ISO 16659-1:2022
(Main)Ventilation systems for nuclear facilities — In-situ efficiency test methods for iodine traps with solid sorbent — Part 1: General requirements
Ventilation systems for nuclear facilities — In-situ efficiency test methods for iodine traps with solid sorbent — Part 1: General requirements
The scope of ISO 16659 series is to provide different test methods aiming at assessing the efficiency of radioactive iodine traps in ventilation systems of nuclear facilities. The ISO 16659 series deals with iodine traps containing a solid sorbent — mainly activated and impregnated charcoal, the most common solid iodine sorbents used in the ventilation systems of nuclear facilities — as well as other sorbents for special conditions (e.g. high temperature zeolites). The scope of this document is to provide general and common requirements for the different test methods for industrial nuclear facilities. The different methods will be described in other specific parts of ISO 16659 series. Nuclear medicine applications are excluded from the scope of ISO 16659 series. In principle, ISO 16659 series is used mainly for filtering radioactive iodine, but other radioactive gases can also be trapped together with iodine. In such a case, some specificity may have to be adapted for these other radioactive gases in specific parts of ISO 16659 series. This document describes the main general requirements in order to check in situ the efficiency of the iodine traps, according to test conditions that are proposed to be as reproducible as possible.
Systèmes de ventilation pour les installations nucléaires — Méthodes d’essai in-situ de l’efficacité des pièges à iode à sorbant solide — Partie 1: Exigences générales
Le domaine d’application de la série ISO 16659 est de fournir différentes méthodes d’essai visant à évaluer l’efficacité des pièges à iode radioactif dans les systèmes de ventilation des installations nucléaires. La série ISO 16659 concerne les pièges à iode contenant un sorbant solide — principalement du charbon actif et imprégné, les sorbants solides pour l’iode les plus communément utilisés dans les systèmes de ventilation des installations nucléaires — ainsi que d’autres sorbants pour des conditions particulières (par exemple les zéolites à haute température). Le domaine d’application du présent document est de fournir des exigences générales et communes pour les différentes méthodes d’essai pour les installations nucléaires industrielles. Les différentes méthodes seront décrites dans d’autres parties spécifiques de la série ISO 16659. Les applications en médecine nucléaire sont exclues du domaine d’application de la série ISO 16659. En principe, la série ISO 16659 est utilisée principalement pour la filtration de l’iode radioactif, mais d’autres gaz radioactifs peuvent également être piégés avec l’iode. Dans un tel cas, il peut être nécessaire d’effectuer des adaptations spécifiques pour ces autres gaz radioactifs dans des parties spécifiques de la série ISO 16659. Le présent document décrit les exigences générales principales pour la vérification sur site de l’efficacité des pièges à iode, conformément aux conditions d’essai qui sont proposées pour être aussi reproductibles que possible.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16659-1
First edition
2022-12
Ventilation systems for nuclear
facilities — In-situ efficiency test
methods for iodine traps with solid
sorbent —
Part 1:
General requirements
Systèmes de ventilation pour les installations nucléaires — Méthodes
d’essai in-situ de l’efficacité des pièges à iode à sorbant solide —
Partie 1: Exigences générales
Reference number
© ISO 2022
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below
or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Trapping phenomena and influencing factors . 4
4.1 Type of iodine to be filtered in nuclear facilities . 4
4.2 Trapping phenomena . 5
4.3 Iodine trapping mechanisms inside porous filters . 5
4.3.1 Physical adsorption . 5
4.3.2 Chemisorption . 6
4.3.3 Isotopic exchange. 6
4.3.4 Desorption . 7
4.4 Parameters influencing the performance of iodine traps . 7
4.4.1 Initial conditioning and equilibrium conditions . 7
4.4.2 Initial tracer gas concentration and composition . 7
4.4.3 Effect of relative humidity (hygrometry) . 7
4.4.4 Influence of contact time between air and the sorbent (air velocity) . 8
4.4.5 Ageing of the iodine traps . 8
4.4.6 Influence of grain size and density . 8
5 Main principles of test methods of iodine traps . 8
5.1 Method principle . 8
5.2 Main considerations. 9
5.3 Choice of the tracer gas, choice of the method . 10
6 General requirements for the iodine trap to be tested.10
6.1 General . 10
6.2 Characteristics of iodine trapping medium . 11
6.3 Characteristics of the iodine trap housing . 11
7 General requirements for the facility in which the iodine trap is tested .11
7.1 General . 11
7.2 Preliminary requirements . 11
7.3 Conditioning of the ventilation system .12
7.4 Relative humidity . 12
7.5 Air flow rate . 13
7.6 Pressure drop of the trap .13
7.7 Representativity of sampling .13
8 General requirements for the safety of workers and members of the public .13
8.1 Main workers safety provisions . 13
8.2 Main provisions for ensuring safety of members of the public and the environment .13
9 Quality assurance and quality control .14
Annex A (informative) Generic table of contents for subsequent parts of ISO 16659 .15
Annex B (informative) Examples of facility layout for iodine filters .16
Annex C (informative) Example of typical test report .19
Bibliography .20
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies,
and radiological protection, Subcommittee SC 2, Radiological protection.
A list of all parts in the ISO 16659 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
In nuclear facilities, iodine traps are usually used on ventilation systems to limit radioactive iodine
effluent releases into the environment, to reduce iodine concentration in the air of facilities by recycling
or to prevent radioactive iodine from entering into protected areas (such as control room for example).
Some examples of the iodine trapping systems are shown in Annex B. The knowledge or the warranty of
the capacity of these devices to trap iodine could be necessary, particularly when they are valued in the
safety demonstration.
[21]
The IAEA recommends in the Safety Guide SSG-53 to test periodically the efficiency of
confinement systems used to limit gaseous radioactive effluents releases into the environment. This
recommendation is transcribed in some national rules by requirements about testing the efficiency of
filtration or scrubbing devices of facilities’ ventilation systems but, no international standard exists for
the methods to be used for testing them in situ. ISO 17873 and ISO 26802 recommend periodic testing
after their installation as well. Some design recommendations may also be found in national standards
[8]
(e.g. ASTM standard ).
This document is the general part of a set of standards on the different current methods of tests. It
describes common provisions to use to test in situ the iodine trap scrubbing efficiency of ventilation
systems of nuclear facilities. These provisions deal with the methods used according to the expected
role of this iodine trap, requirements about workers protections, and requirements for environment
protection to take into account during these tests. Specific methods will be presented in the different
parts of ISO 16659, using radioactive nuclides (e.g. ICH in order to determine the filters efficiency or
gases such as cyclohexane in order to perform integrity tests).
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16659-1:2022(E)
Ventilation systems for nuclear facilities — In-situ
efficiency test methods for iodine traps with solid
sorbent —
Part 1:
General requirements
1 Scope
The scope of ISO 16659 series is to provide different test methods aiming at assessing the efficiency
of radioactive iodine traps in ventilation systems of nuclear facilities. The ISO 16659 series deals with
iodine traps containing a solid sorbent — mainly activated and impregnated charcoal, the most common
solid iodine sorbents used in the ventilation systems of nuclear facilities — as well as other sorbents for
special conditions (e.g. high temperature zeolites).
The scope of this document is to provide general and common requirements for the different test
methods for industrial nuclear facilities. The different methods will be described in other specific parts
of ISO 16659 series. Nuclear medicine applications are excluded from the scope of ISO 16659 series.
In principle, ISO 16659 series is used mainly for filtering radioactive iodine, but other radioactive gases
can also be trapped together with iodine. In such a case, some specificity may have to be adapted for
these other radioactive gases in specific parts of ISO 16659 series.
This document describes the main general requirements in order to check in situ the efficiency of the
iodine traps, according to test conditions that are proposed to be as reproducible as possible.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 2889:2021, Sampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
activated and impregnated charcoal
carbon fiber filter
charcoal or carbon fiber filters often obtained from biomass or synthetic fiber precursors and for which
its specific surface is drastically increased by physical or chemical activation during a high temperature
thermal treatment
Note 1 to entry: Its specific surface area is so high and so its adsorption capacity, that it is largely used in iodine
trap in nuclear installations or mask for workers.
Note 2 to entry: The activated charcoal can be impregnated with potassium iodide (KI) and/or triethylenediamine
(TEDA) to enhance the decontamination factor by increasing respectively isotopic exchange and chemical
adsorption.
Note 3 to entry: Activated carbon fiber filter are also used for nuclear applications for iodine trap in nuclear
installations or mask for workers; their principle is to use microporous trapping phenomena (increasing the
specific surface area) instead of macro-porous trapping phenomena in conventional charcoal filters.
3.2
adsorption
surface phenomenon that results in the increase of the density of an adsorbate, a substance that is
adsorbed (atoms, ions or molecules from a gas, liquid or dissolved solid), due to fixation to a surface by
different physical (physisorption) or chemical (chemisorption) processes with different energies
Note 1 to entry: It differs from absorption, in which a fluid (the absorbate) is dissolved by or permeates a liquid or
solid (the absorbent), respectively. Absorption is a volume phenomenon.
Note 2 to entry: Charcoal, argil or zeolite are good adsorbent due to their crystalline structure.
3.3
chemical adsorption
chemisorption
adsorption (3.2) resulting from a surface chemical reaction between the adsorbate and the impregnated
surface of the sorbent with formation of a chemical bond
Note 1 to entry: This irreversible phenomenon leads to a deep modification of the repartition of the electronic
charges of the adsorbed molecules, the forces are similar to the chemical bond.
3.4
contact time
gas flow transit time through sorbent layer (or sorbent bed)
Note 1 to entry: Contact time, τ, is expressed using the ratio: sorbent thickness (in metres)/frontal speed (in
meter per second) or using the ratio: sorbent volume (in cubic meter)/flow rate throw the sorbent (in cubic
metres per second).
3.5
decontamination factor
f
D
measure of the efficiency achieved by a filter and corresponding to the ratio of activity, A, of the species,
expressed in Bq at the inlet of the filter (or concentration of tracer, C ) and the activity of the
upstream
species in Bq, a, (or concentration of tracer, C ) at the outlet of the filter
downstream
Decontamination factor f is expressed using the following formula:
D
f = A/a = C /C
D upstream downstream
where A and a are the activity upstream and downstream and C and C are the concen-
upstream downstream
tration upstream and downstream, the f being greater than 1.
D
Note 1 to entry: The decontamination factor is related to efficiency, E, and penetration, P, by the following
relation:
1 1
f = =
D
1−EP
Note 2 to entry: The decontamination factor considers both the intrinsic quality of the sorbent and leaks of the
in situ complete integrated device (internal, due to mounting, by-pass, etc.).
Note 3 to entry: The notion of decontamination factor applies particularly to tests with radioactive tracer gas.
3.6
desorption
inverse phenomenon of the physical adsorption (3.2) due to physical or chemical modification of the
sorbent (increase of temperature, decrease of pressure, etc.)
3.7
efficiency
E
ratio of the quantity of species (particles or gas) retained by the filter to the quantity entering it
Note 1 to entry: Efficiency is always less than or equal to 1.
3.8
frontal speed
speed of gaseous radioactive wastes through sorbent bed layer
3.9
hygrometric and thermal equilibrium
conditions for which hygrometric or thermal parameters of the air flow containing water vapor crossing
the sorbent start to reach asymptotic value downstream the sorbent such as it can be considered that
the sorbent and air flow are in equilibrium
3.10
integrity test
in situ test indicating whether the filter or material is performing as designed, such as to identify
potential non-filtered leaks
3.11
iodine sorbent
sorbent intended for trapping radioiodine in gaseous radioactive effluent, usually based on activated
and impregnated charcoal, silver impregnated zeolite or silver nitrite impregnated catalytic devices
3.12
iodine trap
device intended to trap radioiodine in gaseous radioactive effluents by using a solid sorbent in an
enclosure
3.13
isotopic exchange
permutation of two isotopes of the same chemical element within a molecule
EXAMPLE An atom of iodine 131 in a CH I molecule in a gas form exchanges its position with a stable iodine
127 in a KI molecule impregnated on the surface of the sorbent.
3.14
nominal user flow rate
volume flow rate specified by the user which pass through the iodine trap (3.12) during the test
Note 1 to entry: This flow rate may be different from the flow rate specified by the manufacturer.
3.15
penetration
P
ratio of the quantity of species (particles or gas) penetrating the filter to the quantity entering it
Note 1 to entry: Penetration is always less than or equal to 1.
3.16
physical adsorption
physisorption
adsorption (3.2) with low energy of adhesion (e.g. Van der Waals) and reversible phenomenon
3.17
sorbent thickness
thickness of the sorbent layer
3.18
sorbent volume
quantity of solid sorbent present in the iodine trap (3.12)
3.19
specific surface area of the sorbent
total surface area (exchange surface) of the sorbent, expressed in square meter per a mass unity (in g)
Note 1 to entry: This parameter can be calculated from the surface area of a monolayer of an adsorbed probe
molecule (adsorbate) at standard temperature and pressure (STP) and normalized per mass unit of sorbent.
Note 2 to entry: The specific surface area of the sorbent defines the surface available for adsorption and
accessibility to adsorption sites.
Note 3 to entry: The most widely used method for determining specific surface area is the Brunauer, Emmett and
Teller (BET) method. The determination of the specific surface area according to the BET method is defined in
ISO 9277.
3.20
tracer gas
gas used in test
3.21
zeolite
crystalline aluminosilicate minerals that form microporous frameworks, commonly used as commercial
adsorbents and catalysts
Note 1 to entry: These are commonly referred to as molecular sieves.
4 Trapping phenomena and influencing factors
4.1 Type of iodine to be filtered in nuclear facilities
Radioactive iodine is a fission product representing a serious radiological impact due to its radiotoxicity
131 132 133 135
as well as its affinity toward the thyroid gland. Different isotopes of iodine (mainly I, I, I, I)
can be produced from fission reactions occurring within the fuel matrix of nuclear reactors. The I
isotope can also be produced from fission process, and may be released by other nuclear facilities (e.g.
fuel reprocessing plants, isotope production facilities).
Isotope I with a half-life of about 8 days is the main contributor to iodine radiological consequences
to the environment for nuclear power plants (NPPs). Isotopes with long half-lives such as I (half-life
about 1,6x10 years) could be released by spent fuel reprocessing facilities. Finally, beta minus (β−)
129 131 132 133 134 135 123 124
decay iodine isotopes I, I, I, I, I, I and beta plus (β+) decay iodine isotopes I, I,
125 126
I, I with half-lives of less than 2 months could be produced or released by laboratories or isotope
production facilities.
Radioactive iodine can be released in gaseous or particle form (in most cases, iodine aerosol volatile
particles could represent up to 95 % of quantity of iodine forms, but this depends on the iodine
chemistry with regards to its environment inside the process or inside buildings). In this last case, these
iodine aerosol particles are filtered by high efficiency particulate filter (HEPA) whose test method is
not considered by this document. This document focuses on the trapping of volatile iodine compounds,
represented commonly by molecular iodine (I ) and methyl iodide (CH I).
2 3
4.2 Trapping phenomena
The trapping phenomena within the iodine filters are of primary importance for the in situ efficiency
tests of the different radioactive products passing through the filters. For radioactive iodine, the
removal efficiency results from the balance between different mechanisms for the iodine retention
within the sorbent stage. These mechanisms are mainly physical, chemical phenomena, or isotopic
exchanges depending on the impregnating molecules. It is worth recalling that nuclear grade activated
carbons are generally co-impregnated with both potassium iodide (KI) and triethylenediamine (TEDA)
molecules (e.g. 1 % mass fraction of KI and content lower than 5 % mass fraction for TEDA). The
adsorption capacity of this type of activated carbons is considered in the range of about 1 g or a few
grams of total iodine per kg of adsorbent (for an expected filter efficiency of about 99 %).
The main factors influencing the trapping efficiency are
a) the parameters related to the adsorbent, i.e. nature of the raw material, impregnation type and
content, preparation method, granular size, bed depth, and
b) parameters specific to the gas conditioning: temperature, relative humidity, inhibitors, gas velocity
described hereafter.
Some other factors influencing trapping efficiency are specific to the testing methods; these will be
specified in those methods.
Three main phenomena are associated with the trapping of radioactive iodine:
— physisorption or physical adsorption;
— chemisorption or chemical adsorption;
— isotopic exchange.
NOTE Desorption can occur, because physisorption and isotopic exchange are reversible phenomena.
The relative quantification of these phenomena depends on several parameters:
— characteristics of iodine to be removed (organic, inorganic);
— nature of the adsorbent used (e.g. activated carbon, zeolite) and its characteristics (sorbent
thickness, sorbent volume, specific surface area of the sorbent);
— chemical additive used to improve the performance and the stability of trapping;
— gas conditioning parameters (e.g. temperature, relative humidity).
In the following, a brief description of the main mechanisms of iodine retention is presented. Then, a
small review about some influencing parameters towards the capture of iodine species is discussed.
4.3 Iodine trapping mechanisms inside porous filters
4.3.1 Physical adsorption
The physical adsorption or physisorption involves very weak interaction energy, such as Van der Waals
forces. These forces are sensitive to the distance between the adsorbent and the adsorbed molecule,
also known as “adsorbate”. Physisorption interaction occurs without modification of the molecular
structure of the adsorbent and is totally reversible. The desorption may occur by a simple changing of
gas conditioning process (temperature increase, pressure decrease, replacing the iodine flow with an
inert gas…).
In addition, physisorption depends mainly on the accessibility of the adsorbate to the adsorption sites
(pores). This is governed by the relative size of the adsorbate molecule to the pore size distribution of
the sorbent used. Hence, this mechanism is not specific to iodine species.
4.3.2 Chemisorption
In contrast with physisorption, the chemisorption results from a chemical reaction with formation
of chemical bonds between the molecules of adsorbate and adsorbent. Consequently, the involved
energy is much stronger, and the associated process is much less reversible and can be in some cases
irreversible. This phenomenon improves also the specificity of the trapping of iodine species, which is
of great interest especially when considering the real application conditions.
This type of reactivity is widely used for the industrially implemented sorbents for iodine removal in
the nuclear context. Depending on the desired application, different chemical additives can be used:
a) Silver-loaded adsorbents.
Owing to the well-known affinity of silver for iodine species, silver-loaded sorbents could be applied
in specific circumstances. This interest in the use of silver arises from its high reactivity with iodine,
leading to the formation of thermal stable and insoluble AgI precipitates within the internal porosity.
NOTE The total chemisorption capability of a catalytic support impregnated with silver nitrate is around
120-140 mg per adsorbent gram for total iodine.
b) TEDA-impregnated activated carbons.
As outlined before, TEDA impregnation is commonly used for the nuclear grade activate carbons used
for the cleaning of ventilation circuits within nuclear reactors of facilities. The use of this molecule is
explained by its ability to retain methyl iodide through SN nucleophilic substitution reaction, as seen
in Figure 1.
Figure 1 — Chemisorption for methyl iodine with TEDA
TEDA impregnation is necessary in order to improve the adsorption performances of activated carbons
towards CH I especially under humid conditions.
4.3.3 Isotopic exchange
In the reaction of isotopic exchange, the elementary composition of the beginning compound does not
differ from ultimate compounds. Only the exchange takes place between isotopes. This means that
radioactive methyl iodide in the airstream fluid is replaced by a non-radioactive methyl iodide in the
same airstream fluid.
127 131
The K I impregnated sorbents traps organic iodine (CH I) by isotopic exchange:
127 131 131 127
K I(on sorbent) + CH Igas ↔ K I(on sorbent) + CH I
3 3
NOTE The total capacity of adsorption iodine of radioactive carbons impregnated with potassium iodide is
the order of magnitude of 1 g/kg of adsorbent.
4.3.4 Desorption
This natural phenomenon is associated with the physical adsorption phenomenon. Chemical sorption
and isotopic exchanges reduce the risks of desorption. The use of an impregnate makes it possible to
shift the balance and limit the phenomena of desorption.
The lower the boiling point, the more important the desorption phenomena is. In particular, the
desorption of CH I was observed (boiling point of 42,5 °C) at higher levels than those of I (boiling point
3 2
of 184 °C).
This parameter, relating to the quantification and kinetics of releases from an installation, would
require additional research before characterizing it in detail in this document.
4.4 Parameters influencing the performance of iodine traps
4.4.1 Initial conditioning and equilibrium conditions
Temperature is an important parameter although its influence is often correlated with other parameters
such as relative humidity.
Relative humidity is one of the more important parameters for the retention of iodine species since
the filled pores with the condensed water are not available for the adsorption of the incoming iodine
molecules. It is worth mentioning that the water quantity adsorbed by the material is a function of both
temperature and the relative humidity. In this respect, the test temperature shall be specified.
The material present in the iodine trap, even befo
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16659-1
Première édition
2022-12
Systèmes de ventilation pour les
installations nucléaires — Méthodes
d’essai in-situ de l’efficacité des pièges
à iode à sorbant solide —
Partie 1:
Exigences générales
Ventilation systems for nuclear facilities — In-situ efficiency test
methods for iodine traps with solid sorbent —
Part 1: General requirements
Numéro de référence
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2022
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Phénomène de piégeage et facteurs d’influence . 4
4.1 Type d’iode à filtrer dans les installations nucléaires . 4
4.2 Phénomènes de piégeage . 5
4.3 Mécanismes de piégeage de l’iode dans les filtres poreux . 6
4.3.1 Adsorption physique . 6
4.3.2 Chimisorption . 6
4.3.3 Échange isotopique . 7
4.3.4 Désorption . 7
4.4 Paramètres ayant une influence sur la performance des pièges à iode . 7
4.4.1 Conditionnement initial et conditions d’équilibre . 7
4.4.2 Concentration et composition initiales du gaz traceur . 8
4.4.3 Effet de l’humidité relative (hygrométrie) . 8
4.4.4 Influence du temps de contact entre l’air et le sorbant (vitesse de l’air) . 8
4.4.5 Vieillissement des pièges à iode . 8
4.4.6 Influence de la dimension et de la masse volumique des grains . 9
5 Principaux principes des méthodes d’essai des pièges à iode . 9
5.1 Principe des méthodes . 9
5.2 Considérations principales . 10
5.3 Choix du gaz traceur, choix de la méthode . 11
6 Exigences générales pour le piège à iode à soumettre à essai .11
6.1 Généralités . 11
6.2 Caractéristiques du médium de piégeage de l’iode .12
6.3 Caractéristiques du boîtier du piège à iode .12
7 Exigences générales pour l’installation où le piège à iode est soumis à essai .12
7.1 Généralités .12
7.2 Exigences préalables . 12
7.3 Conditionnement du système de ventilation . 13
7.4 Humidité relative. 13
7.5 Débit d’air . 14
7.6 Perte de charge dans le piège . 14
7.7 Représentativité des échantillons . 14
8 Exigences générales pour la sûreté des travailleurs et des membres du public .14
8.1 Principales dispositions de sûreté des travailleurs . 14
8.2 Principales dispositions pour garantir la sûreté des membres du public et de
l’environnement . 15
9 Assurance qualité et contrôle qualité .15
Annexe A (informative) Table des matières générique pour les parties suivantes de
l’ISO 16659 .16
Annexe B (informative) Exemples de configuration d’installation pour les filtres à iode .18
Annexe C (informative) Exemple de rapport d’essai type .21
Bibliographie .23
iii
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies
nucléaires, et radioprotection, sous-comité SC 2, Radioprotection.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 16659 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Dans les installations nucléaires, des pièges à iode sont généralement utilisés sur les systèmes de
ventilation pour limiter les émissions d’effluents d’iode radioactif dans l’environnement, pour réduire
la concentration d’iode dans l’air des installations par recyclage ou pour empêcher la pénétration d’iode
radioactif dans les zones protégées (telles qu’une salle de commande par exemple). L’Annexe B donne
des exemples d’installations munies de pièges à iode. La connaissance ou la garantie de la capacité de ces
dispositifs pour piéger l’iode peut être nécessaire, surtout lorsqu’ils sont crédités dans la démonstration
de sûreté.
[21]
L’AIEA recommande dans le Guide de sûreté SSG-53 de soumettre périodiquement à essai l’efficacité
des systèmes de confinement utilisés pour limiter les émissions d’effluents radioactifs gazeux dans
l’environnement. Cette recommandation est transcrite dans certains règlements nationaux par des
exigences relatives aux essais d’efficacité des dispositifs de filtration ou de nettoyage des systèmes
de ventilation des installations, mais il n’existe aucune norme internationale sur les méthodes à
utiliser pour les soumettre à essai sur site. L’ISO 17873 et l’ISO 26802 recommandent également des
essais périodiques après leur installation. Certaines recommandations de conception sont également
[8]
disponibles dans des normes nationales (par exemple la norme ASTM ).
Le présent document est la partie générale d’un ensemble de normes sur les différentes méthodes
d’essai actuelles. Il décrit les dispositions communes à utiliser pour soumettre à essai sur site l’efficacité
de filtration du piège à iode des systèmes de ventilation des installations nucléaires. Ces dispositions
traitent des méthodes utilisées conformément au rôle attendu de ce piège à iode, aux exigences de
protection des travailleurs et aux exigences pour la protection de l’environnement à prendre en
compte pendant ces essais. Des méthodes spécifiques seront présentées dans les différentes parties de
l’ISO 16659, utilisant des nucléides radioactifs (par exemple du ICH afin de déterminer l’efficacité
des filtres ou des gaz tels que le cyclohexane afin d’effectuer des essais d’intégrité).
v
NORME INTERNATIONALE ISO 16659-1:2022(F)
Systèmes de ventilation pour les installations nucléaires —
Méthodes d’essai in-situ de l’efficacité des pièges à iode à
sorbant solide —
Partie 1:
Exigences générales
1 Domaine d’application
Le domaine d’application de la série ISO 16659 est de fournir différentes méthodes d’essai visant
à évaluer l’efficacité des pièges à iode radioactif dans les systèmes de ventilation des installations
nucléaires. La série ISO 16659 concerne les pièges à iode contenant un sorbant solide — principalement
du charbon actif et imprégné, les sorbants solides pour l’iode les plus communément utilisés dans les
systèmes de ventilation des installations nucléaires — ainsi que d’autres sorbants pour des conditions
particulières (par exemple les zéolites à haute température).
Le domaine d’application du présent document est de fournir des exigences générales et communes
pour les différentes méthodes d’essai pour les installations nucléaires industrielles. Les différentes
méthodes seront décrites dans d’autres parties spécifiques de la série ISO 16659. Les applications en
médecine nucléaire sont exclues du domaine d’application de la série ISO 16659.
En principe, la série ISO 16659 est utilisée principalement pour la filtration de l’iode radioactif, mais
d’autres gaz radioactifs peuvent également être piégés avec l’iode. Dans un tel cas, il peut être nécessaire
d’effectuer des adaptations spécifiques pour ces autres gaz radioactifs dans des parties spécifiques de
la série ISO 16659.
Le présent document décrit les exigences générales principales pour la vérification sur site de
l’efficacité des pièges à iode, conformément aux conditions d’essai qui sont proposées pour être aussi
reproductibles que possible.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 2889:2021, Échantillonnage de substances radioactives en suspension dans l’air dans les émissaires de
rejet et les conduits des installations nucléaires
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
charbon actif et imprégné
filtre à fibre de carbone
filtre à charbon ou à fibre de carbone souvent obtenu à partir de précurseurs de la biomasse ou de fibre
synthétique et dont la surface spécifique est considérablement accrue par une activation physique ou
chimique lors d’un traitement thermique à haute température
Note 1 à l'article: L’aire de sa surface spécifique et sa capacité d’adsorption sont tellement grandes que ce type
de charbon est communément utilisé dans les pièges à iode des installations nucléaires ou les masques des
travailleurs.
Note 2 à l'article: Le charbon actif peut être imprégné d’iodure de potassium (KI) et/ou de triéthylènediamine
(TEDA) pour améliorer le facteur de décontamination en augmentant respectivement l’échange isotopique et
l’adsorption chimique.
Note 3 à l'article: Les filtres à fibre de carbone activée sont également utilisés dans les applications nucléaires
pour les pièges à iode dans les installations nucléaires ou les masques des travailleurs; leur principe est
d’utiliser des phénomènes de piégeage microporeux (en augmentant l’aire de la surface spécifique) plutôt que les
phénomènes de piégeage macroporeux des filtres à charbon actif conventionnels.
3.2
adsorption
phénomène surfacique qui entraîne l’augmentation de la masse volumique d’un adsorbat, une substance
qui est adsorbée (atomes, ions ou molécules d’un gaz, un liquide ou un solide dissout), en raison de la
fixation à une surface par différents processus physiques (physisorption) ou chimiques (chimisorption)
avec différentes énergies
Note 1 à l'article: Elle diffère de l’absorption, par laquelle un fluide (l’absorbat) est dissout par un liquide ou
s’infiltre dans un solide (l’absorbant). L’absorption est un phénomène volumique.
Note 2 à l'article: Le charbon, l’argile ou la zéolite sont de bons adsorbants en raison de leur structure cristalline.
3.3
adsorption chimique
chimisorption
adsorption (3.2) résultant d’une réaction chimique surfacique entre l’adsorbat et la surface imprégnée
du sorbant avec formation d’une liaison chimique
Note 1 à l'article: Ce phénomène irréversible mène à une modification profonde de la répartition des charges
électroniques des molécules adsorbées, les forces étant similaires à la liaison chimique.
3.4
temps de contact
temps de transit du flux de gaz à travers la couche de sorbant (ou le lit de sorbant)
Note 1 à l'article: Le temps de contact, τ, est exprimé à l’aide du rapport: épaisseur de sorbant (en mètres)/vitesse
de front (en mètres par seconde), ou du rapport: volume de sorbant (en mètres cubes)/débit à travers le sorbant
(en mètres cubes par seconde).
3.5
facteur de décontamination
f
D
mesure de l’efficacité atteinte par un filtre et correspondant au rapport de l’activité, A, de l’espèce,
exprimée en Bq à l’entrée du filtre (ou de la concentration de traceur, C ) sur l’activité de l’espèce en
amont
Bq, a, (ou sur la concentration de traceur, C ) à la sortie du filtre
aval
Le facteur de décontamination f est exprimé à l’aide de la formule suivante:
D
f = A/a = C /C
D amont aval
où A et a sont les activités amont et aval, et C et C sont les concentrations amont et aval, f étant
amont aval D
supérieur à 1.
Note 1 à l'article: Le facteur de décontamination est lié à l’efficacité, E, et la pénétration, P, par la relation suivante:
1 1
f = =
D
1−EP
Note 2 à l'article: Le facteur de décontamination considère la qualité intrinsèque du sorbant et les fuites du
dispositif intégré complet sur site (interne, à monter, en dérivation, etc.).
Note 3 à l'article: La notion de facteur de décontamination s’applique particulièrement aux essais avec un gaz
traceur radioactif.
3.6
désorption
phénomène inverse de l’adsorption (3.2) physique dû à la modification physique ou chimique du sorbant
(augmentation de la température, réduction de la pression, etc.)
3.7
efficacité
E
rapport de la quantité d’espèces (particules ou gaz) retenues par le filtre sur la quantité pénétrant
celui-ci
Note 1 à l'article: L’efficacité est toujours inférieure ou égale à 1.
3.8
vitesse de front
vitesse des effluents radioactifs gazeux à travers la couche du lit de sorbant
3.9
équilibre hygrométrique et thermique
conditions pour lesquelles les paramètres hygrométriques ou thermiques de l’écoulement d’air
contenant de la vapeur d’eau qui traverse le sorbant commencent à atteindre leur valeur asymptotique
en aval du sorbant, de sorte qu’il puisse être considéré que le sorbant et l’écoulement d’air sont en
équilibre
3.10
essai d’intégrité
essai sur site indiquant si le filtre ou la matière fonctionne conformément à la conception, de manière à
identifier les potentielles fuites non filtrées
3.11
sorbant pour l’iode
sorbant prévu pour piéger l’iode radioactif dans les effluents radioactifs gazeux, généralement à base
de charbon actif et imprégné, de zéolite imprégnée d’argent ou de dispositifs catalytiques imprégnés de
nitrite d’argent
3.12
piège à iode
dispositif prévu pour piéger l’iode radioactif dans les effluents radioactifs gazeux à l’aide d’un sorbant
solide dans une enceinte
3.13
échange isotopique
permutation de deux isotopes du même élément chimique au sein d’une molécule
EXEMPLE Un atome d’iode 131 dans une molécule de CH I sous forme gazeuse échange sa position avec un
atome d’iode 127 stable dans une molécule de KI imprégnée à la surface du sorbant.
3.14
débit nominal de l’utilisateur
débit volumique spécifié par l’utilisateur qui traverse le piège à iode (3.12) pendant l’essai
Note 1 à l'article: Ce débit peut être différent du débit spécifié par le fabricant.
3.15
pénétration
P
rapport de la quantité d’espèces (particules ou gaz) pénétrant le filtre sur la quantité entrant dans
celui-ci
Note 1 à l'article: La pénétration est toujours inférieure ou égale à 1.
3.16
adsorption physique
physisorption
adsorption (3.2) avec une faible énergie d’adhésion (par exemple Van der Waals) et un phénomène
réversible
3.17
épaisseur de sorbant
épaisseur de la couche de sorbant
3.18
volume de sorbant
quantité de sorbant solide présent dans le piège à iode (3.12)
3.19
aire spécifique de la surface du sorbant
aire totale de la surface (surface d’échange) du sorbant, exprimée en mètres carrés par unité de masse
(en g)
Note 1 à l'article: Ce paramètre peut être calculé à partir de l’aire d’une couche unique d’une molécule sonde
adsorbée (adsorbat) dans les conditions normales de température et de pression, et normalisé par unité de masse
de sorbant.
Note 2 à l'article: L’aire spécifique de la surface du sorbant définit la surface disponible pour l’adsorption et
l’accessibilité aux sites d’adsorption.
Note 3 à l'article: La méthode la plus communément utilisée pour déterminer l’aire spécifique de la surface est la
méthode de Brunauer, Emmett et Teller (BET). La détermination de l’aire spécifique de la surface conformément
à la méthode BET est définie dans l’ISO 9277.
3.20
gaz traceur
gaz utilisé pour un essai
3.21
zéolite
cristaux d’aluminosilicate qui constituent des structures microporeuses, communément utilisées
comme adsorbants et catalyseurs commerciaux
Note 1 à l'article: Elles sont couramment désignées comme des tamis moléculaires.
4 Phénomène de piégeage et facteurs d’influence
4.1 Type d’iode à filtrer dans les installations nucléaires
L’iode radioactif est un produit de fission dont l’impact radiologique est important en raison de
sa radiotoxicité ainsi que de son affinité envers la glande thyroïde. Différents isotopes d’iode
131 132 133 135
(principalement les I, I, I, I) peuvent être produits par des réactions de fission se produisant
dans la matrice de combustible des réacteurs nucléaires. L’isotope I peut également être produit par
le processus de fission, et peut être émis par d’autres installations nucléaires (par exemple des usines
de retraitement de combustible, des installations de production d’isotopes).
L’isotope I, dont la demi-vie est d’environ 8 jours, est le principal contributeur aux conséquences
radiologiques de l’iode sur l’environnement pour les centrales nucléaires. Les isotopes dont la demi-vie
129 7
est longue, tels que le I (demi-vie d’environ 1,6 × 10 ans), peuvent être émis par des installations de
retraitement de combustible usé. Enfin, les isotopes d’iode issus de la désintégration bêta moins (β−)
129 131 132 133 134 135 123 124 125
I, I, I, I, I, I et les isotopes d’iode issus de la désintégration bêta plus (β+) I, I, I,
I dont la demi-vie est inférieure à 2 mois peuvent être produits ou émis par des laboratoires ou des
installations de production d’isotopes.
L’iode radioactif peut être émis sous forme gazeuse ou de particules (dans la plupart des cas, les
particules volatiles d’aérosol d’iode peuvent représenter jusqu’à 95 % de la quantité des formes d’iode,
mais ceci dépend de la chimie de l’iode par rapport à son environnement à l’intérieur des circuits de
procédé ou des bâtiments). Dans ce dernier cas, ces particules d’aérosol d’iode sont filtrées par des
filtres à très haute efficacité (THE ou «HEPA» en anglais) dont les méthodes d’essai ne sont pas traitées
dans le présent document. Le présent document se concentre sur le piégeage des composés volatils
d’iode, communément représentés par l’iode moléculaire (I ) et l’iodure de méthyle (CH I).
2 3
4.2 Phénomènes de piégeage
Les phénomènes de piégeage au sein des filtres à iode ont une importance capitale pour les essais
d’efficacité in situ des différents produits radioactifs traversant les filtres. Pour l’iode radioactif,
l’efficacité de la filtration résulte de l’équilibre entre différents mécanismes pour la rétention de l’iode
au sein de l’étage de sorbant. Ces mécanismes sont principalement des phénomènes physiques ou
chimiques et des échanges isotopiques dépendant des molécules d’imprégnation. Il est utile de rappeler
que les charbons actifs de qualité nucléaire sont généralement co-imprégnés de molécules d’iodure
de potassium (KI) et de triéthylènediamine (TEDA) (par exemple 1 % en fraction massique de KI et
teneur inférieure à 5 % en fraction massique pour le TEDA). La capacité d’adsorption de ce type de
charbons actifs est considérée être de l’ordre de 1 g ou quelques grammes d’iode total par kilogramme
d’adsorbant (pour une efficacité attendue du filtre d’environ 99 %).
Les principaux facteurs influençant l’efficacité de piégeage sont:
a) les paramètres liés à l’adsorbant, c’est-à-dire la nature de la matière première, le type et la teneur
de l’imprégnation, la méthode de préparation, la dimension des grains, la profondeur du lit; et
b) les paramètres propres au conditionnement du gaz: température, humidité relative, inhibiteurs,
vitesse du gaz décrite ci-après.
D’autres facteurs d’influence de l’efficacité de piégeage sont propres aux méthodes d’essai; elles seront
spécifiées dans ces méthodes.
Trois phénomènes principaux sont associés au piégeage de l’iode radioactif:
— la physisorption ou adsorption physique;
— la chimisorption ou adsorption chimique;
— l’échange isotopique.
NOTE Une désorption peut se produire, car la physisorption et l’échange isotopique sont des phénomènes
réversibles.
La quantification relative de ces phénomènes dépend de plusieurs paramètres:
— les caractéristiques de l’iode à extraire (organique, minéral);
— la nature de l’adsorbant utilisé (par exemple le charbon actif, la zéolite) et ses caractéristiques
(épaisseur de sorbant, volume de sorbant, surface spécifique de sorbant);
— l’additif chimique utilisé pour améliorer les performances et la stabilité du piégeage;
— les paramètres de conditionnement du gaz (par exemple la température, l’humidité relative).
Dans la suite, une brève description des principaux mécanismes de la rétention d’iode est présentée.
Puis, un court examen de certains paramètres d’influence pour la capture des espèces de l’iode est
effectué.
4.3 Mécanismes de piégeage de l’iode dans les filtres poreux
4.3.1 Adsorption physique
L’adsorption physique ou physisorption implique une énergie d’interaction très faible, telle que les
forces de Van der Waals. Ces forces sont sensibles à la distance entre l’adsorbant et la molécule adsorbée,
aussi connue comme «adsorbat». Une interaction de physisorption se produit sans modification de la
structure moléculaire de l’adsorbant et est totalement réversible. La désorption peut se produire par
un simple changement du processus de conditionnement du gaz (augmentation de la température,
réduction de la pression, remplacement du flux d’iode par un gaz inerte…).
En outre, la physisorption dépend principalement de l’accessibilité aux sites d’adsorption (pores)
pour l’adsorbat. Celle-ci est influencée par la taille relative de la molécule d’adsorbat par rapport à la
distribution des tailles de pore du sorbant utilisé. Ainsi, ce mécanisme n’est pas propre aux espèces
d’iode.
4.3.2 Chimisorption
Par opposition à la physisorption, la chimisorption résulte d’une réaction chimique avec formation de
liaisons chimiques entre les molécules d’adsorbat et d’adsorbant. Par conséquent, l’énergie impliquée
est beaucoup plus forte et le processus associé est beaucoup moins réversible et peut être dans certains
cas irréversible. Ce phénomène améliore également la spécificité du piégeage des espèces d’iode, ce qui
présente un grand intérêt, notamment lors de la prise en compte des conditions réelles d’application.
Ce type de réactivité est largement utilisé pour les sorbants mis en œuvre de manière industrielle
pour la filtration de l’iode dans le contexte nucléaire. Selon l’application souhaitée, différents additifs
chimiques peuvent être utilisés:
a) les adsorbants dopés à l’argent;
Grâce à l’affinité bien connue de l’argent pour les espèces de l’iode, des sorbants dopés à l’argent peuvent
être appliqués dans des circonstances spécifiques. Cet intérêt pour l’utilisation de l’argent provient
de sa forte réactivité avec l’iode, menant à la formation de précipitats AgI thermiquement stables et
insolubles au sein de la porosité interne.
NOTE La capacité totale de chimisorption d’un support catalytique imprégné de nitrate d’argent est voisine
de 120 mg à 140 mg d’iode total par gramme d’adsorbant.
b) les charbons actifs imprégnés de TEDA.
Comme souligné précédemment, l’imprégnation de TEDA est communément utilisée pour les charbons
actifs de qualité nucléaire utilisés pour le nettoyage des circuits de ventilation au sein des réacteurs
nucléaires des installations. L’utilisation de cette molécule s’explique par sa capacité à retenir l’iodure
de méthyle à travers une réaction de substitution nucléophile du SN , comme indiqué à la Figure 1.
Figure 1 — Chimisorption pour l’iodure de méthyle avec du TEDA
L’imprégnation de TEDA est nécessaire pour l’amélioration des performances d’adsorption des charbons
actifs envers le CH I, surtout dans des conditions humides.
4.3.3 Échange isotopique
Dans la réaction d’échange isotopique, la composition élémentaire du composé de départ ne diffère
pas des composés finaux. L’échange se produit seulement entre isotopes. Ceci signifie que l’iodure de
méthyle radioactif dans le fluide du flux d’air est remplacé par un iodure de méthyle non radioactif dans
le même fluide du flux d’air.
127 131
Les sorbants imprégnés de K I piègent de l’iode organique (CH I) par échange isotopique:
127 131 131 127
K I(sur le sorbant) + CH Igaz ↔ K I(sur le sorbant) + CH I
3 3
NOTE La capacité totale d’adsorption d’iode des charbons radioactifs imprégnés d’iodure de potassium est
de l’ordre de grandeur de 1 g/kg d’adsorbant.
4.3.4 Désorption
Ce phénomène naturel est associé au phénomène d’adsorption physique. La chimisorption et les
échanges isotopiques réduisent les risques de désorption. L’utilisation d’un imprégnat permet le
décalage de l’équilibre et la limitation des phénomènes de désorption.
Les phénomènes de désorption sont d’autant plus importants que le point d’ébullition est bas. En
particulier, la désorption de CH I a été observée (point d’ébullition de 42,5 °C) à des niveaux plus élevés
que ceux de l’I (point d’ébullition de 184 °C).
Ce paramètre, lié à la quantification et à la cinétique des émissions d’une installation, nécessite des
recherches supplémentaires avant d’être caractérisé en détail dans le présent document.
4.4 Paramètres ayant une influence sur la performance des pièges à iode
4.4.1 Conditionnement initial et conditions d’équilibre
La température est un paramètre important, bien que son influence soit souvent corrélée à d’autres
paramètres tels que l’humidité relative.
L’humidité relative est l’un des paramètres les plus importants pour la rétention des espèces de l’iode,
puisque les pores remplis d’eau condensée ne sont pas disponibles pour l’adsorption des molécules
d’iode arrivant. Il est utile de mentionner que la quantité d’eau adsorbée par la matière dépend de la
température et de l’humidité relative. La température d’essai doit donc être précisée.
La matière présente dans le piège à iode, même avant d’être mise en place, emmagasine dans son réseau
poreux des résidus de sa fabrication, des composés organiques volatils (COV), etc. Si l’installation veut
comparer la tendance de l’efficacité de son filtre au fil des années, ou entre les systèmes de ventilation, il
est donc nécessaire de les soumettre à essai dans le même état de propreté et de saturation à la vapeur
d’eau. Un conditionnement initial est par conséquent effectué. Ce conditionnement vise à atteindre un
équilibre hygrométrique et thermique entre la matière soumise à essai et la composition du flux d’air
utilisé pour l’essai. Le temps de conditionnement du piège à iode doit être spécifié et être d’au moins
16 h.
NOTE Il est utile de noter que des recherches sur l’effet du conditionnement ont montré que l’effet d’un
conditionnement d’une durée de 4 h à 5 h semble suffisant pour atteindre l’équilibre entre les charbons actifs
soumis à essai et le flux d’air contenant de la vapeur d’eau (90 % à 20 °C).
4.4.2 Concentration et composition initiales du gaz traceur
La concentration en gaz traceur joue un rôle important dans la rétention d’iode au sein d’une matière
poreuse. C’est l’un des paramètres qui régit l’adsorption au niveau des pores. Des articles montrent
que la rétention d’iode à de très faibles concentrations est inférieure à celle à des concentrations plus
élevées. Il est donc important de soumettre à essai un piège à iode avec une concentration similaire
d’iode.
Il convient d’atteindre un compromis lors de la fixation de la quantité initiale d’iode radioactif. Il
convient que la quantité idéale de gaz traceur soit à des niveaux faciles à mesurer (suffisamment éloignés
de la limite de détection) tout en réduisant le plus possible la quantité émise dans l’environnement.
Cette quantité est ajustée en fonction des connaissances de l’opérateur au sujet du piège à iode et de
son efficacité supposée. Le protocole spécifique de piégeage de l’iode exige la spécification exacte de
l’activité et du rapport isotopique du gaz traceur. L’activité et le rapport isotopique du gaz traceur
doivent être spécifiés.
4.4.3 Effet de l’humidité relative (hygrométrie)
L’humidité relative joue un rôle critique dans l’efficacité d’un piège et le facteur de décontamination.
Elle conditionne le facteur de décontamination final du filtre. L’humidité relative doit être mesurée
pour s’assurer que la quantité d’eau sur le piège et dans l’air sont approximativement à l’équilibre.
Le facteur de décontamination mesuré correspond à une humidité relative donnée, dont la valeur
moyenne pendant l’essai doit être spécifiée.
NOTE Une extrapolation effectuée à partir des courbes donnant le facteur de décontamination d’un
adsorbant en fonction de l’humidité relative ne peut être que très approximative. De plus, un mesurage sur site du
facteur de décontamination tient compte de toutes les fuites, ce qui rend la plupart du temps cette extrapolation
dangereuse, sauf en cas de débit de fuite faible.
4.4.4 Influence du temps de contact entre l’air et le sorbant (vitesse de l’air)
L’adsorption n’est pas un phénomène instantané. Il est donc nécessaire de s’assurer d’un temps de
contact suffisant (par rapport à la vitesse de front) entre l’adsorbant et l’air à purifier. Le temps de
contact minimal de l’air à purifier doit être spécifié et quantifié, obtenu en connaissant le débit nominal
de l’utilisateur et l’épaisseur du piège à iode. L’épaisseur des pièges à iode à charbon actif doit être
connue afin de déterminer le temps de contact du fluide sur le filtre. Il convient de s’assurer que le débit
de la ventilation dans le conduit pendant l’essai correspond aux conditions nominales d’utilisation du
circuit de ventilation par rapport à la vitesse de l’air (voir ISO 10780). Comme ce paramètre est sensible,
il doit être déterminé avec ses incertitudes et les valeurs doivent être mentionnées dans le rapport de
performance de l’essai avec leurs incertitudes.
4.4.5 Vieillissement des pièges à iode
Les charbons actifs peuvent être modifiés dans le temps en raison des effets du vieillissement, qui
induisent la réduction de leur efficacité. Deux types de vieillissements doivent être pris en compte:
— le vieillissement statique du charbon qui peut être dû à l’oxydation. Le vieillissement statique peut
être ralenti par des conditions de stockage appropriées (enveloppe scellée);
— le vieillissement dynamique affectant les pièges à iode en service de manière continue ou
intermittente. Empoisonnement du charbon actif résultant de l’adsorption des inhibiteurs présents
dans l’air (vapeurs de solvant, vapeurs d’huile, SO , NO …):
x x
— l’application de peinture ou le changement d’isolation sont des opérations à surveiller plus
particulièrement;
— le contact prolongé du charbon actif avec de l’air humide peut contribuer à la dégradation de son
efficacité.
Pour les installations avec des supports catalytiques imprégnés et une production continue d’iode
(par exemple les installations de retraitement de combustible), le vieillissement peut être identifié par
l’augmentation de la charge d’iode sur ces supports.
4.4.6 Influence de la dimension et de la masse volumique des grains
La plage des dimensions granulaires/des grains écrasés et des masses volumiques apparentes de
sorbant sont des paramètres importants pour le piégeage des gaz; plus les tailles de grains sont petites,
plus l’efficacité du piégeage est grande, mais plus la perte de charge des filtres est élevée. L’ISO 18417
fournit des éléments pour quantifier ceci.
5 Principaux principes des méthodes d’essai des pièges à iode
5.1 Principe des méthodes
Les méthodes d’essai pour les pièges à iode s’appuient généralement sur l’injection d’un traceur gazeux
dans les conduits de ventilation en amont du piège à iode, suivie du mesurage (collecte ou mesurage
direct) de la concentration du traceur en amont et en aval du piège à iode (voir Figure 2) à partir d’un
échantillonnage dans les conduits de ventilation. Le facteur de décontamination pour ce traceur gazeux
est calculé et comparé à des critères prédéfinis.
Le facteur de décontamination f est exprimé à l’aide de la formule:
D
f =C /C
D amont aval
où C et C sont les concentrations en amont et en aval.
amont aval
Légende
1 piège à iode soumis à essai
2 conduit de ventilation
3 flux d’air
4 production de traceur gazeux
5 injection de traceur gazeux
6 mesure directe en amont du traceur dans le conduit ou échantillonnage du traceur pour la collecte sur un piège
soumis à essai (direct ou après mesurage)
7 mesure directe en aval du traceur dans le conduit ou échantillonnage du traceur pour la collecte sur un piège
soumis à essai (direct ou après mesurage)
Figure 2 — Principe général pour les méthodes d’essai
Les lignes d’échantillonnage doivent être conçues pour capturer les traceurs gazeux compatibles à
l’efficacité attendue du filtre à soumettre à essai.
La méthode d’essai doit pouvoir être mise en œuvre sur site (adaptée et adaptable au système de
ventilation soumis à essai).
Le présent document ne définit pas de facteur de décontamination minimum attendu, ce facteur de
décontamination minimum doit être défini par l’exploitant nucléaire, selon la méthode sélectionnée
parmi les méthodes définies dans les autres méthodes de la série.
Les filtres THE sont généralement mis en œuvre en amont, et parfois en aval, des filtres à iode. Les
méthodes d’essai des filtres à iode doivent être telles que l’emplacement des filtres THE n’a pas
d’influence sur le besoin d’un échantillonnage représentatif et qualitatif en amont/aval du filtre à iode.
Il convient que la plage de capacité (par exemple l’efficacité ou les fuites) de chaque méthode soit écrite
dans chaque norme de la série.
5.2 Considérations principales
Afin d’appliquer les méthodes d’essai de manière appropriée, ce qui suit doit être considéré pour s’assurer
de l’homogénéité du flux d’air à l’injection et aux emplacements d’échantillonnage, conformément à
l’ISO 2889:2021, Articles 6 et 7:
— le point d’injection du gaz traceur doit être sélectionné de manière à permettre un échantillonnage
représentatif ou un mesurage direct dans le conduit en amont du filtre du piège à iode;
— l'emplacement du mesurage direct dans le conduit ou des lignes d’échantillonnage en amont et en
aval du filtre doit être sélectionné afin d’assurer une homogénéité appropriée du flux d’air;
— le système d’échantillonnage doit être conçu pour réduire les pertes de gaz traceur de manière à
quantifier les incertitudes induites par ces pertes;
— l’évaluation des incer titudes introduites par les méthodes (voir ISO/IEC Guide 98-3), des emplacements
des points d’échantillonnage, du système d’échantillonnage lui-même et de l’appareillage utilisé
pour l’essai doit être effectuée conformément aux parties pertinentes de la série ISO 16659.
NOTE Lors de l’application de l’ISO 2889, les exigences associées aux particules d’aérosol ne s’appliquent pas
ici.
Des critères supplémentaires spécifiques peuvent être ajoutés dans la série de normes ISO 16659 selon
l’influence que les méthodes peuvent avoir sur les résultats.
De plus, la sûreté des travailleurs (effectuant les essais ou les autres travailleurs de l’installation),
des membres du public et de l’environnement doit être prise en compte à travers des dispositions
appropriées, détaillées dans chaque partie de la série ISO 16659.
5.3 Choix du gaz traceur, choix de la méthode
La méthode doit être sélectionnée en considérant l’objectif même de l’essai d’efficacité (par exemple en
mesurant l’efficacité afin de la comparer avec le critère de
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.