CC BY
47
Graphic-analytical determination method of slope rock physical-mechanical properties based on slope collapse results with the application of the diagrams reflecting dependencies between conditional slope height and slope inclination, conditional slope height and conditional width of possible collapse prism are considered in the article. Diagrams used are graphed for logarithmic sliding surface.
Key words: angle of internal friction, specific adhesion, stability of slope, slope failure, slope height, prism width of breaking, slope gradient.
Получено 22.09.10
УДК 621.039:628.398
C.A. Чесноков, канд. техн. наук, консультант, 8-905-501-8026, fVm38@mail.ru (Россия, Москва, Оргэнергострой),
A.Э. Кокосадзе, канд. техн. наук, зам. ген. директора, 8-905-501-8026, Achekhomov@kpr.mos.ru (Россия, Москва, Оргэнергострой),
B.М. Фридкин, д-р техн. наук, 8-905-501-8026, fvm38@mail.ru (Россия, Москва, МГСУ),
А.А. Лукина, инженер, 8-905-501-8026, fvm38@mail.ru (Россия, Москва, ЦНИИпроектстальконструкция)
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ САРКОФАГОВ НАД ОПАСНЫМИ НАЗЕМНЫМИ ОБЪЕКТАМИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Рассматриваются основные проблемы строительства саркофагов над реакторами атомных электростанций.
Ключевые слова: атомная электростанция, вывод из эксплуатации, радиоактивные отходы.
Весьма сложная научно-техническая задача создания специальных инженерных сооружений - «саркофагов» в качестве сверхдолговременных безопасных укрытий возникает в случаях планового и аварийного выхода из эксплуатации энергоблоков атомных электростанций (АЭС), наземного размещения фрагментов реакторных помещений атомных судов, а также при создании комплексов наземных или приземных хранилищ радиоактивных атомных отходов (РАО) и отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).
Создание таких «саркофагов» в принципе способно решить важнейшую и исключительно актуальную проблему замыкания ядернотопливного цикла в атомной энергетике [1], в том числе с учётом таких факторов, как международный терроризм, военные угрозы, падение крупных метеоритов вблизи от рассматриваемых экологически опасных объектов [2].
По рекомендациям МАГАТЭ, процесс снятия с эксплуатации АЭС должен доводиться до так называемого уровня «зелёной лужайки», то есть
на месте АЭС должно остаться естественное природное образование. К сожалению, для наземных АЭС выполнение такого условия связано с технологической задачей - обеспечением безопасного разбора заражённых конструкций и оборудования станции после извлечения высокоактивных атомных отходов (BAO) и ОЯТ. Принципиальными являются вопросы, куда и как следует направлять демонтированные элементы, в первую очередь, ядерных реакторов. Вопросы организации снятия наземных АЭС с эксплуатации хотя и разработаны весьма детально [3, 4], но в части создания инженерных защитных объектов в необходимой мере не рассматривались.
Для подземных АЭС (сооружённых в 5 странах, включая Россию, и в настоящее время полностью выведенных из эксплуатации) с реакторами как в вертикальных стволах [5, 6, 7], так и в горизонтальных тоннелях (кавернах), проблема изоляции РАО решается проще. Предполагается, что после удаления и вывоза BAO и ОЯТ или их постоянного захоронения в специальных выработках под или возле реакторных отсеков пространство подземных реакторных помещений и стволы над ними будут засыпаны, например, смесью бентонита и свинцового порошка, и закрыты крышками для предотвращения проникновения в атмосферу средне- и низкоактивных отходов.
В мире эксплуатируется более 430 наземных ядерных установок. В Западной Европе уже остановлены более 10 маломощных реакторов, но процесс их снятия с эксплуатации далеко не завершён, так как не выполнен комплекс мероприятий, определяющих их окончательное состояние. Наибольшее количество снимаемых с эксплуатации ядерных реакторов придётся на 2010-2019 годы, когда их число превзойдёт 100 единиц. Термин «снятие с эксплуатации» определят несколько состояний ядерной установки, реализуемых примерно за 50 и более лет [3]. При этом каждое состояние с переменной интенсивностью реализуется параллельно с другими состояниями, независимо от них. Это, по существу, комплекс действий по выводу реактора из эксплуатации в конце срока его службы или после аварии с целью обеспечить достаточную безопасность эксплуатационного персонала АЭС, населения близлежащих территорий и защиту биосферы [3,4]. Реализация переходных состояний требует решения сложных научно-технических и технологических проблем. Комиссия ЕС разработала специальные программы НИОКР по следующим направлениям [1]:
- длительное сохранение целостности здания и систем АЭС;
- дезактивация сооружений и систем АЭС в процессе их снятия с эксплуатации;
- разработка методов демонтажа оборудования АЭС;
- кондиционирование таких отходов, как сталь, бетон, графит;
- разработка конструкции транспортных контейнеров большой вместимости для РАО, образующихся в процессе проведения работ по снятию станции с эксплуатации;
- определение объёмов указанных выше отходов;
- учёт процесса прекращения эксплуатации АЭС при её проектировании;
- выявление при проектировании и эксплуатации ядерных установок основных принципов прекращения эксплуатации АЭС, позволяющих упростить этот процесс;
- испытание новых методов прекращения эксплуатации в реальных условиях при выполнении работ по снятию АЭС с эксплуатации.
Разборка узлов и оборудования АЭС затрудняется также сложностью получения достоверной высокоточной информации о плотности нейтронного потока в отдельных разнообразных по очертаниям, сечениям и распределению радионуклидов в элементах активной зоны остановленного реактора. По экспертным оценкам стоимость всего комплекса мероприятий и работ по окончательному снятию АЭС с эксплуатации может составлять до 10 % стоимости выработанной энергии за всё время функционирования АЭС [4].
Поэтому желательно выводить наземные ядерные объекты полностью из эксплуатации без их демонтажа и расчленения на блоки, что может дать существенную экономию затрат и ускорить решение такой задачи для АЭС и других наземных ядерных объектов.
Вот почему имеет смысл соорудить над опасным объектом специальное инженерное сооружение из сборно-монолитного железобетона и сталежелезобетона - пирамидальный «саркофаг» высотой до 120...200 м, в котором всё свободное пространство будет частично заполнено бентонитом (или его смесью со свинцовым порошком), а в основном - грунтом. Пирамидальная структура замкнутой наружной оболочки позволит эффективно передать собственный вес каждой ступени конструкции на послойно уплотнённый грунт с последовательно уложенными в нём горизонтальными георешётками для минимизации давления грунта на стены пирамиды. Остающаяся без разборки железобетонная оболочка помещения реактора совместно с пирамидой сформирует мощнейший и долговечный мультибарьер, который спустя очень длительное время (порядка многих десятков и сотен лет) можно будет, даже неоднократно, окружать вплотную новой пирамидой аналогичной структуры. В засыпаемых конструкциях должны быть установлены датчики для многолетнего мониторинга радиационной безопасности в зоне расположения выведенного из эксплуатации объекта.
Предлагаемый наземный «мультибарьер» должен стать объектом особого внимания специалистов в области материаловедения, геомеханики, и теории сооружений в связи с необходимостью решения возникающих на стадии проектирования новых научных задач по оценке долговечности
и устойчивости такого инженерного сооружения к внешним ударноволновым воздействиям природного и техногенного характера.
В целом развитие в предлагаемом направлении конструктивных форм защитных инженерных сооружений позволит значительно повысить безопасность и снизить затраты на вывод наземных АЭС из постоянной эксплуатации, а также повысить темпы выполнения таких работ.
Список литературы
1. Савченко В.А., Сковородько В.Н. Прекращение эксплуатации АЭС по истечении срока их службы // Атомная энергетика (Итоги науки и техники). М.: ВИНИТИ, 1985. 124 с.
2. Катастрофическоие воздействия космических тел / под ред.
В.В. Адушкина и И.В. Немчинова. М.: ИКЦ «Академ-книга», 2005. 319 с.
3. Савченко В.А. Снятие с эксплуатации АЭС в странах Западной Европы // Энергетическое строительство за рубежом. 1996. № 3. С. 17-20.
4. Савченко В.А., Сковородько В.Н. Экономические аспекты снятия АЭС с эксплуатации // Атомная техника за рубежом. 1996. № 1. С. 11-15.
5. Инновационные технологии создания подземных АЭС малой мощности / С.А. Дмитриев [и др.]//Тр. Междунар. научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (МНТК-2008), 21-23 мая 2008 г. С. 112-115.
6. Критерии и направления создания инженерных сооружений для подземного захоронения радиоактивных отходов и создания подземных атомных электростанций /О.Л. Кедровский [и др.] // Наука и технологии в промышленности. 2008. № 4. С. 65-69.
7. Подземные электростанции малой мощности / О.Л. Кедровский [и др.]//Изв. ТулГУ. Сер. Естественные науки. Вып. 4. 2009. С. 113-115.
S. Chesnokov, A. Kokosadze, V. Fridkin, A. Lukina
Geomechanical and constructive problems of containment creation above surface nuclear power objects
The main problems of containment construction above nuclear power stations are considered.
Key words: nuclear power station, decommissioning, radioactive wastes.
Получено 22.09.10
