Русский / English 
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ БЕЗОПАСНОГО РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
ИНСТИТУТИССЛЕДОВАНИЯПРОЕКТЫНАУКА И ОБРАЗОВАНИЕНОВОСТИКОНТАКТЫ
 
Наука и образование » Информирование общественности » Чернобыль » Чернобыльский саркофаг » 6. Преобразование объекта «Укрытие». Стабилизация. Арка

6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ОБЪЕКТА «УКРЫТИЕ». СТАБИЛИЗАЦИЯ. АРКА


6.1. Стабилизация строительных конструкций
Начало работ по плану SIP можно отсчитывать с апреля 1998 г., с момента заключения контракта с группой управления проектом (ГУП). «Эта дата является отправной точкой для всех сроков по SIP, началом координат, потому что, фактически, SIP заработал после появления ГУП» [1].
Если обратиться к первоначальным планам, то основные работы по стабилизации строительных конструкций (СК) должны были начаться через ~ 2 года после этой отправной точки, т.е. в 2000 г. Реально они начались в декабре 2004 г., приблизительно на 4 года позже запланированного срока.
Как уже говорилось, масштабные строительные работы по дополнительному укреплению «Укрытия» проводились в 1987—1989 гг. и позднее, в 1990-х годах. Последующие исследования показали, что они не решили до конца вопрос о гарантированном стабильном состоянии объекта «Укрытие» на время ~ 15 лет, т.е., на срок, необходимый для сооружения нового безопасного конфаймента и частичной разборки нестабильных конструкций. Это иллюстрирует таблица 1, в которой перечислены наиболее опасные (с точки зрения обрушения) строительные конструкции. 

Таблица 6.1. Зоны и строительные конструкции, для которых существовала максимальная опасность обрушения к моменту начала стабилизационных мероприятий (экспертное заключение) [2]

Зоны и строительные конструкции

Вероятность разрушения,
1/год

Вид нагрузки, определяющей необходимость стабилизации

Западная зона
Стена по оси 50 с прилегающим каркасом

1,3·10-1

Сейсмика (6 баллов)

Западная контрфорсная стена

1·10-4

Южная зона
Деаэраторная этажерка

1,3·10-1

Сейсмика

Восточная и северная зона
Северная контрфорсная стена и ее сопряжения с северными щитами-«клюшками»

1,4·10-2

Экстремальный ветер

Западная опора балки «Мамонт»

1,3·10-1

Сейсмика

Восточная  опора балки «Мамонт»

1,3·10-1

Сейсмика

Южные щиты-«клюшки»

1,4·10-2

Экстремальный ветер

Началу работ по стабилизации СК предшествовал ряд предварительных этапов.

  • были определены конструкции, которые требовали укрепления (см. табл. 6.1);
  • предложены мероприятия по стабилизации этих конструкций;
  • проведены расчеты повышения их стабильности после выполнения необходимых работ по укреплению (см. табл. 6.2).

Таблица 6.2. Вероятность разрушения конструкций после их стабилизации

Зоны и конструкции

Вероятность разрушения после выполнения работ по стабилизации, 1/год

Западная зона
Стена по оси 50 с прилегающим каркасом

2·10–3

Западная контрфорсная стена

1·10-4

Южная зона
Деаэраторная этажерка

1·10-3

Восточная и северная зона
Северная контрфорсная стена и узел ее сопряжения с северными  щитами-«клюшками»

1·10-4

Западная опора балки «Мамонт»

1·10-3

Восточная опора балки «Мамонт»

1·10-3

Южные щиты-«клюшки»

4·10-4

 

Рис. 6.1, 6.2 — Места проведения работ по проведению безотлагательныхмер по стабилизации конструкций «Укрытия». В кружках — номера мероприятий.

Среди предлагаемых мероприятий была выделена группа безотлагательных (рис. 6.1, 6.2). В табл. 6.3 приведена краткая характеристика планируемых работ по отдельным безотлагательным мероприятиям.
Началу выполнения мероприятий на объекте предшествовали подготовительные работы по созданию необходимых объектов инфраструктуры. В том числе — строительной базы и нового санпропускника почти на 1.5 тысячи мест, центра подготовки персонала, реабилитационного центра, прокладка инженерных сетей и автодорог и т. п.

Таблица 6.3. Зоны, номера мероприятий по стабилизации СК и их краткая характеристика

Номер мероприятия

Краткая характеристика планируемых работ

Западная зона. Мероприятие № 2

Сооружение дополнительной металлической опорной конструкции, которая позволит уменьшить нагрузки на поврежденную взрывом западную стену четвертого энергоблока

Южная зона. Мероприятия №№ 3, 3b и 3с

Дополнительное укрепление каркаса деаэраторной этажерки и плит перекрытия в южной зоне

Восточная и северная зона.
Мероприятия №№ (5—11).

Соединение северных щитов-«клюшек» с северной контрфорсной стеной и укладку бетона в контрфорсную стену до проектных отметок

Мероприятие без номера (б/н)

Замена и герметизация легкой кровли.
Частичный ремонт существующего настила

Мероприятие № 14

Укрепление западной опоры балки «Мамонт».
Приварка дополнительных металлических элементов

Мероприятие № 14a

Укрепление восточной опоры балки «Мамонт».
Замоноличивание полостей в основании опоры

Мероприятие № 8

Соединение южных щитов и щитов-«клюшек» между собой при помощи металлической фермы

Часть мероприятий не попала в перечень первоочередных, поэтому номера в таблице следуют не по порядку.

 

 

 

 

 

 

 

 

Непосредственным осуществлением мероприятий на объекте занимались Российско-Украинский Консорциум «Стабилизация» в составе:

  • ЗАО «Атомстройэкспорт» — лидер Консорциума;
  • «Южтеплоэнергомонтаж»;
  • «Атомэнергостройпроект»,

а также «Управление строительства Ровенской АЭС».

Специалисты Украинского консорциума КСК (НИИСК, КИЭП, МНТЦ) осуществляли авторский надзор за ходом выполнения рабочего проекта.

В октябре 2003 г. был завершен рабочий проект стабилизации.
Работы по стабилизации СК «Укрытия» описаны во многих статьях и технических документах (например, [3–7]). Среди них выделяется наиболее масштабное мероприятие (№2), которое позволило обезопасить западную стену «Укрытия». Для этого вблизи от «Укрытия» было возведено дополнительное сооружение, которое позволило передать часть нагрузок от балок Б1 и Б2, легкой кровли и трубного наката через металлические фермы на новые мощные башни опоры и бетонные фундаменты, тем самым разгрузив разрушенную стену. Внешний вид «Укрытия» с запада после выполнения Мероприятия №2 показан на рис. 6.3. 

Рис. 6.3 — Вид на «Укрытие» с запада после выполнения Мероприятия №2

В период 2004—2006 гг. были завершены все запланированные мероприятия, кроме замены и герметизации легкой кровли (выполнено в 2008 г.).
Работы по стабилизации характеризовались не столько своей масштабностью и необходимостью решать сложные технические задачи, сколько тем, что выполнять их приходилось в тяжелых радиационных условиях. Принятые меры безопасности позволили минимизировать как полученную коллективную эквивалентную дозу, так и индивидуальные дозы участников выполнения Мероприятий. Многие из предложенных и апробированных в процессе стабилизации методов и средств обеспечения радиационной безопасности предполагается использовать в дальнейших работах по преобразованию «Укрытия».

Главным итогом проведенных работ по стабилизации является значительное (на два порядка) снижение рисков обрушения СК объекта «Укрытие» (см. таблицы 1 и 2).

6.2. Создание НБК — «Арка» ([7—11])
Согласно первоначальным планам, ввод в действие НБК должен был осуществиться через ~ 8,5 лет после начала реализации SIP. Однако, по целому ряду причин как технического, так финансового и организационного характера, весь комплекс нового конфайнмента был принят в эксплуатацию только в 2019 г. Одновременно с отклонением от графика росла и оценка стоимости объекта. К моменту начала строительства она превышала 2 миллиарда долларов. (рис. 6.4). 

Рис. 6.4 — Оценка стоимости создания НБК

Напомним, что новый безопасный конфайнмент должен был служить достижению следующих целей:

1. Обеспечение защиты персонала, населения и окружающей среды от влияния источников ядерной и радиационной опасности, связанных с существованием объекта «Укрытие».
2. Создание необходимых условий для осуществления практической деятельности по преобразованию объекта «Укрытие» в экологически безопасную систему, в том числе, для извлечения топливосодержащих и радиоактивных материалов, выполнения работ по обращению с РАО и демонтажа/усиления нестабильных конструкций объекта «Укрытие».

Окончательный выбор конструкции защитного сооружения был сделан не сразу. Сначала рассматривались 12 вариантов, потом их осталось три. В итоге для разработки концептуального проекта был выбран вариант «Арка»

Разработчиком Концептуального проекта (ТЭО) НБК стал консорциум в составе:

  • Bechtel International Systems;
  • Electricite’ de France;
  • Battelle Memorial Institute.

Работы выполнялись с привлечением Украинского консорциума КСК (НИИСК, КИЭП, МНТЦ).

Схемы сборки этой конструкции в зоне монтажа и надвижения «Арки» на объект «Укрытие» показаны на рис. 6.5. Там же приведены её основные размеры.

Рис. 6.5 — Схема сборки «Арки» и её надвижения на объект «Укрытие»

Для герметизации «Арки» предусмотрены западная и восточная торцевые стены.
При этом западная торцевая стена опирается на собственный фундамент, а восточная — подвешивается к арочным конструкциям.

«Арка» стала самой большой надвижной конструкцией в истории человечества. В готовом виде НБК лишь на 11 м ниже, чем собор Святого Павла в Лондоне. Высота её равна высоте центрального пролета моста «Золотые ворота» в Сан-Франциско» (рис. 6.6, 6.7).

С историей строительства и решениями, примененными при монтаже и передвижении «Арки» можно познакомиться в [7].

Какие технические средства были предусмотрены для выполнения «Аркой» сформулированных выше задач?
Прежде всего скажем о прочности и долговечности самого сооружения. Согласно проекту оно должно выдержать смерч класса 3 (частота возникновения 1 раз в 1 000 000 лет) и землетрясение магнитудой 6 баллов по шкале MSK 64 (частота возникновения 1 раз в 1 000 000 лет). Допустимый перепад температур от –43 до +45°С. Для внешней и внутренней оболочки были разработаны специальные составы нержавеющей стали. 

 Рис. 6.6 — «Арка», установленная над «Укрытием»

 

 

Рис. 6.7 — Схема размещения «Укрытия» под «Аркой» (сечение север–юг). Металлический каркас и облицовка арки весят около 30 тыс. тонн. Монтаж основного оборудования увеличил этот вес до ~37 тыс. тонн

Кольцевое пространство между внутренней и внешней обшивками «Арки» вентилируется подогретым потоком внешнего воздуха. Его влажность не должна превышать 40%. Это позволяет предотвратить образование конденсата на стальных конструкциях и на внутренней обшивке «Арки» и бороться с коррозией.
Кроме того, за счет избыточного давления воздуха в кольцевом пространстве (по отношению как к наружному давлению, так и к давлению внутри «Арки»), реализуется принцип «воздушного замка». Он препятствует проникновению паров воды снаружи и радиоактивной пыли изнутри.
В конструкции предусмотрена возможность замены кровельных и стеновых панелей без частичного раскрытия сооружения. На открытый грунт внутри НБК нанесено твердое изолирующее покрытие, которое предотвращает проникновение радиоактивных материалов в грунтовые воды. Это покрытие обеспечивает и безопасные условия для работ и перевозок внутри объекта.

Сохранение прочности внешней оболочки при экстремальных природных воздействиях не гарантирует от возникновения внутренних обрушений. А они могут привести к серьёзным изменениям сложившейся геометрии и затруднению дальнейшей разборки.
Поэтому первым этапом разборки «Укрытия» будет демонтаж или усиление оставшихся нестабильных строительных конструкций.
Для его проведения предусмотрено размещение под защитой «Арки» нескольких технологических участков.
В том числе, участка раскладки демонтированных конструкций.
При необходимости, эти конструкции будут передаваться на участок фрагментации.
После того, как они пройдут соответствующий цикл обработки, при которой размеры фрагментов доводятся до заданной величины, они поступают на участок дезактивации.
Под «Аркой»размещается участок временного хранения РАО. Он предназначен для хранения РАО в контейнерах вплоть до отправки их к местам окончательного захоронения или в долговременное хранилище.

Кроме «Арки», в состав НБК входят технологическое здание (технологический корпус), которое располагается с западной стороны и частично выходит за пределы «Арки», а также ряд вспомогательных сооружений и зданий (рис. 6.8).
Одной из главных технологических систем НБК является система основных кранов (СОК). На ближайшем этапе она должна обеспечить демонтаж/усиление нестабильных конструкций, а впоследствии — участвовать в дальнейшей разборке «Укрытия».

 

Рис. 6.8 — Схема расположения зданий, обслуживающих НБК на его западной стороне

После ввода «Арки» в эксплуатацию стало возможным приступить к окончательному решению вопроса о нестабильных конструкциях — их демонтажу/усилению. Решено было проводить его в два этапа: «ранний» демонтаж/усиление (до конца 2023 г.) и «отложенный» демонтаж. При выполнении любых видов демонтажа необходимо выполнить следующие работы:

Во-первых, провести пылеподавление и дезактивацию перемещаемых конструкций с целью фиксации радиоактивной пыли, снижения концентрации аэрозолей и повышения безопасности выполнения дальнейших операций.
Во-вторых, разрезать крупные конструкции, на отдельные фрагменты, и подготовить их к подъему. При этом следует максимально использовать дистанционные технологии, пылеподавление, эффективные средства коллективной и индивидуальной защиты и др.
В-третьих, необходимо обеспечить перемещение этих фрагментов в зону последующей обработки, проведение окончательной фрагментации и упаковки. После этого начинаются операции, связанные их хранением и захоронением РАО. Представление об объёме предстоящих работ даёт рис. 6.9, где указаны некоторые конструкции, которые предполагается демонтировать в первую очередь.

 

Рис. 6.9 — Внешний вид «Укрытия» с запада после выполнения работ по стабилизации. Буквами указаны конструкции, которые предлагается демонтировать: легкая кровля ЦЗ зала (A); трубный настил ЦЗ под легкой кровлей (B); южные панели покрытия (C); южные щиты-клюшки (D); северные щиты-клюшки (I); ферма, установленная при стабилизации

6.3. Дальнейшие планы ([12 — 17])
В момент написания настоящего обзора (2021 г.) после завершения строительства «Арки» и ввода её в эксплуатацию начались работы по демонтажу нестабильных конструкций объекта «Укрытие».
«А далее предстоит еще более сложная работа по приведению топливосодержащих материалов и РАО объекта «Укрытие» в контролируемое состояние. И только после этого перед следующими поколениями специалистов встанет задача обеспечить безопасное хранение этих материалов, хотя бы первую тысячу лет» (В.И. Купный, «Комментарий к выступлению Министра экологии…»).
Сейчас предполагается, что в результате продолжающихся работ объект «Укрытие», окруженный оболочкой НБК, через 100 лет приобретет вид, показанный на рис. 6.10, 6.11.

 

Рис. 6.10, 6.11 — Планируемый результат проведения работ по извлечению радиоактивных материалов и ядерного топлива из разрушенного блока

По существующему (и достаточно распространенному) мнению работы по извлечению ТСМ и РАО не следует форсировать. Поскольку быстро развивающиеся и возникающие вновь технологии позволят через два-три десятилетия предложить другие, более производительные и (или) более безопасные пути.
Не надо торопиться и с созданием детальной концепции извлечения и захоронения. Эту точку зрения высказал, например, представитель Министерства по чрезвычайным ситуациям Украины.

Однако, против такого подхода есть и серьезные возражения.

Первое из них связано с тем, что за прошедшие тридцать пять лет никаких прорывных предложений в этой области сделано не было. Появление новых технологий и усовершенствование имеющихся следует скорее ожидать в процессе развертывания масштабных работ внутри НБК. Поэтому представляется разумным после демонтажа нестабильных конструкций приступить к испытаниям в натурных условиях наиболее приемлемых методов и средств разборки радиоактивных завалов. Одновременно, необходимо решать вопросы временного хранения ТСМ и РАО. И после этого начать последовательное извлечение радиоактивных материалов.

Второе возражение связано с долговременной динамикой поведения ТСМ, которая может при затягивании на десятилетия времени ожидания разборки дополнительно (и существенно) эту разборку затруднить.

  • Действительно, после создания НБК практически прекратилось поступление воды внутрь объекта «Укрытие». Резко уменьшится влажность воздуха. Радиоактивная пыль, удерживаемая ранее силами адгезии на стенах, потолках, полах помещений, значительно увеличит свою подвижность. При любых возмущениях она будет подниматься в воздух в виде аэрозолей.
  • Произойдет пересыхание скоплений воды. Донные отложения могут дать свой вклад в образование радиоактивных аэрозолей.
  • Источником пыли станут и разрушающиеся ЛТСМ. При этом существуют пессимистические прогнозы нарастания скорости такого разрушения.
  • Возможны и другие процессы, которые приведут к возрастанию концентрации радиоактивных аэрозолей в воздухе внутри объекта «Укрытие». Речь идет о деградации (под действием излучения) пылеподавляющих покрытий (пленок), многие десятки тонн которых были нанесены на поверхности внутренних помещений «Укрытия» во время проведения в них работ. Они адсорбировали заметную часть активности. Особенно большие объемы пылеподавляющих покрытий наносились в 19861990 гг.
  • С годами влияние всех этих источников радиоактивных аэрозолей может стать одной из главных трудностей при проведении работ по извлечению ТСМ и РАО из объекта «Укрытие».

Третье возражение. Продолжительное время (на десятки лет) задержки работ по извлечению ТСМ и РАО приведет к большим финансовым потерям. Расходы на регламентную, обычную эксплуатацию НБК, при бесперебойном обеспечении работы его многочисленных систем и оборудования, по оценкам может составлять несколько миллионов долларов в год.

Четвертое возражение. Следует учитывать и то, что огромный объем работ, выполненный работниками ЧАЭС, проектных и научных организаций в период предварительных исследований, мероприятий по стабилизации «Укрытия», наконец, при создании НБК позволил собрать и сплотить уникальный коллектив специалистов, потенциал которого может (и должен!) быть использован именно в ближайшие десятилетия.

Пятое возражение. В настоящее время на площадке станции существуетбольшое количество вспомогательных цехов и предприятий, которые постоянно функционируют, обеспечивая не только работы на НБК, но и снятие с эксплуатации других блоков АЭС, мероприятия, проводимые на площадке и т.п. Восстановление их после продолжительной временной паузы потребует значительных затрат. 

На основании сказанного выше, после того, как Правительственная комиссия Украины утвердила «Стратегию преобразования объекта «Укрытие» и «Стратегию стабилизации состояния объекта «Укрытие», Межотраслевой научно-технический центр «Укрытие» (Чернобыль), НИИ строительных конструкций (НИИСК, Киев) и Институт «Энергопроект» (КИЭП, Киев) приступили к разработке «Концептуального проекта извлечения топливосодержащих материалов (ТСМ) и обращения с радиоактивными отходами (РАО) объекта «Укрытие». Проект получил название «СТАРТ». 

ЛИТЕРАТУРА
1. В.И. Купный. «Укрытие-2». Патовая ситуация сегодня, что делать завтра. http://pripyat.com/articles/valentin-kupnyi-ukrytie-2-patovaya-situatsiya-segodnya-chto-delat-zavtra-ch1.html
2. Рабочий проект по стабилизационным мероприятиям. Общая пояснительная записка SIP К 02 01 000 EXN 001 03. ПОМ на ОУ. WBS A02 90510, Ред. 03. CFC. 2003 г.
3. Стабилизация объекта «Укрытие» (Чернобыльская АЭС) http://www.ase.atomstroyexport.ru/projects/complete/project35/
4. Стабилизация объекта «Укрытие» проведена качественно. http://chernobil.info/?p=670
5. Ключников А.А., Щербин В.Н., Рудько В.М. и др. Опыт работы МНТЦ «Укрытие» по пакету А в рамках плана осуществления мероприятий (SIP). В сборнике «Проблемы Чернобыля». Чернобыль, — 2002, — вып. 9, —с. 118–123.
6. Ключников А.А., Щербин В.Н., Рудько В.М. и др. Анализ радиационной безопасности в процессе производства работ по стабилизации. В сборнике «Проблеми безпеки атомних електростанцiй i Чорнобиля», Чернобыль, — 2004, — вип. 1, — с. 24–34.
7 А.А. Боровой, Е.П. Велихов. Опыт Чернобыля, часть 4. НИЦ «Курчатовский институт», Москва, — 2015, — 137 с. http://www.nrcki.ru/files/pdf/1464178122.pdf
8. Самая большая надвижная конструкция в истории человечества. Inside. Журнал Международного Чернобыльского центра, — 2004, — выпуск 13, — с.10–12.
9. Консорциум NOVARKA. Строительство нового саркофага на Чернобыльской АЭС. http://www.youtube.com/watch?v=UddmjLXmqRE
10. Новости ЧАЭС, №16, 2010 г.
11. Арка НБК на ЧАЭС. Все этапы строительства http://pikabu.ru/story/arka_nbk_na_chayes_vse_yetapyi_strotelstva_1638432
12. Р.В. Арутюнян, А.А. Боровой. Извлечение ядерного топлива из аварийных реакторов (Чернобыль и Фукусима). НИЦ «Курчатовский институт», Москва, —  2019, — 185 с.
13. А.А. Ключников, В.Н. Щербин, В.М. Рудько и др. Концептуальный проект извлечения топливосодержащих материалов и обращения с радиоактивными отходами объекта «Укрытие» (Проект «Старт»). «Проблеми Чорнобиля». Вип. 2. — 1998. — С. 11–23.
14. О.В. Балан, В.Г. Батий, С.И. Глебкин и др. Принциповi технологiчнi рiшення звилучення паливовмiсних матерiалiв iз верхнiх вiдмiток об’€кта «Укриття». «Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля». — 2015. — Вип. 25. — С. 83–93. 


ИБРАЭ РАН © 2013 Карта сайта | Связаться с нами