ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Общие положения
1.1 Наименование работы (предмет контракта): НИОКР «Способ получения высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный графит» в обеспечение мероприятия «Разработка и практическое использование при выводе из эксплуатации ядерных и радиационно-опасных объектов новых высокоэффективных технологий».
1.2 Государственный заказчик: Госкорпорация «Росатом».
1.3 Сроки выполнения работы: с даты заключения государственного контракта по 30 ноября 2019 г.
1.4 Место выполнения работы: по месту нахождения Исполнителя.
2. Цели и задачи работы
Цель работы: разработка технологии получения высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный графит, методом изостатического горячего прессования в инертной атмосфере; оценка соответствия физико-химических характеристик компаунда критериям приемлемости.
Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:
конструирование и изготовление опытной установки для проведения испытаний с облученным реакторным графитом (диаметр образца не менее 20 мм);
выдача предварительных рекомендаций по составу и режимам получения компаунда для включения облученного графита;
получение на опытной установке образцов компаунда с облученным реакторным графитом;
изучение физико-химических свойств компаундов, содержащих облученный графит;
разработка технологических решений и исходных данных для создания пилотной установки горячего изостатического прессования облученного реакторного графита;
разработка технического задания на конструирование пилотной установки (диаметр образца не менее 500 мм).
3. Исходные данные
На территории Российской Федерации в настоящее время работают 15 энергоблоков с уран-графитовыми реакторами: 11 энергоблоков РБМК и 4 энергоблока ЭГП-6.
Остановлены и находятся в процессе вывода из эксплуатации или подготовки к нему 13 ПУГР, два блока с УГР АМБ-100 и АМБ-200 (Белоярская АЭС), реактор АМ (Калужская обл., г. Обнинск).
Для ПУГРов (Федеральный закон от 11.07.2011 № 190-ФЗ) предусмотрена возможность ВЭ по варианту «Захоронение на месте» путем создания пунктов консервации особых РАО, с барьерами безопасности, изолирующими радиоактивные отходы от окружающей среды.
Для энергетических УГР предусмотрен вариант «Ликвидация».
Общий объем графитовых кладок и втулок УГР - 27234 м3. Суммарные масса графитовых кладок и втулок УГР РФ – 54155,9 т.
Наведенная активность облученного графита кладок и сменных деталей УГР АС определяется в основном изотопами 14С, 36Cl, 3Н, 60Со, при этом 95% активности облученного графита составляет 14С (период полураспада 5730 лет). Эти нуклиды способны встраиваться в биологические цепочки, что в конечном итоге может привести к внутреннему облучению населения.
В процессе эксплуатации реакторов возникали различные аварийные ситуации. В результате инцидентов при разгерметизации ТВЭЛов и протечках теплоносителя в графит попадали частицы топлива с последующим распространением делящихся материалов в кладке. При захоронении облученного графита из аварийных зон в кладке реактора необходимо обеспечить изоляцию долгоживущих радионуклидов на время сохранения их потенциальной опасности.
Наиболее перспективным способом изоляции графита является получение высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный графит, методом изостатического горячего прессования в инертной атмосфере. Сущность предлагаемого метода состоит во включении графита в изолирующую матрицу при высокой температуре и давлении. Процесс проводится в инертной атмосфере, что необходимо для предотвращения его термической деструкции. Для проведения предварительных лабораторных исследований предлагаемым методом можно использовать исследовательскую установку для изостатического горячего прессования при различных параметрах давления Р и температуры Т (температура до 1250ºС и давлении до 2000 кг/см2) и продолжительности процесса в атмосфере инертного газа (аргон). Преимуществами такого подхода являются:
сохранение структуры графита при высокотемпературном спекании с керамическим компаундом за счет проведения процесса в инертной атмосфере;
исключение потери летучих радионуклидов (хлор, технеций, цезий) при высокотемпературном спекании компаунда за счет проведения процесса в герметичной металлической оболочке;
фазовая и химическая совместимость алюмосиликатного компаунда с горными породами в условиях его долговременной изоляции в геологических формациях;
предотвращение выщелачивания радионуклидов из керамического компаунда подземными водами за счет минимизации его пористости при изостатическом прессовании.
В качестве шихты для компаунда могут быть использованы недорогие природные материалы: глины, цеолиты, перлиты и т.д., которые в процессе термического воздействия будут превращаться в алюмосиликатную керамику, совместимую с горными породами пункта глубинного захоронения. Дополнительным преимуществом таких природных материалов является их схожесть с графитом в отношении условий для размола и смешения, что необходимо для получения однородного компаунда.
В 2016 г. в ходе выполнения НИОКР по данной тематике получены следующие данные:
проведено экспериментальное изучение природных материалов для использования в качестве шихты;
получены лабораторные образцы компаунда, содержащие необлученный реакторный графит;
изучены физико-химические свойства компаундов;
выданы предварительные рекомендации по составу и режимам получения компаунда для включения облученного графита.
4. Состав работ
Этапы работ, их основное содержание и продолжительность приведены в таблице 1.
Таблица 1. Этапы работ «Способ получения высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный графит»
№ п/п
|
Этапы работ
|
Сроки
выполнения работы
|
Форма отчетности
|
Начало
|
Окончание
|
1
|
Разработка технического задания и конструкторской документации на опытную установку и вспомогательное оборудование.
|
с даты
заключения государственного контракта
|
30.06.2017
|
Техническое задание. Конструкторская документация.
Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
2
|
Изготовление и комплектация узлов опытной установки, вспомогательного оборудования и материалов. Сборка, наладка и испытания установки и вспомогательного оборудования.
|
01.07.2017
|
30.11.2017
|
Аннотационный отчет с актом испытаний.
Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
3
|
Уточнение составов шихты и режима горячего прессования компаундов с необлученным графитом на лабораторной установке.
|
с даты
заключения государственного контракта
|
30.11.2017
|
Отчет по НИОКР.
Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
4
|
Определение форм нахождения, прочности фиксации продуктов деления, актинидов и продуктов активации в облученном графите кладок и сменных деталей УГР, в том числе 14С и 36Cl.
|
01.01.2018
|
30.06.2018
|
Отчет по НИОКР.
Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
5
|
Адаптация установки и вспомогательного оборудования к работе с облученным графитом.
Разработка программы экспериментов по получению компаундов с облученным графитом на опытной установке.
|
01.01.2018
|
30.06.2018
|
Акт испытаний. Программа экспериментов. Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
6
|
Получение компаундов, содержащих облученный реакторный графит в соответствии с программой экспериментов.
|
01.07.2018
|
30.11.2018
|
Отчет по НИОКР. Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
7
|
Определение скорости выщелачивания, форм нахождения, прочности фиксации продуктов деления, актинидов и продуктов активации в материале компаунда.
|
01.01.2019
|
30.06.2019
|
Отчет по НИОКР. Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
8
|
Оптимизация состава шихты и технологических параметров прессования в соответствии с результатами по п.п. 6,7.
Получение компаундов, содержащих облученный реакторный графит в соответствии с программой экспериментов
|
01.01.2019
|
30.06.2019
|
Отчет по НИОКР. Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта.
|
9
|
Изучение физико-химических свойств компаундов, содержащих облученный реакторный графит; оценка соответствия компаунда критериям приемлемости для захоронения.
|
01.01.2019
|
30.09.2019
|
Отчет по НИОКР. Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
1
|
Разработка технологических решений и исходных данных для создания пилотной установки горячего изостатического прессования облученного реакторного графита. Разработка технического задания на конструирование пилотной установки.
|
01.10.2019
|
30.11.2019
|
Отчет по НИОКР. Заключение НТС. Техническое задание.
Акт сдачи-приемки Работ по отдельному этапу Контракта
|
В рамках этапа №1 необходимо:
На основе рекомендаций, полученных в результате выполнения работ в 2016 г., разработать техническое задание и конструкторскую документацию для создания опытной установки горячего изостатического прессования для получения образцов диаметром не менее 20 мм.
Определить требования к вспомогательному оборудованию: узлам измельчения, дозировки и смешивания шихты, контейнеру, узлам заполнения, вакуумирования и герметизации контейнера.
В рамках этапа №2 необходимо:
Изготовить и укомплектовать узлы установки и вспомогательного оборудования.
Провести сборку, наладку и холостые испытания опытной установки.
В рамках этапа №3 необходимо:
Провести дополнительные эксперименты по горячему прессованию компаундов с необлученным графитом на лабораторной установке.
В рамках этапа №4 необходимо:
Определить формы нахождения и прочность фиксации продуктов деления, актинидов и продуктов активации, в том числе 14С и 36Cl, в образцах облученного реакторного графита перед включением в компаунд.
В рамках этапа №5 необходимо:
Провести испытания опытной установки и вспомогательного оборудования на необлученном графите при различных режимах.
Осуществить адаптацию опытной установки и вспомогательного оборудования для получения компаунда с облученным графитом.
Разработать программу экспериментов по получению компаундов с облученным графитом на опытной установке.
В рамках этапа №6 необходимо:
В соответствии с программой экспериментов получить компаунды, содержащие облученный реакторный графит.
В рамках этапа №7 необходимо:
Определить основные реологические характеристики полученных компаундов с облученным графитом: твердость, плотность, пористость, прочность на осевое сжатие (ГОСТ 310.4-81).
Изучить фазовый состав (рентгенофазовый анализ) и микроструктуру (сканирующая электронная микроскопия) компаундов, а также элементный состав и распределение основных радионуклидов в образцах.
Провести исследования на морозоустойчивость образцов (ГОСТ 10060.1-95) и выполнить оценку их радиационной стойкости.
Испытать образцы компаундов на устойчивость к выщелачиванию в воде и растворах, имитирующих подземные воды в условиях ПГЗРО (ГОСТ Р 52126-2003).
Оценка соответствия компаунда критериям приемлемости для захоронения НП-093-14.
В рамках этапа №8 необходимо:
Разработать технологические решения по способам получения и составу шихты, в том числе содержанию в ней облучённого реакторного графита, его гранулометрическому составу, параметрам и продолжительности горячего изостатического прессования для получения малопористых, прочных, устойчивых к выщелачиванию компаундов.
Разработать рекомендации по оптимальному размеру и материалу пеналов для получения компаунда, предназначенного для захоронения, способу их заполнения и герметизации.
Разработать техническое задание на создание пилотной установки горячего изостатического прессования по получению высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный реакторный графит (диаметр образца не менее 500 мм).
5. Основные требования к проведению работ
5.1 В течение 1 месяца после заключения контракта Исполнитель обязан разработать Программу обеспечения качества (приложение 1), сетевой график выполняемых по контракту. Сетевой график строится на основании календарного плана путем декомпозиции работ на подэтапы, имеющие измеряемые значения на конец отчетных периодов: 3 мес., 6 мес. В процессе выполнения контракта Исполнитель представляет Заказчику отчет об исполнении сетевого графика в трехдневный срок по каждому отчетному периоду. При наличии отставания от сетевого графика по требованию Заказчика может быть установлен недельный период отчетности.
НИОКР должна быть выполнена в соответствии с требованиями ОСТ 95 18-2001и ГОСТ 15.101-98.
При проведении работ должны учитываться требования законодательства, нормативных правовых актов Российской Федерации в области использования атомной энергии и охраны окружающей среды, включая федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии, положения международных конвенций, соглашений и рекомендации международных организаций в области использования атомной энергии, в работе которых принимает участие Российская Федерация, а также национальные законодательства и нормативные документы зарубежных стран в области использования атомной энергии, в том числе:
«Правила обеспечения безопасности при выводе из эксплуатации блока атомной станции» (НП-012-99).
«Правила обеспечения безопасности при выводе из эксплуатации промышленных реакторов» (НП-007-98).
ГОСТ Р 50996-96 Сбор, хранение, переработка и захоронение радиоактивных отходов. Термины и определения.
СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)»;
СП 2.6.1.2612-10 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010)»;
НП-053-04 «Правила безопасности при транспортировании радиоактивных материалов»;
НП-058-14 «Безопасность при обращении с радиоактивными отходами. Общие положения»;
Постановление Правительства РФ от 19.10.2012 г. №1069 «О критериях отнесения твердых, жидких и газообразных отходов к радиоактивным отходам, критериях отнесения радиоактивных отходов к особым радиоактивным отходам и к удаляемым радиоактивным отходам и критериях классификации удаляемых радиоактивных отходов»;
Федеральный закон РФ от 21.11.1995 г. № 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии» (с изменениями от 10 февраля 1991 г., 10 июля, 30 декабря 2001 г., 28 марта 2002 г., 11 ноября 2003 г.);
Федеральный закон РФ от 09.01.1996 г. № 3-ФЗ «О радиационной безопасности населения»;
Федеральный закон РФ от 11.07.2011 г. № 190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ»;
НРБ-99/2009 «Нормы радиационной безопасности» утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 7 июля 2009 г. № 47.
СПОРО-2002 «Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами» утв. Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 6.12.2002 г. рег. № 4005.
НП-067-15 «Основные правила учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов в организации».
НП-019-15 «Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности» утв. Постановлением Госатомнадзора России от 27 сентября 2000 г. № 7.
НП-020-15 «Сбор, переработка, хранение и кондиционирование твердых радиоактивных отходов. Требования безопасности».
НП-058-14 «Безопасность при обращении с радиоактивными отходами. Общие положения».
ОСТ 95 10289-2005 Отраслевая система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов измерений.
НП 073-11 Правила физической защиты радиоактивных веществ и радиационных источников при их транспортировании.
РБ-023-02 Рекомендации по установлению критериев приемлемости кондиционированных радиоактивных отходов для их хранения и захоронения
СанПиН 2.6.1.1281-03 "Санитарные правила по радиационной безопасности персонала и населения при транспортировании радиоактивных материалов (веществ)"
Правила противопожарного режима в РФ приняты постановлением Правительства РФ № 390 от 25.04.2012 г.
5.4 Обращение с РВ в процессе выполнения работ:
- транспортировка образцов РВ для проведения аналитических работ осуществляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к транспортному контейнеру и спецавтотранспорту, а также всем требованиям, по обращению с радиоактивными материалами при их транспортировке (СанПиН 2.6.1.1281-03, РБ-023-02, НП-053-04, НП-073-11, НРБ-99-2009, СанПиН 2.6.1.2523-09, СП 2.6.1.2612-10 (ОСПОРБ-99/2010));
5.5 При выполнении работ осуществлять проведение радиационного контроля, дозиметрического контроля персонала, оформление всех необходимых разрешительных документов.
5.6 Оборудование, приобретенное/изготовленное по настоящему техническому заданию подлежит передаче эксплуатирующей организации.
5.7 Выполнение НИОКР (этапа НИОКР) должно сопровождаться оформлением способных к правовой охране результатов интеллектуальной деятельности. Оформление РИД выполняется в соответствии с условиями госконтракта и требованиями законодательства.
Перечень технической документации, предъявляемой по окончании работы
В ходе выполнения работ и по её завершению Исполнитель представляет Государственному заказчику по установленным формам и в установленные сроки согласно заключенному государственному контракту и разделу 4 настоящего технического задания, документацию, предусмотренную таблицей «Этапы работ «Способ получения высокоустойчивого компаунда, содержащего облученный графит».
Отчеты по НИР должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32- 2001.
Отчётные материалы представляются на бумажном и электронном носителях. Электронная версия отчетной документации представляется в формате PDF на CD-диске. Электронная версия отчетной документации должна быть идентична печатной версии отчетной документации.
Заказчик вправе запросить иные документы, относящиеся к предмету настоящего государственного контракта. Все отчетные материалы представляются в двух экземплярах, в том числе и в электронном виде на цифровых носителях.
|
