Давиденко Обрасчение с отработавшим ядерным 2007

каучука решает задачу оснащения ТУК твердой нейтронной защитой, которая до сего времени в конструкциях ТУК для ОЯТ не применялась.

Потребность в транспортных средствах для вывоза ОЯТ с территории АЭС на рассматриваемый период определяется планом ввода в строй новых АЭС и вывода из эксплуатации действующих, предусмотренным "Программой развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998–2005 годы и до 2010 года", утверждённой Постановлением Правительства РФ от 21.07.98 № 815, а также необходимостью вывоза ОЯТ РБМК-1000 с АЭС в связи с переводом его на сухое хранение в централизованном хранилище и составляет:

для ОЯТ ВВЭР-440 – 10 шт; для ОЯТ ВВЭР-1000 – 16 шт;

для МОХ ОЯТ ВВЭР-1000 – 6 шт; для ОЯТ РБМК-1000 – 45 шт.

2.2.1. Правила и нормы при транспортировке облученного топлива

Любая операция, связанная с транспортировкой ОЯТ, должна быть регламентирована специальными документами. Также при транспортировке должны быть соблюдены специальные условия (выполнены нормы). В настоящее время действует множество документов, в которых даются определения всех используемых терминов и приводятся нормы, которые должны быть выполнены. Для примера приведем названия основных действующих документов и некоторые определения, правила и нормы, которые в них изложены.

Правила ядерной безопасности

1. ПБЯ-06-00-96. Основные отраслевые правила ядерной безопасности при использовании, переработке, хранении и транспортировании ядерноопасных делящихся материалов.

2.1. Самоподдерживающаяся цепная реакция деления (СЦР) – про-

цесс деления ядер нуклидов, при котором число нейтронов, образующихся в процессе деления ядер за какой-либо интервал времени, равно или

51

больше числа нейтронов, убывающих из системы вследствие утечки и поглощения за этот же интервал времени.

2.2.Ядерная авария – возникновение СЦР в результате исходных событий аварий или умышленных действий.

2.3.Обеспечение ядерной безопасности – создание и поддержание условий, направленных на предотвращение возникновения СЦР и ограничение ее последствий.

2.42.Упаковочный комплект – совокупность компонентов упаковки, необходимых для обеспечения соответствия упаковки требованиям безопасности. Упаковочный комплект может, в частности, включать одну или несколько емкостей, сорбирующих вещества, дистанционирующие конструкции, устройства для защиты от излучений, для охлаждения и тепловой изоляции, амортизаторы.

Примечание: в рабочей документации допускается для упаковочных комплектов и их составных частей использовать их технические названия.

2.43.Контейнер защищающий - упаковочный комплект, за счет конструкции и ограничения загрузки которого снижается нейтронное взаимодействие между ядерно-опасными делящимися материалами (изделия-

ми), содержащимися в контейнерах в такой степени, что Кэфф системы подобных упаковок не превышает 0,95.

12.1.Правила ядерной безопасности обязательны для исполнения всеми должностными лицами, инженерно-техническими работниками и рабочими, занимающимися проектно-конструкторскими работами, монтажом, ремонтом, обслуживанием оборудования и выполнением работ с ядерно-опасными делящимися материалами.

12.2.За нарушение требований по ядерной безопасности виновные лица несут дисциплинарную, административную или уголовную ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации.

2. ПБЯ-06-08-77. Правила ядерной безопасности при транспортировании отработавшего ядерного топлива.

2.1. Отработавшее ядерное топливо – отдельные тепловыделяю-

щие элементы (твэлы) или изделия с тепловыделяющими элементами (сборки твэлов, активные зоны в сборе), извлеченные из реактора после их облучения.

2.5. Транспортный упаковочный комплект – совокупность компонен-

тов и устройств, необходимых для обеспечения безопасного транспортирования. В состав транспортного упаковочного комплекта могут входить следующие элементы:

• пенал для размещения отработавшей сборки твэлов, препятствующий распространению, радиоактивных веществ;

52

•чехол для размещения отработавших сборок герметичных твэлов или пеналов, обеспечивающий заданное расположение сборок твэлов в транспортном упаковочном комплекте;

•контейнер для размещения пеналов, чехлов, отработавших сборок или отработавших зон в сборе, обеспечивающий биологическую защиту и предотвращающий попадание отработавшего ядерного топлива из упаковки во внешнюю среду как при нормальных условиях перевозки, так и в случае аварии;

•устройство для охлаждения, тепловая изоляция, защита от механических повреждений и т. д.

4.1.1.Отработавшее ядерное топливо должно транспортироваться таким образом, чтобы при всех изменениях в отдельной упаковке или группе упаковок, которые могут произойти как при нормальных условиях перевозки, так и в любых предвидимых аварийных ситуациях, было исключено достижение критического состояния упаковки.

Такими изменениями могут быть:

• проникновение воды в упаковку или потеря воды из упаковки;

• сокращение расстояний между упаковками или между их содержимым;

• возможная перегруппировка содержимого в более реактивные системы;

• попадание упаковок в воду или снег;

• потеря эффективности вмонтированных в упаковку поглотителей или замедлителей нейтронов;

• возможное увеличение реактивности в результате изменения температуры содержимого упаковки.

4.1.2.Ядерная безопасность при транспортировании отработавшего топлива должна обеспечиваться конструкцией упаковок и контролем ее состояния в ходе эксплуатации.

4.1.3.При разработке конструкций упаковочных комплектов, как правило, должны выполняться требования, предъявляемые к упаковкам класса I и II (см. разд. 4.2 и 4.3 настоящих Правил).

4.1.4.Ядерная безопасность упаковки должна быть доказана с помощью определения возможных повреждений упаковки в условиях, моделирующих предвидимые условия при транспортировании отработавшего топлива, что в дальнейшем, для краткости, называется “моделированием повреждений”.

Правила радиационной безопасности

1. ПРБ-88. Правила обеспечения радиационной безопасности при транспортировании отработавшего ядерного топлива от атомных станций железнодорожным транспортом.

53

1.9.Радиационная авария – авария, включая ядерную, связанная либо

снарушением радиационной зашиты, ведущим к превышению допустимых уровней мощности эквивалентной дозы излучения, либо с выходом в окружающую среду из ТУК радиоактивного содержимого выше допустимых пределов.

1.10.Радиационная защита – защита, обеспечивающая уменьшение интенсивности ионизирующего излучения.

1.11.ТУК типа В(U) – упаковочный комплект, удовлетворяющий требованиям нормативных документов и стандартов, при использовании которого безопасность полностью обеспечивается его конструкцией.

1.12.ТУК типа В(М) – упаковочный комплект типа В с находящимся в нем радиоактивным содержимым, который не удовлетворяет одному или нескольким требованиям для ТУК типа В(U).

1.13.Нормальные условия транспортирования – условия транспор-

тирования, при которых ТУК с отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС) испытывает максимальные воздействия, могущие возникнуть в процессе нормальной эксплуатации при погрузке, разгрузке и хранении в пути.

3.1.2.Радиационная защита ТУК должна обеспечивать такое снижение уровня излучения, при котором в нормальных условиях транспортирования мощность эквивалентной дозы гамма и нейтронного излучения в любой точке на внешней поверхности контейнера и вагона-контейнера не превышает значения 2 м3в/ч (200 мбэр/ч), а на расстоянии 2 м от вертикальных плоскостей, образованных внешними боковыми и торцевыми поверхностями вагона-контейнера, – 0,1 м3в/ч (10 мбэр/ч).

3.1.3.При авариях, аналогичных проектной по своим воздействиям на упаковку, допускается увеличение мощности эквивалентной дозы на поверхности контейнера, но при этом ее значение на расстоянии 1 м от контейнера не должно превышать 0,01 3в/ч (1 бэр/ч).

2. НРБ-99. Нормы радиационной безопасности (СП-2.6.1.758- 99).

56.Предел дозы (ПД) – величина годовой эффективной или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.

57.Предел годового поступления (ПГП) – допустимый уровень посту-

пления данного радионуклида в организм в течение года, который при монофакторном воздействии приводит к облучению условного человека ожидаемой дозой, равной соответствующему пределу годовой дозы.

58.Радиационная авария – потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями работников (персонала), стихийными бедствиями

54

или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или радиоактивному загрязнению окружающей среды.

59. Радиационная безопасность населения – состояние защищенно-

сти настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения.

Основные пределы доз, мЗв

	Нормируемые	Пределы доз
	величины*	Персонал (группа А)**	Население
		20 мЗв в год в среднем	1 мЗв в год в среднем за
	Эффективная доза	за любые последова-	любые последовательные
		тельные 5 лет, но не	5 лет, но не более 5 мЗв в
		более 50 мЗв в год	год
	Эквивалентная доза за
	год
	в хрусталике глаза***	150	15
	коже****	500	50
	кистях и стопах	500	50

*Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам.

**Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А. Далее в тексте все нормативные значения для категории персонал приводятся только для группы А.

***Относится к дозе на глубине 300 мг/см2.

****Относится к среднему по площади в 1 см2 значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/см2 под покровным слоем толщиной 5 мг/см2. На ладонях толщина покровного слоя – 40 мг/см2. Указанным пределом допускается облучение всей кожи человека при условии, что в пределах усредненного облучения любого 1 см2 площади кожи этот предел не будет превышен. Предел дозы при облучении кожи лица обеспечивает непревышение предела дозы на хрусталик от бета-частиц.

3.1.3.Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

3.1.4.Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) – 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) – 70 мЗв.

Правила безопасности НП-053-04. Правила безопасности при транспортировании ра-

диоактивных материалов.

5. Делящиеся материалы – ядерные материалы, содержащие уран-233, уран-235, плутоний-239, плутоний-241, или любая комбинация этих радионуклидов. Под это определение не подпадают:

55

а) необлученный природный уран или обедненный уран; б) природный уран или обедненный уран, облученный только в реакто-

рах на тепловых нейтронах.

24.Радиоактивное содержимое – радиоактивный материал вместе с любыми радиоактивными или активированными твердыми веществами, жидкостями и газами, находящимися в упаковочном комплекте.

25.Радиоактивный материал – ядерный материал и (или) радиоактивное вещество. Термин используется в настоящих Правилах как обобщающий, когда нет различий в требованиях к перевозке радиоактивных веществ и ядерных материалов. Здесь и далее под радиоактивными материалами понимаются также и изделия на их основе.

36.Упаковка – упаковочный комплект с находящимся в нем радиоактивным содержимым в представленном для перевозки виде.

Настоящие Правила содержат требования к упаковкам следующих типов:

освобожденная упаковка; промышленная упаковка (ПУ) типов 1, 2, 3 (ПУ-1, ПУ-2, ПУ-3); упаковка типа А;

упаковка типа B; упаковка типа С.

К упаковкам всех типов, содержащим делящиеся материалы, предъявляются дополнительные требования (см. разд. 2.12).

К упаковкам, содержащим гексафторид урана, предъявляются дополнительные требования (см. разд. 2.7).

Для единообразия классификации упаковок согласно Правилам МАГАТЭ

вобозначениях типа упаковок применяются латинские буквы "В" и "С".

37.Упаковочный комплект (транспортный упаковочный комплект) –

совокупность компонентов, необходимых для размещения и удержания радиоактивного содержимого.

Упаковочный комплект может, в частности, содержать одну или несколько емкостей, сорбирующие вещества, дистанционирующие конструкции, устройства для защиты от излучения, для охлаждения и тепловой изоляции, амортизаторы. Упаковочный комплект может быть в виде ящика, коробки, бочки или аналогичных емкостей, может представлять собой грузовой контейнер, резервуар или контейнер средней грузоподъемности для массовых грузов (КСГМГ).

40.Ядерный материал – материал, содержащий или способный воспроизвести делящиеся материалы (вещества).

2.12.3. Делящийся ядерный материал должен упаковываться и транспортироваться таким образом, чтобы было исключено достижение критической массы при обычных, нормальных и аварийных условиях перевозки.

Необходимо учитывать, что при транспортировании упаковок, содержащих делящийся ядерный материал, существует возможность:

56

•протечки воды в упаковку или из нее;

•снижения эффективности вмонтированных в упаковку поглотителей или замедлителей нейтронов;

•перераспределения делящегося ядерного материала либо внутри упаковки, либо в результате выпадения его из упаковки;

•уменьшения расстояний между упаковками;

•попадания упаковок в воду или в снег;

•эффектов от изменения температуры;

•присутствия людей вблизи или внутри группы упаковок.

2.12.4. Эффективный коэффициент размножения Кэф отдельной упаковки не должен превышать 0,95 в обычных, нормальных и аварийных условиях перевозки.

Для определения допустимого количества упаковок на транспортном средстве используется ИБК.

Для расчета ИБК должно быть определено допустимое число упаковок N, которое должно удовлетворять следующим условиям:

•в нормальных условиях пятикратное число упаковок N должно оставаться подкритическим при любом их расположении в условиях, определенных соответствии с п. 2.12.12.1;

•в аварийных условиях двукратное число упаковок N должно оставаться подкритическим при любом их расположении в условиях, определенных в соответствии с п. 2.12.12.2.

2.12.5. Упаковочный комплект после того, как он был подвергнут испытаниям, имитирующим нормальные условия перевозки, предусмотренным в пп. 3.4.2.2 – 3.4.2.6, должен препятствовать проникновению внутрь упаковки куба с ребром 10 см.

2.12.6. Упаковка должна быть сконструирована с учетом диапазона тем-

ператур внешней среды от -40 до +38 °С, если только в сертификате (сер- тификате-разрешении) на конструкцию упаковки не будут оговорены иные условия.

2.12.7. При анализе ядерной безопасности отдельной изолированной упаковки и системы упаковок необходимо:

2.12.7.1.Рассматривать все упаковки на транспортном средстве или в группе на морском судне расположенными вплотную друг к другу настолько близко, насколько позволяет их конструкция с учетом деформации в нормальных и аварийных условиях и насколько это приводит к максимальному

Кэф.

2.12.7.2.Предполагать для отдельной изолированной упаковки, что вода

может проникнуть во все свободное пространство упаковки или вытечь из нее, включая пространство внутри системы герметизации. Однако, если конструкция имеет специальные средства для предотвращения такого проникновения воды в определенные свободные объемы или утечки воды из них даже в случае ошибки персонала, то для этих свободных объемов можно предположить отсутствие протечки. Специальные средства должны включать:

57

а) ряд высоконадежных барьеров для воды, каждый из которых оставался бы водонепроницаемым, если упаковка подвергается испытаниям, указанным в п. 2.12.12 б), высокую степень контроля качества во время изготовления, обслуживания и ремонта упаковочных комплектов, а также испытания для проверки уплотнения каждой упаковки перед каждой перевозкой; или

б) для упаковочных комплектов, содержащих только гексафторид урана:

•после проведения испытаний, предусмотренных в п. 2.12.12 б), отсутствует непосредственный контакт клапана с любым другим компонентом упаковочного комплекта, кроме как в первоначальной точке крепления, и, помимо этого, после проведения испытаний, указанных в п. 3.4.4.3, клапаны остались устойчивыми к утечке;

•обеспечена высокая степень контроля качества при изготовлении, обслуживании и ремонте упаковочных комплектов в сочетании с испытаниями для проверки уплотнения каждой упаковки перед каждой перевозкой.

2.12.7.3. Учитывать такое количество, распределение и плотность замедлителя нейтронов (в частности, воды), находящегося в упаковке и между упаковками в аварийных условиях, которые приводят к максимальному Кэф с учетом общего положения, касающегося проникновения и утечки воды

всоответствии с п. 2.12.7.2.

2.12.7.4.Предполагать для отдельной изолированной упаковки или группы упаковок наличие вокруг них полного отражателя из воды (или присутствующего в анализируемой системе наиболее эффективного отражающего материала) толщиной не менее 20 см дополнительно к отражающей способности конструктивных элементов упаковки.

2.12.7.5.Проводить оценку упаковки или группы упаковок в нормальных

иаварийных условиях перевозки в случае, если химическая или физическая форма, изотопный состав, масса или концентрация, степень замедления нейтронов или плотность, либо геометрическая конфигурация неизвестны, исходя из предположения, что каждый неизвестный параметр имеет такое значение, при котором размножение нейтронов достигает максимального уровня, соответствующего известным условиям и параметрам этих оценок.

2.12.7.6.Рассматривать облученное ядерное топливо как свежее, если

Кэф при выгорании уменьшается, и как облученное до величины, соответствующей максимальному Кэф, если Кэф при выгорании увеличивается.

Допускается использовать глубину выгорания как параметр ядерной безопасности, если глубина выгорания измеряется с помощью специальных установок. Запись об этом должна быть внесена в сертификат (сертификатразрешение) на конструкцию упаковки.

2.12.7.7.Не учитывать наличие поглощающих элементов в тепловыделяющих сборках ядерных реакторов или упаковках, если не доказано, что их функции сохранятся в заданных пределах в нормальных и аварийных условиях перевозки.

58

2.12.7.8.Определять и рассматривать наиболее опасную конфигурацию, замедление нейтронов и полный отражатель для делящегося ядерного материала в случае, если он может выйти за пределы упаковки (упаковок) на транспортном средстве в нормальных и аварийных условиях перевозки.

2.12.7.9.Определять и рассматривать конфигурацию делящегося ядерного материала и других элементов упаковки, которая приводит к наиболь-

шему Кэф и которая может иметь место в нормальных и аварийных условиях перевозки.

2.12.7.10.Учитывать возможность увеличения Кэф в результате повышения или понижения температуры в нормальных и аварийных условиях перевозки.

2.12.7.11.Учитывать погрешность методик расчета, вносить соответствующие поправки.

2.12.7.12.Учитывать допуски на размеры при изготовлении и эксплуата-

ции упаковок.

2.12.7.13.Учитывать повреждения упаковки при моделировании нор-

мальных и аварийных условий перевозки, приводящие к увеличению Кэф, с учетом распространения этих повреждений на все упаковки группы.

2.12.8.Если в целях ядерной безопасности упаковочный комплект включает поглотители нейтронов, то необходимо предусматривать проверку эффективности поглотителей в процессе изготовления и периодические проверки их наличия в процессе эксплуатации при необходимости.

Методы проверки наличия поглотителей в процессе эксплуатации должны быть включены в инструкцию по эксплуатации упаковочного комплекта. Эти методы могут предусматривать как контроль документации с обоснованием надежности такого метода, так и измерения.

2.12.9.Запрещается использовать в упаковке жидкие поглотители ней-

тронов.

2.12.10.Для определения допустимого количества упаковок на транспортном средстве с точки зрения ядерной безопасности используется ИБК в соответствии с п. 5.3.5.

2.12.11.Для упаковок, которые предполагается перевозить воздушным транспортом, должны быть выполнены следующие требования:

а) упаковка должна быть подкритичной в процессе испытания, предусмотренного в п. 3.4.6.1. Предполагается, что внутри упаковки вода отсутствует, а вокруг нее находится полный отражатель из воды толщиной не менее 20 см;

б) не учитываются при анализе ядерной безопасности упаковки специальные средства, предусмотренные в п. 2.12.7.2, если после проведения испытаний, указанных в пп. 3.4.6.1 и 3.4.5.3, не предотвращается проникновение воды в свободные объемы или утечка воды из них.

2.12.12.Для оценки способности упаковок обеспечивать ядерную безопасность нормальные и аварийные условия при перевозке имитируются следующими испытаниями:

2.12.12.1.Нормальные условия при перевозке имитируются испытания-

ми, указанными в пп. 3.4.2.2 – 3.4.2.6.

При расчетах Кэф в нормальных условиях перевозки предполагается:

59

а) промежутки между упаковками остаются незаполненными, а функции отражателя выполняет окружающий со всех сторон группу упаковок слой воды толщиной не менее 20 см;

б) состояние упаковок соответствует условиям, в которых они находятся после проведения испытаний, указанных в п. 3.4.2.

3.4.4. Испытания для проверки способности упаковок выдерживать аварийные условия перевозки

3.4.4.1.Образец упаковки должен быть подвергнут суммарному воздействию испытаний, описанных в пп. 3.4.4.2 и 3.4.4.3, в указанной последовательности. После испытаний либо тот же образец, либо другой должен быть подвергнут испытанию на погружение в воду, указанному в п. 3.4.4.4, и при необходимости испытанию, указанному в п. 3.4.4.5.

3.4.4.2.Испытание на механическое повреждение. Каждый образец должен быть подвергнут двум испытаниям на падение:

•упаковки массой не более 500 кг и общей плотностью, определенной по внешним размерам, не более 1000 кг/м3 с радиоактивным содержимым

более 1000А2 не являющимся радиоактивным материалом особого вида, подвергаются испытаниям, указанным ниже в подпунктах б) и в);

•другие упаковки подвергаются испытаниям, указанным ниже в подпунктах а) и б).

Последовательность падений образца должна быть такой, чтобы по завершении испытаний образцу были нанесены такие повреждения, которые привели бы к максимальному повреждению при последующем тепловом испытании:

а) образец должен упасть на мишень (см. п. 3.1.4) так, чтобы он получил максимальное повреждение. Высота падения, измеряемая от нижней точки образца до поверхности мишени, должна составлять 9 м;

б) образец должен упасть на мишень так, чтобы он получил максимальное повреждение, а высота падения, измеряемая от предполагаемой точки удара до поверхности мишени, должна составлять 1 м. Мишень представ-

ляет собой сплошной штырь круглого сечения диаметром 15,0 cм ± 0,5 см, изготовленный из мягкой стали. Торец штыря – плоская горизонтальная поверхность с закруглениями краев радиусом не более 6 мм. Штырь должен быть неподвижно закреплен в вертикальном положении на мишениосновании и иметь высоту 20 см. Если при большей высоте будет наноситься большее повреждение, то следует использовать штырь достаточной высоты для нанесения максимального повреждения. Мишень-основание должна соответствовать требованиям, изложенным в п. 3.1.4;

в) образец должен подвергаться испытанию на динамическое раздавливание, при котором он получит максимальное повреждение при падении на него тела массой 500 кг с высоты 9 м. Тело, изготовленное из мягкой стали в виде пластины с размерами 1х1 м, должно падать, находясь в горизонтальном положении. Высота падения измеряется от нижней поверхности пластины до наивысшей точки образца. Мишень, на которой устанавлива-

60