29 апреля 2010

Транспортирование ОЯТ по воздуху: обоснование безопасности

Atomic-Energy.ru

Традиционно отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) в пределах Российской Федерации перевозились по железной дороге в специальных вагонах. Международная программа возврата ОЯТ исследовательских реакторов (ИР), построенных по российским проектам, поставила перед предприятиями отрасли новые задачи, заставив использовать практически все виды транспорта, в том числе воздушный.

Большинство исследовательских реакторов не могут принимать на своей территории тяжелые и крупногабаритные контейнеры. Использование российского контейнера ТУК-19 массой до 5 т не требует значительной модернизации оборудования ИР; более того, расчеты показали, что в нем можно перевозить ОЯТ ИР всеми видами транспорта, включая воздушный. Поэтому было решено использовать ТУК-19 в проекте по вывозу ОТВС из института IFIN-HH (город Магуреле, Румыния).

Для решения поставленной задачи было необходимо:

  • разработать транспортный пакет, обеспечивающий перевозку упаковок ТУК-19 различными видами ­транспорта;
  • обосновать безопасность конструкции упаковки для осуществления воздушной перевозки;
  • обосновать безопасность самой перевозки.

В проекте были задействованы грузополучатель (ФГУП «ПО «Маяк»), перевозчик (ОАО «Авиакомпания «Волга-Днепр»), изготовитель грузовых контейнеров (ОАО «Абаканвагонмаш»), изготовитель оборудования для раскрепления ТУК-19 (ООО «Озерский завод нестандартного оборудования»), главное управление Российского морского регистра судоходства (РМРС), экспертные организации (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», ФГУП «АТЦ СПб») и разработчик технологии и оборудования (ООО НПФ «Сосны»). Работы проводились под контролем и общим руководством Департамента ядерной и радиационной безопасности, организации лицензионной и разрешительной деятельности ГК «Росатом». Заказчиком выступала Национальная комиссия по ядерному регулированию Румынии (CNCAN).

Разработка транспортного пакета

Для обеспечения мультимодальности перевозки был разработан транспортный пакет на основе специализированного грузового крупнотоннажного 20-футового ISO-контейнера (СГКК), в котором размещались три упаковки ТУК-19. С точки зрения обращения в процессе перевозки СГКК соответствовал требованиям ISO-стандартов. По прочности СГКК удовлетворял отраслевым нормам перевозки опасных грузов различными видами транспорта: воздушным, автомобильным, железнодорожным и морским. Упаковки ТУК-19 закреплялись в СГКК с помощью системы талрепов, способных выдержать ускорения и вибрации, характерные для всех видов транспорта.


Рис. 1. ТУК-19 в грузовом ISO-контейнере

Комплект раскрепления для каждого ТУК-19 состоит из основания и четырех талрепов, которые нижним концом соединяются с кронштейнами, приваренными к полу СГКК, а верхним концом — с хомутом, охватывающим ТУК-19.

СГКК прошел экспертизу в Российском морском регистре судоходства на соответствие стандартам. После успешных испытаний на испытательных стендах, освидетельствованных регистром, получен сертификат-разрешение №08.11146.130 о допуске к перевозке грузов.

Обоснование безопасности конструкции упаковки

Российские (НП-053-04) и международные (TS-R-1) правила допускают воздушную перевозку радиоактивных делящихся материалов в транспортных упаковочных комплектах типа В с ограничением по активности. В связи с тем, что активность четырех самых «горячих» румынских ОТВС не превышала значения 3000 А2 (3000*1013 Бк), установленного правилами, было принято решение сертифицировать упаковку по типу B (U).

Наиболее сложной задачей оказалось доказательство сохранения подкритичности единичной упаковки при усиленной серии испытаний: на прокол (разрыв), усиленное тепловое воздействие и столкновение. В соответствии с требованиями правил, упаковки с делящимися материалами, предназначенные к перевозке воздушным транспортом, должны обеспечивать ядерную безопасность после двух серий дополнительных усиленных испытаний, имитирующих авиационные аварии. В связи с этим эксперты ВНИИЭФ провели расчетные исследования процесса динамического деформирования и оценку прочности упаковки ТУК-19 при воздействии механических нагрузок, моделирующих нормальные, а также нештатные условия перевозки, включая авиационную аварию.

Результаты показали, что после воздействия на отдельную упаковку механических аварийных нагрузок (падения с высоты 9 м и на штырь с высоты 3 м, падения на упаковку тела массой 500 кг с высоты 9 м) исходная герметичность и прочность ТУК сохраняются. Обеспечиваются извлечение из ТУК чехла с ОТВС и последующая выемка сборок из чехла. При столкновении упаковки с жесткой преградой на скорости 90 м/с под многими углами происходит разрушение болтового соединения крышки и корпуса. При этом целостность ТУК-19 (радиационной защиты) сохраняется, чехол и ОТВС деформируются, происходит разрушение ОТВС и твэлов. Выброса чехла с ОТВС из ТУК-19 в большинстве случаев не происходит. В процессе деформирования ТУК-19 возможно заклинивание его крышки в корпусе.

В соответствии с действующей в Россий­­­­­­ской Фе­де­рации процедурой оформления сертификатов-раз­решений специалисты «ГНЦ РФ-ФЭИ» выполнили независимую оценку обеспечения ядерной безопасности упаковки. В наихудшем случае столкновения упаковки с жесткой преградой Кэфф=0,872±0,001, что не превышает значения, установленного правилами (0,95). Показано, что транспортирование ТУК-19 с ОТВС типа С-36 автомобильным и авиационным транспортом удовлетворяет требованиям ядерной безопасности, изложенным в правилах.

Поскольку максимальное суммарное остаточное тепловыделение в упаковке с четырьмя ОТВС составляло не более 9 Вт, температура на внешней поверхности ТУК-19 в нормальных условиях эксплуатации не превышала 40°С.

Результаты расчетных и измеренных уровней излучения от ТУК-19, загруженного четырьмя ОТВС с максимальными радиационными характеристиками, свидетельствуют, что в нормальных условиях перевозки мощность дозы излучения на поверхности упаковки (0,158 мЗв/ч) значительно меньше установленной правилами (2 мЗв/ч). Поскольку при аварии целостность радиационной защиты не нарушается, мощность дозы излучения на расстоянии 1 м от поверхности упаковки не будет превышать 0,038 мЗв/ч, что значительно меньше значения, установленного правилами (10 мЗв/ч).

Правила ограничивают пределы активности при утечке радиоактивного содержимого из упаковок. Для нормальных условий перевозки максимально допустимое значение составляет 10-6 А2/ч, при авариях – 10*А2 в неделю для 85Kr и А2 для всех других радионуклидов. Согласно расчетам, потери радиоактивного содержимого из ТУК-19 в обычных условиях перевозки за 1 ч могут составить 5,7*103 Бк, что соответствует примерно 0,06% от величины А2 (1*1013 Бк), при аварии – не более 0,005%.

Обоснование безопасности перевозки

При оценке радиационных рисков предполагалось, что ТУК-19 при перевозке ОЯТ является опасным производственным объектом, соответственно, использовалась нормативная документация для АЭС. Поэтому аварии с вероятностью выше 10-7 в расчете на один рейс в год рассматривались как проектные, с вероятностью ниже 10-7, но выше 10-10 – как запроектные, при них может возникнуть необходимость принятия мер для защиты населения. Критерий вмешательства – 0,1 Зв; эта же величина выбрана в качестве максимального значения доз для персонала, участвующего в перевозке, при проектных авариях.


Рис. 2. Дерево возможных событий при авиаперевозке упаковок ТУК-19 с ОТВС реактора ВВР-С

На рисунке 2 приведено дерево событий (чрезвычайных ситуаций) при авиаперевозке ОЯТ по маршруту Бухарест-Екатеринбург, при которых не исключаются радиационные аварии, а также вероятность возникновения таких ситуаций.

При нормальных условиях перевозки воздушным транспортом ОТВС в ТУК-19 обеспечивается безопасность и сопровождающего груз персонала, и населения. Соблюдение критериев приемлемого риска для персонала обеспечивается за счет особенностей упаковок ОЯТ и дозиметрического контроля, а для населения — за счет соблюдения требований правил.

Рис. 3. Диаграмма «вероятность события – тяжесть последствий по шкале INES» для чрезвычайных ситуаций при авиаперевозке ТУК-19 с ОТВС реактора ВВР-С

При анализе чрезвычайных ситуаций установлено, что не существует вероятных событий (Р>1*10-7), которые могут быть расценены по шкале INES как аварии (рис. 3). Вероятные события (1, 3, 8) расцениваются как инциденты, а события с наиболее тяжелыми последствиями (4-7) маловероятны. Событие 2 и маловероятно, и не имеет серьезных последствий.

При разработке проекта большое внимание уделялось аварийной поддержке. При активном содействии АТЦ СПб была разработана аварийная карточка №7-02, определяющая первичные действия экипажа воздушного судна, сопровождающего персонала и аварийно-спасательных служб в случае аварии.

После завершения всех работ по обоснованию безопасности на конструкцию упаковки и перевозку был получен сертификат-разрешение №RUS/3104/B(U)F-96T.

Вечером 29 июня 2009 года автоколонна с транспортными пакетами покинула территорию института IFIN-HH и под охраной направилась в сторону аэропорта Бухареста, где контейнеры были загружены в самолет АН-124-100. Маршрут полета проходил в обход крупных населенных пунктов и опасных производственных объектов, во избежание пересечения воздушного пространства третьих стран – над Черным морем. После промежуточной посадки в Ульяновске самолет благополучно приземлился в аэропорту «Кольцово», откуда груз автомобильным транспортом был доставлен на ПО «Маяк».
Проект вывоза ОЯТ реактора ВВР-С из Румынии показал, что перевозка упаковок ОЯТ с ограниченной активностью с использованием воздушного транспорта и возможна, и безопасна.