30 мая 2011

Вывоз ОЯТ из Казахстана: первый этап

Atomic-Energy.ru
Инспектора МАГАТЭ устанавливают пломбы на ТУК-19

С декабря 2008 года по май 2009 года в ПО «Маяк» прибыло четыре эшелона с ОЯТ из Казахстана. Реализация проекта потребовала значительных организационных и инженерных усилий.

Исследовательский реактор ВВР-К является серийным советским исследовательским реактором бассейнового типа. Он находится в Институте ядерной физики (ИЯФ) Национального ядерного центра Республики Казахстан близ города Алатау недалеко от Алматы.

Топливная сборка ВВР-Ц

Реактор (10 МВт) был выведен на мощность в 1967 году и эксплуатировался до 1988 года, до закрытия для усовершенствования системы безопасности после проведения сейсмического анализа. В 1998 году Комитет по ядерной энергии Казахстана (КЯЭК) разрешил его вывод на мощность до 6 МВт с использованием тепловыделящих сборок с U-Al-топливом с обогащением 36% по 235U, состоящих из пяти или трех шестигранных труб.

В настоящее время реактор работает на полной мощности, необходимой для ежемесячного производства радиоизотопов и облучения образцов для нейтронно-активационного анализа и исследования материалов, проводимых в ИЯФ. Отработавшее топливо хранится в двух бассейнах. Вновь выгруженные ОТВС размещаются в бассейне, расположенном рядом с реактором,  более старые сборки – в резервуаре в конце реакторного зала.

В рамках программы RRRFR из ИЯФ в Россию предполагается вывезти все высокообогащенное ОЯТ. Вывоз должен происходить в два этапа: на первом вывозятся сборки, облученные до 2006 года, на втором, после перевода реактора ВВР-К на низкообогащенное урановое топливо – все оставшиеся. Таким образом, к перевозке в 2008-2009 годах (в рамках первого этапа) предназначалось 278 топливных сборок ВВР-Ц (259 пятитрубных и 19 трехтрубных), содержащих 73,7 кг высокообогащенного урана.

Проектная команда

Выполнение первого этапа проекта по вывозу ОЯТ из Алатау стало возможным лишь благодаря тесному взаимодействию организаций США, России и Казахстана, вовлеченных в проект.

Национальная администрация по ядерной безопасности (NNSA) Министерства энергетики США финансировала проект и осуществляла его координацию в рамках программы RRRFR.

Государственная корпорация «Росатом» обеспечила выпуск российских правительственных соглашений, требований к контейнерам и транспортированию, сертификатов и лицензий. Ростехнадзор выдал разрешения по результатам государственной экологической экспертизы специальных экологических программ и материалов «Единого проекта». ФЦЯРБ – единственная организация, имеющая право на ввоз ядерного топлива в Россию – осуществлял разработку «Единого проекта» и внешнеторгового контракта.

Российская научно-производственная фирма «Сосны» совместно с ПО «Маяк» провела инспекцию топлива. В качестве субподрядчика ФЦЯРБ осуществила анализ безопасности перевозок и сертификацию ТУК-19, подготовила всю необходимую для перевозки документацию. Разработала методологию расчета количества высокоактивных отходов, возвращаемых после переработки ОЯТ.

ФГУП «ПО «Маяк» проверило данные инспекции ядерного топлива и организовало транспортирование ОЯТ по территории РФ. Осуществило временное технологическое хранение и переработку облученных ОТВС, а также временное технологическое хранение полученных РАО.

ИЯФ в Алатау выступал генеральным подрядчиком NNSA и ФЦЯРБ, осуществлял управление проектом и нес ответственность за все работы в Казахстане. Комитет по ядерной энергии Казахстана выдал разрешение на программу транспортирования, подтвердил российский сертификат на перевозку контейнеров, выдал экспортную лицензию и другие документы, касающиеся перевозок ОЯТ по территории Казахстана. Кроме того, он взаимодействовал с МАГАТЭ по вопросам гарантии безопасности.

Законодательная база

Юридическую основу для транспортирования ОЯТ реактора ВВР-К из Казахстана обеспечили четыре межправительственных соглашения:

  • между правительствами США и России о сотрудничестве по ввозу в РФ российского ядерного топлива зарубежных исследовательских реакторов, подписанное в мае 2004 года, где указаны правила определения соответствия участника, финансовые обязательства и условия осуществления программы;
  • между Министерством обороны США и Мини­стерством обороны Республики Казахстан об учете, контроле и физической защите ядерных материалов в целях предотвращения распространения ядерного оружия (1993 год, с дополнениями), которое распределило ответственность и обеспечило освобождение от налогов при выполнении проекта вывоза ОЯТ;
  • между США и Республикой Казахстан об уничтожении шахтных пусковых установок с баллистическими ракетами, мерах реагирования и предотвращении распространения ядерного оружии от 13 декабря 1993 года, с дополнениями, которое также содержит ряд положений о распределении ответственности в рамках проекта по вывозу ОЯТ;
  • между правительствами­ Казах­­­­стана и России в области мирного использования ядерной энергии от 23 сентября 1993 года, определившее пути и рекомендации по возврату ОЯТ, где также предусмотрен возврат высокоактивных РАО в Казахстан.

Транспортные контейнеры

Контейнер ТУК-19 для перевозки ОЯТ

Для транспортирования ОЯТ реактора ВВР-К использовался российский транспортный контейнер ТУК-19.  Контейнер, имеющий массу 5 т, специально спроектирован для перевозки топлива исследовательских реакторов и может быть принят на большинстве исследовательских реакторных установок.  Корпус контейнера изготовлен из нержавеющей стали, имеет диаметр ~ 86 см и высоту 217 см. Корзина (чехол 50) используется для загрузки и дистанционирования сборок. Контейнер может вмещать четыре ОТВС типа ВВР-Ц. Для транспортирования ОЯТ имеется в общей сложности 20 ТУК-19, 16 из них принадлежат ПО «Маяк», и четыре – ФГУП «ИРМ».

Российский сертификат RUS/3103/B(U)F-96 на конструкцию и перевозку ТУК-19 был выдан 9 сентября 2008 года Государственной корпорацией по атомной энергии «Росатом». Комитет по ядерной энергии Казахстана подтвердил его 5 ноября 2008 года. Согласно сертификату, контейнеры ТУК-19 лицензированы на перевозку автомобильным и железнодорожным транспортом. Для вывоза ОЯТ из Казахстана применялись вагоны ТК-5.

Подготовка площадки

Для проведения операций загрузки и последующих перевозок было необходимо провести ремонт и усовершенствование имеющегося оборудования для обращения с ОЯТ в реакторном зале, а также установить в нем дополнительное оборудование. На наружных площадках ИЯФ и железнодорожной станции, находящейся приблизительно в 40 км от ИЯФ, также нужны были подготовительные работы.

В реакторном зале было удалено старое виниловое напольное покрытие, проведен ремонт бетонного пола; нанесено  новое эпоксидное напольное покрытие, которое является более долговечным и облегчает дезактивацию.

Оператор крана с новой видеосистемой

Для помощи оператору крана при дистанционной загрузке чехлов с ОТВС в контейнеры ТУК-19 в реакторном зале были установлены четыре новые видеокамеры, одна из них – на крановом мосту. Использование камер повысило контроль выполнения и эффективность операций и снизило риск неправильного обращения во время операций загрузки.

На случай отключения электропитания во время загрузки был установлен резервный генератор.

Был спроектирован и изготовлен самоосвобождающийся (автоматический) захват для операций загрузки.

Были закуплены грузовики КАМАЗ и изготовлены специальные рамы для контейнеров, предназначенные для перевозки контейнеров из реакторного зала на железнодорожную станцию.

В связи с плохим состоянием дороги от реакторного зала к основной общественной дороге за пределами ИЯФ ее покрытие также было заменено.

На железнодорожной станции:

  • проведен ремонт нескольких секций железнодо­рожного полотна, заменено два рельса и анкерные болты;
  • расчищены подъездные пути;
  • для ночных операций установлено новое освещение, а также электрощит для подачи энергии к вагонам ТК-5 и ТК-ВС (вагон для персонала);
  • дорога, ведущая к станции, выровнена, глубокие выбоины заделаны;
  • на случай потери электропитания закуплен и установлен резервный (переносной) генератор.

Организация перевозок

Вагоны ТК-5 на запасном пути

Для вывоза 278 ОТВС в Россию потребовалось 70 контейнеров, поэтому в рамках первого этапа потребовалось сделать четыре железнодорожных рейса (по 16, 16, 18 и 20 контейнеров на рейс). Так как один вагон ТК-5 вмещает восемь ТУК-19, «ядерный поезд» состоял из двух вагонов ТК-5 во время первых двух рейсов и трех – во время третьего и четвертого. 

Для разгрузки порожних контейнеров с вагонов ТК-5 и их размещения в креплениях на грузовиках применялся автокран. Для перевозки контейнеров в ИЯФ использовались два грузовика, рассчитанных на два контейнера каждый.

В реакторном зале контейнеры размещались на полу в соответствии со схемой расположения и хранения, разработанной для того, чтобы избежать установки ТУК-19 на участках пола, не рассчитанных на их вес. В зимнее время контейнеры прибывали заледеневшими, поэтому требовалось некоторое время на их оттаивание и приведение в рабочее состояние. Это совершенно необходимо для предотвращения повреждений эластомерных защитных колец, являющихся основным элементом системы герметизации крышки.

Инспектора МАГАТЭ устанавливают пломбы на ТУК-19

При загрузке ОТВС в контейнеры инспекторы МАГАТЭ, используя подводную видеокамеру, определяли идентификационный номер каждой сборки. Далее с помощью NaI-детектора они определяли присутствие 137Cs – изотопа, образующегося в результате облучения, индикатора наличия ОЯТ в сборке.

Затем ОТВС загружались в корзину, которая дистанционно извлекалась из бассейна с помощью крана. Из-за высокой дозы излучения во время этой операции персоналу не разрешалось оставаться в реакторном зале. Как только корзина опускалась в контейнер, а захват отсоединялся, на контейнер устанавливалась крышка. Операторы фиксировали болты крышки, а инспекторы МАГАТЭ устанавливали пломбы (по две на контейнер) в целях учета и контроля материалов. Затем контейнеры переносились на участок контроля герметичности. Для проверки ТУК-19 использовался стандартный гелиевый течеискатель. После того, как контейнер признавался герметичным, он устанавливался на индивидуальное место хранения до момента отправки.

На железнодорожную станцию загруженные контейнеры перевозились с соблюдением всех соответствующих мер физзащиты. Охрана сопровождала груз и при дальнейшем транспортировании до ПО «Маяк». Длительность транзитной перевозки по Казахстану составила 1,5 дня, по России – 2,5 дня.  Транспортированию была присвоена наивысшая категория железнодорожной перевозки (КП-1), поэтому поезд всегда получал приоритет прохождения, что обеспечивало непрерывность транзита. Между первой и второй перевозками было проведено ежегодное техобслуживание контейнеров ТУК-19 и вагонов ТК-5, что увеличило период оборота (промежутка времени между отправками пустых контейнеров из ПО «Маяк»).

В дальнейшем этот период занимал до 30 дней.

Первый рейс в Россию с грузом казахского ОЯТ был выполнен в декабре 2008 года. К маю 2009 года было осуществлено еще три перевозки, которые ознаменовали собой конец первого этапа перевозок ВОУ из Казахстана.

Основные этапы выполнения проекта

Планы на будущее

Правительство Казахстана и ИЯФ приняли решение перевести реактор ВВР-К на топливо с НОУ с обогащением 19,7%. С участием Аргонской национальной лаборатории (США), действующей в рамках Программы перевода исследовательских и экспериментальных реакторов на низкообогащенное топливо (RERTR), и  российской топливной компании «ТВЭЛ» в ближайшее время будут изготовлены и поставлены в реактор на испытание топливные сборки нового образца. Через два года облучения сборки будут извлечены и исследованы, и в случае положительных результатов активная зона ВОУ будет заменена на активную зону НОУ. По истечении времени выдержки, необходимого для транспортирования (для контейнеров ТУК-19 – три года), оставшиеся ТВС ВОУ будут отправлены в Российскую Федерацию по программе RRRFR в рамках второго этапа вывоза ОЯТ из ИЯФ. 

Возврат в РФ около 74 кг высокообогащенного урана из Казахстана стал не просто первым этапом вывоза ОЯТ из Института ядерной физики. Это – заметная веха для Казахстана и всей программы RRRFR. Проект стал хорошим примером международного сотрудничества между различными организациями Казахстана, Российской Федерации, Соединенных Штатов и МАГАТЭ.

Авторы

И. Большинский (Национальная лаборатория штата Айдахо, США),
Д. Томас (Washington Savannah River Company),
П. Чакров, Д. Накипов (Институт ядерной физики, Казахстан),
С.Н. Комаров, Р.Р.  Кудояров (ООО НПФ «Сосны»)