О ядерных реакторах и их творцах - Проблемы утилизации АПЛ и реабилитации береговых технических баз

ГЛАВА 3. УТИЛИЗАЦИЯ АПЛ

Подводные лодки и надводные корабли с ЯЭУ — самая большая в стране по количеству категория ядерных объектов. Происходившее в СССР вплоть до конца 1980-х годов наращивание числа АПЛ, к сожалению, не сопровождалось адекватным развитием комплекса необходимых инфраструктур для неизбежного в будущем снятия их с эксплуатации, что породило к началу XXI века множество масштабных проблем. О том, какие решения предложены специалистами НИКИЭТ, как они реализуются, рассказывается в главе.

Проблемы утилизации АПЛ и реабилитации береговых технических баз
Атомные корабли и суда, как любые технические средства, имеют срок службы, по окончании которого подлежат снятию с эксплуатации с последующей утилизацией. Вывод из эксплуатации возможен также по экономическим и техническим соображениям, например вследствие аварии, а также по международным соглашениям России.
Проблема обеспечения экологической безопасности процесса утилизации атомных кораблей и судов обусловлена снятием с эксплуатации их реакторных установок, которое сопровождается выполнением в больших масштабах таких радиационно опасных технологий и операций, как выгрузка из реакторов, хранение и транспортировка отработавшего ядерного топлива, обращение с радиоактивным оборудованием и материалами корабельных ЯЭУ, обращение с жидкими и твердыми радиоактивными отходами (РАО)
Одним из основных факторов, определяющих характер и значимость этой проблемы, является ее масштабность: по состоянию на конец 2001 г. выведено из эксплуатации около 190 атомных кораблей и судов, которые временно в ожидании утилизации хранятся на плаву (абсолютное большинство их - это АПЛ). В половине из них отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) не выгружено из реакторов.

Атомные подводные лодки ждут утилизации
Процесс снятия с эксплуатации АПЛ включает в себя следующие основные этапы, важные при анализе и оценке степени опасности технологических операций для экологии региона:

1. вывод из эксплуатации и хранение АПЛ на плаву с ядерным топливом на борту силами и средствами ВМФ до передачи ее на утилизацию (стадия отстоя);
2. транспортировка АПЛ из пункта отстоя на завод-исполнитель работ и передача ее на утилизацию;
3. временное хранение АПЛ на акватории завода до начала ее утилизации;
4. подготовка и выгрузка отработавшего ядерного топлива из реакторов АПЛ;
5. временное хранение ОЯТ в регионе и последующий его вывоз на переработку;
6. разделка (утилизация) АПЛ с формированием и подготовкой реакторного отсека с радиоактивным оборудованием ЯЭУ к долговременной выдержке (хранению);
7. транспортировка и передача реакторных отсеков на хранение;
8. долговременное (до 70 лет) хранение реакторных отсеков и последующая их утилизация.

При выполнении указанных технологических операций происходит перемещение источников ионизирующих излучений, частичная деформация, восстановление и последующая деградация защитных барьеров, предназначенных для изоляции радиационно опасных элементов реакторных установок от внешней среды.
На АПЛ России реакторные установки начали эксплуатироваться около 45 лет назад — первая АПЛ “Ленинский комсомол” с реакторной установкой ВМ (ВМ-А) была спущена на воду в 1958 г. Кроме РУ ВМ-А, на АПЛ эксплуатировались и другие установки — ОК-300, ОК-350, БМ-40, ОК- 550, В-5. Они имеют различные технические характеристики и размеры, но практически одинаковый по выполняемым функциям набор оборудования и систем (реактор, парогенераторы, циркуляционные насосы, компенсаторы объема, обслуживающие системы, биологическую защиту), размещаемых в реакторных отсеках за защитными барьерами. Это дает возможность применить общий подход к разработке и обоснованию технических решений и технологий по обращению с радиационно опасным оборудованием и материалами реакторных установок при снятии их с эксплуатации.
НИКИЭТ как организация — главный конструктор первой корабельной реакторной установки приобрел богатый опыт по испытаниям, отладке и конструкторскому сопровождению ее эксплуатации более чем на 50 АПЛ, по выполнению ремонта и модернизации оборудования и систем РУ, изучению ее особенностей, характеристик и условий обеспечения безопасности экипажа и обслуживающего персонала.
Такой опыт позволил специалистам института сформулировать основные принципы организации процессов обращения с реакторными отсеками утилизируемых АПЛ и направления первоочередных научно-исследовательских работ по обеспечению ядерной, радиационной и экологической безопасности при снятии с эксплуатации их реакторных установок. Эти работы были начаты в 1992 г. по разработанной НИКИЭТ, согласованной организациями-соисполнителями и одобренной секцией НТС Минатома России целевой программе в рамках темы “Курган”, однако не получили должного развития из-за весьма слабого финансирования.
Постановлением Правительства Российской Федерации от 28 мая 1998 г. функции Государственного заказчика-координатора работ по комплексной утилизации подводных лодок и надводных кораблей с ЯЭУ были возложены на Минатом России. НИКИЭТ определен как головной исполнитель предусмотренных указанным постановлением работ в части обеспечения ядерной и радиационной безопасности процессов утилизации АПЛ и надводных кораблей, а также экологической реабилитации радиационно опасных объектов ВМФ, в частности береговых технических баз. Исходя из этого, Минатом России поручил НИКИЭТ формирование соответствующих НИОКР и возложил на институт ответственность за их выполнение и координацию работ соисполнителей.
Большой объем работ, ограниченность финансовых и производственных ресурсов определяли необходимость разработки и реализации такой концепции обращения с реакторными отсеками в процессе утилизации АПЛ, которая при безусловном обеспечении ядерной и экологической безопасности на всех этапах процесса позволила бы использовать существующие инфраструктуры судоремонтных заводов Военно-Морского Флота и Россудостроения, исключив потребность в разработке, сооружении и эксплуатации громоздких и дорогостоящих спецпроизводств для работ с высокоактивным оборудованием РУ, сократить дозовые нагрузки на персонал, материальные и трудовые затраты, связанные с необходимостью захоронения в больших количествах твердых РАО. Для разработки и обоснования основополагающих положений концепции, а также принципиальных решений по ее реализации потребовалось проведение комплекса научно-исследовательских и опытно­конструкторских работ применительно к тем этапам утилизации АПЛ, в процессе выполнения которых возникают проблемы обращения с радиационно опасным оборудованием РУ и с РАО.

НИОКР проводились по следующим основным направлениям:

1. исследования радиоактивности оборудования РУ и конструкций реакторного отсека АПЛ, структуры ионизирующих излучений, распределения радиоактивности в реакторных отсеках и динамики ее снижения после остановки реактора;
2. сравнительные технико-экономические исследования вариантов обращения с радиационно опасным оборудованием РУ при утилизации АЛЛ;
3. анализ существующей инфраструктуры, технических средств и транспортно-технологических схем обращения с ОЯТ утилизируемых АПЛ и разработка предложений по повышению эффективности их использования и обоснований необходимости создания дополнительных элементов инфраструктуры;
4. исследование процессов коррозионного износа и определение срока службы реакторного отсека с оборудованием РУ (после удаления его из корпуса АЛЛ) при долговременном хранении его в различных условиях (в морской воде, на земле, под землей);
5. сравнительные технико-экономические исследования вариантов утилизации радиационно опасного крупногабаритного оборудования РУ (одновременно с утилизацией АПЛ или после долговременной выдержки);
6. сравнительные технико-экономические исследования вариантов мест расположения, типа и конструктивного облика региональных объектов для долговременной (около 70 лет) выдержки реакторных отсеков;
7. исследования влияния предельных доз облучения на критерии газовыделения и выщелачивания консерванта типа F, предназначенного для изоляции внутренней полости реактора от внешней среды, и проведение опытной консервации реакторного отсека стенда 27ВМ;
8. разработка технологии и конструкторской документации для консервации реакторов;
9. экспериментальные и расчетно-аналитические исследования по внедрению способа хранения ОЯТ в осушенных реакторах до передачи АПЛ на утилизацию;
10. расчетно-аналитические исследования возможных аварийных ситуаций с реакторными отсеками и разработка рекомендаций по локализации их последствий;
11. разработка и обоснование необходимости создания дополнительных защитных барьеров реакторного отсека для обеспечения радиоэкологической безопасности его долговременного хранения;
12. анализ нормативно-правовой базы и разработка нормативно-технической документации по обеспечению ядерной, радиационной и экологической безопасности при обращении с ОЯТ и радиоактивным оборудованием реакторного отсека в процессе утилизации АПЛ.

Наряду с НИКИЭТ, в исследованиях и разработке проектно-конструкторской, технологической и нормативной документации принимали участие проектанты АПЛ и реакторных установок, специализированные НИИ и КБ, в частности ЦКБ МТ “Рубин”, СПМБМ “Малахит”, ЦКБ “Лазурит”, ОКБМ им. И.И. Африкантова, ОКБ “Гидропресс”, ГНЦ РФ “ФЭИ им. А.И. Лейпунского”, ВО ВНИПИЭТ, ВНИПИпромтехнологии, РНЦ “Курчатовский институт”, ЦНИИ КМ “Прометей”, 23 ГМПИ МО РФ, 1 ЦНИИ МО РФ, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, НИПТБ “Онега”, НИИ промышленной и морской медицины.
В 1998-2001 гг. выполнены наиболее актуальные научно-исследовательские работы, прежде всего был определен и обоснован перечень первоочередных, неотложных работ по основным направлениям комплексной утилизации АПЛ:
вывод из эксплуатации и временное хранение АПЛ на плаву с ядерным топливом в реакторах; транспортировка и передача АПЛ заводу-исполнителю работ по ее утилизации;
выгрузка и обращение с облученным ядерным топливом;
формирование реакторных блоков при разделке АПЛ.
К наиболее значимым результатам НИОКР следует отнести следующие:
разработка проекта и изготовление опытного образца специального станка, размещаемого внутри полости реактора, вырезка с его помощью шести образцов (темплетов) диаметром 150 мм из двух ярусов по высоте корпуса реактора стенда 27ВМ для определения фактического уровня и спектра наведенной радиоактивности металла и его механических свойств после продолжительной работы реактора;

1. разработка, обоснование и внедрение на предприятиях-исполнителях работ по утилизации АПЛ мероприятий по осушению реакторов перед началом потенциально опасных в ядерном отношении сопутствующих работ и работ по выгрузке ОЯТ, что полностью исключает возможность ядерной аварии, связанной с несанкционированным извлечением органов компенсации реактивности из активной зоны реактора;
2. обоснование “отсроченной” (на срок около 70 лет) утилизации радиационно опасного оборудования реакторных установок, что позволяет примерно на порядок сократить коллективные дозозатраты при утилизации АПЛ, исключить создание специальных судоразделочных роботизированных комплексов, необходимых в случае одновременной с утилизацией АПЛ разделкой реакторных отсеков (такие предложения довольно настойчиво выдвигались). “Отсроченная” утилизация соответствует принятой практике утилизации АПЛ за рубежом (США, Франция);
3. разработка и обоснование технических решений по оптимальному использованию имеющейся на судоремонтных заводах инфраструктуры и созданию в минимально необходимых объемах дополнительных элементов инфраструктуры и технологического оборудования по обращению с ОЯТ, выгружаемым из реакторов утилизируемых АПЛ;
4. разработка, обоснование и внедрение мероприятий по размещению в реакторах и реакторных отсеках утилизируемых АПЛ высоко-, средне- и низкоактивных твердых радиоактивных отходов (стержни-поглотители СУЗ, демонтированное в процессе ремонтов и модернизаций крупногабаритное радиоактивное оборудование РУ, контейнеры с мелкими твердыми РАО и др.), что позволяет проводить утилизацию АПЛ не только без накопления их, но и сокращать их количество на предприятиях-исполнителях работ;
5. выбор и обоснование конкретных мест расположения и технического облика региональных хранилищ для долговременной выдержки реакторных отсеков с расположенным в них радиоактивным оборудованием реакторной установки.

Указанные выше мероприятия и предложения оформлены соответствующей нормативно­технической документацией, согласованной и утвержденной в установленном порядке.
Результаты выполненных НИОКР послужили научной основой для разработки государственной концепции комплексной утилизации выведенных из эксплуатации атомных кораблей России, проекта федеральной целевой программы работ по ее реализации.
Концепция определяет основные проблемы, связанные с утилизацией АПЛ и надводных кораблей, пути их решения применительно к экономическому положению в стране. В ней предложены и принципиальные решения по обращению с РУ и ОЯТ на всех стадиях комплексной утилизации АПЛ и надводных кораблей.
Концепция предусматривает:

1. безусловное на основе действующего законодательства обеспечение ядерной и экологической безопасности на всех этапах комплексной утилизации АПЛ. Это достигается использованием безопасных технологий обращения с ОЯТ и РАО, а также герметизацией реакторных отсеков как радиационных источников, внутри которых за штатными и дополнительными защитными барьерами расположено радиационно опасное оборудование РУ. При этом прочный корпус реакторного отсека и его концевые переборки используются в качестве основного защитного барьера, препятствующего выходу радионуклидов в окружающую среду;
2. приоритетность этапа выгрузки ОЯТ из реакторов АПЛ, подлежащих утилизации, при первоочередной выгрузке ОЯТ из реакторов тех АПЛ, дальнейшее хранение которых на плаву представляет наибольшую опасность;
3. “замыкание” процесса обращения с ОЯТ утилизируемых АПЛ вывозом ОЯТ из регионов и его последующей переработкой на заводе РТ-1 ПО “Маяк”;
4. реализацию способа “отсроченной” утилизации радиационно опасного оборудования корабельных РУ после долговременной его выдержки внутри реакторных отсеков (около 70 лет после остановки реактора). Выдержка реакторных отсеков производится в береговых пунктах долговременного хранения, место расположения и устройство которых определяется совокупностью технико-экономических факторов, требованиями экологической безопасности, с учетом вероятных аварийных воздействий на них природного или техногенного характера;
5. максимально возможное использование свободных объемов реакторных отсеков для размещения твердых РАО, образовавшихся в процессе работ по подготовке и выгрузке ОЯТ из реакторов АПЛ или “исторических” твердых РАО, образовавшихся (накопленных) у исполнителей работ в процессе ремонтов и модернизаций реакторной установки.

Разработанная НИКИЭТ концепция согласована заинтересованными министерствами, ведомствами, надзорными и контролирующими органами, утверждена Минатомом России и введена в действие. Положения концепции являются основополагающими при формировании планов НИОКР, выполнении технико-экономических обоснований, разработке проектов дополнительных элементов инфраструктуры и проектно-технологической документации, транспортно-технологических схем обращения с ОЯТ и реакторными отсеками.

Реакторные блоки на плаву

Последовательная реализация положений концепции позволит снизить радиационную и экологическую опасность на всех стадиях утилизации АПЛ, сократить непроизводительный расход бюджетных и внебюджетных средств при выполнении работ, выбрать наиболее приемлемые варианты направления инвестиций, внедрить экологически чистые технологии. Необходимо отметить в этой связи, что поскольку в настоящее время береговые пункты для хранения реакторных отсеков еще не созданы, то утилизация АПЛ осуществляется по временной схеме с формированием трехотсечных реакторных блоков, которые хранятся на плаву. Таких блоков на конец 2001 г. насчитывалось 68.
Результаты НИОКР, положенные в основу концепции, обсуждались научно-техническим советом Минатома РФ с участием многих специалистов, на российских и международных семинарах и конференциях и получили положительные отзывы. Надо отметить также, что результаты выполненных НИОКР способствовали ускорению темпов утилизации АПЛ и выполнения ее приоритетного этапа — выгрузки ОЯТ из реакторов, уменьшая тем самым потенциальную опасность хранения реакторных установок с ОЯТ на воде. Если в 1995-1998 гг. ОЯТ выгружалось из 4-5 АПЛ в год, то в 2000- 2001 гг. ежегодно — из 18 АПЛ, причем ОЯТ вывозилось на переработку, т.е. несмотря на увеличение темпов выгрузки в несколько раз, накопления ОЯТ в регионах не происходило.
Результаты исследований свидетельствуют о возможности завершения программы выгрузки ОЯТ из реакторов утилизируемых АПЛ к 2007 г., формирования реакторных блоков к 2010 г. и вывоза ОЯТ, накопленного ранее в береговых хранилищах, в 2005-2010 гг.
Не оставлены без внимания и “проблемные” АПЛ. Дело в том, что в составе выведенных из состава ВМФ АПЛ имеется 5 лодок с аварийными реакторными установками.
Как показали исследования, обращение с такими АПЛ требует разработки индивидуальных подходов и технологий с учетом особенностей технического состояния лодок и реакторных установок, радиационной обстановки внутри и снаружи реакторных отсеков.
К настоящему времени две аварийные АПЛ утилизированы с формированием реакторных блоков, еще для двух АПЛ разрабатываются проекты их изоляции в береговом укрытии с обоснованием ядерной и экологической безопасности долговременного хранения АПЛ с ядерным топливом в реакторах.
С 1999 г. начались работы по проблеме реабилитации сооружений и территорий флотских береговых технических баз хранения ОЯТ и РАО. Построенные в начале 1960-х годов, они предназначались для приема и хранения с последующей передачей в промышленность отработавшего ядерного топлива, приема и временного хранения твердых и жидких РАО, образовавшихся при эксплуатации атомных подводных лодок и надводных кораблей с ЯЭУ.
Темпы поступления ОЯТ, твердых и жидких РАО на базы существенно превышали темпы их вывоза на переработку и захоронение, в результате чего они накапливались на базах. Так, суммарная активность РАО обоих видов на береговых технических базах в Северо-западном регионе составляет около 6 300 Ки, в Дальневосточном — 160 000 Ки. Большинство зданий и сооружений, где хранятся РАО и ОЯТ, были построены 30-40 лет назад, не подвергались капитальному ремонту и находятся в весьма неудовлетворительном состоянии. Некоторые хранилища утратили герметичность, что привело к загрязнению территорий. Все это представляет угрозу экологии не только указанных регионов России, но и близлежащих государств. Отсюда — необходимость реализации комплекса работ по реабилитации этих радиационно опасных объектов. Уже сейчас видно, что этот комплекс должен включать:

1. первоочередное восстановление на базах инфраструктур по обращению с ОЯТ;
2. создание (до ввода в действие планируемых средств сортировки, компактирования и контейнеризации) временных хранилищ твердых РАО, отвечающих современным требованиям;
3. организацию переработки жидких в твердые радиоактивные отходы.

Для разработки по каждому объекту конкретных проектов реабилитации и последовательности выполнения ее этапов необходимо прежде всего знание радиоэкологической обстановки на объектах. Такие исследования проводятся специалистами Отделения физики и безопасности НИКИЭТ в сотрудничестве с другими организациями. Уже полученные данные (а исследования продолжаются) позволили идентифицировать основные источники реальной и потенциальной опасности, оценить возможную эволюцию ее радиационных факторов, рекомендовать некоторые первоочередные меры по приведению объектов в радиационно-безопасное состояние. 

Сотрудники конструкторско-технологического отделения института прорабатывают технические возможности подготовки вывоза ОЯТ и его дальнейшей переработки.

Обследуется радиационная обстановка на береговой базе в губе Андреева (Мурманская обл.)

Следующими этапами работ по решению проблем реабилитации береговых технических баз будут технико-экономические исследования и выбор оптимального варианта реабилитации, подготовка проектов и выполнение предусмотренных ими мероприятий. Заинтересованность близлежащих стран в быстрейшей ликвидации потенциальных экологических угроз делает возможной и желательной участие и зарубежных партнеров в этих работах.
В.А. Мазокин, М.Е. Нетеча, Ю.В. Орлов, В.К. Уласевич, В.А. Шишкин