В современных условиях, с ростом угрозы терроризма, обращение с отработавшим ядерным топливом стало приоритетным вопросом не только с точки зрения национальной безопасности России, но и для международной радиоэкологической безопасности. Наиболее сложной научно-технической задачей в этой области является обращение с ОЯТ на плавучих технических базах (ПТБ) атомного флота.
Плавучие технические базы, предназначенные для приема на временное хранение ОЯТ судовых реакторов, создавались на заре развития атомной техники, когда отсутствовал опыт обращения с отработавшим топливом. Из-за отсутствия необходимого технологического оборудования дефектные отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) своевременно не удалялись и постепенно накапливались в хранилищах ПТБ.
«Проблемные» плавбазы
Самая сложная обстановка сложилась на плавучих базах ПМ-80 (Приморский край) и ПМ-32 (Камчатка). Эти суда давно выслужили установленные сроки и были выведены из состава флота в 1994 и 1996 годах соответственно. Они находились в ветхом состоянии и, имея на борту по более чем 100 дефектных ОТВС, представляли потенциальную ядерную и радиоэкологическую опасность для населения и окружающей среды. Для предотвращения крупных аварий регионального масштаба требовалось принятие экстренных мер по выгрузке ОЯТ, удалению жидких и твердых РАО повышенной активности.
На подготовительном этапе (1998-2000 годы) велось инженерное и радиационное обследование ПТБ, которое выявило опасную, а на отдельных участках чрезвычайно опасную радиационную обстановку в хранилищах ОЯТ. Длительное хранение дефектных ОТВС в бассейнах выдержки привело к выходу значительного количества долгоживущих радионуклидов из ядерного топлива в охлаждающий контур, что привело к образованию высокоактивных ЖРО и ТРО.
Поскольку существовавшие в то время технические средства для выгрузки дефектного ОЯТ морально и физически устарели, потребовалась разработка нетрадиционных технологий и оборудования, а также привлечение к сложным работам специалистов, имеющих опыт работ в условиях чрезвычайно опасной радиационной обстановки.
Схема работ на ПМ-80
ПМ-80 эксплуатировалась более 30 лет; в 1985 году была предпринята первая, неудачная, попытка удаления дефектного ОЯТ из хранилищ судна, которая привела к ухудшению радиационной обстановки. Поэтому работы по выгрузке дефектного топлива решили начать именно на этой ПТБ. Целью мероприятий было полное удаление ОЯТ из хранилища ПМ-80 и размещение его на длительное безопасное хранение в сооружении 30 береговой базы флота.
В соответствии с разработанной транспортно-технологической схемой, работы по удалению дефектного ОЯТ с ПМ-80 выполнялись в четыре этапа: подрыв и выгрузка дефектных ОТВС (рис.1); загрузка чехла Т-24 с ОТВС в контейнер КБ-650Б-А и передача его на автомобильный контейнеровоз (рис. 2); перевозка контейнера к береговому хранилищу ОЯТ; выгрузка чехла с дефектными ОТВС в хранилище (рис.3).
Рис. 1. Выгрузка дефектных ОТВС из бака хранилища ПМ-80
и загрузка его в чехол:
1 - Контейнер перегрузочный СБ-02 ок-ЗООПБ; 2 - Контейнер базовый КБ-650Б-А; 3 - Контейнер типа 12; 4 - Чехол 24(22); 5 - Наводящее устройство (для ОТВС, штатное); 6 - Воронка направляющая (для загрузки пенала с ОТВС в перегрузочный контейнер), штатная; 7- Воронка направляющая (для загрузки чехла с ОТВС в базовый контейнер); 8 - Кран пневмоколесный КС-5363Е, грузоподъемностью 36 т; 9 - Автомобильный контейнеровоз (на базе тягача МАЗ-537 и полуприцепа ЧМЗАП-9990); 10 - Кран пневмоколесный КС-5363БМ грузоподъемностью 25 т или гусеничный кран СКГ-631 грузоподъемностью 100 т.
Рис. 2. Ззагрузка чехла с дефектным ОТВС в базовый контейнер и передача его на автомобильный контейнеровоз (обозначения см. рис. 1)
Рис.3. Перевозка загруженного базового контейнера на автомобильном контейнеровозе и выгрузка чехла с дефектным ОТВС из базового контейнера в хранилище объекта 927-III (обозначения см. рис. 1)
В процессе выгрузки с помощью телевизионной системы была получена объективная информация о характере деформации и деградации активных частей технологических сборок. Различные виды деформации и деградации ОЯТ требовали быстрой разработки и изготовления самых разных устройств, оснастки и приспособлений.
В 1999-2000 годах специалистами НПП «ЭКОАТОМ» из хранилища ПМ-80 было удалено 87 дефектных ОТВС. У остальных сборок головные части были вмяты в пеналы, и использование штатных и нестандартных захватов для удаления ОТВС не представлялось возможным.
В 2001 году была предпринята попытка выгрузки деформированных сборок вместе с пеналами, которые вырезались из хранилищ ПМ-80, ПМ-32 с помощью специального станка, разработанного специалистами ФГУП ЦНИИ ТС (Санкт-Петербург).
Станок устанавливали на поворотной плите и последовательно подрезали пенал с ОТВС, подрывали его и загружали в нестандартный чехол Т-24. Чехол с пеналами загружали в контейнер КБ-650Б-А, который устанавливали в транспортную раму полуприцепа-тяжеловоза ЧМЗАП-9990П. Тяжеловоз направлялся в хранилище ОЯТ и там выгружался.
Таким образом, в 2001-2002 годах из хранилища ПМ-80 было удалено 22 пенала с дефектными ОТВС и их фрагментами.
Выполненные на ПМ-80 работы предотвратили угрозу аварии с тяжелыми радиоэкологическими последствиями, которая привела бы к радиоактивному загрязнению богатых морепродуктами промысловых районов на северо-западе Японского моря. Случись такая катастрофа, ее последствия невозможно было бы ликвидировать даже в случае принятия крупномасштабных мер.
Выгрузка дефектного ОЯТ из хранилища ПМ-80 позволила откорректировать технологический процесс и его организацию, усовершенствовать оборудование для аналогичных работ на ПМ-32. В июле-сентябре 2002 года из хранилищ этой плавбазы было полностью удалено ОЯТ, а ЖРО высокой активности перевели в низкоактивные.
Рис. 4. Общая схема передачи пеналов из баков с ОЯТ ХОТК ПМ-32 в ХОТК ПМ-74 в акватории СРЗ ВМФ (поперечный разрез)
В соответствии с общей схемой (рис. 4) отработавшее ядерное топливо было перегружено с ПМ-32 в хранилище ПМ-74, а затем вывезено в хранилище ОЯТ ФГУП «ДальРАО» в Приморском крае. Тем самым ликвидирована возможность развития аварии с тяжелыми радиоэкологическими последствиями и в Камчатском регионе.
Радиоэкологический мониторинг
При выгрузке дефектного ОЯТ уделялось большое внимание обеспечению радиационной безопасности работ. Был организован радиоэкологический мониторинг: в Приморском крае – на ПМ-80, в бухте Конюшкова, на транспортной магистрали и в прилегающей части поселка Дуная, на Камчатке – на ПМ-32, в бухте Сельдевой, на территориях судоремонтного завода и ближайшего населенного пункта (города Вилючинска).
Радиоэкологический мониторинг включал в себя: оценку состояния источников радиоактивного загрязнения; прогноз радиационной обстановки на этапе подготовки к выгрузке ОЯТ на основе реальных и многолетних гидрометеорологических данных с последующим уточнением в процессе выполнения работ; непрерывные наблюдения за изменением радиационных полей в хранилищах ОТВС, интенсивностью поступления радиоактивных веществ в окружающую среду (на прилегающие территории и в морскую акваторию); постоянный контроль содержания радионуклидов в атмосфере, почве, донных отложениях, флоре и фауне.
Радиоэкологическое сопровождение чрезвычайно опасных операций на ПМ-80 и ПМ-32 осуществлялось силами и средствами Службы радиационной, химической и биологической защиты Тихоокеанского флота, НПП «ЭКОАТОМ», РНЦ «Курчатовский институт» и ИБРАЭ РАН.
На основе данных мониторинга была проведена оценка радиационного риска для населения и персонала. Ее результаты показали, что разработанная технология удаления дефектного ОЯТ отвечает существующим требованиям обеспечения радиоэкологической безопасности человека и окружающей среды.
Таким образом, в 1999-2002 годах впервые в России были разработаны и реализованы технологии, необходимое оборудование и оснащение для безопасного обращения с ОЯТ, выгруженным из реакторов судовых ядерных энергетических установок. С их использованием из хранилищ ПМ-80 и ПМ-32 Тихоокеанского флота полностью удалено дефектное отработавшее топливо, а также ЖРО и ТРО повышенной активности. Тем самым ликвидирована угроза широкомасштабных радиационных аварий в Приморском крае и на Камчатке.
Авторы: В.К.Булыгин, Е.А.Степанов, Ю.Н.Стружка, Ю.А.Сдержиков (ЗАО «НПП «Экоатом»)
