30 мая 2011

Подготовка первой авиаперевозки ОЯТ, сертифицированной по новым правилам

Atomic-Energy.ru
Самолет АН-124-100

В ходе реализации проекта по вывозу ОТВС румынского реактора ВВР-С возникла потребность в использовании воздушного транспорта. Российским специалистам пришлось приложить значительные усилия сначала для обоснования безопасности такой перевозки, а потом и для ее организации.

Идея транспортирования ОЯТ по воздуху не нова. В 1993-1994 годах состоялись две перевозки ОЯТ исследовательского реактора ИРТ-5000 из Ирака (Tuwaitha Nuclear Research Centre – TNRC) в Россию (ПО «Маяк»). Всего было вывезено 208 ОТВС, содержащих чуть менее 100 кг урана, в том числе и высокообогащенного.

Вывоз осуществлялся в американских контейнерах NAC-LWT (NAC International) на российском воздушном судне АН-124-100. Обстановка, при которой происходила данная операция, была чрезвычайной. Реактор ИРТ-5000 был разрушен в течение первых дней войны 1991 года, но приреакторный бассейн, в котором хранилась часть ОТВС, и сами сборки не были повреждены. Тем не менее, бассейн был завален строительными конструкциями здания реактора. Остальные ОТВС хранились в другом месте (Garf al Naddaf district), расположенном в 5 км от TNRC и не приспособленном для обращения с отработавшим топливом. Фактически ОТВС были размещены в бетонных бункерах, которые, в свою очередь, были погребены в котловане, вырытом на открытой местности.

Подобные условия хранения ОЯТ, опасность несанкционированного распространения делящихся материалов и политическая ситуация в стране требовали немедленного удаления ОЯТ из Ирака. Как того требовали международные соглашения, ОЯТ нужно было вернуть в страну происхождения – в Россию.

Международные и российские правила безопасности перевозок

Единственным видом транспорта, способным удовлетворить требованиям чрезвычайности, был воздушный. Международные нормативные правила, регулирующие перевозки ОЯТ в те годы, не накладывали ограничений на использование воздушного транспорта для перевозки материалов с высокой активностью. При перевозке руководствовались «Основными правилами безопасности и физической защиты при перевозке ядерных материалов» (ОПБЗ-83) и «Правилами безопасной перевозки радиоактивных материалов» (МАГАТЭ, 1985 год).

Последствия аварий на воздушном транспорте значительно более тяжелые, чем на наземных и водных видах транспорта, поэтому в правила МАГАТЭ TS-R-1 издания 1996 года были введены более строгие требования к упаковкам, предназначенным для перевозки делящихся материалов по воздуху. В частности, в этом документе появились требования  ограничения активности содержимого упаковки и подкритичности отдельной упаковки после усиленной серии испытаний. Более поздние правила МАГАТЭ 2005 года подтвердили это требование. Для материала неособого вида был установлен предел активности 3000A2,  принимая во внимание выполненный ранее анализ рисков.

Транспортирование ОТВС из Румынии в РФ не являлось чрезвычайной операцией. Тем не менее, на момент выполнения проекта проблемы наземного транзитного транспортирования через третьи страны не были решены. В связи с этим возникло предложение осуществить вывоз ОТВС из Румынии с использованием воздушного транспорта. Участники первого совещания, которое состоялось 2 марта 2006 года в Москве, убедились, что активность всех 70 ОТВС типа С-36 румынского реактора ВВР-C (~25 кг урана) на момент перевозки не превышает установленного правилами НП-053-04 и TS-R-1 значения 3000A2. Следовательно, перевозка этих ОТВС могла быть осуществлена воздушным транспортом в упаковках типа B(U) [2].

Для решения поставленной задачи было необходимо:

  • разработать транспортный пакет, обеспечивающий перевозку упаковок ТУК-19 различными видами транспорта, в том числе воздушным;
  • продемонстрировать возможность загрузки транспортного пакета в самолет АН-124-100;
  • обосновать безопасность конструкции упаковки;
  • обосновать безопасность самой перевозки.

Разработка транспортного пакета

Для перевозки ОЯТ реактора ВВР-С был выбран российский цельнометаллический контейнер ТУК-19. Чтобы обеспечить мультимодальность перевозки, был разработан транспортный пакет на основе специализированного грузового крупнотоннажного 20-футового ISO-контейнера (СГКК), в котором размещались три контейнера ТУК-19. По прочности СГКК должен удовлетворять 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. СГКК прошел экспертизу в Российском морском регистре судоходства (РМРС) на соответствие требованиям стандартов. После успешных испытаний на испытательных стендах, освидетельствованных РМРС, 17 апреля 2008 года был получен сертификат-разрешение №08.11146.130 о допуске СГКК к перевозке грузов.

21 августа 2008 года в аэропорту города Челябинска состоялась успешная демонстрация возможности загрузки транспортного пакета в самолет АН-124-100.

Обоснование безопасности конструкции упаковки

Наиболее сложной задачей оказалось доказательство сохранения подкритичности единичной упаковки при усиленной серии испытаний: на прокол (разрыв), усиленное тепловое испытание и на столкновение. В соответствии с требованиями российских и международных 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 экспертами РФЯЦ-ВНИИЭФ были проведены расчетные исследования процесса динамического деформирования и оценки прочности упаковки ТУК-19 при воздействии механических нагрузок, моделирующих нормальные условия эксплуатации, а также нештатные условия перевозки, включая авиационную аварию.
Результаты расчетов показали, что после воздействия на отдельную упаковку механических аварийных нагрузок (падение с высоты 9 м, падение на упаковку тела массой 500 кг с высоты 9 м, падение на штырь с высоты 3 м) сохраняется исходная герметичность и прочность ТУК, обеспечивается извлекаемость чехла с ОТВС из ТУК и последующее извлечение ОТВС из чехла.

При столкновении отдельной упаковки с жесткой преградой на скорости 90 м/с в большом диапазоне углов происходит разрушение болтового соединения крышки и корпуса ТУК. При этом целостность ТУК (его радиационной защиты) сохраняется, чехол и ОТВС деформируются, происходит разрушение ОТВС и твэлов. Выброс чехла с ОТВС из корпуса ТУК в большинстве случаев столкновения с жесткой преградой отсутствует. В процессе деформирования ТУК возможно заклинивание его крышки в корпусе контейнера.

Специалисты отдела ядерной безопасности ГНЦ РФ – ФЭИ выполнили независимую оценку обеспечения ядерной безопасности упаковки для наихудших случаев столкновения упаковки с жесткой преградой и показали, что транспортирование упаковки ТУК-19 с румынскими ОТВС авиационным транспортом удовлетворяет требованиям ядерной безопасности, изложенным в НП-053-04 и TS-R-1.

Результаты расчетных и измеренных уровней излучения для ТУК-19, загруженного четырьмя ОТВС с максимальными радиационными характеристиками, в нормальных условиях перевозки подтвердили, что мощность дозы излучения на поверхности упаковки (0,158 мЗв/ч) значительно меньше установленной правилами (2 мЗв/ч).

Поскольку в аварийных условиях перевозки целостность радиационной защиты не нарушается, был сделан вывод о том, что мощность дозы излучения на расстоянии 1 м от поверхности упаковки не будет превышать 0,038 мЗв/час, что также намного меньше значения, установленного правилами (10 мЗв/час).

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 40оС.

Результаты расчетов показали, что потери радиоактивного содержимого из ТУК-19 для нормальных условий перевозки за 1 ч (а для аварийных – за неделю) меньше предела, установленного правилами.

Обоснование безопасности перевозки

По инициативе отдела ядерной безопасности ГНЦ РФ – ФЭИ был проведен анализ радиационных рисков. Аварии с вероятностью выше 10-7 в расчете на один рейс в год рассматривались в качестве проектных, при вероятности ниже 10-7, но выше 10-10 в расчете на один рейс в год – как запроектные (при которых может возникнуть необходимость принятия мер для защиты населения).

Было исследовано дерево событий (чрезвычайных ситуаций) применительно к условиям авиаперевозки ОЯТ по маршруту Бухарест–Екатеринбург, при которых, в принципе, не исключаются радиационные аварии, а также вероятности возникновения таких ­ситуаций.

Из результатов анализа следовало, что при нормальных условиях перевозки воздушным транспортом ОТВС в ТУК-19 обеспечивается безопасность и персонала, участвующего в перевозке ОЯТ, и населения.

При анализе чрезвычайных ситуаций было установлено, что не существует вероятных событий (Р>1*10-7), которые могут быть расценены по шкале INES как аварии. Наиболее вероятные события по этой шкале характеризовались как инциденты, а события с наиболее тяжелыми последствиями (аварии) оказались маловероятными. Несколько исследованных событий были и маловероятны, и не имели серьезных последствий (инцидент) [2].

Большое внимание при реализации перевозки ОЯТ из Румынии уделялось аварийной поддержке. При активном содействии АТЦ СПб была разработана аварийная карточка №7-02, которая устанавливала первичные действия экипажа воздушного судна, сопровождающего персонала и аварийно-спасательных служб в случае аварии.

После завершения всех работ по обоснованию безопасности 13 февраля 2009 года был получен сертификат-разрешение №RUS/3104/B(U)F-96T на конструкцию упаковки и перевозку.

Разрешительные документы
Вывоз ОЯТ реактора ВВР-С из Румынии в российских контейнерах ТУК-19 с использованием воздушного транспорта, несомненно, был амбициозным проектом. Однако высокие цели, которые поставили перед собой участники проекта, с неизбежностью заставили главное внимание уделять вопросам обеспечения безопасности. Проект в течение трех лет находился под особым надзором российских и румынских компетентных и регулирующих органов и сопровождался ими от самого начала до завершения. Результаты работ по обоснованию безопасности, выполняемых при подготовке к перевозке, широко обсуждались экспертами и специалистами отрасли на внутрироссийских и международных совещаниях.
Проект вывоза ОЯТ реактора ВВР-С из Румынии показал, что перевозка упаковок ОЯТ с ограниченной активностью при использовании воздушного транспорта и возможна, и безопасна.

Авторы

О.П. Баринков, Б.А. Канашов, С.В. Комаров (ООО НПФ «Сосны»)
А.Е. Бучельников (Госкорпорация «Росатом»)
В.И. Шаповалов, к.т.н., А.И. Моренко (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»)

Литература:

  1. Hubert P., et al. Specification of Test Criteria and Probabilistic Approach: The Case of Plutonium Air Transport Probabilistic Safety Assessment and Risk Management, PSA 87,Verlag TUV Rheinland, Cologne (1987).
  2. Комаров С.В. Транспортирование ОЯТ по воздуху: обоснование безопасности / С.В. Комаров, Б.А. Канашов, О.П. Баринков, А.Н. Дорофеев // Безопасность окружающей среды. – 2010. – №1. – С.42-45.