a1.gif (1118 bytes)
a.gif (150 bytes) 1.gif (544 bytes)
  2.gif (445 bytes)
  3.gif (438 bytes)
  4.gif (570 bytes)
  5.gif (769 bytes)
  6.gif (515 bytes)
  7.gif (501 bytes)
  8.gif (450 bytes)

2.2. Объект "Укрытие" ("Саркофаг")
2.2.1. Сооружение объекта "Укрытие"
Реактор 4-го энергоблока ЧАЭС в результате аварии 26 апреля 1986 г. был почти полностью разрушен. Стены и перекрытия ЦЗ и вспомогательных помещений оказались разрушенными, заваленными или смещенными. Верхняя плита биологической защиты весом 2 тыс. т вместе с трубами пароводяных коммуникаций и обломками железобетонных конструкций повисла почти в вертикальном положении, повсюду образовалось множество завалов. Основание реактора опустилось на 4 м от исходного положения, смяв опорные конструкции и потянув за собой трубы нижних водяных коммуникаций. Обломки строительных конструкций проломили крышу машинного зала и повредили фермы.
Высокоактивная лава, состоящая из расплавленного топлива, строительных и конструкционных материалов, залила нижние коридоры и помещения реактора. В центре реакторного зала находились разогретые до высокой температуры остатки A3, испускавшие интенсивные потоки радиоактивного излучения. Воздушные потоки, подхватывая аэрозоли, заражали новые территории. Разрушенный энергоблок представлял собой недоступный и опасный для жизни мощный источник радиации и аэрозольного загрязнения.
В первые дни после аварии встал вопрос о строительстве сооружения, которое должно было защитить прилегающую территорию от проникающего излучения и предотвратить выход радионуклидов из разрушенного реактора. Основным требованием к проекту такого сооружения было соблюдение стандартов радиационной защиты и создание систем контроля состояния разрушенной A3 с целью предотвращения любых нежелательных процессов в ней и, прежде всего, возникновения самопроизвольной цепной реакции деления.
Выбор оптимального варианта укрытия проводился на конкурсной основе. За несколько недель было проработано 18 вариантов проекта, среди которых было сооружение единого холма из щебня и бетона, засыпка шахты реактора металлическими полыми шарами, возведение арочного покрытия с пролетом 230 м, устройство накатных сводов и куполов над реакторным залом пролетом до 100 м, строительство консольной надвижной кровли над машинным залом пролетом до 60 м и т.д.
Однако на осуществление этих проектов требовалось длительное время (1,5-2 года) а также значительные затраты и большие расходы строительных материалов. Некоторые из проектов были невыполнимы при существующем уровне техники.
В качестве окончательного варианта консервации разрушенного энергоблока правительственной комиссией была принята обьемно-пространственная структура объекта "Укрытие", образованная рядом каскадно поднимающихся энергоблоков, размеры и очертания которых определялись конструктивными особенностями элементов конструкций, предназначенных для герметизации 4-го энергоблока. По сравнению с другими вариантами этот проект предусматривал меньшую материалоемкость, сокращенные трудозатраты и приемлемые сроки строительства. В соответствии с принятым проектом предусматривалось возведение внешних защитных стен по периметру разрушенного реакторного здания, разделительных стен на различных участках, перекрытий и герметизация ряда помещений с целью защиты от излучений со стороны реакторного энергоблока. Разработка и осуществлене этого проекта явились уникальной инженерной задачей, не имеющей аналогов в мировой практике. Основная идея принятого и реализованного варианта заключалась в использовании сохранившихся строительных конструкций энергоблока в качестве опор под возводимые несущие конструкционные элементы укрытия без установки дополнительных опор в реакторной зоне.
В связи с этим возник ряд сложнейших инженерных проблем. Необходимо было оценить степень повреждения оставшихся строительных конструкций, разработать максимально укрупненные конструкции, допускающие дистанционный монтаж без присутствия людей и обеспечивающие достаточную прочность и надежность возводимых сооружений при значительных отклонениях в точности дистанционной сборки. Такие работы нужно было проводить в крайне трудной дистанционной обстановке с максимальной механизацией и минимальным количеством работающих в зоне строительства.
Предварительно в "чистой" зоне были опробованы методы дистанционного соединения крупных конструкций, дистанционное управление работой бетононасосной техники, разработаны системы теле- и радиоуправления ходом строительных и монтажных работ, созданы специальные кабины-капсулы, позволяющие визуально обследовать малодоступные места с помощью кранов. При проведении работ принялись уникальные отечественные и зарубежные машины и механизмы.
Для снижения общего уровня мощности дозы излучения был снят захоронен радиоактивный грунт, обломки строительных конструкций и оборудования с территории, окружающей аварийный энергоблок, после чего вся эта территория была покрыта слоем щебня и песка толщиной до 50 см и бетонным слоем. На такое бетонирование было расходовано более 100 тыс. м3 бетона.
По периметру 4-го энергоблока вначале были возведены "пионерные" железобетонные стены высотой 6 - 8 Рј, предназначенные для безопасного проведения строительно-монтажных работ. Северная защитная стена со стороны основного завала была построена из железобетона в виде террас или уступов высотой до 12 м., причем каждый последующий уступ, насколько это было возможно, приближался к разрушенным конструкциям. Снаружи эти уступы скреплялись металлическими щитами длиной до 54 м и массой более 100 т. Западная сторона энергоблока была закрыта защитной контрфорсной стеной толщиной 1 м и высотой 45 м. Несущий металлический каркас этой стены состоял из блоков размером 6х45 м и массой по 92 т.
Третий энергоблок также оказался загрязненным радиоактивными веществами, которые затянуло через вентиляционную систему и проломы в крыше. Его необходимо было полностью отделить от аварийного. Для этого были удалены все коммуникации, общие для 3-го и 4-го энергоблоков, и между ними возведена разделительная стена высотой до уровня кровли. В ходе работ часть конструкций использовалась в качестве опор, биологической защиты и герметизирующих элементов одновременно.
Весьма сложной задачей оказалось возведение покрытий над центральным залом (ЦЗ) и деаэраторной этажеркой. Необходимо было найти надежные опоры для новых несущих конструкций, причем расстояние между опорами не должно было превышать предельные размеры, позволяющие проводить монтаж с помощью строительных кранов. В качестве таких опор после тщательного исследования сохранившихся конструкций были использованы:
по западной стороне - уцелевшая монолитная стена, которая была усилена металлическим корсетом с последующим заполнением бетоном внутреннего пространства;
по северной стороне - возведенная каскадная стена;
по восточной стороне - две сохранившиеся монолитные выхлопные шахты;
по южной стороне - металлическая балка длиной 70 м,
высотой 6 м, шириной 2,4 м и массой 147 т, опирающаяся на две специально возведенные опоры, основанием которых служили завалы из обломков строительных конструкций, предварительно закрепленные бетоном.
Для перекрытия ЦЗ была создана опорная поверхность в виде моста из двух металлических балок, опирающихся на сохранившиеся и усиленные конструкции стен реакторного зала. Для сохранения параллельности балок (расстояние между ними - 36 Рј) они были собраны до монтажа в единый пространственный блок весом 165 т. На балки, идущие вдоль ЦЗ, уложено 27 металлических труб диаметром 1220 мм и длиной 36 м каждая. Над этими ярубами смонтировано шесть пространственных металлических блоков с двускатной кровлей.
Кровли, примыкающие к ЦЗ с северной и южной сторон, изготовлены из крупногабаритных металлических щитов. Над разрушенной частью машинного зала установлено покрытие из пространственных блоков-ферм пролетом 51 м, по которым уложены металлические щиты. Для защиты от коррозии металлические конструкции окрашивались специальной эмалью. Были выставлены геодезические марки и реперы, позволяющие определять осадку и деформацию сооружения во времени.
В проекте "Укрытие" предусмотрено создание системы вентиляции с движением воздуха снизу - вверх для удаления тепла, образующегося за счет остаточного тепловыделения, для исключения неорганизованного выхода радиоактивных аэрозолей, поддержания заданной влажности воздуха, очистки вытяжного воздуха на аэрозольных фильтрах и выброса его через высотную трубу. После опробования эта система была переведена в режим "ожидание", а энергоблок в целом - в режим естественной вентиляции.
Текущий контроль физического состояния энергоблока обеспечивался измерением температуры внутри энергоблока на поверхности завала и воздуха над ним, содержания водорода в воздухе, разрежения воздуха внутри захоронения, мощности дозы гамма-излучения и т.д. Особое внимание было уделено исключению возможности возникновения самопроизвольной цепной реакции в оставшемся топливе. Для этой цели была сооружена специальная установка ядерной безопасности, которая при получении сигнала о появлении нейтронного излучения подавала раствор метабората калия (сильный поглотитель нейтронов) в пространство над шахтой реактора.
Все помещения законсервированного 4-го энергоблока необслуживались, и доступ персонала в них был запрещен. Все проходы за разделительную стену закрыты и оборудованы средствами охранной сигнализации.
Объект "Укрытие", или "Саркофаг" был принят правительственной комиссией в декабре 1986 г. Согласно "Технологическому регламенту технического обслуживания законсервированного 4-го энергоблока ЧАЭС", функции эксплуатирующей организации, несущей непосредственную ответственность за его безопасность, возложены на ЧАЭС.
В настоящее время объект "Укрытие" является временной системой локализации ядерного топлива и радиоактивных материалов, нуждающейся в дальнейшем преобразовании в экологически безопасную систему вплоть до полного удаления из него ядерного топлива и радиоактивных веществ и их захоронения в соответствии с действующими международными нормами и правилами.
27 февраля 1992 г. Правительством Украины было принято решение о проведении Международного конкурса проектов и технических решений по преобразованию объекта "Укрытие" в экологически безопасную систему. Целью такого конкурса являлась выработка оптимального решения проблемы экологической безопасности разрушенного в результате аварии 4-го энергоблока ЧАЭС с привлечением отечественных и зарубежных специалистов, организаций и предприятий, обладающих современным научно-техническим потенциалом.
На конкурс принимались проекты и/или технические решения, которые могли бы наилучшим образом осуществить безопасное преобразование объекта "Укрытие". Итогом конкурса должно быть комплексное решение проблемы, совмещающее лучшие проекты и технические решения, предложенные разными авторами. Эти проекты должны обеспечить:
долговечность преобразованного объекта "Укрытие" на срок не менее 100 лет; возможность реализации самого проекта в течение не более 5 лет;
контроль и соблюдение ядерной, радиационной, экологической и общетехнической безопасности на всех этапах преобразования "Укрытие" и при последующей его эксплуатации;
разработку, переработку, транспортирование и захоронение топливосодержащих и радиоактивных материалов, находящихся в объекте "Укрытие" или возможность реализации этих мероприятий после пре-
образования объекта в долговременную экологически безопасную систему;
совместимость намеченных работ с эксплуатацией действующих энергоблоков ЧАЭС и работами по выведению их из эксплуатации.
На конкурс было представлено 394 предложения из Украины, России, Беларуси, Франции, Англии, Германии, Италии и других стран. По результатам экспертизы на второй этап конкурса международное Жюри допустило 19 предложений, из которых после открытого общественного обсуждения было отобрано шесть для определения победителя.
Однако всесторонний анализ конкурсных предложений показал, что ни в одном из них не выработано оптимальное решение главной проблемы - экологической безопасности аварийного энергоблока. Поэтому Жюри поручило организационному комитету Международного конкурса обобщить конкурсные предложения и подготовить технические требования для комплексного решения проблемы экологической безопасности объекта "Укрытие". Одновременно Жюри обратилось в Кабинет Министров Украины с рекомендацией объявить в сентябре 1993 г. Международный тендер на выполнение технико-экономического обоснования преобразования объекта "Укрытие", разработанного на основе указанной выше концепции.
2.2.2. Типы радиоактивного загрязнения и особенности проведения работ по улучшению радиационной обстановки в помещениях объекта "Укрытие"
Как отмечалось, объект "Укрытие" по назначению и функциям нельзя считать ни хранилищем ядерного топлива, ни могильником высокоактивных отходов, ни каким-либо другим объектом, ранее встречавшимся в ядерной энергетике. Поэтому в течении 1987 - 1988 гг. была разработана и развернута долгосрочная программа научных исследований на объекте "Укрытие" по следующим основным направлениям: определение количества оставшегося ядерного топлива внутри объекта, определение механического и физико-химического состояния топлива, обследование состояния строительных конструкций, изучение свойств конструкционных материалов в полях гамма-излучения при взаимодействии с остатками топливных масс и ряд других.
Для проведения научных исследований было решено осуществить бурение горизонтальных и наклонных скважин из доступных помещений в район шахты реактора и его подреакторных помещений. При этом отбирались пробы материала и проводился их анализ, затем в скважинах размещалась диагностическая аппаратура для измерения гамма-полей и нейтронных потоков, температуры, тепловых потоков и т.д.
Одновременно выполнялся большой объем подготовительных и вспомогательных работ, связанных с дезактивацией помещений и оборудования, организацией санпропускников и саншлюзов.
С декабря 1987 г. Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт энерготехнологии (ВНИПИЭТ) был включен в состав Комплексной экспедиции ИАЭ им.Курчатова и привлечен к выполнению работ, касающихся обследования радиационной обстановки в помещениях объекта "Укрытие", разработки рекомендаций по дезактивации, оценки состояния строительных конструкций.
В зарубежной литературе отсутствует информация об особенностях радиационного обследования и дезактивационных работ на аварийных энергетических объектах. Такая работа проводилась впервые и ее результаты представляют собой большой научный интерес.
В 1986 - 1987 гг. при обследовании и дезактивации помещений 1, 2, 3-го энергоблоков были выявлены три типа радиоактивных загрязнений:
1. Осевшими радиоактивными аэрозолями и пылью, занесенной при циркуляции воздуха и механического переноса загрязнений. Так были загрязнены помещения, сохранившие свою относительную герметичность и связанные с другими помещениями через системы вентиляции.
2. Продуктами горения реактора и горячего газопылевого выброса. Таким образом были загрязнены помещения, разрушенные при аварии, смежные помещения, коридоры обслуживания, оказавшиеся на пути следования горячих высокоактивных дымо-воздушных потоков.
3. Потоками высокоактивной воды: из теплоносителя контура многократной принудительной циркуляции, от пожаротушения, дождевыми. Вода, растекаясь по помещениям, контактировала с распыленным ядерным топливом, графитом, превращаясь в активный, подвижный источник радиоактивного загрязнения. Так были загрязнены коридоры сообщений, лестницы, помещения нижних отметок, а также подкровельные.
С января 1988 г. сотрудники ВНИПИЭТ приступили к радиационному обследованию помещений деаэраторной этажерки. Радиоактивное загрязнение, в основном, связано с пылевыми частицами, занесенными при естественной циркуляции воздуха и переносе загрязненной обувью из других, более "грязных" помещений персоналом. Максимальная экспозиционная доза (МЭД) излучения в этих помещениях не превышала 50 мР/ч. В коридорах деаэраторной этажерки, на лестничных площадках и в помещениях, примыкающих к машинному залу, МЭД излучения достигала 100 мР/ч и более и была обусловлена внешними источниками.
В помещениях, предназначенных для установки буровых станков, и ряде других МЭД излучения превышала 1 Р/ч и была обусловлена попаданием больших количеств радиоактивных веществ во время взрыва, протечками теплоносителя, дождевыми потоками и излучением внешних источников, находящихся в различных местах развала.
При проведении предварительной паспортизации помещений летом 1988 г. в объекте "Укрытие" были выявлены еще два новых типа радиоактивного загрязнения, обусловленные наплывами радиоактивного бетона, образовавшимися при сооружении саркофага (МЭД излучения от наплывов бетона составляла от сотен миллирентген в час До десятков рентген в час), и лавообразными топливосодержащими массами (ТСМ) в подреакторных и прилегающих к шахте реактора помещениях (МЭД излучения от них составляет от сотен до тысяч рентген в час).
Данные, накопленные по радиационной обстановке к марту 1990 г., позволили разделить помещения объекта на шесть классов с уровнями МЭД излучения: до 50 мР/ч (первый класс); от 50 до 100 мР/ч (второй класс); от 100 до 1000 мР/ч (третий класс); от 1 до 10 Р/ч (четвертый класс); от 10 до 30 Р/ч (пятый класс); более 30 Р/ч (шестой класс) и оценить количественно и в процентном отношении число помещений, входящих в тот или иной класс.
К маю 1991 г. было обследовано около 60 % помещений объекта "Укрытие". Однако многие помещения не могли быть обследованы на нижних отметках объекта из-за того, что входы в них были заблокированы наплывами бетона при сооружении объекта, на верхних отметках - из-за ограничения доступа в них в связи со значительным (или полным) разрушением и аварийным состоянием несущих строительных конструкций.
При разработке концепции перевода объекта в экологически безопасное состояние важно учитывать, что высокоактивное ядерное топливо внутри "Укрытия" находится в открытом виде и контактирует с окружающей средой. Это требует установления полного контроля за состоянием и разработки специальной технологии обращения с ними. Следует подчеркнуть, что такая технология должна быть "безлюдной", поскольку доступ рабочего персонала в большинство помещений, содержащих ТСМ, до настоящего времени практически невозможен. Таким образом, проведение широкого спектра исследований основных характеристик ТСМ внутри объекта "Укрытие" являлось важным этапом, определяющим безопасность объекта.
Целью работ в объекте "Укрытие" в 1989 - 1992 гг. являлось:
уточнение мест и границ скоплений ТСМ и элементов A3, на основе дозиметрических данных;
анализ изменения радиационной обстановки;
исследование радиоактивной загрязненности помещений;
исследование расположения и характеристик скоплений радиоактивной воды в помещениях объекта;
разработка базы данных по помещениям объекта.
Дезактивационные работы на объекте "Укрытие" относятся к высшей категории сложности. Это связано с наличием большого количества завалов, бетонных наплывов, неустойчивым состоянием конструкций, высокими МЭД излучения.
По сложности проведения дезактивационных работ, применению технических средств и методов их проведения все помещения объекта "Укрытие" были условно разделены на четыре группы сложности.
Первая группа сложности - помещения, поверхности которых загрязнены осевшими аэрозольными частицами и радиоактивной пылью. В этих помещениях МЭД излучения не превышает 0,05 Р/ч, что соответствует первому классу. В помещениях этой группы сложности применения специального оборудования не требуется. Радиационная обстановка в таких помещениях улучшалась за счет уборки пыли, мусора с применением простейших инструментов и пылесосов, протирки загрязненных поверхностей ветошью, смоченной растворами, содержащими поверхностно-активные вещества. В зависимости от значений МЭД излучения персонал в помещениях первого класса может находиться от нескольких десятков минут до полной рабочей смены.
Вторая группа сложности - помещения, где длительное время находилась высокоактивная вода, либо через них проходили высокотемпературные газовые выбросы из горящего реактора. В этих помещениях МЭД излучения может достигать 1,0 Р/ч, к ним относятся помещения второго и третьего классов. Загрязнения здесь прочнофиксированного характера: в случае газовых выбросов радиоактивные мелкодисперсные вещества проникают в глубь поверхностей до нескольких сантиметров, а в случае протечек радиоактивной воды в цементную стяжку, штукатурку, в кирпич - на глубину 10 см и более. Многократная обработка дезактивирующими растворами не приводила к снижению МЭД излучения до допустимых уровней.
Для достижения высокой эффективности дезактивации в этих помещениях требовалось удалить с поверхностей лакокрасочные покрытия и слой штукатурки и растворную стяжку с пола. После удаления загрязнений все покрытия необходимо было восстановить заново. Такие работы трудоемки, они выполнялись, как правило, механическими способами вручную и приводили к повышенным дозовым нагрузкам их исполнителей. В некоторых случаях эффективной оказывалась защита от гамма-излучения слоем бетона (стенки из бетонных блоков, цементная стяжка и т.п.) или свинца толщиной по расчету до требуемой кратности ослабления. При проведении работ по удалению загрязненных участков поверхностей механическими способами необходимо было проводить пылеподавление пленкообразующими составами, а при их отсутствии - водой. Безопасное время нахождения персонала в этих помещениях не превышает нескольких минут.
Третья группа сложности - помещения, поверхности которых загрязнены первым или вторым типом радиоактивных загрязнений (п.1 или 2) или их сочетанием, а также помещения, в которых МЭД излучения определяется внешними источниками излучения. МЭД излучения в них до 10 Р/ч, к ним относятся помещения четвертого класса. Для этой группы сложности перед проведением дезактивационных работ необходимо сначала устранить влияние внешних источников гамма-излучения, например, заделать проемы, окна, установить защитные экраны или дополнительный слой бетона и т.п. После этого провести оценку загрязненности помещения, установить, к какой группе сложности его следует отнести и далее рекомендовать апробированные технические средства и способы дезактивации, предусмотренные первой или второй группой сложности.

ДАЛЕЕ

up.gif (200 bytes) m.gif (2186 bytes)up.gif (200 bytes)