ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ОБЪЕКТА «УКРЫТИЕ» (2011—2020 ГГ.)

Меры, принятые в 2004—2006 годах для стабилизации ненадёжных конструкций объекта «Укрытия» позволили значительно (на два порядка) снизить риски их обрушения. В первую очередь, это было важно для обеспечения безопасности персонала на промплощадке ЧАЭС, в том числе и специалистов, участвовавших в создании «Укрытия-2» — Нового безопасного конфайнмента (НБК).

Напомним, что уже в первом предложении о преобразовании «Укрытия» (С.Т. Беляев и А.А. Боровой [1]) стратегия такого преобразования предусматривала не только создание герметичного и долговременного сооружения, но и использование этого объекта для безопасной разборки и кондиционирования радиоактивных и топливосодержащих материалов (ТСМ).

В дальнейшем эта идея получила свое обоснование и развитие в рамках созданного международным коллективом ученых и инженеров уникального сооружения — НБК (подробнее см. [2])

Главный его элемент — ограждающая металлическая оболочка «Арка», для герметизации которой предусмотрены западная и восточная торцевые стены (рис. 1, рис. 2).

Рис. 1. «Арка», установленная над «Укрытием»

Концептуальный проект НБК был разработан по заказу ЧАЭС консорциумом компаний Bechtel и Battelle (США), EDF (Франция) с привлечением украинского консорциума КСК, который был утвержден Кабинетом Министров Украины распоряжением №443-р от 5 июля 2004 года.

В консорциум входили:

• ОАО «Киевский научно — исследовательский и проектно- конструкторский институт «Энергопроект»;
• Государственный научно — исследовательский институт строительных конструкций;
• Межотраслевой научно-технический центр «Укрытие», Национальной академии наук Украины.

Управление проектом НБК осуществляли Государственное специализированное предприятие «Чернобыльская АЭС» совместно с американскими компаниями Bechtel International Systems и Battelle Memorial Institute. 

Рис. 2. 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

При этом западная торцевая стена опирается на собственный фундамент, а восточная — подвешивается к арочным конструкциям.

Геометрические размеры оболочки: пролет — 257 м, ширина — 150 м, высота — 108,4 м. «Арка» накрывает объект «Укрытие», машинный зал и деаэраторную этажерку (за исключением небольших участков, которые выступают снаружи через западную стену) и здание блока «ВСРО» (рис. 3).

Рис. 3. Схема расположения зданий НБК ([9])

Технические средства, предусмотренные для выполнения «Аркой» сформулированных выше задач — долговременной защиты от сосредоточенных в «Укрытии» радиоактивных материалов и возможности их безопасной разборки, извлечения и дальнейшего захоронения рассмотрены в [3] и др.). 

О прочности и долговечности самого сооружения.

Согласно проекту, оно должно выдержать смерч класса 3 (частота возникновения 1 раз в 1000000 лет) и землетрясение магнитудой 6 баллов по шкале MSK 64 (частота возникновения 1 раз в 1000000 лет).

Допустимый перепад температур: от -43 до +450С.

Для внешней и внутренней облицовки были специально разработаны составы нержавеющей стали. 

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 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 предлагалось нанести твердое изолирующее покрытие, которое предотвращает проникновение радиоактивных материалов в грунтовые воды.

Это покрытие должно обеспечить и безопасные условия для работ и перевозок внутри объекта. 

Сохранение прочности внешней оболочки при экстремальных природных воздействиях не гарантирует защиту от возникновения внутренних обрушений. А они могут привести к серьёзным изменениям сложившейся геометрии и затруднению дальнейшей разборки.

Поэтому первым этапом разборки «Укрытия» должен стать демонтаж 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 соответствующей 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 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» (рис. 3) и другие вспомогательные сооружения и здания.

Одной из главных технологических систем НБК является система основных кранов (СОК). На ближайшем этапе она должна обеспечить демонтаж нестабильных конструкций, а впоследствии — участвовать в дальнейшей разборке «Укрытия».

Создавать «Арку» планировалось по сегментам на безопасном удалении от «Укрытия», а потом надвигать на него по специально созданным рельсам. Схема такого надвижения приведена на рис. 4.

Рис. 4. Схема надвижения «Арки» на объект «Укрытие»

Этапы создания НБК, начиная с заключения контракта о строительстве «Арки» и кончая началом эксплуатации конфаймента, приведены в виде схемы на рис. 5 ([4] и др.).

Рис. 5. Этапы создания «Арки» и НБК вплоть до начала его эксплуатации

Как видно из схемы, сооружение НБК потребовало значительного времени и больших финансовых средств, полученных от международного сообщества (рис. 6).

Рис. 6. Оценка стоимости создания НБК

В настоящее время работы на 4-м блоке ЧАЭС вступили в завершающую и наиболее продолжительную фазу. Она включает в себя демонтаж нестабильных конструкций, извлечение радиоактивных материалов, их промежуточное контролируемое хранение (возможно, под защитой «Арки») и, наконец, окончательное захоронение (рис. 7а и рис. 7б).

Рис.7а. Разрез НБК перед разборкой внутренних конструкций. Предположительно, 2119 г. (схема)

Рис.7б. Разрез НБК после разборки внутренних конструкций. Предположительно, 2119 г. (схема)

Такова принятая сейчас общая стратегия проведения работ.

Один из её главных вопросов — как быстро следует приступать к работам по извлечению топливосодержащих и высокорадиоактивных материалов, надо ли торопиться с этим? Ведь расчетный срок функционирования НБК ≥100 лет. А оцениваемое сейчас (весьма приблизительно) время извлечения ТСМ и РАО из объекта ≤50 лет.

Таким образом, эти работы могли бы начаться в районе 2040—2050гг. Через двадцать — тридцать лет.

По существующему (и достаточно распространенному) мнению их и не следует форсировать. Поскольку быстро развивающиеся и возникающие вновь технологии позволят через два — три десятилетия предложить другие, более производительные и (или) более безопасные пути работы. Не надо торопиться и с созданием детальной концепции извлечения и захоронения ТСМ и РАО. Эту точку зрения высказал, например, представитель Министерства по чрезвычайным ситуациям Украины [4].

Однако, против такого подхода есть и серьезные возражения.

Первое возражение связано с тем, что за прошедшие после аварии 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 сразу приступить к испытаниям в натурных условиях наиболее приемлемых методов и средств разборки радиоактивных завалов. Одновременно — начать решать вопросы временного хранения ТСМ и РАО. И 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 ([5] и др.).

Действительно, после создания НБК практически прекратилось поступление воды внутрь объекта «Укрытие». Вследствие этого уменьшится влажность воздуха. Радиоактивная пыль (а её количество оценивается как ≤ 30т), ранее удерживавшаяся силами адгезии на стенах, потолках, полах помещений, значительно увеличит свою подвижность. При любых возмущениях она будет подниматься в воздух в виде аэрозолей.

Произойдет также пересыхание скоплений воды. Донные отложения могут дать свой вклад в образование радиоактивных аэрозолей.

Источником пыли станут и разрушающиеся лавообразные ТСМ. При этом существуют пессимистические прогнозы нарастания скорости такого разрушения.

Возможны и другие процессы, которые приведут к возрастанию концентрации радиоактивных аэрозолей в воздухе «Укрытия». Речь идет о деградации 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 1986—1990 гг.

Со временем влияние всех этих источников радиоактивных аэрозолей может стать одной из главных трудностей при проведении работ по извлечению ТСМ и РАО из объекта «Укрытия».

Третье возражение. Задержка работ по извлечению ТСМ и РАО на продолжительное время (десятки лет) приведет к большим финансовым потерям. Расходы на регламентную, обычную эксплуатацию НБК, при бесперебойном обеспечении работы его многочисленных систем и оборудования, по оценкам, могут составить несколько миллионов долларов в год. Правда, эти оценки заметно разнятся.

Министр экологии и природных ресурсов Украины Остап Семерак в 2016 г. сообщил, что эксплуатация НБК будет стоить Украине чуть ли не сотни миллионов гривен в год.

По запросу УНИАН Чернобыльская АЭС предоставила следующие данные годовых затрат на эксплуатацию НБК (в ценах 2017 г.):

• Затраты на электроэнергию — 15,5 млн. грн. 
• Затраты на тепловую электроэнергию — 31,08 млн. грн
• Затраты на внешнюю инфраструктуру — 135,4 тыс. грн. 
• Годовые затраты на содержание 120 рабочих мест персонала конфайнмента — 15,6 млн. грн. 

Предварительная общая сумма эксплуатационных затрат составляет более 62 млн. гривен в год (около 2 млн. долларов).

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 существует большое число 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.

ЛИТЕРАТУРА 

1. С.Т. Беляев, А.А. Боровой. О преобразовании объекта «Укрытие». Отчет ИАЭ им. И.В. Курчатова № 57-05/110 от 29.09.89 г., — 5 с.

2. А.А. Боровой, Е.П. Велихов.  Опыт Чернобыля, часть 4. НИЦ "Курчатовский институт", Москва, 2015 г., — 137 с. © НИЦ "Курчатовский институт". http://www.nrcki.ru/files/pdf/1464178122.pdf

3. Концептуальный Проект (ТЭО) Нового Безопасного Конфайнмента. Проектные критерии и требования к НБК. SIP-P-ТM-21-330-DC-101-01. ГСП ЧАЭС. 2003 г., — 144 с.

4. Арка НБК на ЧАЭС. Все этапы строительства http://pikabu.ru/story/arka_nbk_na_chayes_vse_yetapyi_strotelstva_1638432

5. Р.В. Арутюнян, А.А. Боровой. Извлечение ядерного топлива из аварийных реакторов (Чернобыль и Фукусима). Под общей редакцией академика РАН Е.П. Велихова. НИЦ «Курчатовский институт». 2019 г. — 186 с.: http://www.ibrae.ac.ru/pubs/275/