Авторы: Стивен Портер1, Эндрю Холлок2 , Виктор Помелов3 , Валерий Лукин3, Александр Григорьев4. 1 Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, г. Ливермор, шт. Калифорния, США; 2 Национальное управление ядерной безопасности при министерстве энергетики США, г. Вашингтон, округ Колумбия, США; 3 Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт; 4 НИЦ "Курчатовский институт", г. Москва, Российская Федерация.
АННОТАЦИЯ
Для энергоснабжения научной аппаратуры на территории Антарктиды в советское и последующее время Советская антарктическая экспедиция (САЭ) ввела в эксплуатацию радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ). В автономных устройствах РИТЭГ, способных снабжать электроэнергией в течение длительного времени, применялись радиоактивные источники тепла (РИТ) на основе стронция 90. За прошедшие годы рассматриваемые здесь РИТЭГ исчерпали свой рабочий ресурс и стали непригодными к эксплуатации. Однако радиоактивные источники тепла (РИТ), установленные внутри РИТЭГ продолжают действовать и создают риск нарушения безопасности и вероятного загрязнения окружающей среды. В ходе реализации международной программы сотрудничества с задачей эвакуации более 800 российских РИТЭГ было принято решение о возвращении РИТЭГ с территории Антарктиды в Российскую Федерацию для разборки и окончательной утилизации. Поскольку большинство международных и российских законов создавалось для стран, а Антарктида - это континент с особым международным статусом, установленным Договором об Антарктиде, юридическая подготовка и получение необходимых лицензий и разрешительных документов была исчерпывающей и сложной. Кроме того, получение разрешений на заход в порты по пути следования и на плавание в территориальных водах кораблей с оборудованием, содержащим радиоактивные материалы, также потребовали решения множества сложных задач. Один (1) РИТЭГ из числа оставшихся и подлежащих эвакуации РИТЭГ был размещен в удаленной центральной части материка и оказался покрытым толстым слоем льда. Поэтому потребовались организация специальной экспедиции, состоящей из обученных предметных специалистов, представляющих разные российские предприятия, и использование особых технических средств, например, подповерхностных радиолокаторов (георадаров), оборудования для резки льда и переоснащенных транспортных средств для доставки этого РИТЭГ на одну из прибрежных станций. Затем этот РИТЭГ и остальные РИТЭГ были погружены вертолетом на судно. Эти работы стали примером действительно совместного финансирования, так как российская сторона предоставила для перевозки РИТЭГ обратно в Россию одно из своих судов, а американская сторона финансировала переоснащение судна, обучение персонала, закупку оборудования, разборку и прочие сопутствующие работы.
ПРЕДЫСТОРИЯ
В 1970-е и 1980-е годы на территории Антарктиды усилиями Советской антарктической экспедиции (САЭ) была развернута сеть автоматизированных метеорологических и геофизических станций. Поскольку для энергообеспечения этих удаленных станций требовались надежные автономные источники питания, было решено использовать РИТЭГ, конструкция которых позволяла вырабатывать энергию в непрерывном и стабильном режиме. РИТЭГ в Антарктиде были введены в эксплуатацию в ходе более крупной программы развертывания РИТЭГ, реализуя которую, бывший Советский Союз установил более 1000 РИТЭГ на навигационных маяках, метеостанциях и других отдаленных объектах на своей территории, включая Северный морской путь, регион Балтики, российский Дальний Восток и районы вне прибрежной зоны. Для выработки электроэнергии за счет термоэлектрического преобразования в этих РИТЭГ применяли радиоактивный стронций-90 (Sr-90). Каждый РИТЭГ содержал одну или несколько выполненных из нержавеющей стали капсул со стронцием-90, которые называют радиоизотопными источниками тепла (РИТ). Активность РИТ была чрезвычайно высока, так как с повышением активности увеличивается количество тепла, выделяемого при радиоактивном распаде, и, как следствие, вырабатывается большее количество электроэнергии.
Согласно данным паспортов на РИТЭГ, российские радиоизотопные термоэлектрические генераторы имели срок службы не менее 10 лет. Во многих случаях после подтверждения работоспособности их срок службы продлевали, причем иногда - на 5 - 10 лет. Такие устройства, содержащие высокоактивные источники ионизирующего излучения, создавали не только опасность для окружающей среды, но и значительную угрозу нарушения безопасности, поскольку большое количество радиоактивного материала, содержавшегося в РИТ, могли использовать в радиологическом распыляющем устройстве (РРУ), или так называемой "грязной бомбе". За более чем три десятилетия развертывания РИТЭГ были зарегистрированы многочисленные случаи бессмысленного разрушения и несанкционированной разборки РИТЭГ, преимущественно с целью хищения нерадиоактивных компонентов и цветных металлов. Этими фактами были порождены опасения о возможности извлечения и злонамеренного использования стронция-90, содержавшегося в РИТ.
В советскую эпоху был разработан и изготовлен ряд типов РИТЭГ, отличавшихся активностью (числом РИТ) и выходной мощностью. РИТЭГ тип ИЭУ-1 был самым мощным и имел начальную активность 465 000 кюри (Ки), в то время как самыми маломощными были РИТЭГ типов "Бета-М" и "Бета-С" с активностью 35 700 Ки. В Антарктиде остались РИТЭГ типов "Бета-М" и "Бета-С".
Рисунок 1. Внешний вид и разрез РИТЭГ типа "Бета-М" ("Бета-С")
1 — радиатор; 2 — электрический вывод; 3 — крышка; 4 — фланец; 5 — облицовка; 6 — опора источника излучения; 7 — радиационная защита; 8 — термоэлектрический блок; 9 — крышка; 10 — источник тепла; 11 — блок защиты; 12 — радиационная защита; 13 — экраны; 14 — корпус; 15 — основание
Поскольку к началу 2000-х годов почти все установленные на объектах РИТЭГ выработали свой ресурс, было определено, что эти РИТЭГ должны быть выведены из эксплуатации и утилизированы. Хотя сначала автономная эксплуатация РИТЭГ считалась преимуществом, позднее превращение этой автономности в помеху стало очевидным, поскольку именно она делала возможным относительно беспрепятственный и скрытый доступ к радиоактивным источникам. Работы по выводу РИТЭГ из эксплуатации задерживались рядом факторов, включая отсутствие финансирования и технических возможностей для замены надежных и требующих минимального обслуживания РИТЭГ там, где автономное питание по-прежнему требовалось для большинства установок на объектах в отдаленных районах.
Большинство РИТЭГ, введенных в эксплуатацию на территории Антарктиды, были эвакуированы и сняты с эксплуатации после исчерпания их начального рабочего ресурса. Однако в Антарктиде все еще оставались четыре РИТЭГ, вывоз и последующая утилизация которых в постсоветское время оказались сложной задачей. Один РИТЭГ находился на станции "Новолазаревская", два - на полевой базе "Молодежная", а один - на большой глубине в толще торосистого льда вблизи Купола Б в центральной части материка. Расположение четырех оставшихся РИТЭГ в Антарктиде и возможные маршруты их эвакуации показаны на рис. 2.
Рисунок 2. Местонахождение РИТЭГ, оставшихся на территории Антарктиды
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
В связи с многочисленными препятствиями, стоящими перед вывозом с территории Антарктиды и доставкой оставшихся РИТЭГ в Россию, Национальное управление по ядерной безопасности (NNSA) при МЭ США приняло решение о необходимости технико-экономического обоснования этих работ. 2 февраля 2012 года проектная группа из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и ОАО "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (НИИТФА) согласовали условия договора о выполнении технико-экономического обоснования. Целесообразность выбора НИИТФА как исполнителя технико-экономического обоснования (ТЭО) была обусловлена тем, что специалисты этого института разрабатывали и изначально вводили РИТЭГ в эксплуатации на территории Антарктиды. Вместе с НИИТФА в выполнении ТЭО участвовал Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ).
Технико-экономическое обоснование было завершено 11 февраля 2013 года и показало осуществимость эвакуации и возвращения оставшихся антарктических РИТЭГ в Российскую Федерацию для разборки и окончательной утилизации. В отчете о ТЭО были даны рекомендации о выполнении данного проекта в два этапа. На этапе I требовалось провести радиологическое обследование и подготовку РИТЭГ к сертификации, а также эвакуировать РИТЭГ, погребенный глубоко в торосистом льду вблизи Купола Б. В ходе этапа II предполагалось забрать РИТЭГ из пунктов комплектования, погрузить их на экспедиционное судно ААНИИ ("Академик Федоров") и вывезти в Российскую Федерацию для разборки и окончательной утилизации.
В отчете о технико-экономическом обосновании содержалась также подробная информация об административно-организационных мероприятиях, обучении персонала и технических средствах, которые необходимы для извлечения РИТЭГ, погребенного в районе Купола Б. Экспедиционная группа нуждалась в специальном обучении, необходимом не только для выживания и деятельности в условиях сурового антарктического климата, но и для правильного обращения с радиоактивными устройствами. Специальное оборудование экспедиции включало в себя георадар, специальное 12-позиционное ледорезное устройство для извлечения РИТЭГ, переоснащенные сани для перевозки РИТЭГ, два специально оборудованных транспортных средства, дизельное топливо, пригодное для использования в полярном климате, дополнительные топливные баки и защитный контейнер, который может потребоваться для РИТЭГ, если он окажется поврежденным. На рисунке 3 показаны местонахождение РИТЭГ в районе Купола Б и предполагаемый маршрут его доставки на станцию "Прогресс" для последующей погрузки на судно ААНИИ.
Рисунок 3. Предлагаемый маршрут эвакуации РИТЭГ из района Купола Б на станцию "Прогресс"
ПОДГОТОВКА
Поскольку РИТЭГ были введены в эксплуатацию в советское время, их принадлежность как имущества стала неопределенной. Эта неопределенность создала проблему при заключении договоров, так как необходимо было определить представляющего государство владельца в соответствии с российским законодательством. Кроме того, большинство российских законов, имеющих отношение к подобного рода проектам, были разработаны применительно к деятельности в России или иных странах, а не на территориях с международным статусом, который имеет Антарктида. Здесь возникла незнакомая правовая проблема, решение которой осложнялось также и фактором юридической ответственности, поскольку как Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, так и Национальное управление по ядерной безопасности (NNSA) при МЭ США требуют возмещения убытков и освобождения от ответственности при проведении подобных работ на международной арене. Такая ситуация потребовала участия юрисконсультов Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, Национального управления по ядерной безопасности, Росгидромета, ААНИИ и НИИТФА.
После того как ААНИИ был определен владельцем РИТЭГ и принял на себя роль государственного оператора согласно новому российскому закону, Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса и НИИТФА заключили договор на эвакуацию четырех РИТЭГ при участии ААНИИ как соисполнителя. НИИТФА была поручена роль головного исполнителя, так как его специалисты обладают наиболее высокой квалификацией в области работы с РИТЭГ и он имеет опыт работы по договорам с организациями США. Однако, в силу сомнений в возможности возмещения убытков и освобождения от ответственности, юрисконсульты Национального управления по ядерной безопасности и Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса попросили о противоположной расстановке сил, при которой роль головного исполнителя должен был играть ААНИИ. Поскольку ААНИИ никогда не заключал подобных договоров с организациями США, для заключения нового договора специалистам из отдела закупок и юридического отдела Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса потребовалось проделать большую работу с юристами ААНИИ.
Рисунок 4. Судно "Академик Федоров" ААНИИ на стоянке в сухом доке в Турку, Финляндия
В связи с юридическими осложнениями подписание договора на эвакуацию РИТЭГ было задержано почти на полгода и состоялось лишь 25 мая 2014 года. Как следствие, плановый срок отплытия судна был пропущен, что еще более сократило период времени, отведенный на выполнение проекта. Поэтому два предложенных этапа работ преобразовали в один этап, чтобы обеспечить готовность к плановой дате отплытия судна - 1 ноября 2014 года. В план подготовительных мероприятий были включены работы, на выполнение которых требовалось большое количество времени, например, изготовление специального оборудования, получение лицензий и разрешений, оформление заявок на заходы в порты по маршруту следования, переоснащение судна, проверки соблюдения правил техники безопасности, согласование документации и заключение договоров подряда с соисполнителями.
После возвращения судна "Академик Федоров" из предыдущей экспедиции в Антарктиду работы по его переоснащению были произведены на судоремонтной верфи в Турку, Финляндия. 24 октября 2014 года американская проектная группа посетила верфь в Турку для наблюдения за работами по переоснащению судна (см. рис. 4).
"Академик Федоров" - это уникальный корабль, потому что это не только научно-исследовательское судно, но также и судно с усиленным корпусом и иными особыми ледокольными элементами, которые, по словам его капитана, делают судно "неспособным застрять во льдах". Этот корабль решает задачи научного характера, перевозит грузы и пассажиров и служит танкером с постоянно действующей вертолетной базой. Это судно с ледовым усилением ледового класса L6 (по классификации Российского морского регистра судоходства) способно двигаться со скоростью 2 узла во льдах толщиной 120 см. Более высокий ледовый класс (L7) имеют только ледоколы. Корпус судна был снабжен приборами контроля температуры, анкерными креплениями для фиксации РИТЭГ во время движения и приборами периодического радиационного контроля. Руководители полярных станций и члены экспедиционной группы прошли обучение по радиологической программе, организованное в Санкт-Петербурге в порядке подготовки к работам по эвакуации.
ЭВАКУАЦИЯ РИТЭГ
Судно "Академик Федоров" отправилось в Антарктиду из порта Санкт-Петербурга 8 ноября 2014 года и заходило в порт Бременхафен, Германия, где взяло на борт предметы снабжения и оборудование, а затем совершило еще один заход в порт Кейптауна, Южная Африка. Специалисты НИИТФА и ААНИИ отправились отдельно воздушным транспортом с посадкой в Кейптауне, Южная Африка, чтобы присоединится в Антарктиде к другим участникам Российской антарктической экспедиции ААНИИ. Группа посетила сначала станцию "Молодежная", где проверила состояние двух РИТЭГ и затем поместила их в транспортировочные контейнеры. Далее группа отправилась на станцию "Новолазаревская", где обследовала состояние третьего РИТЭГ и подготовила его к транспортировке.
Рисунок 5. Местонахождение оставшихся РИТЭГ, пункты комплектования и маршруты доставки в прибрежную зону для отгрузки
Рисунок 6. Установка РИТЭГ в транспортировочную клеть на станции "Молодежная"
Рисунок 7. Два РИТЭГ на станции "Молодежная", подготовленные к транспортировке
Рисунок 8. Дополнительное обследование РИТЭГ на станции "Новолазаревская" в целях окончательной подготовки к возвращению в РФ
Рисунок 9. Выполняемый на станции "Молодежная" перенос РИТЭГ вертолетом на судно "Академик Федоров"
Затем специальная экспедиционная группа собралась на станции "Прогресс", где она прошла дополнительное интенсивное обучение, прежде чем начать более чем трехнедельный поход к Куполу Б с целью извлечения, обследования и транспортировки четвертого РИТЭГ обратным маршрутом на станцию "Прогресс". На маршрутной отметке 1050 км специальная экспедиционная группа отделилась от основной группы, направлявшейся на станцию "Восток", и пошла к Куполу Б (см. рис. 3). Для безопасного передвижения по местности на территории Антарктиды использовали георадар, позволяющий избежать трещин и провалов, скрытых под толщей льда. Передвижение по материку, характеризующемуся экстремальными условиями и полным опасностей рельефом, которое требовалось для эвакуации погребенного во льдах РИТЭГ вблизи Купола Б, составляло самую рискованную часть программы экспедиции.
Рисунок 10. Специальная экспедиция, пересекающая центральный район Антарктиды в целях эвакуации РИТЭГ, находившегося вблизи Купола Б
В эвакуации РИТЭГ из района Купола Б использовали два транспортных средства, двигатели которых работали постоянно ввиду чрезвычайно низкой температуры воздуха и неблагоприятных условий. На рис. 10 показаны эти транспортные средства, буксирующие дополнительные топливные баки, передвижной жилой блок для персонала и специальные сани, нагруженные клетью с защитным контейнером. После достижения места назначения экспедиционная группа приступила к методичному резанию шестиметровой толщи спрессованного снега и льда и успешно извлекла РИТЭГ. Технические специалисты обследовали извлеченный РИТЭГ, проверив его на наличие повреждений и утечек
радиации, прежде чем помещать его в транспортировочную клеть, которую погрузили на сани. Затем обратным маршрутом этот РИТЭГ был успешно доставлен на станцию "Прогресс".
Судно "Академик Федоров" повторно посетило все вышеназванные станции вдоль побережья Антарктиды, где в пунктах комплектования РИТЭГ поднимались и устанавливались при помощи вертолета в переоснащенный трюм судна для возврата в Российскую Федерацию. На момент эвакуации суммарная активность четырех РИТЭГ по стронцию-90 составляла 80 000 Ки. В связи с опасным характером радиоактивного материала, размещенного на борту корабля, для движения в международных водах и захода в порты по маршруту возвращения в Российскую Федерацию требовались специальные разрешения и санкции.
18 мая 2015 года судно "Академик Федоров" вернулось в порт Санкт-Петербурга, где представители ААНИИ и американской проектной группы смогли наблюдать за успешной выгрузкой и установкой РИТЭГ на грузовой автомобиль с платформой, предназначенный для их транспортировки на склад временного хранения. После осмотра РИТЭГ и оформления всей необходимой договорной документации они были вывезены охраняемой автоколонной на объект за пределами Москвы для разборки и подготовки к окончательной утилизации РИТ.
Рисунок 11. РИТЭГ, перенесенные в порту Санкт-Петербурга из трюма корабля в контейнер на его палубе
Рисунок 12. Контейнер с РИТЭГ, перегружаемый для доставки во временное хранилище
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Этот проект отличался чрезвычайной сложностью работ, обусловленной препятствиями юридического, географического, технического и экологического характера. Проект стал примером истинного сотрудничества между Россией и США. Российская Федерация предоставила своих специалистов и уникальное судно для возвращения РИТЭГ, а США финансировали подготовительные мероприятия, проекты переоснащения, приобретение специального оборудования, обучение персонала, административно-организационные мероприятия и окончательную утилизацию радиоактивных источников. В результате такого сотрудничества была выполнена эвакуация радиоактивного материала с активностью 80 000 Ки. Успешная эвакуация радиоактивного материала с территории Антарктиды не только повысила физическую, техническую и экологическую безопасность Антарктиды, но также способствовала решению международной задачи укрепления глобальной ядерной и радиологической безопасности.
ЛИТЕРАТУРА
- НИЦ "Курчатовский институт". Генеральный план по снятию с эксплуатации, замене на альтернативные источники и утилизации радиоизотопных термоэлектрических генераторов в Российской Федерации. Москва, 2007 г.
- Технические условия и руководство по эксплуатации РИТЭГ типа "Бета-М". eN3.110.000. TO. Москва, 1980 г.
- Глобальное партнерство "Группы восьми": оценка и перспективы дальнейшего сотрудничества в области ядерной и радиационной безопасности (Московская конференция, 21 - 23 ноября 2012 г.).
- Итоги 10 лет успешного российско-американского сотрудничества в программе вывода из эксплуатации российских радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ), конференция INMM, доклад № 577, июль 2014 г.
- Совместный информационный документ о результатах реализации рассматриваемого проекта, представленный делегациями Российской Федерации и США в начале июня 2015 г. на XXXVIII консультативном совещании стран-участниц Договора об Антарктиде, прошедшем в Софии (Болгария). Июнь 2015 г