Опыт организации нерегулярных перевозок радиоактивных материалов

Бучельников А.Е. (ГК «Росатом», РФ), Комаров С.В., Буду М.Е., Дерганов Д.В., Комаров С.Н. (ООО НПФ «Сосны», РФ), Мозес С.Д. (Ок-Риджская Национальная Лаборатория, США)

RRFM-2013, С.-Петербург, 21-25 апреля 2013 г.

PDF версия

Введение

Международная программа по возврату ядерного топлива исследовательских реакторов, произведенного в Российской Федерации (RRRFR), в настоящее время близится к завершению, предоставляя возможность обобщить накопленный опыт и подвести предварительные итоги.
В 1999-2002 годах специалисты МАГАТЭ, России и США проделали большую работу по подготовке ИР к участию в программе RRRFR. 28 мая 2004 года между Россией и США было подписано соглашение о сотрудничестве по ввозу в РФ ядерного топлива ИР, произведенного в Российской Федерации, которое стало правовым основанием для реализации программы. К программе RRRFR присоединилось 14 стран из 17, имеющих на своей территории исследовательские реакторы, построенные по российским проектам.
В программе RRRFR приняли участие многие российские организации. Все проекты выполнялись и выполняются под управлением Госкорпорации «Росатом» и контролем Ростехнадзора.
Логичным продолжением программы RRRFR является распространение накопленного опыта на российские ядерные установки, работающие с высокообогащенным топливом. Примером может служить организация «пилотного» вывоза ОЯТ ИР из ГНЦ РФ – ФЭИ.

Возврат ядерного топлива ИР в рамках программы RRRFR

Соглашение между правительствами РФ и США о сотрудничестве было заключено в 2004 году. К настоящему времени вывезено практически всё необлученное топливо. Все перевозки выполнялись с использованием воздушного транспорта, поскольку это снимает проблемы, связанные со странами транзита: упрощает логистику и таможенные процедуры, облегчает задачу обеспечения физзащиты. Реализация программы RRRFR в части возврата в Российскую Федерацию ОТВС исследовательских реакторов сопряжена с необходимостью решения гораздо более серьезных задач: правовых, экономических, технических, организационных. Она требует тесного взаимодействия всех организаций, вовлеченных в проект.
Программа RRRFR явилась катализатором в совершенствовании контейнерного парка, создания оборудования для загрузки ОТВС в контейнеры, разработке и использовании новых транспортных средств и маршрутов. Созданные в ходе реализации проектов программы оборудование и технологии уже используются и в других международных и внутрироссийских перевозках.

Подготовка и вывоз поврежденных ОТВС из Сербии

В конце 2010 года был завершен вывоз поврежденного ОЯТ ИР российского происхождения из Сербии. Одна из главных особенностей сербского проекта – большое количество существенно поврежденного топлива, подлежавшего вывозу. То, что топливо на сербской площадке в немалой степени повреждено, было очевидно – активность воды постоянно повышалась –, однако экспериментально проверить состояние топлива, степень его повреждения, даже состояние алюминиевых трубок, в котором оно находилось, было практически невозможно. Поэтому при выборе технологии обращения с топливом, при обосновании безопасности мы были вынуждены разрабатывать консервативные теоретические модели и руководствоваться результатами расчетных оценок. Большое количество ОЯТ и его быстро ухудшающееся состояние потребовали организации перевозки за один рейс и в кратчайшие сроки. Длинный маршрут, несколько транзитных стран и видов транспорта, два типа контейнеров, новые Европейские правила и множество других нюансов сделали сербский вывоз одним из самых сложных в плане лицензирования.
Для перевозки сербского топлива использовались негерметичные пеналы. Это достаточно оригинальное решение, ведь обычно для поврежденного топлива стараются использовать герметичную упаковку. Специалисты НПФ «Сосны» и эксперты РФЯЦ-ВНИИЭФ рассмотрели и обосновали все аспекты безопасности при обращении с новыми пеналами. Основной проблемой оказалось обеспечение пожаро- и взрывобезопасности. На окисленной поверхности ОЯТ находится большое количество связанной воды, удаление которой – практически невыполнимая задача в условиях инфраструктуры института «Винча». При помещении поврежденного ОЯТ в замкнутый объем за несколько месяцев может образоваться взрывоопасная концентрация водорода и кислорода. Чтобы избежать этого, была выбрана негерметичная конструкция пеналов, которая позволила выполнять периодическую продувку ОЯТ в контейнере, не допуская опасной концентрации водорода и кислорода. Таким образом, было показано, что стремление обеспечить герметичность пенала с поврежденным топливом не всегда является оправданным выбором, и в каждой ситуации оптимальное решение должно быть тщательно проработано и обосновано.
Очень важным обстоятельством, положительно повлиявшим на сербский проект, является централизованная координация проектов вывоза в рамках программы RRRFR. Это способствует выгодному взаимодействию между проектами и позволяет широко использовать опыт, идеи, оборудование, технические решения, примененные в других проектах. Так, для загрузки ОЯТ и его перевозки был использован перегрузочный контейнер и ISO-контейнеры для ТУК-19, разработанные и использованные при вывозе ОЯТ из Румынии, а также контейнеры SKODA VPVR/M, изготовленные при подготовке вывоза ОЯТ из Чешской Республики. Использовались отработанные схемы доставки порожних контейнеров (автотранспортом и воздухом), а также маршрут морской перевозки, впервые примененный при вывозе ОЯТ из Венгрии. В свою очередь, некоторые решения из Сербии планируется использовать в других проектах, например, для вывоза из Вьетнама заимствована «сербская» идея и конструкция оборудования для перевозки ТУК SKODA VPVR/M автопогрузчиком. Таким образом, проекты, выполняющиеся в рамках единой программы, выигрывают и в безопасности, и в скорости их разработки, и в стоимости.
Вывоз ОЯТ из института «Винча» стартовал в ночь с 18 на 19 ноября 2010 года. Это было чрезвычайно важное событие, прежде всего для Сербии, которая ждала его почти 26 лет. Данное обстоятельство подчеркнул в своем обращении к организаторам перевозки президент Сербии г-н Тадич, лично приехавший проводить колонну. Вывоз ОЯТ из Сербии вызвал широкий резонанс и одобрение международной общественности и явился хорошим примером международного сотрудничества в области повышения безопасности атомной отрасли.

Вывоз НОУ ОЯТ из Румынии

После распада Советского Союза ввоз ОЯТ ИР из-за рубежа практически прекратился в силу сложностей организации международных перевозок. Последние десять лет исследовательские реакторы имели возможность отправить на переработку лишь ВОУ ОЯТ в рамках Программы RRRFR.
Впервые после долгого перерыва перевозки НОУ ОЯТ ИР были осуществлены в 2012 году. 153 ОТВС типа ЭК-10 из института IFIN-HH (Магуреле, Румыния) были вывезены на переработку на ПО «Маяк» за три рейса. Перевозки были оплачены румынской стороной в рамках выполнения обязательств российско-румынского межправсоглашения.
Изначально было решено максимально использовать созданную ранее инфраструктуру и опыт, накопленный в процессе вывоза ВОУ ОЯТ, так как это позволяло выполнить работу наиболее эффективно, в максимально короткие сроки и с минимальными издержками. ОТВС были помещены в контейнеры ТУК-19 с помощью перегрузочного контейнера, ранее разработанного ООО НПФ «Сосны» и изготовленного в Румынии. Подготовленные упаковки, размещенные в ISO-контейнерах, были перевезены автомобильным транспортом с площадки IFIN-HH в аэропорт Отопени (Бухарест), а затем самолетом Ан-124-100 АК «Волга-Днепр» – в аэропорт Кольцово (Екатеринбург), откуда автомобильным транспортом – на площадку ФГУП «ПО «Маяк» (Озерск). За счет использования воздушного транспорта отпала необходимость согласовывать маршрут со странами транзита, а время выполнения перевозок было существенно сокращено, что, в свою очередь, повысило уровень физической защиты.
При организации вывоза НОУ ОЯТ ИР из Румынии был использован новый маршрут для перевозки опасных грузов класса 7 по Черному морю через порт Кавказ. Транспортно-технологическая схема включала:
– доставку ISO-контейнеров с ТУК-19 и вспомогательным оборудованием от ПО «Маяк» до порта Кавказ железнодорожным транспортом;
– перевозку паромом «Славянин» (рис. 3) по Черному морю до паромного терминала Варна (Болгария);
– перегрузку ISO-контейнеров с железнодорожных платформ на автотранспорт в паромном терминале Варна;
– транспортирование груза автотранспортом от паромного терминала Варна через болгаро-румынскую границу в IFIN-HH.
В ходе работ была продемонстрирована высокая степень готовности портовых служб к работе с опасными грузами. Использование новой ТТС позволило избежать проблемы с организацией международного транзита опасных грузов при железнодорожной перевозке. Новый маршрут может быть полезен для организации дальнейших перевозок РМ (не только в рамках программы RRRFR) между РФ и европейскими странами, поскольку обычно используемый порт Мурманск настолько удален от европейских (в основном, средиземноморских) портов, что время перевозки может превысить месяц, как в случае упомянутого выше вывоза из Сербии. А маршрут через черноморский порт Кавказ существенно сокращает время перевозки, что является положительным фактором с точки зрения обеспечения физической защиты.

Создание ТУК-145/С (упаковка типа С)

В сентябре 2009 года НПФ «Сосны» принялась за разработку первого транспортного упаковочного комплекта типа С по заказу Департамента энергетики США в рамках программы RRRFR. На первом этапе разработки было принято концептуальное решение о создании разборной динамической защиты, внутри которой размещается контейнер SKODA VPVR/M (рис. 4). В июне 2010 года после подтверждения принципиальной возможности создания ТУК для воздушной перевозки НПФ «Сосны» оформила техническое задание на разработку упаковки типа С, утвержденное Департаментом ядерной и радиационной безопасности ГК «Росатом» и согласованное со всеми заинтересованными организациями отрасли. Тогда же транспортному упаковочному комплекту был присвоено обозначение ТУК-145/С.
Поскольку обязательным требованием при создании ТУК-145/С было проведение натурных испытаний соударения с жесткой преградой на скорости 90 м/с, в завершающей фазе технического проекта специалистами НПФ «Сосны» был спроектирован макет ТУК-145/С, являющийся его уменьшенной копией. Изготовление макета ТУК-145/С в масштабе 1:2,5 завершилось в апреле 2011 года. К этому времени была разработана и утверждена ГК «Росатом» программа испытаний. В соответствии с распоряжением ГК «Росатом» была сформирована комиссия по проведению испытаний, включающая представителей различных российских организаций.
Испытания макета ТУК-145/С состоялись в мае 2011 года на ракетном треке РФЯЦ-ВНИИЭФ. После проведения испытаний был выполнен осмотр и анализ состояния макета ТУК-145/С (рис. 5).
Сертификат-разрешение на конструкцию упаковки был получен в апреле 2012 г. Изготовление защитно-демпфирующего кожуха (ЗДК) было закончено в июне 2012 г.
Для апробации технологии перегрузки ТУК-145/С с автомобильного транспорта на воздушный (самолет АН-124-100 авиакомпании «Волга-Днепр») в июне 2012 г. были проведены демонстрационные испытания в аэропорту Ульяновск-Восточный (рис. 6).
В настоящее время получен сертификат-разрешение на перевозку в ТУК-145/С ОТВС исследовательского реактора DNRR Далатского института ядерных исследований (Вьетнам) на переработку на ПО «Маяк» в рамках программы RRRFR. Российский сертификат-разрешение на конструкцию ТУК 145/С передан для подтверждения в регулирующие органы Вьетнама и Венгрии, обсуждается возможность использования ТУК-145/С в других международных проектах для воздушных перевозок радиоактивных материалов с высокой активностью.
Уместно вспомнить, что работы по организации воздушных перевозок отработавшего топлива начались еще в 2005 году после выхода российских правил НП-053-04. За прошедшие годы достигнут значительный прогресс в данной отрасли: подготовлено оборудование, сертифицированы и выполнены несколько воздушных перевозок ОЯТ. По мнению авторов, в свете развития международной кооперации в атомной отрасли тема воздушных перевозок ОЯТ является актуальной с точки зрения анализа накопленного опыта, новых предложений, нормативной базы.
За годы реализации программы RRRFR накоплен значительный опыт организации самых разнообразных перевозок радиоактивных материалов. Можно отметить, что несмотря на то, что международный нормативный метод, основанный на TS-R-1, широко применяется во всех странах, административные мероприятия для лицензирования перевозок радиоактивных материалов в каждой стране различны. Это обусловлено различным объемом действий и процедур компетентных органов конкретной страны. Для дальнейшего развития международного сотрудничества по мерам защиты и обеспечения безопасности радиоактивных материалов и для приведения в соответствие норм безопасности транспортирования необходимо сосредоточиться на дальнейшей гармонизации национальных правил и, особенно, развитии регулирования процедур аварийного реагирования в экстренных ситуациях при международных перевозках радиоактивных материалов.

Разработка технологии загрузки ОЯТ в контейнер SKODA VPVR/M

Новая технология и оборудование для перегрузки ОТВС в транспортный контейнер SKODA VPVR/M с использованием перегрузочного контейнера (загрузка сверху) разработана в рамках проекта по вывозу ОЯТ ИР из института ядерных исследований в Далате, Вьетнам.
На контейнер SKODA VPVR/M устанавливается перегрузочная плита, предназначенная для защиты персонала от ионизирующего излучения, и кондуктор для позиционирования перегрузочного контейнера с ОТВС над ячейками чехла контейнера SKODA VPVR/M (рис. 7). Перегрузочный контейнер с ОТВС устанавливается на кондукторе, после чего ОТВС выгружается из перегрузочного контейнера в ячейку чехла SKODA VPVR/M.
Данный способ загрузки может быть использован на площадках исследовательских реакторов, где нет возможности для выполнения штатной загрузки ТУК SKODA VPVR/M снизу.

Пилотная перевозка ОЯТ ИР из ГНЦ РФ–ФЭИ

Логичным продолжением программы RRRFR является ее распространение на российские ядерные установки, работающие с высокообогащенным топливом, что полностью соответствует Глобальной инициативе по снижению ядерной угрозы. Перспективы такого международного сотрудничества в настоящее время обсуждаются.
В 2008 году были начаты работы по подготовке к вывозу ОЯТ из ГНЦ РФ–ФЭИ. На площадке института хранится значительное количество топлива, использовавшегося в исследовательских реакторах и критических стендах, испытанного в «горячих» камерах. Поэтому основная часть топлива находится в негерметичном / поврежденном состоянии. Для подготовки ОТВС к перевозке было разработано, поставлено и введено в эксплуатацию несколько видов оборудования и систем, включая:
– герметичные пеналы для размещения в ТУК-19 деформированных и недеформированных ОТВС типа ВМ и для размещения в ТУК-108/1 твэлов ОТВС типа АМ;
– комплекс оборудования защитной камеры для обращения со штатными чехлами, выгрузки из них ОЯТ, обрезки верхних концевиков ОТВС типа ВМ в габарит, пеналирования ОТВС типа ВМ, а также герметизации пеналов крышкой.
Работы по подготовке к вывозу ОЯТ с площадки ГНЦ РФ–ФЭИ начались в 2009 году. В первую очередь, был определен перечень ОЯТ, которое ПО «Маяк» может принять и переработать без корректировки штатной технологии. Была актуализирована транспортно-технологическая схема обращения с контейнерами ТУК-19.
Из всего ОЯТ, находящегося в хранилище, отобраны ОТВС типа ВМ и все ОТВС типа ЭК-10, подлежащие вывозу в первый рейс. ОТВС типа ВМ были обрезаны в габарит и размещены в герметичных пеналах. Оформлена необходимая сопроводительная и разрешительная документация. Разработана методика проверки герметичности контейнеров ТУК-19 перед отправкой.
После проведения необходимых подготовительных работ ОТВС типа ЭК-10 и пеналы с ОТВС типа ВМ были загружены в шестнадцать ТУК-19, которые, в свою очередь, были помещены в специализированные грузовые крупнотоннажные контейнеры (рис.8). На автомобилях контейнеры были доставлены на перегрузочную площадку и с помощью автомобильного крана установлены на железнодорожные платформы. Затем был сформирован специальный железнодорожный эшелон, который был отправлен в ПО «Маяк».
Подводя итоги, можно констатировать, что организация пилотного вывоза ОЯТ ИР из ГНЦ РФ – ФЭИ – это перенос накопленного в ходе выполнения программы RRRFR опыта на российские площадки.
Основной проблемой, препятствующей реализации масштабного вывоза ОЯТ из ФЭИ, является неудовлетворительное состояние подъездных железнодорожных путей станции Обнинское до территории промплощадки. Железная дорога на протяжении многих лет не эксплуатировалась и пришла в негодность. В настоящее время ведутся работы по подготовке к восстановлению подъездных железнодорожных путей.
Ускорить вывоз позволит использование вместительных ТУК-108/1, дающих возможность поднять темпы вывоза до 1-2 тU/год. Полный вывоз ОЯТ ИР ГНЦ РФ – ФЭИ даст возможность проведения работ по выводу из эксплуатации исследовательских реакторов, находящихся на площадке, и самого ХОЯТ.
Стоит отметить, что в России больше десятка организаций разной отраслевой принадлежности, на исследовательских реакторах и критических стендах (всего более ста установок) которых накоплено значительное количество ОЯТ. Для организации вывоза и переработки этого ОЯТ необходима координация деятельности эксплуатирующих организаций, поскольку для оптимизации бюджетных расходов и общего графика консолидации и переработки ОЯТ российских ИР желательно использовать единую систему управления проектами, унифицированное оборудование и транспортно-технологические схемы, единую разрешительную документацию.

Заключение

Программа возврата ядерного топлива в Россию предопределила активное развитие технологий, транспортных средств и логистики перевозок ядерного топлива исследовательских реакторов.
Программа RRRFR заканчивается, но исследовательские реакторы продолжают работать.
Накопленный НПФ «Сосны» многолетний опыт может помочь в решении проблемы освобождения площадок ИР от отработавшего топлива.