ISO 21483:2013

Determination of solubility in nitric acid of plutonium in unirradiated mixed oxide fuel pellets (U, Pu) O2

ISO 21483:2013 specifies an analytical method for determining the solubility in nitric acid of plutonium in pellets of unirradiated mixed oxide fuel (light-water reactor fuels). The results provide information about the expected dissolution behaviour of irradiated pellets under industrial reprocessing conditions. In this aspect, the specific conditions (e.g. time of the test) may vary depending upon the need to match to a specific reprocessor's requirements. The test is aimed at determining solubility under equilibrium conditions rather than the kinetics of dissolution and hence allows for a second dissolution period.

Détermination de la solubilité dans I'acide nitrique du plutonium des pastilles (U, Pu) O2 de combustibles d'oxydes mixtes non irradiés

L'ISO 21483:2013 spécifie une méthode analytique permettant de déterminer la solubilité dans l'acide nitrique du plutonium des pastilles de combustibles d'oxydes mixtes non irradiés (combustibles de réacteurs à eau légère). Les résultats obtenus renseignent sur le comportement à la dissolution des pastilles irradiées qui peut être attendu dans des conditions de retraitement industriel. De ce point de vue, les conditions spécifiques (par exemple la durée de l'essai) peuvent varier en fonction du besoin de s'adapter aux exigences d'une usine de retraitement spécifique. L'essai vise à déterminer la solubilité dans des conditions d'équilibre plutôt que la cinétique de dissolution et il autorise donc une seconde période de dissolution.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 24-Oct-2013
• ICS: 27.120.30 - Fissile materials and nuclear fuel technology
• Technical Committee: ISO/TC 85/SC 5 - Nuclear installations, processes and technologies
• Drafting Committee: ISO/TC 85/SC 5/WG 1 - Analytical methodology in the nuclear fuel cycle
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Start Date: 15-Jul-2022
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Revises: ISO 12184:1994 - Determination of solubility in nitric acid of plutonium in unirradiated mixed oxide fuel pellets (U,Pu)O2
• Effective Date: 25-Jun-2011

Overview

ISO 21483:2013 is the international standard specifying a precise analytical method for determining the solubility of plutonium in nitric acid from unirradiated mixed oxide (MOX) fuel pellets comprised of uranium and plutonium oxides (U, Pu)O₂. This standard is essential for understanding the dissolution behavior of such fuel pellets, providing key insights relevant to the reprocessing industry, especially under industrial conditions involving light-water reactor fuels.

The test focuses on equilibrium solubility rather than dissolution kinetics and allows for a two-stage dissolution process. By defining specific test conditions-including nitric acid concentration, dissolution time, and temperature-ISO 21483 ensures reproducible, reliable measurement of plutonium solubility, supporting quality control and reprocessing optimization in nuclear fuel cycles.

Key Topics

• Scope and Purpose
  Provides a standardized method for analyzing plutonium solubility in unirradiated MOX fuel pellets, relevant to reprocessing and nuclear fuel cycle management.

• Analytical Principle
  Dissolution of MOX pellets in boiling nitric acid, followed by treatment of residues in a nitric acid/hydrofluoric acid mixture. Plutonium content is quantified before and after residue treatment, allowing calculation of solubility.

• Reagents and Apparatus
  Specifies use of high-purity reagents such as concentrated nitric acid, hydrofluoric acid, sodium hydroxide, and analytical-grade distilled water. Apparatus includes dissolution flasks with reflux condensers, vacuum filtration setups, and precision analytical balances.

• Sample Preparation and Testing Procedure
  Involves weighing pellets, calculating reagent volumes for ~1 mol/l heavy metal concentration, boiling under reflux for specified durations (up to 18 hours), followed by filtration and residue dissolution.

• Plutonium Quantification Methods
  Supports spectrophotometry per ISO 9463 or mass spectrometry techniques (TIMS, ICP-MS), with acceptable measurement uncertainty up to 20%.

• Data Reporting and Uncertainty
  Outlines calculation methods for plutonium solubility expressed as a mass fraction percentage. Specifies detailed test report contents including test conditions, analytical methods, and observed anomalies.

Applications

• Nuclear Fuel Reprocessing
  Assisting industrial reprocessors in predicting dissolution behavior of MOX fuel pellets to optimize processing times and chemical conditions.

• Quality Control in MOX Pellet Manufacturing
  Detecting inconsistencies in pellet composition or fabrication quality through solubility testing to ensure compliance with nuclear material specifications.

• Research and Development in Nuclear Materials
  Enabling experimental evaluations on plutonium dissolution properties to improve safety and efficiency in nuclear fuel cycles.

• Regulatory and Safety Compliance
  Providing standardized analytical data necessary for meeting international nuclear material handling and processing standards.

Related Standards

• ISO 9463: Nuclear Fuel Technology - Determination of Plutonium in Nitric Acid Solutions by Spectrophotometry
  Complements ISO 21483 by defining the analytical method for plutonium quantification in the dissolved solutions.

• ISO 12184:1994 (Withdrawn and Replaced by ISO 21483)
  Previous standard covering a similar scope with technical revisions addressed in ISO 21483:2013.

• Other Nuclear Fuel Cycle Standards by ISO/TC 85
  Covers broader aspects of nuclear fuel technology, characterization, and safety, including analytical methodologies relevant to fuel fabrication and reprocessing.

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ISO 21483:2013 plays a critical role in ensuring consistent, accurate evaluation of plutonium solubility in MOX fuel pellets, directly supporting nuclear fuel reprocessing activities and material quality assurance. Its rigorous test protocols and comprehensive reporting requirements make it an indispensable reference for laboratories and industry stakeholders operating within nuclear fuel cycles.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21483
First edition
2013-11-01
Determination of solubility in nitric
acid of plutonium in unirradiated
mixed oxide fuel pellets (U, Pu) O2
Détermination de la solubilité dans I’acide nitrique du plutonium des
pastilles (U, Pu) O2 de combustibles d’oxydes mixtes non irradiés
Reference number
©
ISO 2013
© ISO 2013
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Principle . 1
3 Interferences . 1
4 Reagents . 1
4.1 Concentrated nitric acid . 1
4.2 Nitric acid high . 1
4.3 Nitric acid low . 1
4.4 Concentrated hydrofluoric acid . 1
4.5 Mixture of acid . 1
4.6 Sodium hydroxide . 2
5 Apparatus . 2
5.1 Analytical balance. 2
5.2 Dissolution apparatus with total reflux condenser . 2
5.3 Dissolution apparatus without total reflux condenser . 2
5.4 Second dissolution apparatus (polytetrafluoroethylene, PTFE, high density
polyethylene, HDPE) . 2
5.5 Filter apparatus . 2
6 Sampling . 2
7 Procedure. 3
7.1 Preparation of the sample . 3
7.2 Dissolution procedure . 3
7.3 Treatment of the residue . 3
7.4 Plutonium determination . 3
7.5 Repeat solubility test . 3
8 Expression of results . 4
8.1 Method of calculation . 4
8.2 Total uncertainty of the Pu measurement . 4
9 Test report . 4
Bibliography . 5
Foreword
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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.
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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. www.iso.org/directives
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patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on
the ISO list of patent declarations received. 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.
The committee responsible for this document is ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies and
radiological protection, Subcommittee SC 5, Nuclear fuel cycle.
Th
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 21483
Première édition
2013-11-01
Détermination de la solubilité dans
I’acide nitrique du plutonium des
pastilles (U, Pu) O2 de combustibles
d’oxydes mixtes non irradiés
Determination of solubility in nitric acid of plutonium in unirradiated
mixed oxide fuel pellets (U, Pu) O2
Numéro de référence
©
ISO 2013
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Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Principe . 1
3 Interférences . 1
4 Réactifs . 1
5 Appareillage . 2
6 Échantillonnage . 2
7 Mode opératoire. 2
7.1 Préparation de l’échantillon . 2
7.2 Mode opératoire de dissolution . 2
7.3 Traitement du résidu . 3
7.4 Détermination du plutonium . 3
7.5 Nouvel essai de solubilité . 3
8 Expression des résultats. 3
8.1 Méthode de calcul . 3
8.2 Incertitude de mesure totale du Pu . 4
9 Rapport d’essai . 4
Bibliographie . 5
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 (CEI) 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/CEI, 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/CEI, Partie 2, www.iso.
org/directives.
L’attention est appelée 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 sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues,
www.iso.org/patents.
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies
nucléaires, et radioprotection, sous-comité SC 5, Cycle du combustible nucléaire.
Cette première édition de l’ISO 21483 annule et remplace l’ISO 12184:1994, qui a fait l’objet d’une
révision technique.
iv © ISO 2013 – Tous droits réservés

NORME INTERNATIONALE ISO 21483:2013(F)
Détermination de la solubilité dans I’acide nitrique
du plutonium des pastilles (U, Pu) O2 de combustibles
d’oxydes mixtes non irradiés
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie une méthode analytique permettant de déterminer la
solubilité dans l’acide nitrique du plutonium des pastilles de combustibles d’oxydes mixtes non irradiés
(combustibles de réacteurs à eau légère). Les résultats obtenus renseignent sur le comportement à la
dissolution des pastilles irradiées qui peut être attendu dans des conditions de retraitement industriel.
De ce point de vue, les conditions spécifiques (par exemple la durée de l’essai) peuvent varier en fonction
du besoin de s’adapter aux exigences d’une usine de retraitement spécifique. L’essai vise à déterminer
la solubilité dans des conditions d’équilibre plutôt que la cinétique de dissolution et il autorise donc une
seconde période de dissolution.
2 Principe
Un nombre donné de pastilles d’oxydes mixtes ayant une teneur en plutonium et une masse connues
est dissous dans une solution d’acide nitrique en ébullition. La concentration initiale de l’acide nitrique,
la teneur finale en U et en Pu ainsi que la durée d’ébullition sont soigneusement contrôl
...