CC BY
62
220
Охрана окружающей среды и безопасность труда
Удк 621.039.542.3
ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ НИЗКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ В КОТЛАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН, ОТРАБОТАВШИХ СВОЙ
РЕСУРС
А.М. Воробьев, В.И. Моисеев, Т.А. Комарова, О.А. Комарова
Аннотация
В работе рассмотрена инженерная задача, которая подразумевает вторичное использования цистерн, исключенных из инвентаря в качестве облегченных контейнеров для перевозок и длительного хранения низкоактивных отходов атомного производства в забетонированном и забитумированном видах. Проведен расчет мощности дозы гамма - излучения.
Ключевые слова: радиоактивные отходы, атомная электростанция,
контейнер, цистерна, гамма - излучение, мощность дозы, биологическая защита.
1. Введение
С 1964 по 1982 г. в СССР были введены в строй 26 мощных энергоблоков атомных электростанций (АЭС), у которых плановый ресурс работы, составлявший 30 лет, уже истек или истекает в ближайшее время. После аварии на Чернобыльской АЭС было признано, что взорвавшийся реактор РБМК-1000 не соответствует нормам Международного Агентства Атомной Энергетики (МАГАТЭ). Эти реакторы, эксплуатируемые на Ленинградской, Курской и других станциях со временем должны быть демонтированы.
Демонтаж связан с огромными капитальными затратами, вызванными, главным образом, необходимостью утилизации радиоактивных отходов атомного производства. Их основную массу образуют Радиоактивные Отходы Низкой Активности (РОНА), с удельной активностью не более 106 Бк/кг. В штатном режиме работы АЭС небольшие количества РОНА образуются при плановых ремонтных операциях (это смывочные растворы, ветошь, отдельные детали оборудования). Их длительное хранение осуществляют в зданиях, находящихся на территории
-5
АЭС в специальных контейнерах объемом 1,4м в забетонированном состоянии или в стандартных бочках емкостью 200 литров в забитумированном виде. Стоимость такого контейнера составляет ~ 4000 долл.
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Охрана окружающей среды и безопасность труда
221
При демонтаже энергоблока АЭС количества РОНА значительно возрастают до 104...105 тонн. Этими отходами будут остатки бетонных конструкций, вода из бассейна выдержки кассет с тепловыделяющими элементами, возможно, что и грунт. Согласно требованиям МАГАТЭ после демонтажа атомного объекта должна остаться «зеленая лужайка» -территория без конструкций и сооружений атомного производства на которой активность воздуха, воды и грунта не превышают природный фон. Эти требования ставят ряд серьезных проблем, в том числе и транспортных, связанных с организацией могильника для РОНА и вывозом в него имеющихся контейнеров, а также с разработкой нового типа дешевого облегченного контейнера для РОНА с большим объемом, который легко транспортируется с территории АЭС. Учитывая ожидаемые количества РОНА, можно сделать вывод, что это будут только железнодорожные перевозки.
Применяемые в настоящее время контейнеры для высоко - и среднеактивных отходов представляют сложные и дорогостоящие изделия, гарантирующие биологическую защиту, герметичность при перевозке (даже при возможных авариях транспортных средств), отвод выделяющегося тепла и т.д. Каждый контейнер вмещает всего десятки килограммов отходов, имея при этом стоимость 0,7. 1 млн. долл.
Для перевозки РОНА эти контейнеры не целесообразны по характеристикам продукта и совершенно невозможны по себестоимости.
2. Облегченный контейнер для низкоактивных отходов на базе железнодорожной цистерны
Оценим возможность применения исключенных из инвентаря железнодорожных цистерн в качестве облегченных контейнеров для длительного хранения РОНА переведенных в забетонированное или забитумированное состояние.
При этом рассмотрим цистерны, исключенные из инвентаря не столько по техническому состоянию, сколько морально устаревшие по иным, в частности экономическим, причинам.
Так среди морально-устаревших вагонов-цистерн для
рассматриваемой цели можно использовать цистерны для транспортировки цемента моделей 15-Ц853 и 15-1405. Для хранения воды из первого контура реактора можно использовать восьмиосные цистерны модели 15 -871, которые имеют больший объем котла. Параметры цистерн представлены в таблице 1.
Например, в цистерне 15-1405 использовалась низкоэффективная система аэро-пневмо выгрузки цемента. На внутренних стенках котла со временем эксплуатации цистерны образовался трудноудаляемый слой затвердевшего цемента. Более 1500 цистерн этой модели
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
222
Охрана окружающей среды и безопасность труда
эксплуатировались до тех пор, пока толщина затвердевшего слоя не
-5
достигла в среднем 0,5 м, полезный объем котла уменьшился с 62 м до 40...45 м , а его масса возросла с исходных 10,3 тонны до 18...20 тонн.
ТАБЛИЦА 1. Цистерны, перспективные для длительного хранения радиоактивных отходов низкой активности
Модель, год постановки на серийное производство Грузоподъемность, т Диаметр котла внутренний, мм Объем котла, 3 м Длина, мм Масса тары вагона, т
15-871 (1974) 120 3000 140 20226 48,8
15-Ц853 (1961) 58 2800 61,17 10300 25,3
15-1405 (1968) 61 2800 62 10300 24,3
После этого цистерны были изъяты из оборота, но не списаны, т.к. стоимость очистки котла превысила стоимость цистерны как металлолома. В настоящее время они простаивают, занимая полезные площади в тупиках, на железных дорогах России.
Использование котлов этих цистерн для длительного хранения РОНА перспективно потому, что слой затвердевших остатков цемента уже обеспечивает необходимую биологическую защиту от ионизирующих излучений с энергией Е = 1,56.0,76 Мэв почти в 50.200 раз.
Рационально можно использовать и котлы цистерн с остатками затвердевших наливных грузов, например, мазутов и битумов, исключенных из инвентаря по упомянутой причине - трудности очистки котла, т.к. применяется практика хранения РОНА именно в забитумированном состоянии.
з
У восьмиосной цистерны 15-871 с объемом котла 140 м иногда возникает дефект, связанный со смещением центра тяжести конструкции. Такие цистерны исключаются из инвентаря, котлы отправляются на переплавку, в то время как они могут использоваться для хранения РОНА.
-5
Свободный объем цистерны 15-1405 (40.45 м ) равен объему ~ 30 стандартных контейнеров для захоронения РОНА, суммарная стоимость которых составляет 130 тыс. долл. Это рыночная стоимость изготовления пяти - шести новых котлов для цистерн или стоимость двух новых вагонов - цистерн. После снятия котла железной дороге возвращаются оставшиеся части вагона: рама, тележки, колесные пары и др., которые могут использоваться при ремонте цистерн. Дополнительно освобождаются полезные площади на подъездных путях.
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Охрана окружающей среды и безопасность труда
223
Необходимыми дополнительными работами являются: обследование состояния вагона, контроль толщины затвердевшего слоя из остатков транспортируемых грузов, демонтаж отдельных элементов, например, системы аэро-пневмно выгрузки (и заделка образовавшихся отверстий), снятие котла с рамы (подъемным краном грузоподъемностью 100 тонн), глухая заделка сваркой наливного люка и др.
-5
Одна цистерна с объемом котла 40...60м может обеспечивать длительное хранение 10.15 тонн РОНА (остальным является
наполнитель - бетон или битум). При этом, например, с помощью упомянутых 1500 цистерн модели 15-1405 можно обеспечить длительное хранение (захоронение) 20 тыс. тонн РОНА с суммарной активностью до 10 Бк. Практически все РОНА, образующиеся при демонтаже первых пяти демонтируемых АЭС могут быть захоронены в котлах цистерн устаревших моделей, которые изымаются из эксплуатации.
Для решения поставленной задачи направленной на применение железнодорожных цистерн, изъятых из оборота для длительного хранения РОНА необходимо, прежде всего, оценить радиационную опасность, которую представляет гамма - излучение отходов.
3. Расчет мощности дозы от излучения радиоактивных отходов находящихся в железнодорожной цистерне в забетонированном (забитумированном) состоянии
Мощность дозы гамма-излучения от цистерны, содержащей РОНА (которая ниже будет называться источником) определяется удельной активностью среды q Бк/кг, самопоглощением в источнике и энергией гамма лучей Е Мэв. Источник имеет радиус R = 1,5м и длину h = 10м. Мощность дозы Р рассчитывается в точке А на расстоянии b от оси цистерны. Считаем, что РОНА равномерно распределены по всему объему цистерны, а энергия гамма-лучей определяется интегральной (конкурирующей) линией Е = 1,56 Мэв. Излучение с такой энергией характерно для изотопов, образующих продукты деления урана - 235. Схема к расчету мощности дозы Р из цилиндрического источника показана на рис. 1. При расчете считаем, что цистерна специальной биологической защиты не имеет.
Мощность дозы гамма-излучения в радиальном направлении определяется формулой:
Р = pqhKy
л > л >
1 , h2 + R2-b2+ h4+2hb2 + R b-R
1 + ln---------------^--------------------
2h2 h
(1)
b + R
h L
tgcp-^l-k2 sin2 (р-Е4р,к
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
224
Охрана окружающей среды и безопасность труда
3 3
где р - плотность среды, кг/м (у бетона р = 2300 кг/м , у битума р =
Р-см2
1200 кг/м3); К,, = 3,55-----, гамма - постоянная изотопа цезий - 137 -
г ч-мКюри
наиболее долгоживущего гамма - излучателя в спектре изотопов деления урана - 235; F 4р, к , Е4р,к - эллиптические интегралы первого и второго рода соответственно, аки ф - модуль и амплитуда этих интегралов, определяемые выражениями:
k = h/R ; (р = arctg
h
b-R
(2)
Рис.1. К расчету мощности дозы гамма-излучения радиоактивных отходов,
находящихся в цистерне
Все величины показаны на рис.1. Две величины считаем
постоянными: к = — = — « 7; q = 3-105 Бк/кг ~ 10'4мКюри/см3. (Считалось,
R 1,5
что 30% объема среды приходится на РОНА, а 60% на наполнитель -бетон или битум).
Соотношение (1) обычно переписывается в виде:
Р = 2К qRG^/R; b R] ,
(3)
где функция G\ называемая функцией ослабления (или интегралом Кинга) имеет значения представленные в таблице 2 для параметра k = 1 и различных значениях безразмерного расстояния p = b/R.
Эта функция зависит от коэффициента ослабления р гамма-излучения в материале источника. Для бетона и битума значения коэффициентов ослабления р и pR представлены в таблице 3.
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Охрана окружающей среды и безопасность труда
225
ТАБЛИЦА 2. Функция ослабления Gy4i/R,b/R цилиндрического
источника, излучаемого в радиальном направлении (для к = 7)
р - Ъ / R р •R
8 10 15 25
5 0,2 0,15 0,0135 0,0017
10 0,07 0,06 0,004 0,0002
20 0,002 0,0015 0,001 0,0001
ТАБЛИЦА 3. Коэффициенты ослабления гамма - излучения в битуме и бетоне для основных энергетических линий в спектре продуктов деления
U-235
Энергия гамма-квантов р, 1/см pR
А(Мэв) битум бетон битум бетон
0,76 0,0815 0,16 12,225 24,0
1,56 0,0565 0,115 8,475 17,25
Примечание: Л*=150см -радиус стандартной цистерны.
Из таблицы 2 видно, что важным моментом, определяющим, перспективность хранения РОНА в железнодорожных цистернах в забетонированном или забитумированном состоянии является большой габарит цистерны, обуславливающий значительное самопоглощение излучения в самом источнике (цистерне).
ТАБЛИЦА 4. Мощность дозы Р гамма - излучения (Р/ч) от радиоактивных отходов на различных расстояниях от оси цистерны
Расстояние от оси Забитумированные Забетонированные
цистерны, м РОНА РОНА
7,5 4,3Л0-2 2,15-10-3
15 1,510-2 8,610-4
30 4,3 10-4 2,110-4
На основании данных представленных в таблице 2 и с использованием формулы (3) были рассчитаны мощности дозы гаммы-излучения от забитумированных и забетонированных РОНА, находящихся в стандартной цистерне на различных расстояниях от ее оси. Полученные результаты представлены в таблице 4. Из них видно, что предельная мощность экспозиционной дозы Рпред = 0,28 Р/ч, введенная Санитарными Нормами для необслуживаемых помещений полностью выдерживается с большим запасом для всех рассмотренных вариантов. Выдерживается даже
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
226
Охрана окружающей среды и безопасность труда
норма, введенная для полуобслуживаемых помещений (18 часов пребывания за одну неделю работы), которая равна Р = 28Т0-4 Р/ч.
4.Заключение
Была выполнена оценка возможности длительного хранения радиоактивных отходов атомного производства с низкой активностью в забитумированном и забетонированном состояниях в котлах
железнодорожных цистерн, исключенных из инвентаря. Установлено, что гамма-излучения от этих отходов опасности не представляет.
5.Литература
Гусев Н.Г., Ковалев Е.Е., Осанов Д.П., В.И.Попов. Защита от излучения протяженных источников. - М., 1961. - с. 287.
Гусев Н.Г. Защита ионизирующих излучений. Учебное пособие в 2-х томах. - М., Атомиздат, 1969-1973. - с.471.
Губенко В.К., (и др.) Цистерны. (Устройство эксплуатация ремонт). Справочное пособие. - М.: «Транспорт» 1990.- с. 151.
УДК 658.382
ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ЛИЦ, РАБОТАЮЩИХ В ТЯЖЕЛЫХ, ОСОБО ТЯЖЕЛЫХ, ВРЕДНЫХ И ОСОБО ВРЕДНЫХ УСЛОВИЯХ
Г.К. Зальцман, А.П. Пронин, Е.Л. Рыжова, О.И. Тихомиров
Аннотация
Не существует методик обучения по охране труда лиц, работающих в тяжелых, вредных и опасных условиях труда, которые бы учитывали степень риска при выполнении той или иной трудовой операции. Предложена методика экспертной количественной оценки рисков, базирующаяся на принципах расстановки приоритетов. Рассмотрена возможная схема компьютерной обучающей системы, основанная на разработанной методике.
Ключевые слова: методика обучения, охрана труда; оценка степени риска; обучающая система.
Введение
Повышенная степень риска для жизни и здоровья железнодорожников, работающих во вредных, опасных и тяжелых условиях труда, обусловлена тем, что их рабочие места расположены в
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
