This paper in English

Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ

Утилизация атомных подводных лодок в США и России: сравнительный анализ.

А.С. Дьяков,1 В.К. Коробов,2 Е.В. Мясников3

Настоящий доклад был представлен на Международной конференции "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду", проходившей с 14-18 октября 1996 г. в Санкт-Петербурге. Опубликован в журнале Вопросы Материаловедения (№ 2, 1997 г., с. 29-36).


АННОТАЦИЯ - В работе рассматриваются различия в существующих подходах в США и России по утилизации атомных подводных лодок (ПЛА). Представлено положение дел с утилизацией ПЛА в обеих странах. Обращается внимание на некоторые аспекты американской программы, которые могли бы быть полезными в российской практике. Формулируются приоритетные по мнению авторов задачи, которые должны быть обеспечены в России финансированием в полном объеме.

Ключевые слова: утилизация, атомная подводная лодка, отработанное ядерное топливо, ядерная энергетическая установка, радиационная безопасность.



Проблема утилизации атомных подводных лодок (ПЛА) возникла в США к середине, а в России - к концу 1980-х годов, когда стали выводиться из боевого состава лодки первого поколения. К началу 90-х годов в обеих странах были выработаны концепции утилизации ПЛА, и начали осуществляться практические шаги в выбранных направлениях.

На предлагаемой схеме (см. рис. 1) представлены основные операции, которые производятся при утилизации ПЛА. В основном, схемы утилизации лодок в обеих странах схожи. Обратим внимание на существенные отличия.

Рис. 1. Cхема утилизации атомных подводных лодок.
 

1. Выгрузка топлива из реакторов ПЛА

После вывода лодок из эксплуатации топливо из реакторов американских ПЛА, в отличие от российских, выгружается в течение года. Основные причины длительной задержки в выгрузке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) из реакторов российских атомных подводных лодок хорошо известны.[1-4]

Одна из них - переполненность хранилищ ОЯТ на флотах. Согласно результатам, представленным Правительственной комиссией весной 1993 г, в этих хранилищах находилось более 30 тысяч топливных сборок, что составляло около 140 активных зон ПЛА.[1] Зоны отстоя были переполнены. На сегодняшний день ситуация не улучшилась. Следует отметить, что места отстоя ОЯТ разрабатывались и строились таким образом, что хранение топлива более 5 лет в них не предусматривалось. Часть выгруженного топлива хранится в контейнерах на открытых площадках. Некоторые из хранилищ, как, к примеру, в губе Андреева на Северном флоте, находятся ныне в аварийном состоянии и выведены из эксплуатации.

Устойчивый отрицательный баланс между вывозом отработавшего топлива на производственное объединение "Маяк" и его поступлением с кораблей флота наблюдался с 1989 г, а по данным норвежской экологической организации "Беллуна", ещё раньше - с 1984 г.[3] C 1992 г ситуация ещё более усугубилась, когда Госатомнадзор запретил транспортировку ОЯТ в контейнерах устаревшего типа ТК-11 и ТК-12. В настоящее время перевозка разрешена только в контейнерах нового типа ТУК-18. Единственный имеющийся железнодорожный эшелон из специальных 4 вагонов позволяет вывозить за год на переработку не более 12-15 активных зон, в то время как ежегодный прирост ОЯТ за счёт утилизации и плановых перезарядок реакторов действующих ПЛА составляет до 30 зон в год.

Ещё одна проблема низких темпов выгрузки ОЯТ связана с тем, что 8 из 11 существующих плавучих технических баз перезарядки реакторов находятся в неудовлетворительном состоянии, поскольку они эксплуатируются уже более 25 лет. Строительство судов проекта 2020, предназначенных для замены старых, ведется крайне медленно из-за отсутствия финансирования.

Выгрузка топлива ведётся медленно также и потому, что практически полностью заполнены все существующие стационарные и плавучие хранилища твёрдых и жидких радиоактивных отходов. Согласно оценкам специалистов российской Академии наук, эксплуатационная деятельность ПЛА и обеспечивающей инфраструктуры приносит ежегодно до 6000 куб.м. твёрдых и до 15000 куб.м жидких радиоактивных отходов. Для того, чтобы надлежащим образом перерабатывать и захоранивать радиоактивные отходы также не хватает ни мощностей, ни средств.

Реакторы выведенных из боевого состава ПЛА заглушены, но тем не менее, они представляют потенциальную радиационную опасность, пока из них не выгружено топливо. Хотя в контролируемых условиях вероятность самопроизвольной цепной реакции ничтожно мала, специалисты не исключают возможность выбросов или утечки радиоактивности из реакторов в окружающую среду в результате стихийных бедствий, халатности персонала или диверсий. Кроме этого, длительная задержка с выгрузкой может значительно усложнить процесс извлечения топлива из реакторов ПЛА в будущем, поскольку могут разрушаться как сами топливные сборки, так и элементы конструкции реактора.

Для того, чтобы временно снизить радиационную опасность при хранении, а также исключить возможность выхода реактора в надкритическое положение при выгрузке топлива, специалисты предлагают вариант "сухого" хранения активных зон в реакторах ПЛА. Так или иначе, промедление с выгрузкой ОЯТ атомных подводных лодок приведёт к дополнительным расходам и затруднит ускорение темпов утилизации ПЛА.

2. Обращение с отработавшим ядерным топливом

В отличие от России, выгруженное топливо ПЛА в США не перерабатывается. Оно хранится в специальных хранилищах департамента энергетики в штате Айдахо вместе с другими высокорадиоактивными отходами американской военной атомной программы.[5] Предполагается, что к середине XXI века будут разработаны технологии, которые позволят утилизировать эти радиоактивные отходы.

Следует отметить, что ряд российских экспертов считает нецелесообразным перерабатывать топливо ПЛА. В выгруженном топливе всё еще содержится значительная доля урана (U-235). Именно это обстоятельство в свое время сыграло определяющую роль в том, что отработанное топливо ПЛА направлялось на переработку. Уран после переработки в дальнейшем использовался в энергетическом цикле для изготовления топлива реакторов РБМК-1000 атомных электростанций. Сейчас, когда высвобождается "свежий" уран в результате сокращения боевого ядерного арсенала России, переработка ОЯТ перестала приносить экономическую выгоду. Противники переработки считают необходимым строительство специальных хранилищ, где отработавшее топливо могло бы храниться под надёжным контролем достаточно длительный срок до тех пор, пока человечеству не станут доступными более "чистые" технологии обращения с ОЯТ. Уже сейчас ясно, что переработке не подлежит топливо жидкометаллических реакторов (9 активных зон) и до 10% (по оценкам "Беллуны") накопленного на базах флота топлива водо-водяных реакторов, которое находится в аварийных реакторах или представляет собой сборки с дефектами.[3]

3. Разделка ПЛА и обращение с реакторными отсеками

После выгрузки ОЯТ и в США, и в России проводится дезактивация лодки, снимается подлежащее дальнейшему использованию или утилизации оборудование. Кроме этого, у подводных лодок стратегического назначения вырезаются ракетные отсеки в соответствии с положениями Договора о сокращении наступательных вооружений.

Тем не менее, существуют отличия и в порядке проведения дальнейших работ по утилизации подводных лодок. В США процедуры по выгрузке ОЯТ и снятию оборудования производятся на пяти судоремонтных заводах, расположенных на западном побережье. После проведения этих работ большая часть ПЛА готовится к транспортировке и буксируется на судоверфь Пьюджет Саунд в Бремертоне, штат Вашингтон. Часть подводных лодок подготавливается к "мокрому" хранению. При этом после снятия оборудования проводится герметизация корпуса лодки, которая обеспечивает по меньшей мере 15-летнее хранение её на плаву.[6] В России, несмотря на то, что значительной части подводных лодок с выгруженным топливом до разделки предстоит храниться на плаву как минимум в течение 15-20 лет, большинство из них к длительному хранению не подготовлено. В результате приходится держать сокращенные экипажи на стоящих у причалов лодках и выполнять мероприятия по обеспечению их непотопляемости.

Работы по удалению реакторного отсека с ПЛА в США проводятся только на судоразделочном заводе Пьюджет Саунд. Нужно отметить, что технология вырезки реакторного отсека практически не отличается от российской - в США для этого применяется газовая резка.

Вырезанный реакторный отсек грузится на баржу и транспортируется вдоль океанского побережья США, а затем по реке Колумбия на территорию департамента энергетики Хэнфорд, штат Вашингтон. Заключительный этап транспортировки производится с помощью автомобильных буксиров. Реакторные отсеки размещаются в специально оборудованном карьере. Согласно выводам американских специалистов, корпус реакторного отсека в состоянии обеспечить изоляцию свинца, который содержится в системе защиты этого отсека, не менее чем в течение 600 лет. Утечка радиоактивности из реакторного отсека в окружающую среду возможна лишь через несколько тысячелетий.[5]

В России до сих пор окончательно не определены пункты для долговременного контролируемого хранения реакторных отсеков. Как правило, вырезаются трёхотсечные блоки, каждый из которых состоит из реакторного и смежных отсеков. Эти блоки герметизируются и переправляются в пункты отстоя, где хранятся у причалов. Следует добавить, что существует также практика, когда на плаву хранятся одно-отсечные (реакторный отсек) с поплавками или много-отсечные (8-10 отсеков) герметичные блоки прочных корпусов ПЛА.

Особую проблему в России представляют ПЛА с аварийными активными зонами. На Тихоокеанском флоте находятся три такие атомные подводные лодки, а на Северном флоте - ещё две. Из части этих лодок, по мнению специалистов, выгрузка топлива существующими техническими средствами невозможна. Особой технологии требует и обращение с такими реакторными отсеками.

4. Утилизация нерадиоактивного металла и оборудования.

Вплоть до 1991 г. в США практиковался подход, когда после вырезки реакторного отсека концевые блоки ПЛА, не содержащие радиоактивных материалов, вновь стыковывались и хранились на плаву. Рассматривались различные способы утилизации концевых отсеков, в том числе и затопление их на большой глубине. Однако, расчёты показали, что надлежащая подготовка концевых отсеков ПЛА к контролироемому затоплению экономически не выгодна. Одна из наиболее дорогостоящих операций при этом - удаление из корпусов лодок полихлоровинилового бифенила, относящегося к опасным для окружающей среды веществам, до концентраций, допускаемых Агентством Охраны Окружающей Среды и Береговой Охраной США. Для того, чтобы снизить расходы, было принято решение утилизировать концевые отсеки путем полной разделки и возвращения металла в производство. При этом идентифицируются и удаляются все опасные и токсичные вещества, снимается оборудование, которое вновь может использоваться на флоте. Весь остальной скрап и материалы, не используемые в государственном секторе, продаются частным фирмам с правом повторного использования или перепродажи.[5]

Характерно, что в США, даже после этапа вырезки реакторного отсека, разделка оставшегося металла не является прибыльной.[7] Как известно из средств массовой информации, в России в начале 1990-х годов предполагалось, что продаваемый после разделки металл и материалы по меньшей мере окупят расходы на его разделку, если не брать во внимание обращение с радиоактивным топливом и отходами. В доступной литературе отсутствуют сведения о том, в какой мере при разделке корпусов российских подводных лодок производится изоляция и утилизация нерадиоактивных вредных веществ.

5. Положение дел с утилизацией ПЛА в США и России.

На рис. 2 и 3 представлены данные по общему количеству построенных и выведенных из боевого состава атомных подводных лодок, а также по количеству лодок, у которых выгружено отработавшее топливо и вырезаны реакторные отсеки.
Рис. 2. Темпы строительства ПЛА в СССР (России) и в США.[8]

По состоянию на конец 1994 г в США было построено около 180 ПЛА, из которых около 80 было выведено из боевого состава, 43 реакторных отсека были вырезаны и размещены в Хэнфорде.[6] К началу следующего тысячелетия планируется утилизировать подводные лодки построенные до середины 1970-х годов (т.е. все ПЛА кроме типа "Лос Анджелес" и "Огайо"). Эта программа предусматривает финансирование в общей сложности 2.7 млрд долларов, так что на утилизацию одной ПЛА затраты составляют от 25 до 40 млн. долларов.[7] Кроме этого, в 1995 г. была разработана программа утилизации ПЛА третьего поколения ("Лос Анджелес" и "Огайо"), а также крейсеров с ядерными энергетическими установками, большинство из которых уже выведено из боевого состава. Затраты оцениваются в 1.5 миллиарда долларов, если утилизация будет проходить по схеме, которая осуществляется сейчас. Вариант, предусматривающий разделку реакторов и повторное использование металла реакторов, потребует по оценкам экспертов около 9.4 млрд. долларов.[6]

Рис.3. Динамика изменения ситуации с утилизацией ПЛА в России (по данным, опубликованным в прессе).

Ситуация, которая сложилась в России, значительно сложнее. К концу 1995 г было всего построено около 250 ПЛА, более 150 из которых к осени 1996 г было выведено из боевого состава. ОЯТ было выгружено всего из трети списанных ПЛА (52 ПЛА), а реакторные отсеки были вырезаны только у 20 ПЛА. Около 10 прочных корпусов ПЛА были подготовлены к длительному хранению на плаву в виде 8-10 отсечных блоков, включающих и реакторные отсеки (такие работы производились до 1989 г).

Следует также отметить, что в последние три года темпы вывода ПЛА из эксплуатации заметно превышали темпы выгрузки топлива и вырезки реакторных отсеков. Основная причина хорошо известна - скудное финансирование, которое свело на нет выполнение ранее разработанных программ утилизации атомоходов.

Рисунок 4 иллюстрирует ожидаемые перспективы, если работы по утилизации ПЛА будут продолжаться нынешними темпами. Даже если ежегодно будут освобождаться от топлива реакторы 10 ПЛА, т.е. нынешние темпы удвоятся, проблему выгрузки удастся решить не ранее чем через 20 лет. Сделав простые оценки, можно показать, что для решения проблемы вырезки реакторных отсеков к 2010 г, темпы работ необходимо поднять не менее, чем в 4-5 раз.

Рис 4. Прогнозы изменения ситуации с утилизацией ПЛА.

6. Заключение

Подводя итоги, хотелось бы отметить следующие обстоятельства.

1. Проблема утилизации ПЛА в России переросла в проблему общенационального масштаба. Тем не менее, создаётся впечатление, что Правительство продолжает её игнорировать, выделяя финансирование по остаточному принципу. Как показывает анализ американской программы, для того, чтобы обезопасить окружающую среду и население от последствий эксплуатации атомных лодок требуются значительные ресурсы. Учитывая то, что в России инфраструктура для решения этой проблемы развита недостаточно, и придётся ликвидировать последствия непродуманных и неосторожных действий в сфере обслуживания атомного подводного флота [1-4], вероятнее всего, России потребуется затратить существенно больше средств, чем США.

В частности, по оценкам экспертов в 1995 г, только для осуществления капитального строительства требуется не менее 90 трлн. рублей. Для решения проблем обращения с отработавшим ядерным топливом понадобится 30-40 лет и 2.6 трлн. руб. финансирования. Требуемое финансирование для разделки атомных подводных лодок в ценах 1995 г оценивалось в 8 трлн. руб (160 ПЛА х 50 млрд. руб).

2. Документы, которые раскрывают содержание программы утилизации ПЛА в США и доступны для широкой общественности,[5-7] достаточно чётко отвечают на следующие вопросы:

Авторам настоящей работы подобные документы о российской программе не известны. Тем не менее, на наш взгляд, если бы ответы на перечисленные вопросы были чётко и обосновано сформулированы, а также они были доступны широкой аудитории, было бы проще не только добиться приоритетного финансирования такой программы, но и использовать выделяемые средства наиболее эффективно.

3. Очевидно, что даже если программа, отвечающая сегодняшним реалиям, будет сформирована, тем не менее выполнение её растянется на несколько десятилетий. Не умаляя значения всех остальных мероприятий, на наш взгляд, в ближайшие годы было бы целесообразным считать приоритетными следующие проблемы.

По меньшей мере, это позволит решать остальные проблемы в относительно "спокойной" атмосфере, не прибегая к "пожарным" мерам, что, к сожалению, у нас в стране является традицией.

Авторы благодарны фонду В. Алтон Джонс, финансовая поддержка которого значительно способствовала выполнению настоящей работы. Авторы хотели бы также выразить благодарность Джошуа Хэндлеру из Принстонского университета (США) за помощь при проведении данной работы.


1. Факты и проблемы, связанные с захоронением радиоактивных отходов в морях, омывающих территорию Российской Федерации (материалы доклада Правительственной комиссии по вопросам, связанным с захоронением в море радиоактивных отходов, созданной распоряжением Президента Российской Федерации от 24 октября 1992 г № 613-рп), Администрация Президента РФ, Москва, 1993.

2. Bukharin O., Handler J. Russian Nuclear-Powered Submarine Decommissioning, Science and Global Security, 1995, vol.5, pp.245-271.

3. Нилсен Т., Кудрик И., Никитин А. Северный флот. Потенциальный риск радио-активного загрязнения региона, доклад объединения "Беллуна", № 2, 1996.

4. Проблемы вывода из эксплуатации и утилизации атомных подводных лодок. Международный научный семинар 19-22 июня 1995 г. Тезисы докладов. Москва, 1995.

5. U.S. Naval Nuclear Powered Submarine Inactivation, Disposal, and Recycling, September 1993, United States, Department of the Navy.

6. Draft Environmental Impact Statement on the Disposal of Decommissioned, Defueled Cruiser, Ohio Class, and Los Angeles Naval Reactor Plants, August 1995, United States, Department of the Navy

7. Nuclear Submarines - Navy Efforts to Reduce Inactivation Costs. US General Accounting Office Report, July 1992, GAO/NSIAD-92-134

8. Мясников Е., Военный атомный флот, В кн. Ядерная энциклопедия, под. ред. А.А. Ярошинской, Благотворительный фонд А.А. Ярошинской, Москва, 1996, с. 148-159.



1, 3 Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии, Московский физико-технический институт,
2Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН.

© Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии,1997-98 гг.