proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Защита авторских прав
  Агентство  ПРоАтом. 26 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
Новинка!

Вышла в свет книга Вадима Подольного « Архитектура высоконагруженных систем. Системы сбора информации, распределенные системы управления, системы реального времени».
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[03/03/2022]     Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ

и изделий из обедненного урана

Крошкин Е.Н., Нестеров В.П., АО «НИИТФА», Москва

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) - автономные источники электрической энергии на основе радионуклидного источника тепла (РИТ) использовались СССР, США и другими странами с 1960-х гг. для энергопитания маяков, навигационных, радиотехнических и инженерных систем, радиометеорологических станций, автономных устройств  в труднодоступных районах.



Разработчиком наземных РИТЭГ с РИТ-90 на основе 90Sr+90Y с активностью до ~ 4,4*1015 Бк (~ 120 тыс. Ки), находившихся в эксплуатации и на хранении в России и других странах, являлся «Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации» АО «НИИТФА».

Всего было выпущено более 1000 РИТЭГ. Конструкция предусматривала  воздействие на них различных климатических факторов и биологическую защиту от излучения.  Назначенный срок эксплуатации РИТЭГ ограничивался сроком 10 лет. Дальнейшая эксплуатация была возможна только после обследования РИТЭГ. Срок службы обычно продлялся не более чем на 5 лет, а затем при выводе из эксплуатации  - не более года. РИТЭГ выпуска до 1986 г. имеют конструкцию, являющуюся транспортной упаковкой, то есть без охранной тары. Радиационная защита РИТЭГ выпуска до 1977 г. выполнена из обедненного урана (ОУ).

МАГАТЭ в Приложении II «Конвенции о физической защите ядерного материала» классифицирует ОУ как ядерный материал II категории и определяет уровни физической защиты в процессе хранения и перевозки, из чего следует, что обращение с ОУ требует некоторых мер  предосторожности. Однако для изделий из ОУ никакого договора, который бы регулировал, ограничивал или запрещал его использование, ещё не существует.

Всего ФГУП «ПО «Маяк» изготовил 1082 РИТ для более 1000 единиц РИТЭГ различного типа для наземного базирования  на основе 90Sr +90Y [1]. Большая часть РИТЭГ - типа «БЕТА» на основе РИТ-90. В мощных РИТЭГ применялись от 3 до 6 шт. РИТ. Производство РИТЭГ на заводе «Балтиец» (Эстония) было прекращено в 1992 г.

Конструкция РИТЭГ была разработана до 1980 г., когда не было никаких требований к физической защите от радиологической угрозы, поэтому в конструкции не было серьёзных технических антивандальных препятствий для доступа к РИТ. Это привело к несанкционированным разборкам РИТЭГ с целью извлечения цветных металлов, и как следствие к радиационным инцидентам в ряде республик СССР (Азербайджан, Грузия, Казахстан, Россия, Таджикистан и др.), в которых пострадали сами злоумышленники.

Ситуацию кардинальным образом изменила Генеральная конференции МАГАТЭ в сентябре 2000 г. принятием «Кодекса поведения по обеспечению безопасности и сохранности радиоактивных источников».

В результате действий МАГАТЭ и внедрения Кодекса во всех странах-членах разработаны стандарты и технические документы, на основе которых были реализованы требования Кодекса, в том числе по радиационной  безопасности. Конструкция этих РИТЭГ предусматривала  воздействие на них различных  климатических факторов и биологическую защиту персонала от излучения. Внешний вид наземных РИТЭГ на основе РИТ-90 представлена на рис.1.

Рис.1. Внешний вид наземных РИТЭГ на основе РИТ-90

Результаты работ по снижению радиологической угрозы

Благодаря действиям МАГАТЭ по организации финансирования работ по утилизации РИТЭГ к проблеме были подключены Англия, Канада, Норвегия, США, Финляндия, Франция, Япония и др.

В 2004 г.  начались работы АО «НИИТФА», АО «В/О «Изотоп», ФГУП «ПО Маяк» по уменьшению радиологической угрозы по международным контрактам МАГАТЭ и уполномоченных фирм Минэнерго США  с предприятиями ГК «Росатом», а также работы предприятий ГК «Росатом»  по ФЦП «Ядерная и радиационная  безопасность  России».

 В результате совместных усилий удалось утилизировать все РИТЭГ на территории России. РИТЭГ из  Белоруссии и Армении были вывезены в Россию до принятия Федерального закона об обращении с радиоактивными отходами от 11.07.2011 г. № 190-ФЗ. На хранении остались РИТЭГ в Азербайджане, Грузии, Казахстане, Таджикистане, Украине и, возможно, в Туркменистане.

В результате были утилизированы РИТЭГ из Армении, Белоруссии, а также с территории Антарктиды. Они были возвращены в Россию и утилизированы, а также проведена утилизация всех РИТЭГ в России, которые  приведены в состояние, безопасное для долговременного хранения, и/или утилизированы. 

Состояние РИТЭГ, находящихся на хранении в странах бывшего СССР,  относится к проблемному или аварийному, так как после снятия с эксплуатации они хранятся на специализированных предприятиях как типовые высокоактивные ВАО и представляют серьёзную опасность и радиологическую угрозу для персонала и окружающей среды по следующим причинам:

- многократно превышен назначенный срок эксплуатации (НСЭ);

- происходит гидридная коррозия радиационной защиты из ОУ в непрерывном режиме;

- высокая радиоактивность матрицы РИТ-90 на основе мелкокристаллического спрессованного титаната стронция;

- высокая рабочая температура РИТ в РИТЭГ типа «Бета» (до + 300оС, в ИЭУ-1– до + 450оС);

- нарушения герметичности корпуса сварной оболочки и блоков защиты;

-изменения состава материалов матрицы РИТ из-за распада.

Предприятие-изготовитель ФГУП «ПО «Маяк» гарантировало герметичность РИТ в течение 10 лет эксплуатации при нахождении в среде инертного газа. 

Изготовитель изделий из обеднённого урана (АО «ЧМЗ») установил в технических условиях назначенный срок эксплуатации (календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой эксплуатация должна быть прекращена независимо от его технического состояния) в течение 15 лет.  Дальнейшая эксплуатация была возможна только после обследования РИТЭГ. Срок службы обычно продлялся не более чем на 5 лет, а затем при выводе из эксплуатации  - на срок не более  одного года для вывода из эксплуатации и утилизации.     

Решение о дальнейшей эксплуатации должно было приниматься по результатам комплексного инженерного радиационного обследования РИТЭГ согласно НП-024-2000, продление срока эксплуатации допускалось на 5 лет, по окончании которого может быть принято решение о продлении еще на 5 лет. Общий срок эксплуатации РИТЭГ не должен превышать 20 лет.    

Однако это не мешает некоторым владельцам оборудования с изделиями из ОУ (гамма-дефектоскопы, защитные блоки, контейнеры  и т.д.) продлевать срок службы до списания вопреки требованиям НП-024-2000.

Опыт эксплуатации  РИТЭГ показал, что после 20 лет инертная среда (инертный газ) в корпусе РИТЭГ отсутствует. Многократное превышение сроков эксплуатации и хранения приводит к главное причине проблемного состояния - дегазации РИТЭГ из-за старения материалов, образования микротрещин в сварных соединениях элементов конструкции РИТЭГ и/или появления зазоров в местах расположения прокладок между элементами конструкции из-за  многократных колебаний температуры окружающей среды.

Матрица РИТ-90 выполнена на основе мелкокристаллического спрессованного титаната стронция и имеет рабочую температуру в РИТЭГ типа «Бета» до + 300оС, в ИЭУ-1– до + 460-500оС и начальную активность 35,4 – 40,0 кКи.

 

Гидридная коррозия радиационной защиты

Гидридная коррозия радиационной защиты происходит из-за нарушения герметичности корпуса сварной оболочки и блоков защиты.  На увеличение скорости коррозии оказывает влияние водород, выделяющийся при высокой температуре из-за взаимодействия обеднённого урана с парами воды. При высоких температурах на поверхности РИТ скорость коррозии достигает 0,5-0,8 мг/см²·ч.

Образующийся водород быстро диффундирует в уран с образованием гидрида урана UH3, что вызывает распухание урана и разрушение радиационной защиты. Далее под воздействием высоких температур происходит разложение UH3 с образованием мелкодисперсного порошка урана, который активно взаимодействует с парами воды, в результате чего получается диоксид урана UO2 и пары воды, то есть при наличии даже небольшого количества паров воды начинается непрерывный процесс гидридной коррозии.

С гидридной коррозией столкнулись разработчики изделий из плутония и урана. Им удалось понять причины процессов, создать противокоррозионные службы на предприятиях Минсредмаша СССР, разработать комплекс мер по борьбе с ней. Причина коррозии - термодинамическая нестабильность металлического урана [2].

 

Изменения состава материалов матрицы РИТ из-за распада

Одной из версий процесса разрушения РИТ  является то, что в результате распада Sr90  и его дочернего изотопа Y90 получается стабильный изотоп Zr90, атомы которого замещают Y90. В результате через 28,8 лет происходит замена 50 % нуклида 90Sr +90Y на стабильный цирконий 90Zr.  В матрице РИТ вместо SrTiO3  появляется титанат циркония ZrTiO4 с другой кристаллической решеткой. Возможно, что из-за несоответствия структуры двух материалов происходит разрушение матрицы РИТ вплоть до пыле-аэрозольного состояния материалов с 90Sr+90Y, а при выгрузке РИТ из РИТЭГ - сильнейшее загрязнение инструментов и рабочих помещений (до 1 млн. част/с. см2).

Поэтому работы по разрядке РИТЭГ необходимо проводить в горячей камере, а каждый РИТЭГ с истёкшим сроком эксплуатации следует считать находящимся в безопасном состоянии только в том случае, если из него извлечён радиоизотопный источник тепла (РИТ), либо его радиационно-тепловой блок (РТБ) с РИТ, либо РИТЭГ должен быть размещен в транспортном упаковочном комплекте (ТУК) с инертной средой, в которой не будет происходить гидридная коррозия урана.

Протекающие реакции можно представить следующими уравнениями:

UH3+2H2O= UO2+7/2H2+Q↑(испарение) 

7U+6H2O=3UO2+4UH3+Q↑ (испарение).

Как известно, плотность UO2 ≈ 11 г/см³, а плотность обеднённого урана ≈ 19 г/см³. Таким образом, при полном окислении урана из-за попадания кислорода и влаги с воздухом в корпус возможно почти двукратное увеличение объёма.

В итоге происходит деформация очехловки защиты, резкое снижение защитных свойств и образование взрывчатой «гремучей смеси», что ведёт к небольшому взрыву с выбросом 90Sr +90Y и невозможности разборки РИТЭГ.

Проведение работ в 2008-2017 гг. с аварийными неразборными РИТЭГ показало, что механические напряжения в изделиях вызваны его распуханием в результате гидридной коррозии, как следствия нарушения герметичности и взаимодействия урана с воздухом или водой.

 

Приведение РИТЭГ в безопасное состояние  для хранения

В странах бывшего СССР остались РИТЭГ, не приведённых в состояние, безопасное для хранения. Несмотря на то, что практически все они размещены на территории специализированных организаций, это не спасает их от разрушений, и рано или поздно РИТЭГ станут причиной возникновения радиационной аварии.

Процесс организации безопасного долговременного хранения должен быть организован в несколько этапов:

а) проведение комплексного инженерного радиационного обследования РИТЭГ в местах хранения, определение потребности в использовании индивидуальных ТУК для проблемных РИТЭГ, составление плана-проекта работ с ОВОС и оценкой рисков согласно методике, разработанной в ГК «Росатом»;

б) план-проект работ определяет перечень технологического оборудования и необходимых работ, степень ответственности и участия организаций, меры безопасности;

в) подготовка проведения работ, закупка материалов и инструментов, дефрагментация РИТЭГ, изготовление ТУК, узлов теплосъёма и блоков дополнительной защиты;

г) разработка и изготовление индивидуальных герметичных ТУК для обеспечения защиты от гидридной коррозии и от разрушения радиационной защиты из ОУ, накопления водорода в корпусе и выброса радиоактивного содержимого;

д) создание в ТУК дополнительного противофильтрационного и противомиграционного барьера  безопасности для РИТЭГ с поверхностным радиоактивным загрязнением;

е) предотвращение образования гремучей смеси путем откачки воздуха и заполнения ТУК инертной средой с проверкой содержания водорода не менее 2-х раз в первый год.

На рис.2 представлены РБТ и РИТЭГ в упаковке и новых ТУК

Рис.2. РТБ в упаковке (слева) и РИТЭГ в новых ТУК (справа). Дополнительные элементы радиационной защиты и теплосброса

 

Заключение

1.     Если РИТЭГ хранятся как типовые ВАО без учета процессов их деградации, в том числе из-за разрушения радиационной защиты и матрицы РИТ, их надо относить к проблемным или аварийным, так как они несут при хранении радиологическую угрозу и должны быть приведены в безопасное состояние, для долговременного хранения.

2.     Приведен анализ причин деградации РИТЭГ при длительном хранении. Главное  - гидридная коррозия узлов из обеднённого урана из-за нарушения герметичности корпуса, что приводит к разбуханию обедненного урана и недопустимому снижению свойств защиты.

3.     Возможно, что из-за несоответствия структуры двух материалов (титаната стронция, 50% которого через 28,8 лет превращаются в титанат цирокония) происходит разрушение матрицы РИТ вплоть до пыле-аэрозольного состояния материалов с 90Sr+90Y, а при выгрузке РИТ из РИТЭГ - сильнейшее загрязнение инструментов и рабочих помещений (до 1 млн. част/с. см2).

4.      Приведение РИТЭГ в безопасное состояние устранит разрушение защиты из ОУ и образование взрывоопасной смеси, что актуально для ряда стран бывшего СССР (Азербайджан, Грузия, Казахстан, Таджикистан и др.).

5.     Имеющиеся РИТЭГ изготовлены до 1992 г. Они представляют большой интерес для материаловедения, так как полновесного изучения деградации материалов из-за распада 90Sr+90Y в источнике тепла, при длительном воздействии радиации и температуры не проводилось.

6.     АО «НИИТФА» готово предоставить свой опыт, технологии и оборудование для приведения всех РИТЭГ в странах бывшего СССР в безопасное состояние.

 

Источники

1. Источник: Глаголенко Ю.В., Абрамов А.А. и др. «Деятельность ФГУП "ПО «МАЯК» по выполнению программ утилизации РИТЭГ». Материалы семинара МАГАТЭ по РИТЭГ, Москва, 2008. 

2. «Атомный проект СССР, ВНИИНМ – 50 лет. Вопросы защиты от коррозии делящихся материалов в ядерных зарядах. Т.4, 2000, с. 92-97. http://elib.biblioatom.ru/text/vniinm-50_t4_2000/go,100/

 

Материал подготовлен Девятовой Т.А. на основе доклада Крошкина Е.Н., Нестерова В.П., АО «НИИТФА» на XV Международном ядерном форуме «Безопасность ядерных технологий: транспортирование радиоактивных материалов» (АТОМТРАНС-2021), Санкт-Петербург, октябрь 2021 г.

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Обращение с РАО и ОЯТ
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Обращение с РАО и ОЯТ:
Снятие АЭС с эксплуатации: проблемы и пути решения

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 5
Ответов: 1


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 7 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ (Всего: 0)
от Гость на 04/03/2022
Тем временем, "АвтоВаз" останавливает производство, так как без импортных комплектующих способен выпускать только классическую "Ниву". 


[ Ответить на это ]


Re: Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ (Всего: 0)
от Гость на 03/03/2022
Тем временем, Европейское Космическое Агентство отменило запуск марсохода массой 270 килограмм на одной из последних российских ракет "Протон". Запуск должен был состояться через 5 месяцев. 


[ Ответить на это ]


Re: Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ (Всего: 0)
от Гость на 04/03/2022
МОСКВА, 4 мар - РИА Новости. Пожар произошел за пределами Запорожской АЭС на Украине, на станции отключен один из энергоблоков, сообщила Государственная служба по чрезвычайным ситуациям.Ранее представитель пресс-службы АЭС сообщил, что на территории станции произошел пожар, изменений радиационного фона нет. На кадрах с камеры видеонаблюдения на территории станции виден дым."По состоянию на 2.26 (3.36 мск) в городе Энергодар на Запорожской АЭС отключен от единой энергосистемы третий энергоблок (работает только четвертый блок). Противопожарное состояние на АЭС в норме. За территорией АЭС в учебно-тренировочном корпусе возникло возгорание", - говорится в сообщении в Telegram-канале ГСЧС.


[
Ответить на это ]


Re: Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ (Всего: 0)
от Гость на 04/03/2022
Военная администрация города Запорожье, сославшись на госинспекцию ядерного регулирования, сообщила, что силы РФ заняли площадку Запорожской АЭС. Оперативный персонал контролирует состояние энергоблоков и обеспечивает их эксплуатацию в соответствии с требованиями технологических регламентов безопасности, - говорится в сообщении госинспекции ядерного регулирования в Telegram. Также администрация Запорожья передает, что после пожара в Запорожской области радиационный фон в регионе остается в норме. Угрозы для местного населения нет.Ранее представитель пресс-службы АЭС сообщил, что на территории станции произошел пожар. На кадрах с камеры видеонаблюдения был виден дым. Госслужба по чрезвычайным ситуациям сообщила, возгорание произошло за пределами АЭС - на 3, 4 и 5 этажах пятиэтажного учебно-тренировочного комплекса.


[
Ответить на это ]


Re: Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ (Всего: 0)
от Гость на 05/03/2022
В статье написано: "В результате были утилизированы РИТЭГ из Армении, Белоруссии, а также с территории Антарктиды. Они были возвращены в Россию и утилизированы".
В моей статье "РИТЭГи в Антарктиде", "Проатом" 08.06.2017 http://www.proatom.ru/modules.php? name=News&file=article&sid=7717было показано, что, скорее всего, не все РИТЭГи были вывезены с Антарктиды. -Серебряков
19. [08/06/2017]     РИТЭГи в Антарктиде


[
Ответить на это ]


Re: Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ (Всего: 0)
от Гость на 22/03/2022
Тем временем, "АвтоВаз" останавливает производство, так как без импортных комплектующих способен выпускать только классическую "Ниву".  ===

А нам как раз НИВА и нужна. Её немного нужно подработать по мелочам, чтобы она стала современнее. Но сама по себе она как раз для РФ с различными дорогами и климатом.


[
Ответить на это ]


Re: Обеспечение безопасного долговременного хранения РИТЭГ (Всего: 0)
от Гость на 23/03/2022
НИВА – наиговеннейшая машина. Ресурс не более 100 тыс. км.,, разваливается на ходу, детали подогнаны плохо. Любая иностранка бегает не менее 250 тыс. , а то и до 500 с небольшим ремонтом. 


[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.10 секунды
Рейтинг@Mail.ru