |
| 1. Plutoni*[a] | Chưa chiếu xạ*[b] | 2 kg hoặc | Nhỏ hơn 2 kg nhưng lớn hơn 500 g | 500 g hoặc |
| | | | | |
| | | nhiều hơn | | ít hơn*[c] |
| 2. Urani-235 | Chưa chiếu xạ*[b] | 5 kg hoặc nhiều hơn | Nhỏ hơn 5 kg nhưng lớn hơn 1 kg | 1 kg hoặc ít hơn*[c] |
| | | | | |
| | - urani được làm giàu đến 20% 235U hoặc cao hơn | | | |
| | - urani được làm giàu đến 10% 235U nhưng nhỏ hơn 20% | - | 10 kg hoặc nhiều hơn | Nhỏ hơn 10 kg*[c] |
| | - urani được làm giàu cao hơn urani tự nhiên, nhưng nhỏ hơn 10% | - | - | 10 kg hoặc nhiều hơn |
| | | | | |
| | 235U*[d] | | | |
| 3. Urani-233 | Chưa chiếu xạ*[b] | 2 kg hoặc nhiều hơn | Nhỏ hơn 2 kg nhưng lớn hơn 500 g | 500 g hoặc ít hơn*[c] |
| 4. Nhiên liệu đã chiếu xạ | | | Urani nghèo hoặc urani tự nhiên, thori hoặc nhiên liệu được làm giàu thấp (hàm lượng vật liệu phân hạch nhỏ hơn 10%)*[e][f] | |
a. Như xác định tại Danh mục kích hoạt.
b. Vật liệu chưa được chiếu xạ trong lò phản ứng hoặc vật liệu đã được chiếu xạ trong lò phản ứng nhưng có mức phóng xạ bằng hoặc nhỏ hơn 1 gray/giờ ở khoảng cách một mét khi không có che chắn.
c. Khối lượng nhỏ hơn mức có ý nghĩa về phóng xạ thì cần được miễn trừ.
- 60 -
d. Urani tự nhiên, urani nghèo, thori và các khối lượng urani được làm giàu đến mức nhỏ hơn 10% mà không thuộc Loại III thì cần được bảo vệ theo thực tiễn quản lý thận trọng.
e. Mặc dù mức bảo vệ này được khuyến nghị, các Quốc gia vẫn có thể, sau khi đánh giá hoàn cảnh cụ thể, xác định một loại bảo vệ thực thể khác.
f. Nhiên liệu khác mà do hàm lượng vật liệu phân hạch ban đầu của nó được phân vào Loại I hoặc Loại II trước khi chiếu xạ thì có thể được giảm một bậc loại trong thời gian mức phóng xạ từ nhiên liệu đó vượt quá 1 gray/giờ ở khoảng cách một mét khi không có che chắn.
- 61 -
Bảng giải thích và so sánh các thay đổi - Hướng dẫn về chuyển giao hạt nhân và các Phụ lục A, B, C của
Hướng dẫn về chuyển giao hạt nhân (Hướng dẫn NSG Phần 1)
| Cũ (Bản sửa đổi 14) | | Mới (Bản sửa đổi 15) | Lý do sửa đổi |
| 2. | Phụ lục B, Mục 2 | Phụ lục B, Mục 2 | Việc sửa đổi này nhằm bổ sung một Chú thích về xuất khẩu vào |
| | | | |
| 2.1. | Vật liệu không phải vật liệu hạt nhân dùng cho lò phản ứng | 2. Vật liệu không phải vật liệu hạt nhân dùng cho lò phản ứng | Mục 2 làm rõ rằng việc xuất khẩu Đơteri và Nước nặng chỉ bị kiểm soát nếu chúng được dùng cho lò phản ứng hạt nhân. |
| | | | |
| | Đơteri và nước nặng | XUẤT KHẨU | |
| | | | |
| | Đơteri, nước nặng (đơteri oxit) và mọi hợp chất đơteri khác trong đó tỷ lệ nguyên tử đơteri so với nguyên tử hydro vượt quá 1:5000, để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 200 kg | Nhằm mục đích kiểm soát xuất khẩu, Chính phủ sẽ xác định việc xuất khẩu vật liệu không phải vật liệu hạt nhân đáp ứng các đặc tính kỹ thuật nêu tại các đoạn 2.1. và 2.2. có phải là để sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân hay không. Vật liệu không phải vật liệu hạt nhân có các đặc tính kỹ thuật nêu tại các đoạn 2.1. và 2.2. nhưng không dùng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại Phụ lục B, Mục 1.1. không thuộc phạm vi của mục này. | |
| | | | |
| | | 2.1. Đơteri và nước nặng | |
| | | | |
| | | Đơteri, nước nặng (đơteri oxit) và mọi hợp chất đơteri khác trong đó tỷ lệ nguyên tử đơteri so với nguyên tử hydro vượt quá 1:5000, để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 200 kg | |
| 2.2. | nguyên tử đơteri cho bất kỳ một quốc gia tiếp nhận nào trong khoảng thời gian một năm dương lịch (01/01 – 31/12). | 2.2. | nguyên tử đơteri cho bất kỳ một quốc gia tiếp nhận nào trong khoảng thời gian một năm dương lịch (01/01 – 31/12). | |
| | | | | |
| | Graphit cấp hạt nhân | | Graphit cấp hạt nhân | |
| | | | | |
| | Graphit có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần triệu) đương lượng bo và có khối lượng riêng lớn hơn | | Graphit có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần triệu) đương lượng bo và có khối lượng riêng lớn hơn | |
| | | | | |
| | 3 1.50 g/cm để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 1 kg. | | 3 1.50 g/cm để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 1 kg. | |
| | | | | |
| | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | |
| | | | | |
| | Nhằm mục đích kiểm soát xuất khẩu, Chính phủ sẽ xác định việc xuất khẩu graphit đáp ứng các đặc tính kỹ thuật trên đây có phải là để sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân hay không. Graphit có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần triệu) đương lượng bo và có khối lượng riêng lớn hơn 1.50 g/cm³ nhưng không dùng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây thì không thuộc phạm vi của đoạn này | | ~~Nhằm mục đích kiểm soát xuất khẩu,~~ ~~Chính phủ sẽ xác định việc xuất khẩu~~ ~~graphit đáp ứng các đặc tính kỹ thuật~~ ~~trên đây có phải là để sử dụng cho lò~~ ~~phản ứng hạt nhân hay không. Graphit~~ ~~có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần~~ ~~triệu) đương lượng bo và có khối lượng~~ ~~riêng lớn hơn 1.50 g/cm3 nhưng không~~ ~~dùng trong lò phản ứng hạt nhân như~~ ~~định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây thì~~ ~~không thuộc phạm vi của đoạn này.~~ | |
| | | | | |
| | Đương lượng bo (BE) có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc được tính bằng tổng các BE_(z) của các tạp chất (không tính BE_(cacbon) vì | | Đương lượng bo (BE) có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc được tính bằng tổng các BE_(z) của các tạp chất (không tính BE_(cacbon) vì | |
| cacbon không được coi là tạp chất), kể cả bo, trong đó: | cacbon không được coi là tạp chất), kể cả bo, trong đó: | |
| | | |
| BE_(z) ppm = CF x nồng độ của nguyên tố Z (tính theo ppm); | BE_(z) ppm = CF x nồng độ của nguyên tố Z (tính theo ppm); | |
| | | |
| CF là hệ số chuyển đổi: (σ_(z) x A_(B)) chia cho (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) và σ_(z) là tiết diện bắt nơtron nhiệt (tính theo barn) của bo tự nhiên và của | CF là hệ số chuyển đổi: (σ_(z) x A_(B)) chia cho (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) và σ_(z) là tiết diện bắt nơtron nhiệt (tính theo barn) của bo tự nhiên và của | |
| | | |
| nguyên tố Z tương ứng; và | nguyên tố Z tương ứng; và | |
| | | |
| A_(B) và A_(z) lần lượt là nguyên tử khối của bo tự nhiên và của nguyên tố Z. | A_(B) và A_(z) lần lượt là nguyên tử khối của bo tự nhiên và của nguyên tố Z. | |
| Phụ lục B, Mục 6 | Phụ lục B, Mục 6 | Việc sửa đổi Mục 6 này (Nhà máy sản xuất nước nặng) bổ sung ba quy trình mới được sử dụng để sản xuất nước nặng hoặc cho các hệ thống nâng cấp nước nặng. Văn bản trước đây chỉ nêu (và giải thích) Quy trình trao đổi nước – hydro sulfua (hay quy trình Girdler-Sulphide |
| | | |
| 6. Nhà máy sản xuất hoặc làm đậm đặc nước nặng, đơteri và các hợp chất đơteri và thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho nhà máy đó | 6. Nhà máy sản xuất hoặc làm đậm đặc nước nặng, đơteri và các hợp chất đơteri và thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho nhà máy đó | (GS)) và Quy trình trao đổi amoniac – |
| | | |
| CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU | CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU | hydro. |
| | | |
| Nước nặng có thể được sản xuất bằng nhiều quy trình khác nhau. Tuy nhiên, hai quy trình đã được chứng minh là khả thi về mặt thương mại là quy trình trao đổi nước – hydro sulfua | Nước nặng có thể được sản xuất bằng nhiều quy trình khác nhau. ~~Tuy nhiên, hai~~ Năm quy trình được trình bày ở đây. Các quy trình cũ hơn đã được chứng minh là khả thi về mặt thương mại gồm quy trình trao đổi nước – hydro sulfua, quy trình Girdler-Sulphide (GS)~~)~~, | Mục đã sửa đổi cũng bao gồm Điện phân kết hợp trao đổi xúc tác |
| | | |
| (quy trình GS) và quy trình trao đổi amoniac – hydro. | | (CECE), Reforming công nghiệp kết hợp |
| | | |
| | | trao đổi xúc tác (CIRCE) và Trao đổi hydro – nước hai nhiệt độ (BHW). Ngoài ra, mục (6.6) về thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại đã được |
| Quy trình GS dựa trên sự trao đổi hydro và đơteri giữa nước và hydro sulfua trong một dãy tháp được vận hành với phần trên lạnh và phần dưới nóng. Nước chảy xuống theo các tháp trong khi khí hydro sulfua tuần hoàn từ dưới lên trên các tháp. Một dãy các khay đục lỗ được sử dụng để tăng cường sự hòa trộn giữa khí và nước. Đơteri di chuyển sang nước ở nhiệt độ thấp và sang hydro sulfua ở nhiệt độ cao. Khí hoặc nước đã được làm giàu đơteri được lấy ra khỏi các tháp bậc thứ nhất tại điểm nối giữa phần nóng và phần lạnh | và quy trình trao đổi amoniac – hydro. Ba quy trình mới hơn, được trình diễn lần đầu vào đầu những năm 2000, dựa trên trao đổi hydro – nước có xúc tác và đã được chứng minh là có tiềm năng sản xuất hoặc nâng cấp nước nặng ở quy mô công nghiệp với hiệu quả kinh tế thuận lợi. Các quy trình đó là: Điện phân kết hợp trao đổi xúc tác | bãi bỏ vì các thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại được sử dụng trong nhà máy sản xuất nước nặng không phải được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng. |
| | | |
| | (CECE), Reforming công nghiệp kết hợp | Một mục mới (6.10) đã được bổ sung cho cột hoặc tháp được nhồi chất xúc tác trao đổi đồng vị hydro nhằm phản ánh việc bổ sung 3 quy trình mới. |
| | | |
| | trao đổi xúc tác (CIRCE) và Trao đổi hydro – nước hai nhiệt độ (BHW). | Cuối cùng, một số cập nhật nhỏ về số liệu công nghệ đã được thực hiện trong Mục 6. |
| | | |
| | Quy trình GS dựa trên sự trao đổi hydro và đơteri giữa nước và hydro sulfua trong một dãy tháp được vận hành với phần trên lạnh và phần dưới nóng. Nước chảy xuống theo các tháp trong khi khí hydro sulfua tuần hoàn từ dưới lên trên các tháp. Một dãy các khay đục lỗ được sử dụng để tăng cường sự hòa trộn giữa khí và nước. Đơteri di chuyển sang nước ở nhiệt độ thấp và sang hydro sulfua ở nhiệt độ cao. Khí hoặc nước đã được làm giàu đơteri được lấy ra khỏi các tháp bậc thứ nhất tại điểm nối giữa phần nóng và phần lạnh | |
| và quy trình được lặp lại trong các tháp của các bậc tiếp theo. Sản phẩm của bậc cuối cùng, là nước đã được làm giàu đơteri đến 30% theo khối lượng, được đưa sang một tổ chưng cất để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng; tức là đơteri oxit (D₂O) 99.75% theo khối lượng. | và quy trình được lặp lại trong các tháp của các bậc tiếp theo. Sản phẩm của bậc cuối cùng, là nước đã được làm giàu đơteri đến 30% theo khối lượng, được đưa sang một tổ chưng cất để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng; tức là đơteri oxit (D₂O) 99.75% theo khối lượng. | |
| | | |
| Quy trình trao đổi amoniac – hydro có thể chiết đơteri từ khí tổng hợp thông qua tiếp xúc với amoniac lỏng (NH₃) trong sự có mặt của chất xúc tác. Khí tổng hợp được nạp vào các tháp trao đổi và vào một thiết bị chuyển đổi amoniac. Trong các tháp, khí đi từ dưới lên trên trong khi NH₃ lỏng chảy từ trên xuống dưới. Đơteri được tách khỏi hydro trong khí tổng hợp và được làm đậm đặc trong NH₃. Sau đó NH₃ chảy vào một thiết bị cracking amoniac ở đáy tháp trong khi khí đi vào một thiết bị chuyển đổi amoniac ở đỉnh tháp. Việc làm giàu tiếp theo diễn ra ở các bậc sau và nước nặng cấp lò phản ứng được sản xuất thông qua chưng cất cuối cùng. Khí tổng hợp nạp vào có thể được cung cấp bởi một nhà máy amoniac, mà nhà máy này lại có thể được xây dựng cùng với một nhà máy nước nặng theo quy trình trao đổi amoniac – hydro. Quy trình trao đổi amoniac – hydro | Quy trình trao đổi amoniac – hydro có thể chiết đơteri từ khí tổng hợp thông qua tiếp xúc với amoniac lỏng (NH₃) trong sự có mặt của chất xúc tác. Khí tổng hợp được nạp vào các tháp trao đổi và vào một thiết bị chuyển đổi amoniac. Trong các tháp, khí đi từ dưới lên trên trong khi NH₃ lỏng chảy từ trên xuống dưới. Đơteri được tách khỏi hydro trong khí tổng hợp và được làm đậm đặc trong NH₃. Sau đó NH₃ chảy vào một thiết bị cracking amoniac ở đáy tháp trong khi khí đi vào một thiết bị chuyển đổi amoniac ở đỉnh tháp. Việc làm giàu tiếp theo diễn ra ở các bậc sau và nước nặng cấp lò phản ứng được sản xuất thông qua chưng cất cuối cùng. Khí tổng hợp nạp vào có thể được cung cấp bởi một nhà máy amoniac, mà nhà máy này lại có thể được xây dựng cùng với một nhà máy nước nặng theo quy trình trao đổi amoniac – hydro. Quy trình trao đổi amoniac – hydro | |
| cũng có thể sử dụng nước thường làm nguồn nạp đơteri. | cũng có thể sử dụng nước thường làm nguồn nạp đơteri. | |
| | | |
| Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy sản xuất nước nặng sử dụng quy trình GS hoặc quy trình trao đổi amoniac – hydro cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp hóa chất và dầu khí. Điều này đặc biệt đúng với các nhà máy nhỏ sử dụng quy trình GS. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’. Quy trình GS và quy trình amoniac – hydro đòi hỏi phải xử lý khối lượng lớn các chất lỏng dễ cháy, ăn mòn và độc ở áp suất cao. Do đó, khi xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế và vận hành cho nhà máy và thiết bị sử dụng các quy trình này, cần hết sức chú ý đến việc lựa chọn vật liệu và các đặc tính kỹ thuật để bảo đảm tuổi thọ làm việc dài với hệ số an toàn và độ tin cậy cao. Việc lựa chọn quy mô chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố kinh tế và nhu cầu. Do đó, phần lớn các hạng mục thiết bị sẽ được chế tạo theo yêu cầu của khách hàng. | Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy sản xuất nước nặng sử dụng quy trình GS hoặc quy trình trao đổi amoniac – hydro cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp hóa chất và dầu khí. Điều này đặc biệt đúng với các nhà máy nhỏ sử dụng quy trình GS. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’. Quy trình GS và quy trình amoniac – hydro đòi hỏi phải xử lý khối lượng lớn các chất lỏng dễ cháy, ăn mòn và độc ở áp suất cao. Do đó, khi xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế và vận hành cho nhà máy và thiết bị sử dụng các quy trình này, cần hết sức chú ý đến việc lựa chọn vật liệu và các đặc tính kỹ thuật để bảo đảm tuổi thọ làm việc dài với hệ số an toàn và độ tin cậy cao. Việc lựa chọn quy mô chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố kinh tế và nhu cầu. Do đó, phần lớn các hạng mục thiết bị sẽ được chế tạo theo yêu cầu của khách hàng. | |
| | | |
| Cuối cùng, cần lưu ý rằng, trong cả quy trình GS và quy trình trao đổi amoniac – hydro, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế | Cuối cùng, cần lưu ý rằng, trong cả quy trình GS và quy trình trao đổi amoniac – hydro, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế | |
| đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng. Hệ thống sản xuất chất xúc tác được sử dụng trong quy trình trao đổi amoniac – hydro và các hệ thống chưng cất nước được sử dụng để làm đậm đặc nước nặng ở bước cuối cùng lên cấp lò phản ứng trong cả hai quy trình là những ví dụ về các hệ thống như vậy. | đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng. Hệ thống sản xuất chất xúc tác được sử dụng trong quy trình trao đổi amoniac – hydro và các hệ thống chưng cất nước được sử dụng để làm đậm đặc nước nặng ở bước cuối cùng lên cấp lò phản ứng trong cả hai quy trình là những ví dụ về các hệ thống như vậy. | |
| | | |
| | Trong ba quy trình sản xuất nước nặng chủ yếu sử dụng trao đổi hydro – nước, hai quy trình (CECE và CIRCE) chỉ khả thi khi được tích hợp vào các quy trình sản xuất hydro quy mô lớn, nơi hydro được sản xuất cho các mục đích thương mại khác. Quy trình thứ ba là Trao đổi hydro – nước hai nhiệt độ (BHW) có thể được sử dụng trong một nhà máy độc lập. Tất cả các quy trình này đòi hỏi khối lượng lớn chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt chuyên dụng được lắp đặt trong các cột cao để bảo đảm tiếp xúc tốt với nước chảy xuống. Quy trình CECE đòi hỏi các cột trao đổi chứa chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt đó phải được cấp hydro từ một thiết bị điện phân nước nhận nước nạp từ các cột trao đổi. Theo cách này, | |
| | đồng vị nặng hơn (đơteri) sẽ tích tụ nồng độ trong thiết bị điện phân nhận nước nạp từ các cột trao đổi. Hệ thống điện phân có thể tích tụ nồng độ đơteri của nó lên tới mức gần như nước nặng tinh khiết. Trên thực tế, quy trình sẽ được chia bậc và bậc thứ nhất quy mô lớn thường làm tăng nồng độ đơteri lên từ 5 đến 20 lần. Quy trình CIRCE tương tự, nhưng sử dụng thiết bị reforming | |
| | | |
| | hydrocacbon bằng hơi nước làm nguồn hydro, đồng thời cung cấp cho thiết bị reforming nguồn nước để tạo hơi. Trong tất cả các nhà máy này, quy trình CECE thường được sử dụng làm bậc cuối cùng để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng. Cần lưu ý rằng các nhà máy sản xuất hydro lớn nhất trên thế giới sản xuất đủ hydro để chiết khoảng 20-60 Mg nước nặng mỗi năm bằng quy trình CECE hoặc CIRCE. Quy trình BHW về mặt nguyên lý giống như quy trình GS, nhưng sử dụng hydro thay cho hydro sulfua cùng với một chất xúc tác để tăng cường sự chuyển đơteri. Theo cách bố trí tương tự quy trình GS, quy trình BHW khai thác ảnh hưởng của nhiệt độ đối với tỷ lệ cân bằng đơteri | |
| Các hạng mục thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng | giữa nước và hydro. Cân bằng giảm khi nhiệt độ tăng. Khi nước chảy xuống qua các tháp lạnh ở trên và các tháp nóng ở dưới, đơteri được làm giàu giữa các tháp đó trong khi hydro lần lượt tuần hoàn lên qua các tháp nóng và tháp lạnh. Nước được lấy ra từ khoảng giữa tháp lạnh và tháp nóng được đưa lên các bậc cao hơn để làm giàu đơteri tiếp. Quy trình BHW có thể được xây dựng ở bất kỳ quy mô sản xuất nào. | |
| | | |
| | Linh kiện then chốt trong các quy trình này rõ ràng là chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt chuyên dụng, loại đã được chứng minh là tương đối khó sản xuất ở quy mô lớn với chi phí hợp lý. Điều kiện vận hành là ôn hòa, với các chất lỏng và chất xúc tác không độc, áp suất từ áp suất khí quyển đến khoảng 4 MPa và nhiệt độ trong khoảng từ 293 K (20°C) đến 473 K (200°C). Không có thiết bị nào khác biệt đáng kể so với thiết bị được sử dụng trong các phân ngành khác nhau của công nghiệp quy trình hóa học, ngoài chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt. | |
| | | |
| | Các hạng mục thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng | |
| 6.2. | hoặc quy trình trao đổi nước – hydro sulfua hoặc quy trình trao đổi amoniac – hydro bao gồm: | 6.2. | ~~hoặc~~ bất kỳ công nghệ nào ~~quy trình trao đổi nước – hydro~~ ~~sulfua hoặc quy trình trao đổi~~ ~~amoniac – hydro~~ được mô tả trên đây bao gồm: | |
| | | | | |
| 6.3. | Máy thổi khí và máy nén | 6.3. | Máy thổi khí và máy nén | |
| | | | | |
| | Máy thổi khí hoặc máy nén ly tâm một cấp, cột áp thấp (tức là 0.2 MPa) dùng để tuần hoàn khí hydro sulfua (tức là khí chứa trên 70% hydro sulfua, H₂S, theo khối lượng), được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi nước – hydro sulfua. Các máy thổi khí hoặc máy nén này có lưu lượng bằng hoặc lớn hơn 56 m³/s khi hoạt động ở áp suất hút bằng hoặc lớn hơn 1.8 MPa và có phớt làm kín được thiết kế để làm việc với H₂S ẩm. | | Máy thổi khí hoặc máy nén ly tâm một cấp, cột áp thấp (tức là 0.2 MPa) dùng để tuần hoàn khí hydro sulfua (tức là khí chứa trên 70% hydro sulfua, H₂S, theo khối lượng), được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi nước – hydro sulfua. Các máy thổi khí hoặc máy nén này có lưu lượng bằng hoặc lớn hơn ~~56~~ 5 m³/s khi hoạt động ở áp suất hút bằng hoặc lớn hơn 1.8 MPa và có phớt làm kín được thiết kế để làm việc với H₂S ẩm. | |
| | | | | |
| | Tháp trao đổi amoniac – hydro | | Tháp trao đổi amoniac – hydro | |
| | | | | |
| | Tháp trao đổi amoniac – hydro có chiều cao bằng hoặc lớn hơn 35 m với đường kính từ 1.5 m đến 2.5 m, có khả năng hoạt động ở áp suất lớn hơn 15 MPa, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi amoniac – hydro. | | Tháp trao đổi amoniac – hydro có chiều cao bằng hoặc lớn hơn 35 m với đường kính từ 1.5 m ~~đến 2.5 m~~ trở lên, có khả năng hoạt động ở áp suất lớn hơn 15 MPa, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi amoniac – | |
| 6.6. | Các tháp này cũng có ít nhất một cửa dọc trục, có mặt bích, với đường kính bằng đường kính phần hình trụ, qua đó có thể đưa vào hoặc rút ra các cấu kiện bên trong tháp. | 6.6. | hydro. Các tháp này cũng có ít nhất một cửa dọc trục, có mặt bích, với đường kính bằng đường kính phần hình trụ, qua đó có thể đưa vào hoặc rút ra các cấu kiện bên trong tháp. | |
| | | | | |
| 6.8. | Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại | 6.8. | [Không còn sử dụng – từ ngày 14 tháng 7 năm 2023] ~~Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại~~ | |
| | | | | |
| | Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại có khả năng phân tích trực tuyến tỷ lệ hydro/đơteri khi nồng độ đơteri bằng hoặc lớn hơn 90% theo khối lượng. | | ~~Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại có~~ ~~khả năng phân tích trực tuyến tỷ lệ~~ ~~hydro/đơteri khi nồng độ đơteri~~ ~~bằng hoặc lớn hơn~~ ~~90% theo khối lượng.~~ | |
| | | | | |
| | Hệ thống nâng cấp nước nặng hoàn chỉnh hoặc cột dùng cho hệ thống đó | | Tổ hoàn thiện nước nặng hoàn chỉnh, hệ thống nâng cấp hoặc cột dùng cho hệ thống đó | |
| | | | | |
| | Hệ thống nâng cấp nước nặng hoàn chỉnh, hoặc cột dùng cho hệ thống đó, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để nâng cấp nước nặng lên nồng độ đơteri cấp lò phản ứng. | | Hệ thống nâng cấp nước nặng hoàn chỉnh, hoặc cột ~~dùng cho hệ thống đó~~ có đường kính từ 0.1 m trở lên, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để nâng cấp nước nặng lên nồng độ đơteri cấp lò phản ứng. | |
| | | | | |
| | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | |
| | | | | |
| | Các hệ thống này, thường sử dụng chưng cất nước để tách nước nặng khỏi nước nhẹ, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng (tức là thường là 99.75% theo | | ~~Các~~ Hệ thống nâng cấp nước nặng thường phục vụ việc vận hành lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước nặng làm chất làm chậm hoặc là một phần của nhà máy sản xuất nước nặng theo quy trình GS (trong trường hợp đó | |
| khối lượng D2O) từ nguyên liệu nước nặng có nồng độ thấp hơn. | chúng thường được gọi là ‘tổ hoàn thiện’). ~~, thường sử dụng chưng~~ ~~cất nước để~~ Thiết bị nâng cấp tách nước nặng khỏi nước nhẹ~~,~~. ~~được thiết kế~~ ~~đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng (tức là thường là~~ ~~99.75% theo khối lượng D~~₂~~O) từ nguyên~~ ~~liệu nước nặng có nồng độ thấp hơn~~ Các hệ thống đó thường sử dụng chưng cất nước, nhưng cũng có thể dựa trên quy trình CECE. Trong lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước nặng làm chất làm chậm, thiết bị nâng cấp duy trì nồng độ nước nặng trong vùng hoạt lò phản ứng. | |
| | | |
| | 6.10. Cột hoặc tháp được nhồi chất xúc tác trao đổi đồng vị hydro | |
| | | |
| | Cột hoặc tháp hoàn chỉnh được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc trao đổi đồng vị hydro, có tất cả các đặc tính sau đây: | |
| | | |
| | 1. Được nhồi chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt dạng rời hoặc dạng có cấu trúc; | |
| | | |
| | 2. Được chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép không gỉ; | |
| | 3. Có khả năng hoạt động ở áp suất trong khoảng từ 0.1 đến 4 MPa; và | |
| | | |
| | 4. Có khả năng hoạt động ở nhiệt độ trong khoảng từ 293 K (20°C) đến 473 K (200°C). | |
| | | |
| | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | |
| | | |
| | Trong các quy trình sản xuất nước nặng, cột xúc tác của bậc sơ cấp thường có đường kính lớn hơn 0.5 m và chiều cao lớn hơn 10 m. Trong các thiết bị nâng cấp nước nặng, đường kính tối thiểu thực tế thông thường là 0.1 m. | |
[1] Ủy ban châu Âu và Chủ tịch Ủy ban Zangger tham gia với tư cách quan sát viên.
Nhà máy và hệ thống chuyển đổi plutoni thực hiện một hoặc nhiều phép chuyển hóa từ dạng hợp chất plutoni này sang dạng hợp chất plutoni khác, bao gồm: chuyển đổi plutoni nitrat (PuN) thành plutoni dioxit (PuO₂), chuyển đổi PuO₂ thành plutoni tetrafluorua (PuF₄), và chuyển đổi PuF₄ thành plutoni kim loại. Nhà máy chuyển đổi plutoni thường gắn với các cơ sở tái chế, nhưng cũng có thể gắn với các cơ sở chế tạo nhiên liệu plutoni. Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy chuyển đổi plutoni cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp quy trình hóa học. Ví dụ, các loại thiết bị được sử dụng trong các quy trình này có thể gồm: lò nung, lò quay, thiết bị phản ứng tầng sôi, thiết bị phản ứng tháp lửa, máy ly tâm chất lỏng, cột chưng cất và cột chiết lỏng-lỏng. Cũng có thể cần đến buồng nóng, hộp găng tay và tay thao tác điều khiển từ xa. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’; phần lớn sẽ được chế tạo theo yêu cầu và đặc tính kỹ thuật của khách hàng. Việc thiết kế phải đặc biệt chú ý đến các nguy hiểm riêng về phóng xạ, độc tính và tới hạn gắn với plutoni. Trong một số trường hợp, cần có những cân nhắc đặc biệt về thiết kế và chế tạo để xử lý tính ăn mòn của một số hóa chất được sử dụng (ví dụ: HF). Cuối cùng, cần lưu ý rằng, đối với tất cả các quy trình chuyển đổi plutoni, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc chuyển đổi plutoni vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sử dụng trong chuyển đổi plutoni.
7.2.1. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chuyển đổi plutoni nitrat thành oxit
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các chức năng chính của quy trình này gồm: lưu giữ và điều chỉnh liệu nạp, kết tủa và tách rắn/dung dịch, nung, xử lý sản phẩm, thông gió, quản lý chất thải và kiểm soát quá trình công nghệ. Các hệ thống công nghệ được điều chỉnh đặc biệt để tránh tới hạn và tác động phóng xạ, đồng thời giảm thiểu nguy hiểm do độc tính. Tại phần lớn các cơ sở tái chế, quy trình này bao gồm việc chuyển đổi PuN thành PuO₂. Các quy trình khác có thể bao gồm việc kết tủa plutoni oxalat hoặc plutoni peroxit.
7.2.2. Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất plutoni kim loại
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Quy trình này thường bao gồm việc flo hóa PuO₂, thông thường bằng HF có tính ăn mòn cao, để tạo ra plutoni fluorua, sau đó plutoni fluorua được khử bằng canxi kim loại có độ tinh khiết cao để tạo ra plutoni kim loại và xỉ canxi fluorua. Các chức năng chính của quy trình này gồm flo hóa (ví dụ: sử dụng thiết bị được chế tạo bằng hoặc được lót bằng kim loại quý), khử kim loại (ví dụ: sử dụng nồi nấu ceramic), thu hồi xỉ, xử lý sản phẩm, thông gió, quản lý chất thải và kiểm soát quá trình công nghệ. Các hệ thống công nghệ được điều chỉnh đặc biệt để tránh tới hạn và tác động phóng xạ, đồng thời giảm thiểu nguy hiểm do độc tính. Các quy trình khác bao gồm việc flo hóa plutoni oxalat hoặc plutoni peroxit, tiếp theo là khử thành kim loại.
PHỤ LỤC C
TIÊU CHÍ VỀ CÁC MỨC BẢO VỆ THỰC THỂ
1. Mục đích của việc bảo vệ thực thể vật liệu hạt nhân là ngăn ngừa việc sử dụng và xử lý các vật liệu này một cách không được phép. Đoạn 3(a) của văn kiện Hướng dẫn yêu cầu các mức bảo vệ thực thể hữu hiệu phù hợp với các khuyến nghị liên quan của IAEA, đặc biệt là các khuyến nghị nêu tại INFCIRC/225.
2. Đoạn 3(b) của văn kiện Hướng dẫn quy định rằng việc thực hiện các biện pháp bảo vệ thực thể tại quốc gia tiếp nhận thuộc trách nhiệm của Chính phủ quốc gia đó. Tuy nhiên, các mức bảo vệ thực thể làm cơ sở cho các biện pháp này phải là đối tượng của một thỏa thuận giữa nhà cung cấp và bên tiếp nhận. Trong bối cảnh này, các yêu cầu đó cần được áp dụng đối với mọi Quốc gia.
3. Tài liệu của IAEA có tên “Bảo vệ thực thể vật liệu hạt nhân” (INFCIRC/225) và các tài liệu tương tự được các nhóm chuyên gia quốc tế soạn thảo theo từng thời kỳ và được cập nhật khi thích hợp nhằm phản ánh những thay đổi về trình độ công nghệ và trình độ hiểu biết liên quan đến bảo vệ thực thể vật liệu hạt nhân là cơ sở hữu ích để hướng dẫn các Quốc gia tiếp nhận trong việc thiết kế một hệ thống các biện pháp và quy trình bảo vệ thực thể.
4. Việc phân loại vật liệu hạt nhân nêu trong bảng kèm theo, hoặc bảng đó khi được cập nhật theo từng thời kỳ trên cơ sở thỏa thuận chung giữa các nhà cung cấp, là cơ sở đã được thống nhất để xác định các mức bảo vệ thực thể cụ thể tương ứng với loại vật liệu, cũng như thiết bị và cơ sở chứa các vật liệu này, theo đoạn 3(a) và 3(b) của văn kiện Hướng dẫn.
5. Các mức bảo vệ thực thể đã được thống nhất mà các cơ quan có thẩm quyền quốc gia phải bảo đảm trong việc sử dụng, lưu giữ và vận chuyển các vật liệu được liệt kê trong bảng kèm theo tối thiểu phải bao gồm các đặc điểm bảo vệ sau đây:
LOẠI III
Sử dụng và lưu giữ trong một khu vực được kiểm soát việc tiếp cận.
Vận chuyển với các biện pháp phòng ngừa đặc biệt, bao gồm việc thống nhất trước giữa bên gửi, bên nhận và bên vận chuyển, và việc thỏa thuận trước giữa các chủ thể thuộc thẩm quyền và sự quản lý tương ứng của Quốc gia cung cấp và Quốc gia tiếp nhận, trong trường hợp vận chuyển quốc tế, trong đó xác định rõ thời gian, địa điểm và quy trình chuyển giao trách nhiệm vận chuyển.
LOẠI II
Sử dụng và lưu giữ trong một khu vực được bảo vệ mà việc tiếp cận được kiểm soát, tức là một khu vực được giám sát thường xuyên bằng lực lượng bảo vệ hoặc thiết bị điện tử, được bao quanh bởi một rào chắn thực thể với số lượng hạn chế các điểm vào được kiểm soát thích hợp, hoặc bất kỳ khu vực nào có mức bảo vệ thực thể tương đương.
Vận chuyển với các biện pháp phòng ngừa đặc biệt, bao gồm việc thống nhất trước giữa bên gửi, bên nhận và bên vận chuyển, và việc thỏa thuận trước giữa các chủ thể thuộc thẩm quyền và sự quản lý tương ứng của Quốc gia cung cấp và Quốc gia tiếp nhận, trong trường hợp vận chuyển quốc tế, trong đó xác định rõ thời gian, địa điểm và quy trình chuyển giao trách nhiệm vận chuyển.
LOẠI I
Vật liệu thuộc loại này phải được bảo vệ bằng các hệ thống có độ tin cậy cao chống việc sử dụng không được phép, như sau:
Sử dụng và lưu giữ trong một khu vực được bảo vệ ở mức cao (tức là một khu vực được bảo vệ như định nghĩa đối với Loại II trên đây), mà ngoài ra, việc tiếp cận chỉ dành cho những người đã được xác định là đáng tin cậy, và khu vực đó được giám sát bởi lực lượng bảo vệ có liên lạc chặt chẽ với các lực lượng ứng phó thích hợp. Các biện pháp cụ thể được áp dụng trong bối cảnh này phải có mục tiêu là phát hiện và ngăn chặn mọi hành vi tấn công, tiếp cận không được phép hoặc di chuyển vật liệu không được phép.
Vận chuyển với các biện pháp phòng ngừa đặc biệt như đã nêu trên đây đối với việc vận chuyển vật liệu Loại II và Loại III và, ngoài ra, dưới sự giám sát thường xuyên của lực lượng hộ tống và trong những điều kiện bảo đảm liên lạc chặt chẽ với các lực lượng ứng phó thích hợp.
6. Các nhà cung cấp cần yêu cầu bên tiếp nhận xác định rõ những cơ quan hoặc nhà chức trách có trách nhiệm bảo đảm các mức bảo vệ được đáp ứng đầy đủ và có trách nhiệm phối hợp trong nước các hoạt động ứng phó/khắc phục trong trường hợp vật liệu được bảo vệ bị sử dụng hoặc bị xử lý một cách không được phép. Các nhà cung cấp và bên tiếp nhận cũng cần chỉ định các đầu mối liên lạc trong các cơ quan có thẩm quyền quốc gia của mình để hợp tác về các vấn đề vận chuyển ra ngoài quốc gia và các vấn đề khác mà hai bên cùng quan tâm.
BẢNG: PHÂN LOẠI VẬT LIỆU HẠT NHÂN
| Vật liệu | Dạng | | Loại | |
| | | I | II | III |
| 1. Plutoni*[a] | Chưa chiếu xạ*[b] | 2 kg hoặc | Nhỏ hơn 2 kg nhưng lớn hơn 500 g | 500 g hoặc |
| | | | | |
| | | nhiều hơn | | ít hơn*[c] |
| 2. Urani-235 | Chưa chiếu xạ*[b] | 5 kg hoặc nhiều hơn | Nhỏ hơn 5 kg nhưng lớn hơn 1 kg | 1 kg hoặc ít hơn*[c] |
| | | | | |
| | - urani được làm giàu đến 20% 235U hoặc cao hơn | | | |
| | - urani được làm giàu đến 10% 235U nhưng nhỏ hơn 20% | - | 10 kg hoặc nhiều hơn | Nhỏ hơn 10 kg*[c] |
| | - urani được làm giàu cao hơn urani tự nhiên, nhưng nhỏ hơn 10% | - | - | 10 kg hoặc nhiều hơn |
| | | | | |
| | 235U*[d] | | | |
| 3. Urani-233 | Chưa chiếu xạ*[b] | 2 kg hoặc nhiều hơn | Nhỏ hơn 2 kg nhưng lớn hơn 500 g | 500 g hoặc ít hơn*[c] |
| 4. Nhiên liệu đã chiếu xạ | | | Urani nghèo hoặc urani tự nhiên, thori hoặc nhiên liệu được làm giàu thấp (hàm lượng vật liệu phân hạch nhỏ hơn 10%)*[e][f] | |
a. Như xác định tại Danh mục kích hoạt.
b. Vật liệu chưa được chiếu xạ trong lò phản ứng hoặc vật liệu đã được chiếu xạ trong lò phản ứng nhưng có mức phóng xạ bằng hoặc nhỏ hơn 1 gray/giờ ở khoảng cách một mét khi không có che chắn.
c. Khối lượng nhỏ hơn mức có ý nghĩa về phóng xạ thì cần được miễn trừ.
- 60 -
d. Urani tự nhiên, urani nghèo, thori và các khối lượng urani được làm giàu đến mức nhỏ hơn 10% mà không thuộc Loại III thì cần được bảo vệ theo thực tiễn quản lý thận trọng.
e. Mặc dù mức bảo vệ này được khuyến nghị, các Quốc gia vẫn có thể, sau khi đánh giá hoàn cảnh cụ thể, xác định một loại bảo vệ thực thể khác.
f. Nhiên liệu khác mà do hàm lượng vật liệu phân hạch ban đầu của nó được phân vào Loại I hoặc Loại II trước khi chiếu xạ thì có thể được giảm một bậc loại trong thời gian mức phóng xạ từ nhiên liệu đó vượt quá 1 gray/giờ ở khoảng cách một mét khi không có che chắn.
- 61 -
Bảng giải thích và so sánh các thay đổi - Hướng dẫn về chuyển giao hạt nhân và các Phụ lục A, B, C của
Hướng dẫn về chuyển giao hạt nhân (Hướng dẫn NSG Phần 1)
| Cũ (Bản sửa đổi 14) | | Mới (Bản sửa đổi 15) | Lý do sửa đổi |
| 2. | Phụ lục B, Mục 2 | Phụ lục B, Mục 2 | Việc sửa đổi này nhằm bổ sung một Chú thích về xuất khẩu vào |
| | | | |
| 2.1. | Vật liệu không phải vật liệu hạt nhân dùng cho lò phản ứng | 2. Vật liệu không phải vật liệu hạt nhân dùng cho lò phản ứng | Mục 2 làm rõ rằng việc xuất khẩu Đơteri và Nước nặng chỉ bị kiểm soát nếu chúng được dùng cho lò phản ứng hạt nhân. |
| | | | |
| | Đơteri và nước nặng | XUẤT KHẨU | |
| | | | |
| | Đơteri, nước nặng (đơteri oxit) và mọi hợp chất đơteri khác trong đó tỷ lệ nguyên tử đơteri so với nguyên tử hydro vượt quá 1:5000, để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 200 kg | Nhằm mục đích kiểm soát xuất khẩu, Chính phủ sẽ xác định việc xuất khẩu vật liệu không phải vật liệu hạt nhân đáp ứng các đặc tính kỹ thuật nêu tại các đoạn 2.1. và 2.2. có phải là để sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân hay không. Vật liệu không phải vật liệu hạt nhân có các đặc tính kỹ thuật nêu tại các đoạn 2.1. và 2.2. nhưng không dùng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại Phụ lục B, Mục 1.1. không thuộc phạm vi của mục này. | |
| | | | |
| | | 2.1. Đơteri và nước nặng | |
| | | | |
| | | Đơteri, nước nặng (đơteri oxit) và mọi hợp chất đơteri khác trong đó tỷ lệ nguyên tử đơteri so với nguyên tử hydro vượt quá 1:5000, để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 200 kg | |
| 2.2. | nguyên tử đơteri cho bất kỳ một quốc gia tiếp nhận nào trong khoảng thời gian một năm dương lịch (01/01 – 31/12). | 2.2. | nguyên tử đơteri cho bất kỳ một quốc gia tiếp nhận nào trong khoảng thời gian một năm dương lịch (01/01 – 31/12). | |
| | | | | |
| | Graphit cấp hạt nhân | | Graphit cấp hạt nhân | |
| | | | | |
| | Graphit có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần triệu) đương lượng bo và có khối lượng riêng lớn hơn | | Graphit có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần triệu) đương lượng bo và có khối lượng riêng lớn hơn | |
| | | | | |
| | 3 1.50 g/cm để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 1 kg. | | 3 1.50 g/cm để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây, với số lượng vượt quá 1 kg. | |
| | | | | |
| | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | |
| | | | | |
| | Nhằm mục đích kiểm soát xuất khẩu, Chính phủ sẽ xác định việc xuất khẩu graphit đáp ứng các đặc tính kỹ thuật trên đây có phải là để sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân hay không. Graphit có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần triệu) đương lượng bo và có khối lượng riêng lớn hơn 1.50 g/cm³ nhưng không dùng trong lò phản ứng hạt nhân như định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây thì không thuộc phạm vi của đoạn này | | ~~Nhằm mục đích kiểm soát xuất khẩu,~~ ~~Chính phủ sẽ xác định việc xuất khẩu~~ ~~graphit đáp ứng các đặc tính kỹ thuật~~ ~~trên đây có phải là để sử dụng cho lò~~ ~~phản ứng hạt nhân hay không. Graphit~~ ~~có độ tinh khiết tốt hơn 5 ppm (phần~~ ~~triệu) đương lượng bo và có khối lượng~~ ~~riêng lớn hơn 1.50 g/cm3 nhưng không~~ ~~dùng trong lò phản ứng hạt nhân như~~ ~~định nghĩa tại đoạn 1.1. trên đây thì~~ ~~không thuộc phạm vi của đoạn này.~~ | |
| | | | | |
| | Đương lượng bo (BE) có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc được tính bằng tổng các BE_(z) của các tạp chất (không tính BE_(cacbon) vì | | Đương lượng bo (BE) có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc được tính bằng tổng các BE_(z) của các tạp chất (không tính BE_(cacbon) vì | |
| cacbon không được coi là tạp chất), kể cả bo, trong đó: | cacbon không được coi là tạp chất), kể cả bo, trong đó: | |
| | | |
| BE_(z) ppm = CF x nồng độ của nguyên tố Z (tính theo ppm); | BE_(z) ppm = CF x nồng độ của nguyên tố Z (tính theo ppm); | |
| | | |
| CF là hệ số chuyển đổi: (σ_(z) x A_(B)) chia cho (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) và σ_(z) là tiết diện bắt nơtron nhiệt (tính theo barn) của bo tự nhiên và của | CF là hệ số chuyển đổi: (σ_(z) x A_(B)) chia cho (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) và σ_(z) là tiết diện bắt nơtron nhiệt (tính theo barn) của bo tự nhiên và của | |
| | | |
| nguyên tố Z tương ứng; và | nguyên tố Z tương ứng; và | |
| | | |
| A_(B) và A_(z) lần lượt là nguyên tử khối của bo tự nhiên và của nguyên tố Z. | A_(B) và A_(z) lần lượt là nguyên tử khối của bo tự nhiên và của nguyên tố Z. | |
| Phụ lục B, Mục 6 | Phụ lục B, Mục 6 | Việc sửa đổi Mục 6 này (Nhà máy sản xuất nước nặng) bổ sung ba quy trình mới được sử dụng để sản xuất nước nặng hoặc cho các hệ thống nâng cấp nước nặng. Văn bản trước đây chỉ nêu (và giải thích) Quy trình trao đổi nước – hydro sulfua (hay quy trình Girdler-Sulphide |
| | | |
| 6. Nhà máy sản xuất hoặc làm đậm đặc nước nặng, đơteri và các hợp chất đơteri và thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho nhà máy đó | 6. Nhà máy sản xuất hoặc làm đậm đặc nước nặng, đơteri và các hợp chất đơteri và thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho nhà máy đó | (GS)) và Quy trình trao đổi amoniac – |
| | | |
| CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU | CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU | hydro. |
| | | |
| Nước nặng có thể được sản xuất bằng nhiều quy trình khác nhau. Tuy nhiên, hai quy trình đã được chứng minh là khả thi về mặt thương mại là quy trình trao đổi nước – hydro sulfua | Nước nặng có thể được sản xuất bằng nhiều quy trình khác nhau. ~~Tuy nhiên, hai~~ Năm quy trình được trình bày ở đây. Các quy trình cũ hơn đã được chứng minh là khả thi về mặt thương mại gồm quy trình trao đổi nước – hydro sulfua, quy trình Girdler-Sulphide (GS)~~)~~, | Mục đã sửa đổi cũng bao gồm Điện phân kết hợp trao đổi xúc tác |
| | | |
| (quy trình GS) và quy trình trao đổi amoniac – hydro. | | (CECE), Reforming công nghiệp kết hợp |
| | | |
| | | trao đổi xúc tác (CIRCE) và Trao đổi hydro – nước hai nhiệt độ (BHW). Ngoài ra, mục (6.6) về thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại đã được |
| Quy trình GS dựa trên sự trao đổi hydro và đơteri giữa nước và hydro sulfua trong một dãy tháp được vận hành với phần trên lạnh và phần dưới nóng. Nước chảy xuống theo các tháp trong khi khí hydro sulfua tuần hoàn từ dưới lên trên các tháp. Một dãy các khay đục lỗ được sử dụng để tăng cường sự hòa trộn giữa khí và nước. Đơteri di chuyển sang nước ở nhiệt độ thấp và sang hydro sulfua ở nhiệt độ cao. Khí hoặc nước đã được làm giàu đơteri được lấy ra khỏi các tháp bậc thứ nhất tại điểm nối giữa phần nóng và phần lạnh | và quy trình trao đổi amoniac – hydro. Ba quy trình mới hơn, được trình diễn lần đầu vào đầu những năm 2000, dựa trên trao đổi hydro – nước có xúc tác và đã được chứng minh là có tiềm năng sản xuất hoặc nâng cấp nước nặng ở quy mô công nghiệp với hiệu quả kinh tế thuận lợi. Các quy trình đó là: Điện phân kết hợp trao đổi xúc tác | bãi bỏ vì các thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại được sử dụng trong nhà máy sản xuất nước nặng không phải được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng. |
| | | |
| | (CECE), Reforming công nghiệp kết hợp | Một mục mới (6.10) đã được bổ sung cho cột hoặc tháp được nhồi chất xúc tác trao đổi đồng vị hydro nhằm phản ánh việc bổ sung 3 quy trình mới. |
| | | |
| | trao đổi xúc tác (CIRCE) và Trao đổi hydro – nước hai nhiệt độ (BHW). | Cuối cùng, một số cập nhật nhỏ về số liệu công nghệ đã được thực hiện trong Mục 6. |
| | | |
| | Quy trình GS dựa trên sự trao đổi hydro và đơteri giữa nước và hydro sulfua trong một dãy tháp được vận hành với phần trên lạnh và phần dưới nóng. Nước chảy xuống theo các tháp trong khi khí hydro sulfua tuần hoàn từ dưới lên trên các tháp. Một dãy các khay đục lỗ được sử dụng để tăng cường sự hòa trộn giữa khí và nước. Đơteri di chuyển sang nước ở nhiệt độ thấp và sang hydro sulfua ở nhiệt độ cao. Khí hoặc nước đã được làm giàu đơteri được lấy ra khỏi các tháp bậc thứ nhất tại điểm nối giữa phần nóng và phần lạnh | |
| và quy trình được lặp lại trong các tháp của các bậc tiếp theo. Sản phẩm của bậc cuối cùng, là nước đã được làm giàu đơteri đến 30% theo khối lượng, được đưa sang một tổ chưng cất để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng; tức là đơteri oxit (D₂O) 99.75% theo khối lượng. | và quy trình được lặp lại trong các tháp của các bậc tiếp theo. Sản phẩm của bậc cuối cùng, là nước đã được làm giàu đơteri đến 30% theo khối lượng, được đưa sang một tổ chưng cất để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng; tức là đơteri oxit (D₂O) 99.75% theo khối lượng. | |
| | | |
| Quy trình trao đổi amoniac – hydro có thể chiết đơteri từ khí tổng hợp thông qua tiếp xúc với amoniac lỏng (NH₃) trong sự có mặt của chất xúc tác. Khí tổng hợp được nạp vào các tháp trao đổi và vào một thiết bị chuyển đổi amoniac. Trong các tháp, khí đi từ dưới lên trên trong khi NH₃ lỏng chảy từ trên xuống dưới. Đơteri được tách khỏi hydro trong khí tổng hợp và được làm đậm đặc trong NH₃. Sau đó NH₃ chảy vào một thiết bị cracking amoniac ở đáy tháp trong khi khí đi vào một thiết bị chuyển đổi amoniac ở đỉnh tháp. Việc làm giàu tiếp theo diễn ra ở các bậc sau và nước nặng cấp lò phản ứng được sản xuất thông qua chưng cất cuối cùng. Khí tổng hợp nạp vào có thể được cung cấp bởi một nhà máy amoniac, mà nhà máy này lại có thể được xây dựng cùng với một nhà máy nước nặng theo quy trình trao đổi amoniac – hydro. Quy trình trao đổi amoniac – hydro | Quy trình trao đổi amoniac – hydro có thể chiết đơteri từ khí tổng hợp thông qua tiếp xúc với amoniac lỏng (NH₃) trong sự có mặt của chất xúc tác. Khí tổng hợp được nạp vào các tháp trao đổi và vào một thiết bị chuyển đổi amoniac. Trong các tháp, khí đi từ dưới lên trên trong khi NH₃ lỏng chảy từ trên xuống dưới. Đơteri được tách khỏi hydro trong khí tổng hợp và được làm đậm đặc trong NH₃. Sau đó NH₃ chảy vào một thiết bị cracking amoniac ở đáy tháp trong khi khí đi vào một thiết bị chuyển đổi amoniac ở đỉnh tháp. Việc làm giàu tiếp theo diễn ra ở các bậc sau và nước nặng cấp lò phản ứng được sản xuất thông qua chưng cất cuối cùng. Khí tổng hợp nạp vào có thể được cung cấp bởi một nhà máy amoniac, mà nhà máy này lại có thể được xây dựng cùng với một nhà máy nước nặng theo quy trình trao đổi amoniac – hydro. Quy trình trao đổi amoniac – hydro | |
| cũng có thể sử dụng nước thường làm nguồn nạp đơteri. | cũng có thể sử dụng nước thường làm nguồn nạp đơteri. | |
| | | |
| Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy sản xuất nước nặng sử dụng quy trình GS hoặc quy trình trao đổi amoniac – hydro cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp hóa chất và dầu khí. Điều này đặc biệt đúng với các nhà máy nhỏ sử dụng quy trình GS. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’. Quy trình GS và quy trình amoniac – hydro đòi hỏi phải xử lý khối lượng lớn các chất lỏng dễ cháy, ăn mòn và độc ở áp suất cao. Do đó, khi xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế và vận hành cho nhà máy và thiết bị sử dụng các quy trình này, cần hết sức chú ý đến việc lựa chọn vật liệu và các đặc tính kỹ thuật để bảo đảm tuổi thọ làm việc dài với hệ số an toàn và độ tin cậy cao. Việc lựa chọn quy mô chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố kinh tế và nhu cầu. Do đó, phần lớn các hạng mục thiết bị sẽ được chế tạo theo yêu cầu của khách hàng. | Nhiều hạng mục thiết bị chủ yếu của nhà máy sản xuất nước nặng sử dụng quy trình GS hoặc quy trình trao đổi amoniac – hydro cũng được dùng phổ biến trong nhiều phân ngành của công nghiệp hóa chất và dầu khí. Điều này đặc biệt đúng với các nhà máy nhỏ sử dụng quy trình GS. Tuy nhiên, rất ít hạng mục có sẵn ‘trên thị trường’. Quy trình GS và quy trình amoniac – hydro đòi hỏi phải xử lý khối lượng lớn các chất lỏng dễ cháy, ăn mòn và độc ở áp suất cao. Do đó, khi xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế và vận hành cho nhà máy và thiết bị sử dụng các quy trình này, cần hết sức chú ý đến việc lựa chọn vật liệu và các đặc tính kỹ thuật để bảo đảm tuổi thọ làm việc dài với hệ số an toàn và độ tin cậy cao. Việc lựa chọn quy mô chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố kinh tế và nhu cầu. Do đó, phần lớn các hạng mục thiết bị sẽ được chế tạo theo yêu cầu của khách hàng. | |
| | | |
| Cuối cùng, cần lưu ý rằng, trong cả quy trình GS và quy trình trao đổi amoniac – hydro, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế | Cuối cùng, cần lưu ý rằng, trong cả quy trình GS và quy trình trao đổi amoniac – hydro, các hạng mục thiết bị mà riêng lẻ không phải được thiết kế | |
| đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng. Hệ thống sản xuất chất xúc tác được sử dụng trong quy trình trao đổi amoniac – hydro và các hệ thống chưng cất nước được sử dụng để làm đậm đặc nước nặng ở bước cuối cùng lên cấp lò phản ứng trong cả hai quy trình là những ví dụ về các hệ thống như vậy. | đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng vẫn có thể được lắp ghép thành những hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng. Hệ thống sản xuất chất xúc tác được sử dụng trong quy trình trao đổi amoniac – hydro và các hệ thống chưng cất nước được sử dụng để làm đậm đặc nước nặng ở bước cuối cùng lên cấp lò phản ứng trong cả hai quy trình là những ví dụ về các hệ thống như vậy. | |
| | | |
| | Trong ba quy trình sản xuất nước nặng chủ yếu sử dụng trao đổi hydro – nước, hai quy trình (CECE và CIRCE) chỉ khả thi khi được tích hợp vào các quy trình sản xuất hydro quy mô lớn, nơi hydro được sản xuất cho các mục đích thương mại khác. Quy trình thứ ba là Trao đổi hydro – nước hai nhiệt độ (BHW) có thể được sử dụng trong một nhà máy độc lập. Tất cả các quy trình này đòi hỏi khối lượng lớn chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt chuyên dụng được lắp đặt trong các cột cao để bảo đảm tiếp xúc tốt với nước chảy xuống. Quy trình CECE đòi hỏi các cột trao đổi chứa chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt đó phải được cấp hydro từ một thiết bị điện phân nước nhận nước nạp từ các cột trao đổi. Theo cách này, | |
| | đồng vị nặng hơn (đơteri) sẽ tích tụ nồng độ trong thiết bị điện phân nhận nước nạp từ các cột trao đổi. Hệ thống điện phân có thể tích tụ nồng độ đơteri của nó lên tới mức gần như nước nặng tinh khiết. Trên thực tế, quy trình sẽ được chia bậc và bậc thứ nhất quy mô lớn thường làm tăng nồng độ đơteri lên từ 5 đến 20 lần. Quy trình CIRCE tương tự, nhưng sử dụng thiết bị reforming | |
| | | |
| | hydrocacbon bằng hơi nước làm nguồn hydro, đồng thời cung cấp cho thiết bị reforming nguồn nước để tạo hơi. Trong tất cả các nhà máy này, quy trình CECE thường được sử dụng làm bậc cuối cùng để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng. Cần lưu ý rằng các nhà máy sản xuất hydro lớn nhất trên thế giới sản xuất đủ hydro để chiết khoảng 20-60 Mg nước nặng mỗi năm bằng quy trình CECE hoặc CIRCE. Quy trình BHW về mặt nguyên lý giống như quy trình GS, nhưng sử dụng hydro thay cho hydro sulfua cùng với một chất xúc tác để tăng cường sự chuyển đơteri. Theo cách bố trí tương tự quy trình GS, quy trình BHW khai thác ảnh hưởng của nhiệt độ đối với tỷ lệ cân bằng đơteri | |
| Các hạng mục thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng | giữa nước và hydro. Cân bằng giảm khi nhiệt độ tăng. Khi nước chảy xuống qua các tháp lạnh ở trên và các tháp nóng ở dưới, đơteri được làm giàu giữa các tháp đó trong khi hydro lần lượt tuần hoàn lên qua các tháp nóng và tháp lạnh. Nước được lấy ra từ khoảng giữa tháp lạnh và tháp nóng được đưa lên các bậc cao hơn để làm giàu đơteri tiếp. Quy trình BHW có thể được xây dựng ở bất kỳ quy mô sản xuất nào. | |
| | | |
| | Linh kiện then chốt trong các quy trình này rõ ràng là chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt chuyên dụng, loại đã được chứng minh là tương đối khó sản xuất ở quy mô lớn với chi phí hợp lý. Điều kiện vận hành là ôn hòa, với các chất lỏng và chất xúc tác không độc, áp suất từ áp suất khí quyển đến khoảng 4 MPa và nhiệt độ trong khoảng từ 293 K (20°C) đến 473 K (200°C). Không có thiết bị nào khác biệt đáng kể so với thiết bị được sử dụng trong các phân ngành khác nhau của công nghiệp quy trình hóa học, ngoài chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt. | |
| | | |
| | Các hạng mục thiết bị được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng | |
| 6.2. | hoặc quy trình trao đổi nước – hydro sulfua hoặc quy trình trao đổi amoniac – hydro bao gồm: | 6.2. | ~~hoặc~~ bất kỳ công nghệ nào ~~quy trình trao đổi nước – hydro~~ ~~sulfua hoặc quy trình trao đổi~~ ~~amoniac – hydro~~ được mô tả trên đây bao gồm: | |
| | | | | |
| 6.3. | Máy thổi khí và máy nén | 6.3. | Máy thổi khí và máy nén | |
| | | | | |
| | Máy thổi khí hoặc máy nén ly tâm một cấp, cột áp thấp (tức là 0.2 MPa) dùng để tuần hoàn khí hydro sulfua (tức là khí chứa trên 70% hydro sulfua, H₂S, theo khối lượng), được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi nước – hydro sulfua. Các máy thổi khí hoặc máy nén này có lưu lượng bằng hoặc lớn hơn 56 m³/s khi hoạt động ở áp suất hút bằng hoặc lớn hơn 1.8 MPa và có phớt làm kín được thiết kế để làm việc với H₂S ẩm. | | Máy thổi khí hoặc máy nén ly tâm một cấp, cột áp thấp (tức là 0.2 MPa) dùng để tuần hoàn khí hydro sulfua (tức là khí chứa trên 70% hydro sulfua, H₂S, theo khối lượng), được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi nước – hydro sulfua. Các máy thổi khí hoặc máy nén này có lưu lượng bằng hoặc lớn hơn ~~56~~ 5 m³/s khi hoạt động ở áp suất hút bằng hoặc lớn hơn 1.8 MPa và có phớt làm kín được thiết kế để làm việc với H₂S ẩm. | |
| | | | | |
| | Tháp trao đổi amoniac – hydro | | Tháp trao đổi amoniac – hydro | |
| | | | | |
| | Tháp trao đổi amoniac – hydro có chiều cao bằng hoặc lớn hơn 35 m với đường kính từ 1.5 m đến 2.5 m, có khả năng hoạt động ở áp suất lớn hơn 15 MPa, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi amoniac – hydro. | | Tháp trao đổi amoniac – hydro có chiều cao bằng hoặc lớn hơn 35 m với đường kính từ 1.5 m ~~đến 2.5 m~~ trở lên, có khả năng hoạt động ở áp suất lớn hơn 15 MPa, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc sản xuất nước nặng sử dụng quy trình trao đổi amoniac – | |
| 6.6. | Các tháp này cũng có ít nhất một cửa dọc trục, có mặt bích, với đường kính bằng đường kính phần hình trụ, qua đó có thể đưa vào hoặc rút ra các cấu kiện bên trong tháp. | 6.6. | hydro. Các tháp này cũng có ít nhất một cửa dọc trục, có mặt bích, với đường kính bằng đường kính phần hình trụ, qua đó có thể đưa vào hoặc rút ra các cấu kiện bên trong tháp. | |
| | | | | |
| 6.8. | Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại | 6.8. | [Không còn sử dụng – từ ngày 14 tháng 7 năm 2023] ~~Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại~~ | |
| | | | | |
| | Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại có khả năng phân tích trực tuyến tỷ lệ hydro/đơteri khi nồng độ đơteri bằng hoặc lớn hơn 90% theo khối lượng. | | ~~Thiết bị phân tích hấp thụ hồng ngoại có~~ ~~khả năng phân tích trực tuyến tỷ lệ~~ ~~hydro/đơteri khi nồng độ đơteri~~ ~~bằng hoặc lớn hơn~~ ~~90% theo khối lượng.~~ | |
| | | | | |
| | Hệ thống nâng cấp nước nặng hoàn chỉnh hoặc cột dùng cho hệ thống đó | | Tổ hoàn thiện nước nặng hoàn chỉnh, hệ thống nâng cấp hoặc cột dùng cho hệ thống đó | |
| | | | | |
| | Hệ thống nâng cấp nước nặng hoàn chỉnh, hoặc cột dùng cho hệ thống đó, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để nâng cấp nước nặng lên nồng độ đơteri cấp lò phản ứng. | | Hệ thống nâng cấp nước nặng hoàn chỉnh, hoặc cột ~~dùng cho hệ thống đó~~ có đường kính từ 0.1 m trở lên, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để nâng cấp nước nặng lên nồng độ đơteri cấp lò phản ứng. | |
| | | | | |
| | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | |
| | | | | |
| | Các hệ thống này, thường sử dụng chưng cất nước để tách nước nặng khỏi nước nhẹ, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng (tức là thường là 99.75% theo | | ~~Các~~ Hệ thống nâng cấp nước nặng thường phục vụ việc vận hành lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước nặng làm chất làm chậm hoặc là một phần của nhà máy sản xuất nước nặng theo quy trình GS (trong trường hợp đó | |
| khối lượng D2O) từ nguyên liệu nước nặng có nồng độ thấp hơn. | chúng thường được gọi là ‘tổ hoàn thiện’). ~~, thường sử dụng chưng~~ ~~cất nước để~~ Thiết bị nâng cấp tách nước nặng khỏi nước nhẹ~~,~~. ~~được thiết kế~~ ~~đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất nước nặng cấp lò phản ứng (tức là thường là~~ ~~99.75% theo khối lượng D~~₂~~O) từ nguyên~~ ~~liệu nước nặng có nồng độ thấp hơn~~ Các hệ thống đó thường sử dụng chưng cất nước, nhưng cũng có thể dựa trên quy trình CECE. Trong lò phản ứng hạt nhân sử dụng nước nặng làm chất làm chậm, thiết bị nâng cấp duy trì nồng độ nước nặng trong vùng hoạt lò phản ứng. | |
| | | |
| | 6.10. Cột hoặc tháp được nhồi chất xúc tác trao đổi đồng vị hydro | |
| | | |
| | Cột hoặc tháp hoàn chỉnh được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc trao đổi đồng vị hydro, có tất cả các đặc tính sau đây: | |
| | | |
| | 1. Được nhồi chất xúc tác mạ bạch kim chống thấm ướt dạng rời hoặc dạng có cấu trúc; | |
| | | |
| | 2. Được chế tạo bằng thép cacbon hoặc thép không gỉ; | |
| | 3. Có khả năng hoạt động ở áp suất trong khoảng từ 0.1 đến 4 MPa; và | |
| | | |
| | 4. Có khả năng hoạt động ở nhiệt độ trong khoảng từ 293 K (20°C) đến 473 K (200°C). | |
| | | |
| | CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH | |
| | | |
| | Trong các quy trình sản xuất nước nặng, cột xúc tác của bậc sơ cấp thường có đường kính lớn hơn 0.5 m và chiều cao lớn hơn 10 m. Trong các thiết bị nâng cấp nước nặng, đường kính tối thiểu thực tế thông thường là 0.1 m. | |
[1] Ủy ban châu Âu và Chủ tịch Ủy ban Zangger tham gia với tư cách quan sát viên.
Nguyên văn tiếng Anh
INTRODUCTORY NOTE
Plutonium conversion plants and systems perform one or more transformations from one plutonium chemical species to another, including: conversion of plutonium nitrate (PuN) to plutonium dioxide (PuO₂), conversion of PuO₂ to plutonium tetrafluoride (PuF₄), and conversion of PuF₄ to plutonium metal. Plutonium conversion plants are usually associated with reprocessing facilities, but may also be associated with plutonium fuel fabrication facilities. Many of the key equipment items for plutonium conversion plants are common to several segments of the chemical process industry. For example, the types of equipment employed in these processes may include: furnaces, rotary kilns, fluidised bed reactors, flame tower reactors, liquid centrifuges, distillation columns and liquid-liquid extraction columns. Hot cells, glove boxes and remote manipulators may also be required. However, few of the items are available ‘offthe-shelf’; most would be prepared according to the requirements and specifications of the customer. Particular care in designing for the special radiological, toxicity and criticality hazards associated with plutonium is essential. In some instances, special design and construction considerations are required to address the corrosive properties of some of the chemicals handled (e.g., HF). Finally, it should be noted that, for all plutonium conversion processes, items of equipment which individually are not especially designed or prepared for plutonium conversion can be assembled into systems which are especially designed or prepared for use in plutonium conversion.
7.2.1. Especially designed or prepared systems for the conversion of plutonium nitrate to oxide
EXPLANATORY NOTE
The main functions involved in this process are: process feed storage and adjustment, precipitation and solid/liquor separation, calcination, product handling, ventilation, waste management, and process control. The process systems are particularly adapted so as to avoid criticality and radiation effects and to minimise toxicity hazards. In most reprocessing facilities, this process involves the conversion of PuN to PuO₂. Other processes can involve the precipitation of plutonium oxalate or plutonium peroxide.
7.2.2. Especially designed or prepared systems for plutonium metal production
EXPLANATORY NOTE
This process usually involves the fluorination of PuO₂, normally with highly corrosive HF, to produce plutonium fluoride which is subsequently reduced using high purity calcium metal to produce metallic plutonium and a calcium fluoride slag. The main functions involved in this process are fluorination (e.g., involving equipment fabricated or lined with a precious metal), metal reduction (e.g., employing ceramic crucibles), slag recovery, product handling, ventilation, waste management and process control. The process systems are particularly adapted so as to avoid criticality and radiation effects and to minimise toxicity hazards. Other processes include the fluorination of plutonium oxalate or plutonium peroxide followed by a reduction to metal.
ANNEX C
CRITERIA FOR LEVELS OF PHYSICAL PROTECTION
1. The purpose of physical protection of nuclear materials is to prevent unauthorised use and handling of these materials. Paragraph 3(a) of the Guidelines document calls for effective physical protection levels consistent with the relevant IAEA recommendations, in particular those set out in INFCIRC/225.
2. Paragraph 3(b) of the Guidelines document states that implementation of measures of physical protection in the recipient country is the responsibility of the Government of that country. However, the levels of physical protection on which these measures have to be based should be the subject of an agreement between supplier and recipient. In this context these requirements should apply to all States.
3. The IAEA document entitled “The Physical Protection of Nuclear Material” (INFCIRC/225) and similar documents which from time to time are prepared by international groups of experts and updated as appropriate to account for changes in the state of the art and state of knowledge with regard to physical protection of nuclear material are a useful basis for guiding recipient States in designing a system of physical protection measures and procedures.
4. The categorisation of nuclear material presented in the attached table or as it may be updated from time to time by mutual agreement of suppliers shall serve as the agreed basis for designating specific levels of physical protection in relation to the type of materials, and equipment and facilities containing these materials, pursuant to paragraph 3(a) and 3(b) of the Guidelines document.
5. The agreed levels of physical protection to be ensured by the competent national authorities in the use, storage and transportation of the materials listed in the attached table shall as a minimum include protection characteristics as follows:
CATEGORY III
Use and Storage within an area to which access in controlled.
Transportation under special precautions including prior arrangements among sender, recipient and carrier, and prior agreement between entities subject to the jurisdiction and regulation of supplier and recipient States, respectively, in case of international transport, specifying time, place and procedures for transferring transport responsibility.
CATEGORY II
Use and Storage within a protected area to which access is controlled, i.e., an area under constant surveillance by guards or electronic devices, surrounded by a physical barrier with a limited number of points of entry under appropriate control, or any area with an equivalent level of physical protection.
Transportation under special precautions including prior arrangements among sender, recipient, and carrier, and prior agreement between entities subject to the jurisdiction and regulation of supplier and recipient States, respectively, in case of international transport, specifying time, place and procedures for transferring transport responsibility.
CATEGORY I
Materials in this category shall be protected with highly reliable systems against unauthorised use as follows:
Use and storage within a highly protected area (i.e., a protected area as defined for Category II above), to which, in addition, access is restricted to persons whose trustworthiness has been determined, and which is under surveillance by guards who are in close communication with appropriate response forces. Specific measures taken in this context should have as their objective the detection and prevention of any assault, unauthorised access or unauthorised removal of material.
Transportation under special precautions as identified above for transportation of Category II and III materials and, in addition, under constant surveillance by escorts and under conditions which assure close communication with appropriate response forces.
6. Suppliers should request identification by recipients of those agencies or authorities having responsibility for ensuring that levels of protection are adequately met and having responsibility for internally co-ordinating response/recovery operations in the event of unauthorised use or handling of protected materials. Suppliers and recipients should also designate points of contact within their national authorities to co-operate on matters of out-of-country transportation and other matters of mutual concern.
TABLE: CATEGORISATION OF NUCLEAR MATERIAL
| Material | Form | | Category | |
| | | I | II | III |
| 1. Plutonium*[a] | Unirradiated*[b] | 2 kg or | Less than 2 kg but more than 500 g | 500 g or |
| | | | | |
| | | more | | less*[c] |
| 2. Uranium-235 | Unirradiated*[b] | 5 kg or more | Less than 5 kg but more than 1 kg | 1 kg or less*[c] |
| | | | | |
| | - uranium enriched to 20% 235U or more | | | |
| | - uranium enriched to 10% 235U but less than 20% | - | 10 kg or more | Less than 10 kg*[c] |
| | - uranium enriched above natural, but less than 10% | - | - | 10 kg or more |
| | | | | |
| | 235U*[d] | | | |
| 3. Uranium-233 | Unirradiated*[b] | 2 kg or more | Less than 2 kg but more than 500 g | 500 g or less*[c] |
| 4. Irradiated fuel | | | Depleted or natural uranium, thorium or low-enriched fuel (less than 10% fissile content)*[e][f] | |
a. As identified in the Trigger List.
b. Material not irradiated in a reactor or material irradiated in a reactor but with a radiation level equal to or less than 1 gray/hour at one metre unshielded.
c. Less than a radiologically significant quantity should be exempted.
- 60 -
d. Natural uranium, depleted uranium, and thorium and quantities of uranium enriched to less than 10% not falling in Category III should be protected in accordance with prudent management practice.
e. Although this level of protection is recommended, it would be open to States, upon evaluation of the specific circumstances, to assign a different category of physical protection.
f. Other fuel which by virtue of its original fissile material content is classified as Category I or II before irradiation may be reduced one category levels while the radiation level from the fuel exceed 1 gray/hour at one metre unshielded.
- 61 -
Explanation and Comparison Table of Changes - Guidelines for Nuclear Transfers and Annexes A, B and C of the
Guidelines for Nuclear Transfers (NSG Part 1 Guidelines)
| Old (Revision 14) | | New (Revision 15) | Reason for Amendment |
| 2. | Annex B, Section 2 | Annex B, Section 2 | This amendment to add an Export Note to |
| | | | |
| 2.1. | Non-nuclear materials for reactors | 2. Non-nuclear material for reactors | Section 2 clarifies that exports of Deuterium and Heavy Water are only controlled if they are for nuclear reactor use. |
| | | | |
| | Deuterium and heavy water | EXPORTS | |
| | | | |
| | Deuterium, heavy water (deuterium oxide) and any other deuterium compound in which the ratio of deuterium to hydrogen atoms exceeds 1:5000 for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above in quantities exceeding 200 kg of | For the purposes of export control, the Government will determine whether or not the exports of non-nuclear materials meeting the specifications identified in paragraphs 2.1. and 2.2. are for nuclear reactor use. Nonnuclear materials having the specifications in paragraphs 2.1. and 2.2. not for use in a nuclear reactor as defined in Annex B, Section 1.1. are not covered by this section. | |
| | | | |
| | | 2.1. Deuterium and heavy water | |
| | | | |
| | | Deuterium, heavy water (deuterium oxide) and any other deuterium compound in which the ratio of deuterium to hydrogen atoms exceeds 1:5000 for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above in quantities exceeding 200 kg of | |
| 2.2. | deuterium atoms for any one recipient country within a period of one calendar year (1 Jan – 31 Dec). | 2.2. | deuterium atoms for any one recipient country within a period of one calendar year (1 Jan – 31 Dec). | |
| | | | | |
| | Nuclear grade graphite | | Nuclear grade graphite | |
| | | | | |
| | Graphite having a purity level better than 5 ppm (parts per million) boron equivalent and with a density greater | | Graphite having a purity level better than 5 ppm (parts per million) boron equivalent and with a density greater | |
| | | | | |
| | 3 than 1.50 g/cm for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above, in quantities exceeding 1 kg. | | 3 than 1.50 g/cm for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above, in quantities exceeding 1 kg. | |
| | | | | |
| | EXPLANATORY NOTE | | EXPLANATORY NOTE | |
| | | | | |
| | For the purpose of export control, the Government will determine whether or not the exports of graphite meeting the above specifications are for nuclear reactor use. Graphite having a purity level better than 5 ppm (parts per million) boron equivalent and with a density greater than 1.50 g/cm³ not for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above is not covered by this paragraph | | ~~For the purpose of export control, the~~ ~~Government will determine whether or~~ ~~not the exports of graphite meeting the~~ ~~above specifications are for nuclear~~ ~~reactor use. Graphite having a purity~~ ~~level better than 5 ppm (parts per~~ ~~million) boron equivalent and with a~~ ~~density greater than 1.50 g/cm3 not for~~ ~~use in a nuclear reactor as defined in~~ ~~paragraph 1.1. above is not covered by~~ ~~this paragraph.~~ | |
| | | | | |
| | Boron Equivalent (BE) may be determined experimentally or is calculated as the sum of BE_(z) for impurities (excluding BE_(carbon) since | | Boron Equivalent (BE) may be determined experimentally or is calculated as the sum of BE_(z) for impurities (excluding BE_(carbon) since | |
| carbon is not considered an impurity) including boron, where: | carbon is not considered an impurity) including boron, where: | |
| | | |
| BE_(z) ppm = CF x concentration of element Z (in ppm); | BE_(z) ppm = CF x concentration of element Z (in ppm); | |
| | | |
| CF is the conversion factor: (σ_(z) x A_(B)) divided by (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) and σ_(z) are the thermal neutron capture cross sections (in barns) for naturally occurring boron and | CF is the conversion factor: (σ_(z) x A_(B)) divided by (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) and σ_(z) are the thermal neutron capture cross sections (in barns) for naturally occurring boron and | |
| | | |
| element Z respectively; and | element Z respectively; and | |
| | | |
| A_(B) and A_(z) are the atomic masses of naturally occurring boron and element Z respectively. | A_(B) and A_(z) are the atomic masses of naturally occurring boron and element Z respectively. | |
| Annex B, Section 6 | Annex B, Section 6 | This amendment to Section 6 (Heavy Water production plants) adds three new processes used for the production of heavy water or for heavy water upgraders systems. The previous text identified (and explained) the Water-Hydrogen Sulphide Exchange Process (or Girdler-Sulphide |
| | | |
| 6. Plants for the production or concentration of heavy water, deuterium and deuterium compounds and equipment especially designed or prepared therefor | 6. Plants for the production or concentration of heavy water, deuterium and deuterium compounds and equipment especially designed or prepared therefor | (GS) process) and the Ammonia- |
| | | |
| INTRODUCTORY NOTE | INTRODUCTORY NOTE | Hydrogen Exchange Process. |
| | | |
| Heavy water can be produced by a variety of processes. However, the two processes that have proven to be commercially viable are the waterhydrogen sulphide exchange process | Heavy water can be produced by a variety of processes. ~~However, the two~~ Five processes are demonstrated here. Older processes that have proven to be commercially viable are the waterhydrogen sulphide exchange process, the Girdler-Sulphide (GS) process~~)~~, | The amended section also includes Combined Electrolysis and Catalytic |
| | | |
| (GS process) and the ammoniahydrogen exchange process. | | Exchange (CECE), Combined Industrial |
| | | |
| | | Reforming and Catalytic Exchange (CIRCE) and Bithermal Hydrogen-Water exchange (BHW). In addition, entry (6.6) on infrared absorption analyzers has been |
| The GS process is based upon the exchange of hydrogen and deuterium between water and hydrogen sulphide within a series of towers which are operated with the top section cold and the bottom section hot. Water flows down the towers while the hydrogen sulphide gas circulates from the bottom to the top of the towers. A series of perforated trays are used to promote mixing between the gas and the water. Deuterium migrates to the water at low temperatures and to the hydrogen sulphide at high temperatures. Gas or water, enriched in deuterium, is removed from the first stage towers at the junction of the hot and cold sections | and the ammonia-hydrogen exchange process. Three newer processes first demonstrated in the early 2000s, are based on catalysed hydrogen-water exchange and have been shown to have the potential for production or upgrading of heavy water on an industrial scale with favourable economics. These processes are: Combined Electrolysis and Catalytic | deleted since the infrared absorption analyzers used in heavy water production plants are not especially designed or prepared for heavy water production. |
| | | |
| | Exchange (CECE), Combined | A new entry (6.10) has been added for columns or towers packed with hydrogen isotope exchange catalyst to account for the addition of the 3 new processes. |
| | | |
| | Industrial Reforming and Catalytic Exchange (CIRCE) and Bithermal Hydrogen-Water exchange (BHW). | Finally, some small updates to process data were made within Section 6. |
| | | |
| | The GS process is based upon the exchange of hydrogen and deuterium between water and hydrogen sulphide within a series of towers which are operated with the top section cold and the bottom section hot. Water flows down the towers while the hydrogen sulphide gas circulates from the bottom to the top of the towers. A series of perforated trays are used to promote mixing between the gas and the water. Deuterium migrates to the water at low temperatures and to the hydrogen sulphide at high temperatures. Gas or water, enriched in deuterium, is removed from the first stage towers at the junction of the hot and cold sections | |
| and the process is repeated in subsequent stage towers. The product of the last stage, water enriched up to 30% by weight in deuterium, is sent to a distillation unit to produce reactor grade heavy water; i.e., 99.75% by weight deuterium oxide (D₂O). | and the process is repeated in subsequent stage towers. The product of the last stage, water enriched up to 30% by weight in deuterium, is sent to a distillation unit to produce reactor grade heavy water; i.e., 99.75% by weight deuterium oxide (D₂O). | |
| | | |
| The ammonia-hydrogen exchange process can extract deuterium from synthesis gas through contact with liquid ammonia (NH₃) in the presence of a catalyst. The synthesis gas is fed into exchange towers and to an ammonia converter. Inside the towers the gas flows from the bottom to the top while the liquid NH₃ flows from the top to the bottom. The deuterium is stripped from the hydrogen in the synthesis gas and concentrated in the NH₃. The NH₃ then flows into an ammonia cracker at the bottom of the tower while the gas flows into an ammonia converter at the top. Further enrichment takes place in subsequent stages and reactor grade heavy water is produced through final distillation. The synthesis gas feed can be provided by an ammonia plant that, in turn, can be constructed in association with a heavy water ammonia-hydrogen exchange plant. The ammonia-hydrogen | The ammonia-hydrogen exchange process can extract deuterium from synthesis gas through contact with liquid ammonia (NH₃) in the presence of a catalyst. The synthesis gas is fed into exchange towers and to an ammonia converter. Inside the towers the gas flows from the bottom to the top while the liquid NH₃ flows from the top to the bottom. The deuterium is stripped from the hydrogen in the synthesis gas and concentrated in the NH₃. The NH₃ then flows into an ammonia cracker at the bottom of the tower while the gas flows into an ammonia converter at the top. Further enrichment takes place in subsequent stages and reactor grade heavy water is produced through final distillation. The synthesis gas feed can be provided by an ammonia plant that, in turn, can be constructed in association with a heavy water ammonia-hydrogen exchange plant. The ammonia-hydrogen | |
| exchange process can also use ordinary water as a feed source of deuterium. | exchange process can also use ordinary water as a feed source of deuterium. | |
| | | |
| Many of the key equipment items for heavy water production plants using GS or the ammonia-hydrogen exchange processes are common to several segments of the chemical and petroleum industries. This is particularly so for small plants using the GS process. However, few of the items are available ‘off-the-shelf’. The GS and ammoniahydrogen processes require the handling of large quantities of flammable, corrosive and toxic fluids at elevated pressures. Accordingly, in establishing the design and operating standards for plants and equipment using these processes, careful attention to the materials selection and specifications is required to ensure long service life with high safety and reliability factors. The choice of scale is primarily a function of economics and need. Thus, most of the equipment items would be prepared according to the requirements of the customer. | Many of the key equipment items for heavy water production plants using GS or the ammonia-hydrogen exchange processes are common to several segments of the chemical and petroleum industries. This is particularly so for small plants using the GS process. However, few of the items are available ‘off-the-shelf’. The GS and ammoniahydrogen processes require the handling of large quantities of flammable, corrosive and toxic fluids at elevated pressures. Accordingly, in establishing the design and operating standards for plants and equipment using these processes, careful attention to the materials selection and specifications is required to ensure long service life with high safety and reliability factors. The choice of scale is primarily a function of economics and need. Thus, most of the equipment items would be prepared according to the requirements of the customer. | |
| | | |
| Finally, it should be noted that, in both the GS and the ammonia-hydrogen exchange processes, items of equipment which individually are not especially | Finally, it should be noted that, in both the GS and the ammonia-hydrogen exchange processes, items of equipment which individually are not especially | |
| designed or prepared for heavy water production can be assembled into systems which are especially designed or prepared for producing heavy water. The catalyst production system used in the ammonia-hydrogen exchange process and water distillation systems used for the final concentration of heavy water to reactor-grade in either process are examples of such systems. | designed or prepared for heavy water production can be assembled into systems which are especially designed or prepared for producing heavy water. The catalyst production system used in the ammonia-hydrogen exchange process and water distillation systems used for the final concentration of heavy water to reactor-grade in either process are examples of such systems. | |
| | | |
| | Of the three main heavy water production processes employing hydrogen-water exchange, two (CECE and CIRCE) are only practical when integrated into large hydrogen production processes where hydrogen is being made for other commercial uses. The third process Bithermal Hydrogen-Water exchange (BHW) could potentially be used in a standalone plant. All these processes require large quantities of specialised wet-proofed platinised catalysts installed in long columns to provide good contact with the water flowing down. The CECE process requires such wet-proofed platinised catalyst exchange columns to be provided with hydrogen from a water electrolyser that receives its water feed from the exchange columns. In this way, the | |
| | heavier isotope (deuterium) will build up a concentration in the electrolyser that receives its water feed from the exchange columns. The electrolyser system may potentially build up its deuterium concentration to almost pure heavy water. In practice the process will be staged and the large first stage typically raises the deuterium concentration by a factor between 5 and 20. The CIRCE process is similar, but uses a steam- | |
| | | |
| | hydrocarbon reformer as the source of hydrogen, providing the reformer with its source of water for steam. In all these plants, the CECE process is typically used as the final stage to produce reactor-grade heavy water. It should be noted that the largest hydrogen production plants in the world produce enough hydrogen to extract about 20-60 Mg per year of heavy water using a CECE or CIRCE process. A BHW process is conceptually the same as the GS, but using hydrogen instead of hydrogen sulphide with a catalyst to promote the deuterium transfer. In an arrangement analogous to the GS process, the BHW process exploits the effect of temperature on the equilibrium ratio of deuterium | |
| The items of equipment which are especially designed or prepared for the production of heavy water utilising | between water and hydrogen. The equilibrium falls with rising temperature. As water flows down through upper cold and lower hot towers, deuterium is enriched between them while hydrogen is circulated up through the hot and cold towers in turn. Water taken from between cold and hot towers is sent on to higher stages for further deuterium enrichment. A BHW process could be built for any scale of production. | |
| | | |
| | The key component in these processes is clearly the specialised wet-proofed platinised catalyst that has proven to be relatively difficult to manufacture on a large scale at reasonable cost. Operating conditions are benign, with non-toxic fluids and catalysts, pressure between atmospheric and about 4 MPa and temperatures in the range 293 K (20°C) to 473 K (200°C). None of the equipment is significantly different from that used in various part of the chemical process industry other than the wet-proofed platinised catalyst. | |
| | | |
| | The items of equipment which are especially designed or prepared for the production of heavy water utilising | |
| 6.2. | either the water-hydrogen sulphide exchange process or the ammoniahydrogen exchange process include the following: | 6.2. | ~~either~~ any of the ~~water-hydrogen~~ ~~sulphide exchange process or the~~ ~~ammonia-hydrogen exchange process~~ technologies described above include the following: | |
| | | | | |
| 6.3. | Blowers and compressors | 6.3. | Blowers and compressors | |
| | | | | |
| | Single stage, low head (i.e., 0.2 MPa) centrifugal blowers or compressors for hydrogen-sulphide gas circulation (i.e., gas containing more than 70% by weight hydrogen sulphide, H₂S) especially designed or prepared for heavy water production utilising the water-hydrogen sulphide exchange process. These blowers or compressors have a throughput capacity greater than or equal to 56 m³/s while operating at pressures greater than or equal to 1.8 MPa suction and have seals designed for wet H₂S service. | | Single stage, low head (i.e., 0.2 MPa) centrifugal blowers or compressors for hydrogen-sulphide gas circulation (i.e., gas containing more than 70% by weight hydrogen sulphide, H₂S) especially designed or prepared for heavy water production utilising the water-hydrogen sulphide exchange process. These blowers or compressors have a throughput capacity greater than or equal to ~~56~~ 5 m³/s while operating at pressures greater than or equal to 1.8 MPa suction and have seals designed for wet H₂S service. | |
| | | | | |
| | Ammonia-hydrogen exchange towers | | Ammonia-hydrogen exchange towers | |
| | | | | |
| | Ammonia-hydrogen exchange towers greater than or equal to 35 m in height with diameters of 1.5 m to 2.5 m capable of operating at pressures greater than 15 MPa especially designed or prepared for heavy water production utilising the ammonia-hydrogen exchange process. | | Ammonia-hydrogen exchange towers greater than or equal to 35 m in height with diameters of 1.5 m ~~to 2.5 m~~ or greater capable of operating at pressures greater than 15 MPa especially designed or prepared for heavy water production utilising the ammonia-hydrogen | |
| 6.6. | These towers also have at least one flanged, axial opening of the same diameter as the cylindrical part through which the tower internals can be inserted or withdrawn. | 6.6. | exchange process. These towers also have at least one flanged, axial opening of the same diameter as the cylindrical part through which the tower internals can be inserted or withdrawn. | |
| | | | | |
| 6.8. | Infrared absorption analysers | 6.8. | [No longer used – since 14 July 2023] ~~Infrared absorption analysers~~ | |
| | | | | |
| | Infrared absorption analysers capable of on-line hydrogen/deuterium ratio analysis where deuterium concentrations are equal to or greater than 90% by weight. | | ~~Infrared absorption analysers capable of~~ ~~on-line hydrogen/deuterium ratio~~ ~~analysis where deuterium~~ ~~concentrations are equal to or greater~~ ~~than 90% by weight.~~ | |
| | | | | |
| | Complete heavy water upgrade systems or columns therefor | | Complete heavy water finishing units, upgrade systems or columns therefor | |
| | | | | |
| | Complete heavy water upgrade systems, or columns therefor, especially designed or prepared for the upgrade of heavy water to reactor-grade deuterium concentration. | | Complete heavy water upgrade systems, or columns ~~therefor~~ with diameters of 0.1 m or greater, especially designed or prepared for the upgrade of heavy water to reactor-grade deuterium concentration. | |
| | | | | |
| | EXPLANATORY NOTE | | EXPLANATORY NOTE | |
| | | | | |
| | These systems, which usually employ water distillation to separate heavy water from light water, are especially designed or prepared to produce reactor grade heavy (i.e., typically 99.75% by | | ~~These~~ Heavy water upgrade systems typically support the operation of a heavy water moderated nuclear reactor or are part of a GS heavy water production plant (in which case | |
| weight D2O from heavy water feedstock of lesser concentration. | they are commonly termed ‘finishing units’). ~~, which usually employ water~~ ~~distillation to~~ Upgraders separate heavy water from light water~~,~~. ~~are especially~~ ~~designed or prepared to produce reactorgrade heavy water (i.e., typically~~ ~~99.75% by weight D~~₂~~O) from heavy~~ ~~water feedstock of lesser~~ Such systems usually employ water distillation, but may also be based on the CECE process. In heavy water moderated nuclear reactors, upgraders maintain the heavy water concentration in the reactor core. | |
| | | |
| | 6.10. Columns or towers packed with hydrogen isotope exchange catalyst | |
| | | |
| | Complete columns or towers especially designed or prepared for hydrogen isotope exchange having all of the following: | |
| | | |
| | 1. Packed with random or structured wet-proofed platinised catalysts; | |
| | | |
| | 2. Constructed of carbon steel or stainless steel; | |
| | 3. Capable of operating with pressure in the range of 0.1 to 4 MPa; and | |
| | | |
| | 4. Capable of operating at temperatures in the range of 293 K (20°C) to 473 K (200°C). | |
| | | |
| | EXPLANATORY NOTE | |
| | | |
| | In heavy water production processes, primary stage catalyst columns have typical diameters greater than 0.5 m and typical heights greater than 10 m. In heavy water upgraders, a typical minimum practical diameter is 0.1 m. | |
[1] The European Commission and the Chair of the Zangger Committee participate as observers.
Plutonium conversion plants and systems perform one or more transformations from one plutonium chemical species to another, including: conversion of plutonium nitrate (PuN) to plutonium dioxide (PuO₂), conversion of PuO₂ to plutonium tetrafluoride (PuF₄), and conversion of PuF₄ to plutonium metal. Plutonium conversion plants are usually associated with reprocessing facilities, but may also be associated with plutonium fuel fabrication facilities. Many of the key equipment items for plutonium conversion plants are common to several segments of the chemical process industry. For example, the types of equipment employed in these processes may include: furnaces, rotary kilns, fluidised bed reactors, flame tower reactors, liquid centrifuges, distillation columns and liquid-liquid extraction columns. Hot cells, glove boxes and remote manipulators may also be required. However, few of the items are available ‘offthe-shelf’; most would be prepared according to the requirements and specifications of the customer. Particular care in designing for the special radiological, toxicity and criticality hazards associated with plutonium is essential. In some instances, special design and construction considerations are required to address the corrosive properties of some of the chemicals handled (e.g., HF). Finally, it should be noted that, for all plutonium conversion processes, items of equipment which individually are not especially designed or prepared for plutonium conversion can be assembled into systems which are especially designed or prepared for use in plutonium conversion.
7.2.1. Especially designed or prepared systems for the conversion of plutonium nitrate to oxide
EXPLANATORY NOTE
The main functions involved in this process are: process feed storage and adjustment, precipitation and solid/liquor separation, calcination, product handling, ventilation, waste management, and process control. The process systems are particularly adapted so as to avoid criticality and radiation effects and to minimise toxicity hazards. In most reprocessing facilities, this process involves the conversion of PuN to PuO₂. Other processes can involve the precipitation of plutonium oxalate or plutonium peroxide.
7.2.2. Especially designed or prepared systems for plutonium metal production
EXPLANATORY NOTE
This process usually involves the fluorination of PuO₂, normally with highly corrosive HF, to produce plutonium fluoride which is subsequently reduced using high purity calcium metal to produce metallic plutonium and a calcium fluoride slag. The main functions involved in this process are fluorination (e.g., involving equipment fabricated or lined with a precious metal), metal reduction (e.g., employing ceramic crucibles), slag recovery, product handling, ventilation, waste management and process control. The process systems are particularly adapted so as to avoid criticality and radiation effects and to minimise toxicity hazards. Other processes include the fluorination of plutonium oxalate or plutonium peroxide followed by a reduction to metal.
ANNEX C
CRITERIA FOR LEVELS OF PHYSICAL PROTECTION
1. The purpose of physical protection of nuclear materials is to prevent unauthorised use and handling of these materials. Paragraph 3(a) of the Guidelines document calls for effective physical protection levels consistent with the relevant IAEA recommendations, in particular those set out in INFCIRC/225.
2. Paragraph 3(b) of the Guidelines document states that implementation of measures of physical protection in the recipient country is the responsibility of the Government of that country. However, the levels of physical protection on which these measures have to be based should be the subject of an agreement between supplier and recipient. In this context these requirements should apply to all States.
3. The IAEA document entitled “The Physical Protection of Nuclear Material” (INFCIRC/225) and similar documents which from time to time are prepared by international groups of experts and updated as appropriate to account for changes in the state of the art and state of knowledge with regard to physical protection of nuclear material are a useful basis for guiding recipient States in designing a system of physical protection measures and procedures.
4. The categorisation of nuclear material presented in the attached table or as it may be updated from time to time by mutual agreement of suppliers shall serve as the agreed basis for designating specific levels of physical protection in relation to the type of materials, and equipment and facilities containing these materials, pursuant to paragraph 3(a) and 3(b) of the Guidelines document.
5. The agreed levels of physical protection to be ensured by the competent national authorities in the use, storage and transportation of the materials listed in the attached table shall as a minimum include protection characteristics as follows:
CATEGORY III
Use and Storage within an area to which access in controlled.
Transportation under special precautions including prior arrangements among sender, recipient and carrier, and prior agreement between entities subject to the jurisdiction and regulation of supplier and recipient States, respectively, in case of international transport, specifying time, place and procedures for transferring transport responsibility.
CATEGORY II
Use and Storage within a protected area to which access is controlled, i.e., an area under constant surveillance by guards or electronic devices, surrounded by a physical barrier with a limited number of points of entry under appropriate control, or any area with an equivalent level of physical protection.
Transportation under special precautions including prior arrangements among sender, recipient, and carrier, and prior agreement between entities subject to the jurisdiction and regulation of supplier and recipient States, respectively, in case of international transport, specifying time, place and procedures for transferring transport responsibility.
CATEGORY I
Materials in this category shall be protected with highly reliable systems against unauthorised use as follows:
Use and storage within a highly protected area (i.e., a protected area as defined for Category II above), to which, in addition, access is restricted to persons whose trustworthiness has been determined, and which is under surveillance by guards who are in close communication with appropriate response forces. Specific measures taken in this context should have as their objective the detection and prevention of any assault, unauthorised access or unauthorised removal of material.
Transportation under special precautions as identified above for transportation of Category II and III materials and, in addition, under constant surveillance by escorts and under conditions which assure close communication with appropriate response forces.
6. Suppliers should request identification by recipients of those agencies or authorities having responsibility for ensuring that levels of protection are adequately met and having responsibility for internally co-ordinating response/recovery operations in the event of unauthorised use or handling of protected materials. Suppliers and recipients should also designate points of contact within their national authorities to co-operate on matters of out-of-country transportation and other matters of mutual concern.
TABLE: CATEGORISATION OF NUCLEAR MATERIAL
| Material | Form | | Category | |
| | | I | II | III |
| 1. Plutonium*[a] | Unirradiated*[b] | 2 kg or | Less than 2 kg but more than 500 g | 500 g or |
| | | | | |
| | | more | | less*[c] |
| 2. Uranium-235 | Unirradiated*[b] | 5 kg or more | Less than 5 kg but more than 1 kg | 1 kg or less*[c] |
| | | | | |
| | - uranium enriched to 20% 235U or more | | | |
| | - uranium enriched to 10% 235U but less than 20% | - | 10 kg or more | Less than 10 kg*[c] |
| | - uranium enriched above natural, but less than 10% | - | - | 10 kg or more |
| | | | | |
| | 235U*[d] | | | |
| 3. Uranium-233 | Unirradiated*[b] | 2 kg or more | Less than 2 kg but more than 500 g | 500 g or less*[c] |
| 4. Irradiated fuel | | | Depleted or natural uranium, thorium or low-enriched fuel (less than 10% fissile content)*[e][f] | |
a. As identified in the Trigger List.
b. Material not irradiated in a reactor or material irradiated in a reactor but with a radiation level equal to or less than 1 gray/hour at one metre unshielded.
c. Less than a radiologically significant quantity should be exempted.
- 60 -
d. Natural uranium, depleted uranium, and thorium and quantities of uranium enriched to less than 10% not falling in Category III should be protected in accordance with prudent management practice.
e. Although this level of protection is recommended, it would be open to States, upon evaluation of the specific circumstances, to assign a different category of physical protection.
f. Other fuel which by virtue of its original fissile material content is classified as Category I or II before irradiation may be reduced one category levels while the radiation level from the fuel exceed 1 gray/hour at one metre unshielded.
- 61 -
Explanation and Comparison Table of Changes - Guidelines for Nuclear Transfers and Annexes A, B and C of the
Guidelines for Nuclear Transfers (NSG Part 1 Guidelines)
| Old (Revision 14) | | New (Revision 15) | Reason for Amendment |
| 2. | Annex B, Section 2 | Annex B, Section 2 | This amendment to add an Export Note to |
| | | | |
| 2.1. | Non-nuclear materials for reactors | 2. Non-nuclear material for reactors | Section 2 clarifies that exports of Deuterium and Heavy Water are only controlled if they are for nuclear reactor use. |
| | | | |
| | Deuterium and heavy water | EXPORTS | |
| | | | |
| | Deuterium, heavy water (deuterium oxide) and any other deuterium compound in which the ratio of deuterium to hydrogen atoms exceeds 1:5000 for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above in quantities exceeding 200 kg of | For the purposes of export control, the Government will determine whether or not the exports of non-nuclear materials meeting the specifications identified in paragraphs 2.1. and 2.2. are for nuclear reactor use. Nonnuclear materials having the specifications in paragraphs 2.1. and 2.2. not for use in a nuclear reactor as defined in Annex B, Section 1.1. are not covered by this section. | |
| | | | |
| | | 2.1. Deuterium and heavy water | |
| | | | |
| | | Deuterium, heavy water (deuterium oxide) and any other deuterium compound in which the ratio of deuterium to hydrogen atoms exceeds 1:5000 for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above in quantities exceeding 200 kg of | |
| 2.2. | deuterium atoms for any one recipient country within a period of one calendar year (1 Jan – 31 Dec). | 2.2. | deuterium atoms for any one recipient country within a period of one calendar year (1 Jan – 31 Dec). | |
| | | | | |
| | Nuclear grade graphite | | Nuclear grade graphite | |
| | | | | |
| | Graphite having a purity level better than 5 ppm (parts per million) boron equivalent and with a density greater | | Graphite having a purity level better than 5 ppm (parts per million) boron equivalent and with a density greater | |
| | | | | |
| | 3 than 1.50 g/cm for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above, in quantities exceeding 1 kg. | | 3 than 1.50 g/cm for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above, in quantities exceeding 1 kg. | |
| | | | | |
| | EXPLANATORY NOTE | | EXPLANATORY NOTE | |
| | | | | |
| | For the purpose of export control, the Government will determine whether or not the exports of graphite meeting the above specifications are for nuclear reactor use. Graphite having a purity level better than 5 ppm (parts per million) boron equivalent and with a density greater than 1.50 g/cm³ not for use in a nuclear reactor as defined in paragraph 1.1. above is not covered by this paragraph | | ~~For the purpose of export control, the~~ ~~Government will determine whether or~~ ~~not the exports of graphite meeting the~~ ~~above specifications are for nuclear~~ ~~reactor use. Graphite having a purity~~ ~~level better than 5 ppm (parts per~~ ~~million) boron equivalent and with a~~ ~~density greater than 1.50 g/cm3 not for~~ ~~use in a nuclear reactor as defined in~~ ~~paragraph 1.1. above is not covered by~~ ~~this paragraph.~~ | |
| | | | | |
| | Boron Equivalent (BE) may be determined experimentally or is calculated as the sum of BE_(z) for impurities (excluding BE_(carbon) since | | Boron Equivalent (BE) may be determined experimentally or is calculated as the sum of BE_(z) for impurities (excluding BE_(carbon) since | |
| carbon is not considered an impurity) including boron, where: | carbon is not considered an impurity) including boron, where: | |
| | | |
| BE_(z) ppm = CF x concentration of element Z (in ppm); | BE_(z) ppm = CF x concentration of element Z (in ppm); | |
| | | |
| CF is the conversion factor: (σ_(z) x A_(B)) divided by (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) and σ_(z) are the thermal neutron capture cross sections (in barns) for naturally occurring boron and | CF is the conversion factor: (σ_(z) x A_(B)) divided by (σ_(B) x A_(z)); σ_(B) and σ_(z) are the thermal neutron capture cross sections (in barns) for naturally occurring boron and | |
| | | |
| element Z respectively; and | element Z respectively; and | |
| | | |
| A_(B) and A_(z) are the atomic masses of naturally occurring boron and element Z respectively. | A_(B) and A_(z) are the atomic masses of naturally occurring boron and element Z respectively. | |
| Annex B, Section 6 | Annex B, Section 6 | This amendment to Section 6 (Heavy Water production plants) adds three new processes used for the production of heavy water or for heavy water upgraders systems. The previous text identified (and explained) the Water-Hydrogen Sulphide Exchange Process (or Girdler-Sulphide |
| | | |
| 6. Plants for the production or concentration of heavy water, deuterium and deuterium compounds and equipment especially designed or prepared therefor | 6. Plants for the production or concentration of heavy water, deuterium and deuterium compounds and equipment especially designed or prepared therefor | (GS) process) and the Ammonia- |
| | | |
| INTRODUCTORY NOTE | INTRODUCTORY NOTE | Hydrogen Exchange Process. |
| | | |
| Heavy water can be produced by a variety of processes. However, the two processes that have proven to be commercially viable are the waterhydrogen sulphide exchange process | Heavy water can be produced by a variety of processes. ~~However, the two~~ Five processes are demonstrated here. Older processes that have proven to be commercially viable are the waterhydrogen sulphide exchange process, the Girdler-Sulphide (GS) process~~)~~, | The amended section also includes Combined Electrolysis and Catalytic |
| | | |
| (GS process) and the ammoniahydrogen exchange process. | | Exchange (CECE), Combined Industrial |
| | | |
| | | Reforming and Catalytic Exchange (CIRCE) and Bithermal Hydrogen-Water exchange (BHW). In addition, entry (6.6) on infrared absorption analyzers has been |
| The GS process is based upon the exchange of hydrogen and deuterium between water and hydrogen sulphide within a series of towers which are operated with the top section cold and the bottom section hot. Water flows down the towers while the hydrogen sulphide gas circulates from the bottom to the top of the towers. A series of perforated trays are used to promote mixing between the gas and the water. Deuterium migrates to the water at low temperatures and to the hydrogen sulphide at high temperatures. Gas or water, enriched in deuterium, is removed from the first stage towers at the junction of the hot and cold sections | and the ammonia-hydrogen exchange process. Three newer processes first demonstrated in the early 2000s, are based on catalysed hydrogen-water exchange and have been shown to have the potential for production or upgrading of heavy water on an industrial scale with favourable economics. These processes are: Combined Electrolysis and Catalytic | deleted since the infrared absorption analyzers used in heavy water production plants are not especially designed or prepared for heavy water production. |
| | | |
| | Exchange (CECE), Combined | A new entry (6.10) has been added for columns or towers packed with hydrogen isotope exchange catalyst to account for the addition of the 3 new processes. |
| | | |
| | Industrial Reforming and Catalytic Exchange (CIRCE) and Bithermal Hydrogen-Water exchange (BHW). | Finally, some small updates to process data were made within Section 6. |
| | | |
| | The GS process is based upon the exchange of hydrogen and deuterium between water and hydrogen sulphide within a series of towers which are operated with the top section cold and the bottom section hot. Water flows down the towers while the hydrogen sulphide gas circulates from the bottom to the top of the towers. A series of perforated trays are used to promote mixing between the gas and the water. Deuterium migrates to the water at low temperatures and to the hydrogen sulphide at high temperatures. Gas or water, enriched in deuterium, is removed from the first stage towers at the junction of the hot and cold sections | |
| and the process is repeated in subsequent stage towers. The product of the last stage, water enriched up to 30% by weight in deuterium, is sent to a distillation unit to produce reactor grade heavy water; i.e., 99.75% by weight deuterium oxide (D₂O). | and the process is repeated in subsequent stage towers. The product of the last stage, water enriched up to 30% by weight in deuterium, is sent to a distillation unit to produce reactor grade heavy water; i.e., 99.75% by weight deuterium oxide (D₂O). | |
| | | |
| The ammonia-hydrogen exchange process can extract deuterium from synthesis gas through contact with liquid ammonia (NH₃) in the presence of a catalyst. The synthesis gas is fed into exchange towers and to an ammonia converter. Inside the towers the gas flows from the bottom to the top while the liquid NH₃ flows from the top to the bottom. The deuterium is stripped from the hydrogen in the synthesis gas and concentrated in the NH₃. The NH₃ then flows into an ammonia cracker at the bottom of the tower while the gas flows into an ammonia converter at the top. Further enrichment takes place in subsequent stages and reactor grade heavy water is produced through final distillation. The synthesis gas feed can be provided by an ammonia plant that, in turn, can be constructed in association with a heavy water ammonia-hydrogen exchange plant. The ammonia-hydrogen | The ammonia-hydrogen exchange process can extract deuterium from synthesis gas through contact with liquid ammonia (NH₃) in the presence of a catalyst. The synthesis gas is fed into exchange towers and to an ammonia converter. Inside the towers the gas flows from the bottom to the top while the liquid NH₃ flows from the top to the bottom. The deuterium is stripped from the hydrogen in the synthesis gas and concentrated in the NH₃. The NH₃ then flows into an ammonia cracker at the bottom of the tower while the gas flows into an ammonia converter at the top. Further enrichment takes place in subsequent stages and reactor grade heavy water is produced through final distillation. The synthesis gas feed can be provided by an ammonia plant that, in turn, can be constructed in association with a heavy water ammonia-hydrogen exchange plant. The ammonia-hydrogen | |
| exchange process can also use ordinary water as a feed source of deuterium. | exchange process can also use ordinary water as a feed source of deuterium. | |
| | | |
| Many of the key equipment items for heavy water production plants using GS or the ammonia-hydrogen exchange processes are common to several segments of the chemical and petroleum industries. This is particularly so for small plants using the GS process. However, few of the items are available ‘off-the-shelf’. The GS and ammoniahydrogen processes require the handling of large quantities of flammable, corrosive and toxic fluids at elevated pressures. Accordingly, in establishing the design and operating standards for plants and equipment using these processes, careful attention to the materials selection and specifications is required to ensure long service life with high safety and reliability factors. The choice of scale is primarily a function of economics and need. Thus, most of the equipment items would be prepared according to the requirements of the customer. | Many of the key equipment items for heavy water production plants using GS or the ammonia-hydrogen exchange processes are common to several segments of the chemical and petroleum industries. This is particularly so for small plants using the GS process. However, few of the items are available ‘off-the-shelf’. The GS and ammoniahydrogen processes require the handling of large quantities of flammable, corrosive and toxic fluids at elevated pressures. Accordingly, in establishing the design and operating standards for plants and equipment using these processes, careful attention to the materials selection and specifications is required to ensure long service life with high safety and reliability factors. The choice of scale is primarily a function of economics and need. Thus, most of the equipment items would be prepared according to the requirements of the customer. | |
| | | |
| Finally, it should be noted that, in both the GS and the ammonia-hydrogen exchange processes, items of equipment which individually are not especially | Finally, it should be noted that, in both the GS and the ammonia-hydrogen exchange processes, items of equipment which individually are not especially | |
| designed or prepared for heavy water production can be assembled into systems which are especially designed or prepared for producing heavy water. The catalyst production system used in the ammonia-hydrogen exchange process and water distillation systems used for the final concentration of heavy water to reactor-grade in either process are examples of such systems. | designed or prepared for heavy water production can be assembled into systems which are especially designed or prepared for producing heavy water. The catalyst production system used in the ammonia-hydrogen exchange process and water distillation systems used for the final concentration of heavy water to reactor-grade in either process are examples of such systems. | |
| | | |
| | Of the three main heavy water production processes employing hydrogen-water exchange, two (CECE and CIRCE) are only practical when integrated into large hydrogen production processes where hydrogen is being made for other commercial uses. The third process Bithermal Hydrogen-Water exchange (BHW) could potentially be used in a standalone plant. All these processes require large quantities of specialised wet-proofed platinised catalysts installed in long columns to provide good contact with the water flowing down. The CECE process requires such wet-proofed platinised catalyst exchange columns to be provided with hydrogen from a water electrolyser that receives its water feed from the exchange columns. In this way, the | |
| | heavier isotope (deuterium) will build up a concentration in the electrolyser that receives its water feed from the exchange columns. The electrolyser system may potentially build up its deuterium concentration to almost pure heavy water. In practice the process will be staged and the large first stage typically raises the deuterium concentration by a factor between 5 and 20. The CIRCE process is similar, but uses a steam- | |
| | | |
| | hydrocarbon reformer as the source of hydrogen, providing the reformer with its source of water for steam. In all these plants, the CECE process is typically used as the final stage to produce reactor-grade heavy water. It should be noted that the largest hydrogen production plants in the world produce enough hydrogen to extract about 20-60 Mg per year of heavy water using a CECE or CIRCE process. A BHW process is conceptually the same as the GS, but using hydrogen instead of hydrogen sulphide with a catalyst to promote the deuterium transfer. In an arrangement analogous to the GS process, the BHW process exploits the effect of temperature on the equilibrium ratio of deuterium | |
| The items of equipment which are especially designed or prepared for the production of heavy water utilising | between water and hydrogen. The equilibrium falls with rising temperature. As water flows down through upper cold and lower hot towers, deuterium is enriched between them while hydrogen is circulated up through the hot and cold towers in turn. Water taken from between cold and hot towers is sent on to higher stages for further deuterium enrichment. A BHW process could be built for any scale of production. | |
| | | |
| | The key component in these processes is clearly the specialised wet-proofed platinised catalyst that has proven to be relatively difficult to manufacture on a large scale at reasonable cost. Operating conditions are benign, with non-toxic fluids and catalysts, pressure between atmospheric and about 4 MPa and temperatures in the range 293 K (20°C) to 473 K (200°C). None of the equipment is significantly different from that used in various part of the chemical process industry other than the wet-proofed platinised catalyst. | |
| | | |
| | The items of equipment which are especially designed or prepared for the production of heavy water utilising | |
| 6.2. | either the water-hydrogen sulphide exchange process or the ammoniahydrogen exchange process include the following: | 6.2. | ~~either~~ any of the ~~water-hydrogen~~ ~~sulphide exchange process or the~~ ~~ammonia-hydrogen exchange process~~ technologies described above include the following: | |
| | | | | |
| 6.3. | Blowers and compressors | 6.3. | Blowers and compressors | |
| | | | | |
| | Single stage, low head (i.e., 0.2 MPa) centrifugal blowers or compressors for hydrogen-sulphide gas circulation (i.e., gas containing more than 70% by weight hydrogen sulphide, H₂S) especially designed or prepared for heavy water production utilising the water-hydrogen sulphide exchange process. These blowers or compressors have a throughput capacity greater than or equal to 56 m³/s while operating at pressures greater than or equal to 1.8 MPa suction and have seals designed for wet H₂S service. | | Single stage, low head (i.e., 0.2 MPa) centrifugal blowers or compressors for hydrogen-sulphide gas circulation (i.e., gas containing more than 70% by weight hydrogen sulphide, H₂S) especially designed or prepared for heavy water production utilising the water-hydrogen sulphide exchange process. These blowers or compressors have a throughput capacity greater than or equal to ~~56~~ 5 m³/s while operating at pressures greater than or equal to 1.8 MPa suction and have seals designed for wet H₂S service. | |
| | | | | |
| | Ammonia-hydrogen exchange towers | | Ammonia-hydrogen exchange towers | |
| | | | | |
| | Ammonia-hydrogen exchange towers greater than or equal to 35 m in height with diameters of 1.5 m to 2.5 m capable of operating at pressures greater than 15 MPa especially designed or prepared for heavy water production utilising the ammonia-hydrogen exchange process. | | Ammonia-hydrogen exchange towers greater than or equal to 35 m in height with diameters of 1.5 m ~~to 2.5 m~~ or greater capable of operating at pressures greater than 15 MPa especially designed or prepared for heavy water production utilising the ammonia-hydrogen | |
| 6.6. | These towers also have at least one flanged, axial opening of the same diameter as the cylindrical part through which the tower internals can be inserted or withdrawn. | 6.6. | exchange process. These towers also have at least one flanged, axial opening of the same diameter as the cylindrical part through which the tower internals can be inserted or withdrawn. | |
| | | | | |
| 6.8. | Infrared absorption analysers | 6.8. | [No longer used – since 14 July 2023] ~~Infrared absorption analysers~~ | |
| | | | | |
| | Infrared absorption analysers capable of on-line hydrogen/deuterium ratio analysis where deuterium concentrations are equal to or greater than 90% by weight. | | ~~Infrared absorption analysers capable of~~ ~~on-line hydrogen/deuterium ratio~~ ~~analysis where deuterium~~ ~~concentrations are equal to or greater~~ ~~than 90% by weight.~~ | |
| | | | | |
| | Complete heavy water upgrade systems or columns therefor | | Complete heavy water finishing units, upgrade systems or columns therefor | |
| | | | | |
| | Complete heavy water upgrade systems, or columns therefor, especially designed or prepared for the upgrade of heavy water to reactor-grade deuterium concentration. | | Complete heavy water upgrade systems, or columns ~~therefor~~ with diameters of 0.1 m or greater, especially designed or prepared for the upgrade of heavy water to reactor-grade deuterium concentration. | |
| | | | | |
| | EXPLANATORY NOTE | | EXPLANATORY NOTE | |
| | | | | |
| | These systems, which usually employ water distillation to separate heavy water from light water, are especially designed or prepared to produce reactor grade heavy (i.e., typically 99.75% by | | ~~These~~ Heavy water upgrade systems typically support the operation of a heavy water moderated nuclear reactor or are part of a GS heavy water production plant (in which case | |
| weight D2O from heavy water feedstock of lesser concentration. | they are commonly termed ‘finishing units’). ~~, which usually employ water~~ ~~distillation to~~ Upgraders separate heavy water from light water~~,~~. ~~are especially~~ ~~designed or prepared to produce reactorgrade heavy water (i.e., typically~~ ~~99.75% by weight D~~₂~~O) from heavy~~ ~~water feedstock of lesser~~ Such systems usually employ water distillation, but may also be based on the CECE process. In heavy water moderated nuclear reactors, upgraders maintain the heavy water concentration in the reactor core. | |
| | | |
| | 6.10. Columns or towers packed with hydrogen isotope exchange catalyst | |
| | | |
| | Complete columns or towers especially designed or prepared for hydrogen isotope exchange having all of the following: | |
| | | |
| | 1. Packed with random or structured wet-proofed platinised catalysts; | |
| | | |
| | 2. Constructed of carbon steel or stainless steel; | |
| | 3. Capable of operating with pressure in the range of 0.1 to 4 MPa; and | |
| | | |
| | 4. Capable of operating at temperatures in the range of 293 K (20°C) to 473 K (200°C). | |
| | | |
| | EXPLANATORY NOTE | |
| | | |
| | In heavy water production processes, primary stage catalyst columns have typical diameters greater than 0.5 m and typical heights greater than 10 m. In heavy water upgraders, a typical minimum practical diameter is 0.1 m. | |
[1] The European Commission and the Chair of the Zangger Committee participate as observers.