[ «ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 1 (2) 2012 МАРТ Основан в ноябре 2011 г. (Свидетельство о регистрации от 3 ноября 2011 г. ПИ № ФС77 – 47155) Выходит 4 раза в год Учредитель: Федеральное государственное автономное ...»
1
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
№ 1 (2) 2012 МАРТ
Основан в ноябре 2011 г.
(Свидетельство о регистрации от 3 ноября 2011 г. ПИ № ФС77 – 47155) Выходит 4 раза в год Учредитель:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет «Московский инженерно-технический институт»
Главный редактор:
М.Н. Стриханов, доктор физико-математических наук, профессор Редакционная коллегия:
М.Н. Стриханов, (главный редактор, д.ф.-м.н., проф.), Ю.И. Пимшин (заместитель главного редактора, д.т.н., проф.), А.М. Агапов (д.т.н., проф.), А.В. Чернов (д.т.н., проф.), В.А. Руденко (д.с.н., проф.), Ю.П. Муха (д.т.н., проф.), В.В. Кривин (д.т.н., проф.), В.И. Ратушный (д.ф.-м.н., проф.), Ю.С. Сысоев (д.т.н., проф.), А.В. Паламарчук (к.т.н.), В.Е. Шукшунов (д.т.н., проф.), В.П. Поваров (к.ф.-м.н.), Н.И. Лобковская (к.ф.н., доцент) Ответственный секретарь:
Н.И. Лобковская (к.ф.н., доцент) © Издательство Национального исследовательского ядерного университета «Московский инженерно-технический институт»
СОДЕРЖАНИЕ
ОТ РЕДАКЦИИ А.А. Сальников Ростовская АЭС: перспективы и задачи В.А. Руденко Инициализация подготовки специалистов для обеспечения развития крупномасштабной безопасной ядерной энергетикиПРОБЛЕМЫ ЯДЕРНОЙ, РАДИАЦИОННОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ Е.Н. Бакаева, Н.А. Игнатова Экологическая безопасность почв в зоне наблюдений Волгодонской АЭС по данным биотестирования Е.А. Бураева, Л.В. Зорина, В.П. Рогов, В.В. Стасов, Д.А. Скоржинский Естественная радиоактивность приземного слоя воздуха г. Ростова-на-дону Е.И. Шаврак, О.И. Горская, И.А. Генераленко, Д.С.Шаврак Особенности формирования солевого состава водоема-охладителя Ростовской АЭСИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС
Волобуев Ю.С., Доронин А.Ю., Доронин Ю.В.Оптимизация технологии односторонней сварки опытных образцов стали аустенитно-ферритного класса с использованием керамическогофлюса фкб-4 А.П. Елохин, М.В. Жилина, Д.Ф. Рау Метод расстановки постов АСКРО для двух и более энергоблоков АЭС О.А. Губеладзе, В.А. Москаев Исследование теплового воздействия на корпус транспортно-упаковочного комплекта В.В. Кривин, М.Ю. Виниченко, В.А. Толстов Математическая модель сварки неповоротных стыков труб для мультимедийного тренажра сварщика ЭКСПЛУАТАЦИЯ АЭС М.Б. Бакиров, В.А. Муранов, А.С. Киселев, В.Н. Медведев Обоснование продления срока службы защитных оболочек АЭС с ВВЭР-1000 К.Н. Проскуряков, К.С. Новиков, С.О. Беликов Прогнозирование условий возникновения виброакустических резонансов в оборудовании первого контура РУ С ВВЭТ-1000 С.А. Баран, И.А. Якубенко Температурный режим работы электрогенератора ТВВ-1000-4УЗ на 104% мощности С.Л. Кужеков О целесообразности совершенствования релейной защиты и диагностики электродвигателей напряжением свыше 1 кВ для собственных нужд АЭС П.В. Синельщиков, А.В. Чернов Особенности использования методов анализа частотных составляющих М. Э. Пинчук, И.А. Якубенко Резервы повышения эффективности технического обслуживания и ремонта Е.А.Абидова, Ю.П. Муха, О.Ю. Пугачва, А.В. Чернов Снижение информационной неопределенности при диагностике Н.О. Калинина, В.И. Нагай Совершенствование систем электромагнитной блокировки коммутационных аппаратов на основе бесконтактных датчиков положения
СОЦИАЛЬНО-ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯТЕРРИТОРИЙ
В.Т. Корниенко Н.И. Лобковская Инновационные подходы в кадровой политике атомной отрасли: банк данныхОТ РЕДАКЦИИ
Росэнергоатому - 20 лет! Все эти годы наш институт тесно связан с концерном.Сегодня ОАО « Концерн Росэнергоатом» объединяет все 10 отечественных атомных станций, из которых Ростовская АЭС является для нас базовым предприятием, надежным партнером.
Мы не случайно завели этот разговор о партнерстве. Сегодня уже мало получать материальную или какую-либо другую помощь от учредителя, а взамен поставлять ему кадры, требующие доучивая и дотягивания до специалиста атомного производства. На современном этапе ответ на вызов времени, связанный с развитием атомной отрасли, состоит в необходимости переключения интересов научно-технического сообщества на решение актуальных задач отрасли, в обеспечении притока талантливой молодежи и квалифицированных научно-технических кадров, в оптимизации возрастного состава работников предприятий, сохранении и передаче критических знаний.
Фундаментальная наука должна обеспечивать создание научных и технологических основ для решения современных задач широкомасштабного инновационного развития атомной энергетики, гарантируя ее эффективность, безопасность и конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынках.
То, что нас связывают именно такие отношения, подтверждает и VIII ежегодная научно – практическая конференция, посвященная глобальной безопасности ядерной энергетики, которая проходит в эти дни в Волгодонске. Еще два года назад на подобном мероприятии мы могли говорить только о безопасности вводимого в эксплуатацию очередного блока Ростовской атомной станции, сегодня будем обсуждать вопросы глобальной безопасности всех ядерных программ. Конференция приобрела статус международной, и на участие в ней пришли заявки из-за рубежа, из стран, где атомная энергетика переживает ренессанс. Проверенные временем безопасность и надежность российских атомных энергоблоков стали фундаментом для передовых достижений на глобальном рынке ядерных технологий.
Мы, выстраивая отношения с филиалом концерна Ростовской атомной станцией, всем сердцем «прорастая в ней», так же как и атомщики, понимаем, что подготовка квалифицированных кадров – залог безопасной, надежной и эффективной работы атомной энергетики.
Наш вуз уже может поделиться опытом!
УДК 621.039 (470.61)
РОСТОВСКАЯ АЭС: ПЕРСПЕКТИВЫ И ЗАДАЧИ
Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» Branch of JSC «Concern Rosenergoatom»«Ростовская атомная станция» «Rostov Nuclear Power Plant»
В настоящее время Ростовская АЭС самая молодая из действующих российских АЭС. В декабре 2011 года станция отметила десятилетие с момента сдачи первого энергоблока в промышленную эксплуатацию. Первый энергоблок был пущен спустя года с момента начала строительства, реактор – через 20 лет с того дня, как сошел с производственного конвейера. Второй энергоблок был принят в промышленную эксплуатацию в декабре 2010 г. С одной стороны, это предмет нашей гордости, с другой – специфика эксплуатации, модернизации и усовершенствования оборудования, длительное время находившегося в режиме консервации.
Впрочем, это не означает, что оборудование, обеспечивающее производство и безопасность технологических процессов морально или физически устарело. Мы эксплуатируем один из самых надежных и безопасных атомных реакторов – ВВЭРОсновные задачи Ростовской АЭС в 2012 г.:
1. Обеспечение безопасной и надежной эксплуатации оборудования и систем.
2. Подготовка к прохождению осенне-зимнего максимума нагрузок 2012-2013 гг.
3. Обеспечение годовой выработки электрической энергии в объеме, не менее 14,724 млрд. кВт.час.
4. Обеспечение КИУМ – не менее 84,63%.
5. Реализация решений по противоаварийным действиям в случае возникновения аномальных внешних событий природного и/или техногенного характера.
1. Организовать работы в период текущего ремонта продолжительностью 6 суток с 05 по 10 мая и среднего ремонта для обеспечения плановой продолжительности не более – 40 суток (с 10 августа по 18 сентября).
2. Обеспечение годовой выработки электрической энергии в объеме, не менее 7,673 млрд. кВт.час.
3. Обеспечение КИУМ – не менее 87,35%.
1. Организовать работы в период капитального ремонта для обеспечения плановой продолжительности не более – 60 суток (с 19 мая по 17 июля).
2. Обеспечение годовой выработки электрической энергии в объеме, не менее 7,051 млрд. кВт.час.
3. Обеспечение КИУМ – не менее 80,27%.
4. Проведение работ по повышению мощности до 104 % номинального уровня – выполнение соответствующих испытаний (июль - август 2012 г.) после получения разрешения от Ростехнадзора РФ. По результатам испытаний будет принято решение о возможности опытно-промышленной эксплуатации энергоблока №2 Ростовской АЭС в течение 3-6 топливных кампаний (2012-2017г) на уровне мощности 104% от номинальной.
Новые ТВС. 18-месячная кампания В последние годы весьма интенсивно разрабатываются и внедряются на АЭС новые, перспективные типы тепловыделяющих сборок (ТВС), в частности, ТВС-А, ТВС-2, ТВС-2М. Целью их разработки и внедрения является повышение наджности эксплуатации и экономических характеристик энергоблоков. Новые ТВС позволяют достигать весьма высоких выгораний ядерного топлива, что повышает экономическую конкурентоспособность действующих энергоблоков и ядерной энергетики в целом.
Одновременно с внедрением новых ТВС на энергоблоках ВВЭР- выполняется постепенный переход на 18-ти месячную топливную кампанию. Ее целью является увеличение коэффициента использования установленной мощности (КИУМ), повышение энерговыработки на действующих энергоблоках и, как следствие, повышение производительности труда.
Внедрение ТВС-2М и переход на работу в 18-ти месячной топливной кампании требует решения комплекса проблем, связанных с хранением и вывозом отработавшего ядерного топлива (ОЯТ):
– обеспечение вывоза отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) с большой глубиной выгорания и высоким остаточным энерговыделением;
– необходимость обоснования и внесения в сертификат-разрешение на конструкцию упаковки и перевозку транспортных упаковочных комплектов с отработавшим ядерным топливом серийных реакторов ВВЭР-1000 изменений, допускающих перевозку ТВС-2М со средней глубиной выгорания топлива до 68, МВт*сут/кг U и обогащением до 5,0 %.
Кроме того, переход на 18-ти месячную топливную кампанию, а, следовательно, на 18-ти месячный межремонтный период входит в противоречие с некоторыми действующими нормами и правилами, которые, на наш взгляд, необходимо пересмотреть и привести в соответствие с требованиями сегодняшнего дня.
Модернизация Атомный энергоблок является весьма сложным и совершенным техническим объектом, воплощением самой передовой технической мысли. Но время идт, техника совершенствуется и для того, чтобы не отстать от современного уровня, даже самый совершенный механизм нуждается в постоянном улучшении и модернизации.
Основными целями модернизации на АЭС являются:
– обеспечение безопасной и устойчивой работы АЭС в соответствии с критериями и требованиями действующих норм и правил в области использования атомной энергии;
– продление эксплуатационного ресурса энергоблоков;
– увеличение производства электрической и тепловой энергии на энергоблоках АЭС;
– снижение эксплуатационных расходов в расчте на выработанный киловаттчас;
– повышение надежности и экономической эффективности АЭС для обеспечения их конкурентоспособности на федеральном рынке электроэнергии.
Основные направления модернизации Ростовской АЭС:
Техническая стратегия модернизации энергоблоков Ростовской АЭС формируется на основании Сводной долгосрочной программы производственно-технической деятельности ОАО «Концерн Росэнергоатом» и Комплексной долгосрочной программы-прогноза модернизации Ростовской АЭС.
Процесс модернизации на атомной станции - планомерный и постоянный. Он проходит не только в рамках планово-предупредительных ремонтов, но и в межремонтный период, и включает в себя замену оборудования на более совершенное, а также установку новых технологических систем, обеспечивающих еще более надежную, безопасную и экономически выгодную эксплуатацию атомной станции.
В ходе выполнения программы модернизации и продления работы энергоблоков на Ростовской АЭС в период 2002 – 2011 гг. выполнены несколько сотен мероприятий по замене и модернизации систем и оборудования.
В настоящее время на Ростовской АЭС реализуются следующие основные направления модернизации:
Мероприятия для снижения последствий запроектных аварий на Ростовской АЭС (ФукусимаДайичи);
Мероприятия по замене медесодержащего теплообменного оборудования II контура;
Модернизация электротехнического оборудования, включая замену воздушных выключателей ОРУ 220, 500 на элегазовые. Модернизация будет закончена в 2012 г.;
Модернизация оборудования 1 контура с переходом на уплотнения из терморасширенного графита;
При реконструкции и модернизации необходимо применять, как правило, однотипное теплотехническое оборудование, электрооборудование, оборудование КИПиА и устройства РЗА, с учетом опыта его эксплуатации, а при конкурсном отборе приоритетным должны быть технические характеристики, надежность, а не их стоимость.
Подготовка специалистов Наряду с блоками Ростовской АЭС в нашей стране строятся и сдаются новые промышленные объекты, кадровые службы которых уже сегодня объявляют «охоту» за толковыми головами. Речь, конечно, не идет о тотальном кадровом голоде. Но вопрос профессиональной подготовки персонала для атомной станции – не праздный.
Сейчас выпускник профильного вуза, отучившийся по атомной специальности пять лет, еще года на три садится за парту и за тренажеры учебного подразделения атомной станции. И только потом он может получить допуск для работы на БЩУ. Я не хочу сейчас говорить о качестве вузовского образования, но даже традиционно сильнейшие вузы не готовы сегодня дать студенту тот уровень подготовки, который необходим на таком специфическом предприятии, как АЭС. Я полагаю, проблема в том, что теория, как правило, не закрепляется в полной мере практикой – вузы территориально удалены от станций. К тому же программы подготовки, которые вполне удовлетворяли требованиям атомных станций лет 10-15 назад, сегодня требуют корректировки. На атомных станциях эксплуатируется оборудование нового поколения, применяются самые современные технологии.
Два года назад в Волгодонске открылся ВИТИ НИЯУ МИФИ. Подготовка высококвалифицированных специалистов непосредственно в городе обеспечит комплектование и закрепление, прежде всего, местных кадров на нашей АЭС. Начиная с первого курса, будущие атомщики, осваивая специфику профессии и нарабатывая опыт, занимаются в учебно-тренировочном подразделении атомной станции, проходят практику на предприятии.
Более того, концерн «Росэнергоатом» выделяет средства на разработку программ для обучения студентов и создания на базе УТП Ростовской АЭС регионального центра по формированию кадрового потенциала для отрасли. Волгодонск должен стать крупным образовательно-производственным центром, ориентированным на кадровое обеспечение ядерно-энергетического, научно-технического комплекса и комплекса по обеспечению ядерной, радиационной и экологической безопасности не только атомных станций, но и отрасли в целом. Время покажет. Но мы, конечно, рассчитываем на свои местные кадры, подготовленные по самым высоким образовательным стандартам.
Ядерная энергетика в настоящее время является тем самым локомотивом, который тянет за собой многие смежные отрасли экономики. Базовым вопросом для самой атомной энергетики есть и будет вопрос обеспечения безопасной эксплуатации АЭС. Это неоспоримый приоритет, который определяет главное направление нашего движения.
Сальников Андрей Александрович – заместитель Генерального директора директор филиала ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Ростовская атомная станция».
E-mail: [email protected] SalnikovAndrey A. – deputy General Director - Director of the branch of JSC «Concern Rosenergoatom» «Rostov nuclear power plant».
E-mail: [email protected] УДК 621.039.58:621.039.
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗВИТИЯ КРУПНОМАСШТАБНОЙ БЕЗОПАСНОЙ
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Волгодонский инженерно-технический Volgodonsk Engineering Technical Institute институт – филиал Национального the branch of National Research Nuclear университета «МИФИ»Государство, сформулировав задачу развития ядерного комплекса страны, принимает необходимые меры по кадровому обеспечению атомной отрасли.
Ежегодный ввод в эксплуатацию двух энергоблоков атомных электростанций до 2020г.
требует тщательного анализа вопросов кадровой политики. Для закрепления амбициозных позиций России на мировом рынке ядерных технологий и услуг потребуется огромное число новых специалистов, а поэтому подготовка кадров для атомного энергопромышленного комплекса России и за рубежом выдвигается на первый план.
Научно-педагогическое сообщество отмечает, что решить проблему развития атомного образования возможно путем интеграции образовательных учреждений, научно-исследовательских институтов и объектов ядерной промышленности. При этом взаимодействие отраслевых предприятий с вузами является важнейшим принципом в организации практико-ориентированного обучения и, как следствие, обеспечения повышения качества подготовки выпускников профильных для атомной отрасли специальностей.
Для решения этой задачи был создании Национальный ядерный исследовательский университет «МИФИ», путем присоединения находящихся в регионах России учреждений высшего и среднего профессионального образования, осуществляющих подготовку кадров для атомной отрасли. Университет представляет собой систему структурных подразделений (филиалов), расположенных в регионах местонахождения атомных объектов. Необходимо подчеркнуть, что филиалы НИЯУ МИФИ являются равноценными партнерами головного университета, которые обеспечивают его региональную устойчивость.
Один из 10 вузов НИЯУ МИФИ создан в г.Волгодонске Южного федерального округа в 2009 году – Волгодонский инженерно-технический институт НИЯУ МИФИ.
Вузу предстоит решать задачи, связанные с подготовкой специалистов для атомной отрасли, поскольку Ростовская АЭС, находящаяся в этом же городе, является важным звеном в реализации Государственной программы развития атомной отрасли РФ, где эксплуатируются первый и второй блоки, ведутся пусконаладочные работы на третьем энергоблоке, начато строительство четвертого, планируется строительство еще двух блоков, для которых требуются подготовленные кадры. Таким образом, в регионе формируется научно-образовательный, производственный кластер, обеспечивающий проведение научных исследований, подготовку и переподготовку кадров для атомной отрасли и появляется возможность реализовать непрерывную подготовку специалистов для ядерно-энергетического комплекса, включающую следующие уровни: среднее профессиональное образование, высшее и послевузовское профессиональное образование, так как в структуру института включен «Волгодонский политехнический техникум».
Миссия ВИТИ НИЯУ МИФИ основывается на модернизации образовательного процесса, обеспечивающей совершенствование содержания и структуры подготовки специалистов в соответствии с возросшими потребностями атомной отрасли, обеспечении качественной опережающей подготовки специалистов для АЭС, минимизации сроков адаптации выпускников вуза на предприятиях за счет многоуровневой подготовки специалистов, и обеспечении интеграции науки, производства и образования.
Целевой функцией ВИТИ НИЯУ МИФИ является подготовка специалистов по одному из пяти приоритетных направлений программы стратегического развития НИЯУ МИФИ - ядерно-инжиниринговому блоку (инжиниринг в ядерной энергетике, энергетическое машиностроение и строительство АЭС).
Среди предприятий, расположенных в Волгодонске, непосредственно в госкорпорацию «Росатом» и концерн «Росэнергоатом» входят Ростовская АЭС и Волгодонский филиал ОАО «Атомэнергопроект», а также ряд акционерных обществ, выпускающих изделия для атомной энергетики (ОАО «Атоммашэкспорт», ООО «Энергомаш (Волгодонск) Атоммаш», ОАО «Полесье»), на которых востребованы выпускники ВИТИ НИЯУ МИФИ.
Непосредственно на Ростовскую АЭС до 2011г. трудоустраивалось ежегодно 15выпускников института. В связи с пуском 3-го энергоблока Ростовской АЭС в году на АЭС требуется 250 специалистов ВПО, а в дальнейшем ежегодно 50- выпускников ВИТИ по специальностям: 140404.65 «Атомные электрические станции и установки», 140101.65 «Тепловые электрические станции», 140204.65 «Электрические станции», 140502.65 «Котло- и реакторостроение», 220301.65 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230201.65 «Информационные системы и технологии». Наибольшая потребность на АЭС в выпускниках специальности 140404.65 «Атомные электрические станции и установки», первый выпуск которой в ВИТИ состоится в декабре 2014года.
В настоящий момент ВИТИ НИЯУ МИФИ может полностью удовлетворить потребность Ростовской АЭС в выпускниках ВПО по 5 специальностям, а с 2015 года и по специальности 140404.65 «Атомные электрические станции и установки».
В институте также ведется подготовка по программам СПО по специальности 140404.51 «Атомные электрические станции и установки» и потребность Ростовской АЭС удовлетворяется специалистами по ремонту оборудования АЭС (цех централизованного ремонта).
В мае 2011г. было подписано рамочное соглашение о сотрудничестве между ОАО «Атомэнергомаш» и НИЯУ МИФИ, в соответствии с которым на ряд структурных подразделений НИЯУ МИФИ возложена задача по подготовке квалифицированных кадров для ЗАО «Петрозаводскмаш», являющегося структурным подразделением ОАО «Атомэнергомаш». Одним из четырех структурных подразделений, на которые возлагается подготовка и переподготовка кадров для ЗАО «Петрозаводскмаш», определен ВИТИ НИЯУ МИФИ.
В 2012 году поступила заявка ЗАО «Петрозаводскмаш» на выпускников ВИТИ НИЯУ МИФИ специальностей 140502.65 «Котло- и реакторостроение», 150202. «Оборудование и технология сварочного производства», 151001.65 «Технология машиностроения».
Проведенные реорганизационные мероприятия позволяют решать возросшие кадровые потребности атомной отрасли за счет модернизации многоуровневого (рабочий - техник – бакалавр –инженер-магистр) профессионального образования на основе слияния Волгодонского инженерно-технического института с Волгодонским политехническим техникумом НИЯУ МИФИ и интеграцией с РоАЭС в единый практико-ориентированный образовательный центр по подготовке высококвалифицированных специалистов с учетом требований отрасли.
Достижение целей, поставленных перед Волгодонским инженерно-техническим институтом, обеспечивается путем выполнения мероприятий Программы создания и развития НИЯУ МИФИ по основным видам деятельности и взаимодействия с предприятиями атомной отрасли. В этой связи нами были поставлены и решены следующие задачи:
- для качественного обучения студентов в полном объеме используется опыт в подготовке и переподготовке кадров, учебно-методические материалы учебнотренировочного подразделения (УТИ) РоАЭС, включая полномасштабные тренажеры БШУ АЭС;
- осуществление интегрированного подхода к проведению практик на действующих и строящихся энергоблоках, а также предприятиях, выпускающих оборудование для АЭС, что способствует глубокой профессиональной ориентации студентов и закреплению их на базовых предприятиях;
- обеспечение потребности в инженерных кадрах Ростовской АЭС: в 2011г. выпускников трудоустроены на атомную станцию, а в 2012 планируется трудоустройство 85 человек;
- привлечение ведущих специалистов АЭС для преподавания в вузе;
- прохождение преподавателями филиала стажировки на АЭС, что обеспечивает их профессиональный рост и позволяет им знакомиться с задачами, техникой и технологией строительства и эксплуатацией АЭС, а также способствует расширению тематики научно-исследовательских работ;
- создание студенческих строительных отрядов на строящихся блоках АЭС;
- создание научно-исследовательского подразделения, которое получило все необходимые лицензионные документы для работы на объектах атомной отрасли и выполняет значительные объемы хоздоговорных работ на объектах атомной энергетики;
- ежегодное проведение региональной научно-практической конференции на тему «Безопасность эксплуатации АЭС»;
- издание научно-практического журнала: « Глобальная ядерная безопасность».
Современный образовательный процесс в ВИТИ строится на основе сочетания достижений педагогических и информационных технологий. Для повышения качества подготовки кадров атомной отрасли используются в учебном процессе преподавателями электронные образовательные ресурсы, такие как презентации, видеолекции, видеоконференции, электронные учебники, мультимедиа курсы, компьютерные модели, образовательные порталы, образовательные ресурсы удаленного доступа и другие. Каждый тип электронных образовательных ресурсов в образовательном процессе ВИТИ решает ограниченный круг специфических задач, но их использование в сочетании с традиционными педагогическими технологиями обеспечивает повышение эффективности взаимодействия преподавателя и студента, новое качество образовательной среды вуза, новые возможности конкурентоспособности специалистов в отрасли.
Повышение качества образования в вузах НИЯУ МИФИ обеспечивается за счет создания единого образовательного пространства. Для студентов разрабатываются индивидуальные траектории обучения, предоставляется возможность проходить практику и глубже изучать деятельность предприятий, на которых планируют продолжить свою работу.
Именно кадры являются определяющим звеном безопасной эксплуатации, и поэтому инициализация на правительственном уровне программы подготовки кадров путем создания ядерного университета обеспечит привлечение лучших кадров страны на высокотехнологичное производство, которым является ядерная энергетика.
Руденко Валентина Анатольевна – доктор социологических наук, профессор, руководитель, Волгодонский инженерно-технический институт – филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».
E-mail:[email protected] RudenkoValentina A. – Doctor of Sociology, full professor, the head of Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI».E-mail:[email protected]
Н ПРОБЛЕМЫ ЯДЕРНОЙ, РАДИАЦИОННОЙ
И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
УДК 504.53.054:620 (470.61)ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЧВ В ЗОНЕ
НАБЛЮДЕНИЙ РОСТОВСКОЙ АЭС
ПО ДАННЫМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ
Южный отдел Института водных Southern division of the Institute of Water Методом биотестирования проведен анализ токсичности проб верхнего слоя почв пяти участков в зоне наблюдений Ростовской АЭС и почв почвенного профиля контрольного участка. Необработанные почвы и их водные вытяжки по результатам биотестирования оказывали угнетающие действие на развитие и размножение четырех тест-объектов. Токсичность почв, вероятно, связана с повышенной солонцеватостью почв, хозяйственной деятельностью человека.Ключевые слова: токсичность, тест-объект, биотестирование, почвы, экологическая безопасность.
The toxicity analysis of topsoil samples from five areas in the zone of observation of Rostov nuclear power plant and soil of the controlled plot, is done with the help of biotesting method. According to the results of this biotest uncultivated soils and their water extracts had a depressing effect on the development and reproduction of four test-objects. The soils toxicity is probably due to the high alkalinity of soils and human economical activity.
Keywords: toxicity, test-object, biotesting, soils, ecological safety.
Существующая на сегодня система экологической безопасности в Российской Федерации, как составляющая национальной безопасности, представляет собой совокупность законодательных, медицинских и биологических мероприятий, направленных на поддержание равновесия между биосферой и, как естественными внешними нагрузками, так, и в первую очередь, все возрастающими по прессу и разнообразию антропогенными нагрузками.
В целом экологическая безопасность – это процесс обеспечения защищенности жизненно важных интересов личности, общества, природы, государства и всего человечества от реальных или потенциальных угроз, создаваемых антропогенным или естественным воздействием на окружающую среду.
Объектами экологической безопасности являются природные ресурсы и природная среда наравне с правами, материальными и духовными потребностями личности, материальной основой государственного и общественного развития.
Наиболее значимыми объектами биосферы, определяющими функции всего живого, являются почвы. Радиоактивность – естественный фактор в биосфере для всех живых организмов. И, в тоже время, среди биосферных объектов почвы обладают наиболее высокой естественной степенью радиоактивности. Кроме того, почва (педосфера) – один из основных компонентов биосферы, где происходит локализация искусственных радионуклидов, сбрасываемых в окружающую среду вследствие техногенной деятельности человека. Особенностью радиоактивных загрязнителей является то, что Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности они, обычно, не изменяют плодородия почв, но накапливаются в урожае.
Распределение по почвенному профилю антропогенных радионуклидов зависит от ряда причин, в том числе типа почв.
Экологические последствия радиоактивного загрязнения почв опасны тем, что включаясь в биологический круговорот, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в организм человека и, накапливаясь в нем, вызывают радиоактивное облучение. В экологическом отношении наибольшую опасность представляют 90Sr и 137Cs.
Система экологической безопасности включает три блока: комплексную экологическую оценку территории, экологический мониторинг и управленческие решения. Первые два блока первоначально опирались только на строго количественные аналитические методы. Однако, значения концентраций ограниченного числа определяемых веществ из массы, содержащихся в окружающей среде, не дают экологического осмысления воздействия токсикантов на окружающую среду. Реальную оценку воздействия загрязняющих веществ может дать только биота, поэтому, позднее, более активно стали применяться качественные (или полуколичественные) биологические методы, способствующие получению адекватного ответа биоты, попадающей под воздействие внешних естественных и антропогенных факторов.
Среди биологических методов обеспечения экологической безопасности большое значение в последнее время приобретает биотестирование. Биотестирование направлено на оценку суммарного токсического действия всего комплекса загрязняющих веществ, содержащихся в среде, с помощью тест-объектов.
Биотестирование предполагает использование в контролируемых условиях биологических тест-объектов для выявления и оценки действия факторов окружающей среды (в том числе и токсических) на организм, его отдельную функцию или систему организмов.
Материал и методы исследования Методом биотестирования проведен анализ токсичности проб верхнего слоя почв пяти участков в зоне наблюдений Волгодонской АЭС и почв почвенного профиля контрольного участка КУ-12.
Пробы почв отобраны в ходе комплексных исследований по изучению экологического состояния окружающей природной среды в районе Ростовской АЭС совместно с лабораторией ядерной физики при Южном Федеральном Университете в 2008–2009 годах. Отбор проб проведен на 5 участках: т.1 – контрольный участок 201, т.2 – мусоросжигательный завод (дорога в 2 км), т.3 – 3 км от ст. Подгоринская, т.4 – км зона ст. Жуковская (рядом с заправкой), т.5 – контроль (садовая земля).
Исследовали верхний слой (0–5 см) почвы, который представлял собой однородные мелкодисперсные частицы.
Кроме того, оценивали токсичность проб почвенного профиля контрольного участка 12. КУ-12 относится к водораздельным участкам II Центрального (южного) ландшафтно-геохимического района и расположен на целинных землях: профиль – промывной, почва – лугово–каштановая, солонцеватая, тяжело-суглинистая, растительность – полынь, типчак, мятлик, донник.
Проводили биотестирование неизмененных почв и их водных вытяжек. Для оценки токсичности неизмененных почв применяли биотест на фитотоксичность (фитотест) на семенах редиса Raphanussativus [1], его ростковый и корневой тесты, и биотест с использованием личинок хирономидChironomusplumosus. [2] В качестве тест-объектов для водной вытяжки использовали тест-объекты двух трофических уровней: автотрофных и гетеротрофных организмов. Из автотрофов использовали культуру зеленых микроводорослей Scenedesmusobliquus, из гетеротрофов – общепринятый тест-объекта Daphniamagna [3] в остром опыте и коловраток Brachionuscalyciflorus [4] в остром и хроническом опытах. Тестпоказателями служили коэффициент прироста микроводорослей, гибель олигохет и дафний, гибель и плодовитость коловраток, процент выклева семян, длина ростков и корней редиса.
Водные вытяжки получали следующим образом. Навески почвы в соотношении 1:10 с профильтрованной водой экстрагировали на встряхивателе в течение 1 часа.
Полученную водную вытяжку отстаивали в течение 1 суток. После чего медленно, не взмучивая осадок, полученную вытяжку пропускали сифоном через газ № 76–78 с целью отделения мельчайших частиц взвеси.
Все эксперименты проводили в трехкратной повторности. Степень токсичности оценивали по отклонению (%) тест-показателей в опытных сериях от контрольных.
Контроль для почв – садовая земля по горизонтам, для водных вытяжек – водная вытяжка почв дехлорированной водопроводной водой. Общее токсическое действие почвы оценивали по показателю тест-объекта, проявившему наибольшую чувствительность.
Результаты и обсуждение исследований Поверхностный слой почв. Результаты биотестирования почв с использованием тест-объектов различной систематической принадлежности и трофического уровня показали близкие результаты.
Так, в эксперименте с тест-объектом Scenedesmusobliquus негативное действие почв в опытных вариантах (т.1, 2, 3) проявилось на четвертые сутки: процент отклонения от контроля составил от 40 до 50%, что позволило оценить водные вытяжки этих участков, как оказывающие острое токсическое действие. Водные вытяжки почв участка т. 4 (ст. Жуковская) не оказывали токсического действия, поскольку процент отклонения от контроля коэффициента прироста микроводорослей составил в этой пробе не более 10% (рис.1).
Эксперименты с тест-объектом Chironomusplumosusпоказали аналогичный результат. Гибель хирономид была зафиксирована на третьи сутки эксперимента и составила от 20 до 40% (рис.2). На четвертые сутки гибель животных продолжилась. На шестые сутки гибель животных возросла и составила от 40 до 70%. Таким образом, только одна проба (т.4) у ст. Жуковская не оказывала токсического действия.
Результаты биоанализа почв по фитотоксичности также показали наличие острого токсического действия во всех пробах, кроме (т.4) у станицы Жуковская (таблица 1).
Чувствительность проявили все используемые тест-показатели (выклев семян, длина ростков, длина корней).
Таблица 1 – Результаты биотестирования проб почв в районе Ростовской АЭС по данным фитотоксичности по трем показателям Raphanussativus Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности Продолжение таблицы ОТД – острое токсическое действие Таким образом, анализ результатов оценки токсичности почв по трем биотестам показал наличие острого токсического действия на следующих участках: т. 1 – контрольный участок 201, т. 2 – мусоросжигательный завод (дорога в 2 км), т.3 – 3 км от ст. Подгоринская. Следует отметить, что среди этих токсичных проб наиболее негативные значения показателей всех тест-объектов отмечены на участке у мусоросжигательного завода и ст. Подгоринской. Токсичность указанных участков, вероятно, связана с хозяйственной деятельностью и близостью дорог.
Почвенный профиль. Естественные радиоактивные элементы распределяются по профилю почв обычно относительно равномерно, но в некоторых случаях они аккумулируются в иллювиальных и глеевых горизонтах. В почвах и породах присутствуют преимущественно в прочносвязанной форме. Тип профилей 137Cs на КУ 12 относится к промывному типу профилей [5] и отличается относительно невысокой или очень низкой величиной А(h) у поверхности (до 40 Бк/кг), глубоким проникновением 137Cs (до 45см). Относительные запасы в слоях 0–15см и 15–45см часто соизмеримы или большие на большей глубине. Структура профилей очень разнообразна по годам. Так, в большинстве профилей по данным Давыдова М.Г. и Бураевой Е.А. (кроме 2004, 2007, 2008 гг.) нет максимума у поверхности, и есть на большой глубине. [5] Вертикальное распределение 137Cs на данном участке определяется различными причинами: вымыванием мелкозема после засухи по трещинам во время летних ливней, различной степенью солонцеватости переходного горизонта, значительным развитием микрорельефа, обеспечивающим перераспределение выпавших осадков и др.
Поэтому важным является, наряду с изучением распределения 137Cs по профилю почв, изучение токсичности этих же слоев почвенного профиля.
Профили почв формируются в результате особых механизмов переноса 137Cs по почвенному профилю, специфичных для сухого климата и существенного влияния влаги через процессы инфильтрации и кольматажа. В любом случае скорость переноса Cs увеличивается, особенно резко при кольматаже – после длительного сухого периода почва механически разрушается и при коротких обильных последующих осадках 137Cs может быстро проникнуть на значительную глубину. При этом может быть преодолен и естественный барьер для 137Cs – солонцеватый горизонт при 15– см. В обычных условиях из-за незначительной плотности и низкой водонепроницаемости при наличии ионов Na в этом горизонте имеет место ускоренная сорбция 137Cs. Наличие максимума в удельной активности АiБк/кг А(h) и запасах PiБк/м2Р(h) на этих глубинах может быть связано с солонцеватостью. [5] В сухом климате влияние влаги (атмосферной или грунтовой) может проявиться в виде транспирации – переноса 137Cs к поверхности с влагой, испаряющейся с поверхности почвы. Для рассматриваемого района характерно и наличие смытых почв.
Биотест по фитотоксичности с использованием трех тест-показателей свидетельствует об угнетающем действии на выклев семян (рис.3). Отклонение от контроля составило от –30 до –70%. На горизонте 15–20 см выклева семян не было.
Верхние горизонты почвы оказывали небольшое стимулирующее действие на развитие ростков редиса, нижние горизонты с 10–15 см – угнетающее действие. Полностью непригодны для семян редиса оказались пробы почвы горизонта 15–20 см. По данным трех тест-показателей фитотеста действие почв можно оценить, как острое токсическое.
Результаты биотестирования на двух тест-объектах (Dahniamagna, Brachionuscalyciflorus) свидетельствуют о негативном действии водных вытяжек почв на тест-показатель «выживаемость» (рис.4). Однако, наиболее важным для прогноза развития популяции из используемых тест-показателей является плодовитость.
Короткоцикличные виды, такие как коловратки, позволяют за небольшой промежуток времени (четверо суток) проследить смену 3–4 поколений.
Результаты биотестирования водных вытяжек почв по плодовитости выживших коловраток также свидетельствуют о негативном воздействии почв, что проявлялось в снижении плодовитости и абортировании яиц.
Возрастание токсичности почв с глубиной можно объяснить, во-первых, повышением солонцеватости почв с горизонта 15–20 см, во-вторых, одинаково сухое жаркое лето с короткими ливневыми дождями в 2006 – 2008 годах могло способствовать проникновению загрязняющих веществ с поверхности в более глубокие слои почв с дождевым смывом.
Данные биотестирования дают адекватную картину общего воздействия всего комплекса абиотических и биотических факторов среды на биоту. [6] Анализ результатов биотестирования почв в зоне наблюдений Волгодонской АЭС позволяет сделать следующие выводы:
– токсичность поверхностного слоя почв связана с работой мусоросжигательного завода и близостью автомобильных дорог;
– перераспределение содержания 137Cs по профилям промывного типа [5] и увеличение токсического воздействия почв на биоту с глубиной профилей связано с особенностями почв и климата: солонцеватым барьером почвенных горизонтов и сухими жаркими летними сезонами, способствующими естественному кольматажу;
– выявленная токсичность почв в районе Ростовской АЭС экологически безопасна и не связана с радиоактивным загрязнением, а отображает реакцию биоты на воздействие всех внешних факторов, в том числе хозяйственно-бытовой деятельностью человека.
1. СанПиН 2.1.7.573–96 Санитарная охрана почвы гигиенические требования к использованию сточных вод. Утв. Постановлением № 46 Госкомсанэпиднадзора РФ от 31.10.96.
2. Р 52.24.635–2002 Методические указания. Проведение наблюдений за токсическим загрязнением донных отложений в пресноводных экосистемах на основе биотестирования. СПб., 2002. 32 с.
3. Р 56.24.566–94 Методы токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем. М., 1994. 130 с.
4. Р 52.24.662 –2004 Оценка токсического загрязнения природных вод и донных отложений пресноводных экосистем методами биотестирования с использованием коловраток. М., 2006. 60 с.
5. Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Рахманов И.Б., Малаева Т.Ю., Сушкевич Л.В., Тимонина Ю.А. Вертикальное распределение 137Cs в почвах и донных отложениях Цимлянского водохранилища в районе расположения РоАЭС. // В сб. научных трудов научно-технической конференции «Научно-инновационное сотрудничество». 2002. Т.
2. С. 132–133.
Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности Бакаева Е.Н., Никаноров А.М. Гидробионты в оценке качества вод. М., 2006.
234 с.
Бакаева Елена Николаевна – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Южный отдел Института водных проблем РАН, Гидрохимический институт.
Игнатова Надежда Анатольевна – кандидат биологических наук, младший научный сотрудник.
Bakaeva Elena N. – Doctor of Biological science, senior staff scientist, Southern division of the Institute of Water Problems of Russian Academy of Sciences, Hydrochemical institute.E-mail: [email protected] IgnatovaNadezhda A. – candidate of Biological science, junior scientist.
E-mail: [email protected] УДК 551.510.71, 551.510.
ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ ВОЗДУХА
Е.А. Бураева, Л.В. Зорина, В.П. Рогов, В.В. Стасов, Д.А. Скоржинский Научно-исследовательский институт Scientific-Research Institute of Physics, В рамках мониторинга радиоактивности приземного слоя атмосферы в г. Ростовена-Дону (в период 2002-2008) определялось содержание естественных радионуклидов в аэрозолях (1 раз в неделю) и осадках (1 раз в месяц).Получены данные о корреляционных связях объемной активности (ОА) 7Ве в аэрозолях с числами Вольфа, с температурой и количеством выпавших осадков.
Получены данные о сезонной зависимости плотности выпадений естественных радионуклидов и зависимости ОА от метеопараметров (температуры, количества осадков).
Ключевые слова: Радионуклиды, приземный слой воздуха, естественная радиоактивность, умеренные широты, осадки, температура, корреляция, атмосферные аэрозоли The content of natural radionuclides in the aerosols (once a week) and atmosphere deposits (once a month) within the framework of monitoring a radio-activity of a ground layer of atmosphere in Rostov-on-Don was determined (during the period 2002-2008).
Information about correlation’s connections between content7Веin aerosols and Wolf's numbers, temperature and rainfall volume was received. The data about seasonal dependence of content and volume of natural radionuclides on meteoparameters (temperature, rainfall) was received.
Keywords: radionuclides, the surface layer of air, natural radioactivity, the moderate latitudes, precipitation, temperature, correlation, atmospheric aerosols.
Особую роль в радиоактивности атмосферы играет приземный слой воздуха, в котором содержатся радионуклиды как космогенного, так и земного происхождения, а также находятся основные источники техногенного радиоактивного загрязнения и проходят многие процессы переноса радионуклидов и поступления их на земную поверхность, в водные экосистемы, в живые организмы, в том числе и в человека. В приземном воздухе расположены практически все пункты контроля за радиоактивностью атмосферы. Определение объемных активностей радионуклидов и их временных вариаций позволяют решать проблемы радиоэкологии и ядерной метеорологии.
В радиоэкологии этот контроль необходим для выявления источников и масштабов воздействия ядерных взрывов, крупных радиационных аварий, работы предприятий ядерного топливного цикла и предприятий, добывающих и перерабатывающих минеральное и органическое сырь. [1] Радиоэкологическое состояние города должно быть предметом особого внимания исследователей: во-первых, в силу значительной техногенной нагрузки на экосистемы;
во-вторых, более 70% населения развитых стран проживают в городских условиях. Тем Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности не менее, вплоть до аварии ЧАЭС проблемы радиоэкологии города практически не исследовались, и только после этого внимание к ним резко возросло, правда, только в отношении процессов, связанных с искусственными радионуклидами. [2] Однако, не следует забывать, что и в обычных условиях в городах достаточно много источников поступления в экосистемы естественных радионуклидов (ЕРН) (космогенных – из верхних слоев атмосферы; радона, торона и их дочерних продуктов распада (ДПР) – с земной поверхности; ЕРН – с ветровым подъемом и с газоаэрозольными выбросами промышленных объектов и автотранспорта).
Очевидно, при данном состоянии проблемы радиоактивного загрязнения городов необходимо изучать приземный слой атмосферы города в целом, не учитывая различные источники радиоактивного загрязнения атмосферы города.
Климатические условия и экологическое состояние г. Ростова-на-Дону Город Ростов-на-Дону (47 14с.ш; 39 42в.д) расположен на юго-востоке Восточно-Европейской равнины, в основном на правом берегу реки Дон, в 46 км от е впадения в Азовское море. Юго-западные окраины города примыкают к дельте реки Дон (донским гирлам). [3] По климатическим условиям Ростовская область относится к дискомфортным территориям с высоким индексом патогенности [4], обусловленным как температурными условиями, так и особым ветровым режимом из-за наличия воздушного коридора по Кумско-Манычской впадине.
В степной зоне Ростовской области среднегодовая температура 8,2оС, а относительная влажность 72% [4,5]. В теплый период (апрель-октябрь) средняя температура +16,2 оС [5]. (14 оС [4]), а влажность 63%, причем в самый теплый месяц (июль) температура 23,1 оС. В холодный период (ноябрь-март), соответственно, средняя температура -3,0 оС (-4,6 оС), а влажность 85%, причем в самый холодный месяц (январь) температура -6,5 оС.
На площади ~350 км2 крупнейшего на Юге России населенного пункта и промышленного центра – г. Ростова-на-Дону с населением более 1 миллиона человек (при высокой плотности ~2900 чел/км2) сосредоточено множество предприятий топливно-энергетического комплекса, машиностроения, металлообработки, химической и пищевой промышленности. [6] Город является крупным транспортным узлом. Доля выбросов от автотранспорта (от так называемых линейных источников) составляет ~94% общих выбросов при долях выбросов от промышленных предприятий ~4% и объектов энергетики ~2%. [7] По твердой фазе атмосферных выпадений максимальные значения имеют место на расстоянии до 50-100 м от автодорог (причем ширина полосы загрязнений зависит от интенсивности движения). Наибольшие загрязнения наблюдаются в центре города (в 5-10 раз выше, чем в районах, прилегающих к реке). [6] По газовым выбросам зона влияния транспорта заметно шире.
Загрязнение воздушного бассейна города может снижаться за счет естественных аэрозолей при наличии «аэродинамического коридора» вдоль водоема, что создает предпосылки для хорошего самоочищения атмосферы. [8] Содержание и поведение космогенного 7Ве в г. Ростове-на-Дону Ве дает вклад в хроническую дозу облучения человека, и для оценки этого вклада необходим контроль его содержания в атмосферных аэрозолях и осадках. Поскольку Ве является радионуклидом космогенного происхождения, он может служить монитором [9,10 и др.] при контроле других радионуклидов в атмосфере, которые поступают в нее с земной поверхности.
В работе представлены результаты анализа данных по содержанию 7Ве в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону, полученных в период 2002-2008 гг. [11] Продолжительность контроля недостаточна для выявления обратной связи объемной активности (ОА) 7Ве в аэрозолях с солнечной активностью (числами Вольфа), как это сделано YoshiYshikawa. [10]. Общая картина связи этих величин показана на рисунке1.
Рисунок 1 - Корреляция ОА 7Ве в аэрозолях с числами Вольфа Также удалось установить тренд изменений ОА 7Ве для второй половины 23-го цикла солнечной активности – возрастание ее среднегодовых значений к концу цикла (табл. 1).
Таблица 1 - ОА 7Ве, усредненная по сезонам за период 2002-2008 гг.
Достаточно четко фиксируется известный для различных широт и климатических условий сезонный ход 7Ве в аэрозолях, связанный с весенней перестройкой атмосферы (табл. 1 и рис. 2). Сезонный ход подтвержден также Фурье-анализом всей совокупности данных за 7 лет – первая доминирующая гармоника имеет период 52 недели. [11] Весенне-летний максимум ОА 7Ве в аэрозолях наблюдаются как ежегодно (табл.
2), так и в среднем за последние 7 лет (рис. 2). Средние за 7 лет ОА 7Ве в аэрозолях г.
Ростова-на-Дону 5,2 мБк/м3 (2002-2008 гг.), а для г. Москвы 4,4 мБк/м3. [12] Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности Для умеренных широт должна быть зависимость от средних температур (Т) и количества выпавших осадков. [11,12] Наибольшая степень корреляции ОА 7Ве – Т имеет место весной и летом (0,99 и 0,61 соответственно). Для холодных месяцев она либо низкая (к=0,29 – 0,51), либо даже отрицательная в отдельные периоды (осень 2002г., зима 2005 г.), но в среднем за 7 лет остается достаточно высокой (0,68).
Полученные данные для широты 4714с.ш. подтверждают и существенно дополняют данные, полученные для широты 4038. [12] Полученные данные о плотности выпадения 7Ве на земную поверхность приведеныв таблице 2. В среднем за 7 лет плотность выпадений наибольшая в весеннелетний период, как и сезонный максимум содержания 7Ве в аэрозолях. [11] Таблица 2 - Плотность выпадений 7Ве на земную поверхность в среднем за 7 лет Обобщенные результаты анализа связи содержаний 7Ве в аэрозолях и осадках показывают наличие их обратной связи (коэффициенты корреляции по годам -0,61 Максимум количества осадков попадает на июнь – июль и он снижает ОА 7Ве в аэрозолях. В целом это согласуется с данными по влиянию осадков на ОА 7Ве в атмосфере для умеренных широт. [11] Обратная зависимость между ОА 7Ве в аэрозолях и содержанием его в осадках, обусловлена селективным вымыванием 7Ве из атмосферы осадками. Это также подтверждают высокие коэффициенты корреляции плотности выпадений на земную поверхность и количество атмосферных осадков (к= -0,82 – -0,98).
В целом, результаты предварительного анализа содержания 7Ве в атмосферных аэрозолях и осадках позволяют выявить основные особенности вариации этих величин и их связи с климатическими характеристиками региона.
Содержание естественных радионуклидов 238U, 234Th, 232Th, 226Ra, 224Ra и 40К в атмосферных аэрозолях и осадках г. Ростова-на-Дону Содержание ЕРН земного происхождения в приземном слое определяется ветровым подъемом пыли с земной поверхности, пылью дорожной и строительной, а также выбросами автотранспорта и промышленных предприятий.
За период 2002-2008 гг. получен ряд данных по содержанию в атмосферных аэрозолях и осадках 238U, 234Th, 226Ra, 232Th, 224Ra и 40К (табл. 3, табл. 4).
Таблица 3 - Содержание ЕРН в атмосферных аэрозолях за период 2002-2008 гг. [11] Таблица 4 - Содержание ЕРН в атмосферных осадках за период 2002-2008 гг.
Установлено [11], что содержание 238U, 234Th, 226Ra, 232Th, 224Ra и 40К в аэрозолях имеет более или менее ясно выраженный сезонный ход с максимумом в весенне-летний период и минимумом в осенне-зимний период (рис.3, рис. 4.). Причем сезонный ход Ra, 232Th и 40К практически одинаков, в отличие от 226Ra и 234Th. Видимо такой неоднозначный сезонный ход 234Th имеет место из-за своего небольшого периода полураспада (Т1/2=24,1 сут).
Уд.активность Ra-226,Бк/м Для сезонного хода всех ЕРН характерно наличие общих более или менее ярко выраженных особенностей: максимумы в апреле (перестройка в атмосфере) и минимумы в июне (максимум вымывания ОА осадками).
Корреляция среднемесячных содержаний 234Th, 226Ra, 232Th, 224Ra и 40К в атмосферных аэрозолях с содержанием в атмосферных осадках представлена в таблице 5. Обратная зависимость между ОА этих ЕРН в аэрозолях и содержанием их в осадках также обусловлена селективным вымыванием ЕРН из атмосферы осадками. [11] Таблица 5 - Корреляция среднемесячных содержаний 234Th, 226Ra, 232Th, 224Ra и атмосферных аэрозолях с содержанием в атмосферных осадках Содержание радона, торона и их продуктов распада в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону Очевидна особая роль радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в приземном слое воздуха большого города, поскольку кроме эксгаляции радона с поверхности ненарушенных земель имеет место искаженная эксгаляция с урбанизированных территорий и его техногенные выбросы из разнообразных источников (в основном при сжигании органического топлива).
Для г. Ростова-на-Дону содержания радона, торона и их ДПР в атмосфере определялись систематически только в 2008 г. Среднегодовые уровни содержаний 222Rn - 12,45 Бк/м3, 220Rn - 0,33 Бк/м3, 214Bi – 7,67 Бк/м3, 212Bi – 0,25 Бк/м3, 214Рb – 4,07 Бк/м3, Рb – 0,32 Бк/м3, 222Rn не имеет ярко выраженного сезонного хода. Ожидаемый широкий весенне-летний максимум содержания 222Rn в аэрозолях модифицируется за счет значительного количества осадков в мае, июле и августе. Причем особую роль играет не столько количество осадков, сколько степень увлажнения грунта. Осеннезимний максимум имеет, скорее всего, техногенный характер (связанный с отопительным сезоном), а максимумы в апреле и сентябре, возможно, связаны с повышенной эксгаляцией радона растениями (в вегетационный период) и с земной поверхности (по окончании летнего периода интенсивных дождей, подавляющих эксгаляцию радона с земной поверхности). [13] Известно, что 210Pb является самым долгоживущим (Т1/2=22,26 года) из дочерних продуктов распада 222Rn (Т1/2=3,823 года). [14] Среднемесячное содержание 210Pb в атмосферных аэрозолях [15] варьирует в широких пределах (табл. 6): от 0,82 мБк/м3 до 5,61 мБк/м3 при среднегодовом содержании 1,90 мБк/м3. При этом его ОА существенно выше (в 103 раз) [12] содержаний в аэрозолях 226Ra (от 0,54 мкБк/м3 до 3,2 мкБк/м3) и, следовательно, содержащийся в воздухе 226Ra никак не может быть основным источником образования в нем 222Rn и 210Pb. С другой стороны, коэффициенты корреляции содержания 210Pb в аэрозолях с удельной загрязненностью атмосферы довольно низкие (2002г. – 0,45;
2003г. и 2004г. – 0,17). Это может быть указанием на то, что и ветровой подъем с земной поверхности не вносит существенного вклада в загрязнение атмосферы 210Pb.
Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности Таблица 6 - Содержания 210Pb в аэрозолях, усредненные по сезонам и годам [15] На рисунке 5 четко проявляются осенне-зимние максимумы с ноября по март и весенне-летние максимумы в апреле и августе. Первый максимум (осенне-зимний) имеет техногенный характер. Ожидаемый широкий весенне-летний максимум содержания 210Pb в аэрозолях модифицируются за счет значительного количества осадков в июне-июле. [15] Рисунок 5 - Сезонный ход ОА 210Pb за период 2002-2008 гг.
Зависимость ОА 210Pb от количества выпавших осадков обратная. Это подтверждают и данные по плотности выпадения 210Pb на земную поверхность (табл.
7). [15] Таблица 7 - Плотность выпадения 210Pb на земную поверхность При сравнении временного хода среднемесячных содержаний 210Pb в атмосферных аэрозолях и в осадках [15] видно, что в большинстве случаев эти зависимости дополняют друг друга. Например, апрельский максимум для 210Pb в аэрозолях 2002 г. и 2003 г. не сопровождался какими-либо особенностями во временном ходе 210Pb в осадках и наоборот, июньский максимум во временном ходе Pb для осадков компенсирует минимум во временном ходе 210Pb для аэрозолей.
Особенности содержания 210Pb в аэрозолях и осадках соответствуют максимуму, выпавших в июне, осадков.
Выводы. За период 2002-2008 гг. в результате комплексного исследования процессов образования и переноса радионуклидов в приземной атмосфере крупного промышленного центра (на примере г. Ростова-на-Дону) получены данные еженедельного контроля содержаний радионуклидов 7Be, 238U, 234Th, 232Th, 226Ra, 224Ra, Pb, 40K и ежемесячные данные по плотности выпадений их на земную поверхность.
В сезонном ходе всех радионуклидов (кроме радона и его ДПР) имеет место подъем содержания в аэрозолях в весенний период, связанный с перестройкой атмосферы, летнее повышение и зимнее понижение. Особо часто это проявляется для Th и его продукта распада 224Ra, а также для 40K. 222Rn и его ДПР (210Pb) и не имеют ярко выраженного сезонного хода, причем особую роль играет осенне-зимний максимум техногенного происхождения. Для всех радионуклидов установлены корреляции их содержаний в аэрозолях и атмосферных выпадениях с количеством атмосферных осадков, а для 7Be еще и с числами Вольфа (солнечной активностью) и температурой воздуха.
1. Махонько К.П. Руководство по организации контроля состояния природной среды в районе расположения АЭС. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 342 с.
2. Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающую среду.
Радиоэкология после Чернобыля. Под ред.: Ф. Уорнера, Р. Харрисона. М.: МИР. 1999.
647 с.
3. Меркулова К.А. Инженерно-геологические условия г. Ростова-на-Дону.
Ростов н/Д.: РГПУ, 2006. 124 с.
4. Андреев С.С., Андреева Е.С. Биоклиматическая характеристика Ростовской области по индексу патогенности метеорологической ситуации. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение №9.
2003. С. 67-76.
5. Кутилин В.С., Смагина Т.А. Годовой режим температуры воздуха в зональных типах ландшафтов Ростовской области. // Экологические проблемы. Взгляд в будущее: сборник трудов IVмеждунар. конф., Ростов-на-Дону, 2007, С. 203-206.
6. Кутилин В.С., Смагина Т.А. Годовой режим относительной влажности воздуха в зональных типах ландшафтов. // Экологические проблемы. Взгляд в будущее:
сборник трудов Vмеждунар. конф., Ростов-на-Дону, 2008, С. 272-274.
7. Лукьянченко А.Д. Автомобильный транспорт, как основной источник загрязнения атмосферы г. Ростова-на-Дону. // Экологические проблемы. Взгляд в будущее: сборник трудов Vмеждунар. конф., Ростов-на-Дону, 2008, С. 293-295.
8. Землянская Е.А. Особенности загрязнения поверхностных вод г. Ростова-наДону. // Экологические проблемы. Взгляд в будущее: сборник трудов IVмеждунар.
конф., Ростов-на-Дону, 2007, С. 147-149.
9. Steinmann P., Billen T., Loizeau J.L. e.a. Berrilium-7 as a tracer to study Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности mechanisms and rates of metal scavenging from lake surface waters. // Geochimica at cosmochimica. Acta, 1999. v. 63. № 11/12.Р. 43-52.
10. Yoshi Yshikawae.a. Precipitation scavenging studiess of radionuclides in air using cosmogenic7Be. // Environmental radioactivity, 1995. v. 26. Р. 19-36.
11. Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Зорина Л.В., Малышевский В.С., Стасов В.В.
Содержание 7Ве в приземном слое воздуха умеренных широт. // Атомная энергия, 2007.
Т. 102. вып. 6. С. 370-374.
12. Петрова Т.Б., Охрименко С.Е., Власов В.К. и др. Содержание бериллия-7 в атмосферном воздухе г. Москва. // АНРИ, 2003. №3. С. 22-29.
13. Иванова Т.М. Оценка воздействия метеорологических факторов на объемную активность радона и плотность потока радона из грунта. // АНРИ, 2001. №2. С. 9-16.
14. Холопова Ю.В., Чечев В.П., Камынов Ш.В., Кузьменко Н.К., Недовесов В.Г.
Оцененные значения ядерно-физических характеристик радиоактивных нуклидов, применяемых в народном хозяйстве. Справочник. // М.: Энергоатомиздат, 1982. 265 с.
15. Зорина Л.В., Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Стасов В.В. Сезонная зависимость Pb в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону. // АНРИ, 2008. №3. С. 43-48.
Бураева Елена Анатольевна - кандидат химических наук, заведующая лабораторией радиоэкологических исследований Научно-исследовательского института Физики при Южном федеральном университете (НИИ Физики при ЮФУ).
Е-mail: [email protected] Зорина Людмила Валерьевна - научный сотрудник лаборатории радиоэкологических исследований Научно-исследовательского института Физики при Южном федеральном университете (НИИ Физики при ЮФУ). Е-mail: [email protected] Рогов Василий Павлович - студент 5 курса физического факультета Южного федерального университета. Е-mail: [email protected] Стасов Виталий Викторович - младший научный сотрудник в лаборатории радиоэкологических исследований Научно-исследовательского института Физики при Южном федеральном университете (НИИ Физики при ЮФУ).
Е-mail: [email protected] Скоржинский Данил Александрович - студент 5 курса физического факультета Южного федерального университета. Е-mail: [email protected] Bouraeva Elena A. - candidate of Chemistry, the head of the laboratory of radioecological studies, Research Institute of Physics at Southern Federal University (RI at SFU). Е-mail: [email protected] ZorinaLudmila V. –scientist,laboratory of radioecological studies, Research Institute of Physics at Southern Federal University (RI at SFU).Е-mail: [email protected] RogovVasily P. - 5thyearstudent,FacultyofPhysics, SouthernFederalUniversity. Е-mail:
[email protected] StasovVitaly V. –junior scientist, laboratory of radioecological studies, Research Institute of Physics at Southern Federal University (RI at SFU). Е-mail:
[email protected] SkorjinskyDanil A. - 5th year student, Faculty of Physics, Southern Federal University.
Е-mail: [email protected] УДК 556.5.072 (470.45)(470.61)
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СОЛЕВОГО СОСТАВА
ВОДОЕМА-ОХЛАДИТЕЛЯ РОСТОВСКОЙ АЭС
Е.И. Шаврак, О.И. Горская, И.А. Генераленко, Д.С. Шаврак Волгодонский инженерно-технический Volgodonsk Engineering Technical Institute университета «МИФИ»;филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» Branch of JSC «Concern Rosenergoatom»
Федеральное государственное Federal State Institution “Water resources учреждение «Управление водными management of Tsimlyansk reservoir” ресурсами Цимлянского водохранилища»;
Южно-Российский государственный Southern Russian State Technical Рассмотрены особенности солевого состава водоема-охладителя (ВО) и формирующих его материальных потоков; проанализированы зависимости динамики солесодержания от характеристик источников питания ВО; определены критерии стабилизации солевого режима. Произведена проверка адекватности этих критериев.
Ключевые слова: солевой состав, водоем-охладитель, стабилизация, критерии.
The special characteristics of salt composition of cooling reservoir (CR) and material flows forming it are studied; the dependencies of salinity dynamics on the characteristics of the cooling reservoir’s feeding supplies are analyzed; the criteria of salt regime stabilization are determined. Verification of these criteria adequacy is carried out.
Keywords: salt composition, cooling reservoir, stabilization, criteria.
Общей особенностью гидрохимических режимов водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций является постепенное повышение минерализации воды. [1Основная причина этого - испарение значительных объемов воды, приводящее к концентрированию солей. В процессе эксплуатации водоема-охладителя Ростовской АЭС (ВО РоАЭС) выявилась специфическая черта формирования его солевого состава, заключающаяся в поступлении через дно в водоем высокоминерализованных грунтовых вод. [3-4] Целью данной работы является разработка критериев стабилизации солевого состава ВО. Рассмотрены, формирующие его, материальные потоки; охарактеризованы аккумуляционные процессы; проанализирована зависимость солесодержания от характеристик материальных потоков; сформулированы критерии стабилизации солевого состава; проведена проверка их адекватности.
ВО РоАЭС был создан путем отсечения мелководного участка Цимлянскоговодохранилища (ЦВ) с помощью фильтрующей дамбы.За время существования ВО в нем сложился гидрохимический режим, отличающийся от Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности сопряженного участка ЦВ повышенным уровнем минерализации. Мониторинг аккредитованнойлабораториейОКЭБ РоАЭС. В результате статистической обработки этих данных за 2002-2009 гг. установлено, что среднемноголетнее содержаниесульфатов, хлоридов и сухого остаткав ВО выше, чем в ЦВ, соответственно, в3,2, 2,7 и 2,2 раза. Рост солесодержания в ВО происходил, в основном, в период с маяпо октябрь. Остальное время реализовывались процессы уменьшения минерализации воды ВО. К основным потокам,питающим ВО, относятся подпитка из ЦВ, очищенные сточные воды, осадки, поверхностный сток, грунтовые воды. Через плотину, отделяющую ВО от ЦВ, и через дно ВО происходит постоянная фильтрация воды в ЦВ. В таблице 1 приведена информация оформирующих состав ВО потоках.
Показатели солевого состава воды соответствуют данным2005 года, объемы стоков -–расходам для среднего года 50%-ной обеспеченности. В связи с отсутствием достоверной информации о составе грунтовых вод, данные по их солесодержанию были взяты такими же, как у фильтрационной воды.
Таблица 1 - Характеристики основных материальных потоков Показатель Подпитка Очищенные Осадки Поверхност- Грунтовые Филь мг/дм остаток), мг/дм Для оценки степени значимости потоков был рассчитан ихвклад в общее поступление солей. При этом использовано два вида информации, принципиально отличающейся своим происхождением. Данные о подпитке и сточных водах (объемы, солесодержание)получены непосредственно в результате натурных замеров, которые осуществляются соответствующими технологическими службами РоАЭС.
Характеристики фильтрационных потерь, грунтовых вод, осадков и поверхностного стока установлены косвенным путем: с помощью математических моделей [5] и экспертных оценок (табл.1). Полученные результаты свидетельствуют о том, что основными источниками поступления солей в ВО являются подпитка и поверхностный сток. Их вклад в солевой баланс в течение 2003-2008 гг. составлял, в среднем, 65% и 20%.
Оценку аккумуляционных процессов в ВО осуществляли с помощью балансовых расчетов. Все учитываемые материальные потоки разделяли на две группы, отличающиеся происхождением и степенью достоверности характеризующей их информации. В первую группу, называемую в дальнейшем потоками техногенного происхождения, включены подпитка и сточные воды. Показатели этих потоков контролируются с помощью контрольно-измерительной аппаратуры и лабораторных методов анализа. Ко второй группе, потокам природного происхождения, относятся осадки, поверхностный сток, грунтовые воды, фильтрация. Их характеристики, определяемые путем моделирования и экспертных оценок, обладают большей степенью неопределенности. Вклад техногенных источников в солевой баланс ВО рассчитывали по формуле (1):
где m iтехногенн. - масса минерального компонента, поступившего в ВО с подпиткой и очищенными сточными водами за i-й период (месяц, год), тн;
V и С - объем воды (млн м3), поступившей с подпиткой из ЦВ в течение i-го месяца, и концентрация в ней соответствующего компонента (мг/дм3);
Vсв и С iсв - объем (млн м3) и концентрация минерального компонента в сточных основаниибалансовых расчетов по формуле (2):
где - масса минерального компонента, тн, поступившего в ВО за i-й период (месяц, год) с поверхностным стоком, осадками, грунтовыми водами, C ВО, С ВО - концентрации компонентов в водоеме-охладителе в начале и конце ii VВО- объем водоема-охладителя, млн м3.
В таблице2 приведена информация о поступлении солей в составе каждой из групп источников. Среди источников техногенного происхождения наиболее весомый вклад в солевой баланс ВО вносит подпитка. Поскольку вклад источников природногопроисхождения представлен отрицательной величиной, можно предположить, что основным природным фактором формирования минерализации является фильтрационный поток через дамбу и дно из ВО в ЦВ.
формировании солевого режима ВО Наряду с оценкой среднегодовых показателей аккумуляции было произведенорассмотрениезависимости динамики солесодержания от характеристик источников питания ВО. С этой целью предложено использовать величину C i, Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности определяемую по формуле:
ВО ВО ВО
VВО VВО
где все обозначения такие же, как и в формулах 1-2.Были рассчитаны значения C iВО для 94 месяцев 2002-2009 гг, а также проведен корреляционно-регрессионный анализ взаимосвязей между показателями C iВО и величинами M теъхноген и M природн. Установлено наличие статистически значимых корреляций высокого качества между C iВО и M природн при одновременном отсутствии каких-либо связей между C iВО и M теъхноген.Данный факт свидетельствует о том, что определяющими факторами формирования минерализации ВО являются источники природного происхождения.
С помощью балансового метода нами сформулированы критерии стабилизации солевого режима ВО, соответствующие условиям C ВО 0:
где Сiприход - концентрация солевого компонента в обобщенном входном материальном Vприход - объем обобщенного входного потока; С iВО - концентрация компонента в Vф - объем обобщенного выходного материального потока, представленного Адекватность предложенных критериев была проверена на временных диапазонах разной продолжительности (период апрель – декабрь 2006 года; 2005-2009 и 2002- гг). Выбор периода определялся наличием достоверной информации о характеристиках материальных потоков и методикой исследования.
Для апреля – декабря 2006 годав связи с отсутствием информации о поверхностном стоке в качестве составляющих входного потока рассматривались только осадки и подпитка. Определенные расчетным путем значения колебались в диапазоне 0,35-0,38, поэтому условие уменьшения солесодержания ВО для 2006 года имело следующий вид:
Это условие выполнялось в течение рассматриваемого периода только три месяца: апрель, ноябрь и декабрь. При этом была зафиксированаотносительная стабилизация солесодержания ( C ВО 0). Все остальное время (май-октябрь) поддерживалось неблагоприятное соотношение объемов входных и выходных потоков, сопровождающееся повышением солесодержания. Таким образом, анализ ситуации в 2006 году подтверждает предположение, что динамика минерализации зависит от соотношения характеристик входных и выходных потоков. В весенне-зимний период 2006 года это соотношение было оптимальным, летом и осенью наблюдалось преобладание входных потоков над фильтрацией, что привело к накапливанию солей в ВО.
В связи с недостаточностью информации об осадках и поверхностном стоке в качестве основного входного материального потокав 2005-2009 гг. рассматривалась подпитка. Условие уменьшения солесодержания ВО для 2005-2009 гг. имело следующий вид:
где 0,44- соотношение средних концентраций сухого остатка в ЦВ и ВО за 2005-2009.
Анализ фактических данных показал, что это условие выполнялось только в 2008гг., что было связано с увеличением вклада фильтрационных потоков в баланс ВО.
Как следствие, в 2008-2009 гг. отмечено уменьшение темпов роста солесодержания в ВО.
Солевой режим ВО изменяется в результатепротекания сложного комплекса процессов.В ходе исследования динамики солесодержания в 2002-2009 гг. было установлено наличие 8 вариантов этих процессов, представленных в таблице 3. Самым неблагоприятным является наиболее часто встречающийся вариант № 1, осуществление которого приводит к увеличению всех показателей солесодержания.
Чаще всего он реализуется в летнее время, когда, как было установлено выше, в материальном балансе преобладают входные потоки.Наиболее приемлемый вариант 4, способствующий снижению минерализации, характерен для весны и зимы, в это время наблюдается увеличение вклада фильтрационных процессов.
Таблица 3 - Варианты динамики показателей солесодержания воды ВО *Условные обозначения - - увеличение показателя, - уменьшение показателя.
Таким образом, оценка особенностей динамики минерализации в разные временные периоды свидетельствует о том, что рост солесодержания является следствием несбалансированности входных и выходных материальных потоков Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности минеральных веществ, невыполнения критериев стабилизации солевого режима.
1. Основной особенностью солевого режима ВО в 2002-2009 гг. является прогрессирующее в период с маяпо октябрь увеличение минерализации, сопряженное со стабильностью соотношений между концентрациями солей в ВО и ЦВ.
2. Материальными потоками, вносящими основной вклад в солевой баланс ВО, являются: среди источников техногенного происхождения – подпитка, среди источников природного происхождения – фильтрационный поток через дамбу и дно водоема в ЦВ. Динамика солесодержания определяется, преимущественно, потоками природного происхождения.
3. Наиболее благоприятные режимы, приводящие к уменьшению солесодержания или его стабилизации,реализуются при соотношении объемов фильтрационного потока из ВО и прихода воды в ВО равном или большем соотношения солесодержаний входного и выходного потоков.
1. Наталюк Н.Т., Шиманский Б.А. Гидрохимический режим водохранилищаохладителя Добротворской ГРЭС и р.Западный Буг. // Гидрохимия и гидробиология водоемов-охладителей тепловых электростанций СССР. Киев: Наукова думка, 1971.
С.85-95.
2. Морозова О.Г. Особенности формирования гидрохимического режима водоема-охладителя БГРЭС-1 (монография) // О.Г. Морозова, Р.З. Пен, С.М. Репях / Изд. СО РАН «Наука», Новосибирск, 2001. – 216 с.
3. Бубликова И.А., Цуверкалова О.Ф., Баклыкова М.Г. Анализ влияния Волгодонской АЭС на концентрацию сульфатов в водоеме-охладителе// Изв. вузов.
Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -2010. -Спец. вып. – С. 146-150.
4. Шаврак Е.И., Сапельников В.М., Генераленко И.А. Исследование влияния Волгодонской АЭС на экологическое состояние Приплотинного плеса Цимлянского водохранилища // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -2010. -Спец. вып. – С.
160-167.
Атомэнергопроект. – Н. Новгород, 2008.
Шаврак Елена Игнатьевна - кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной экологии Волгодонского инженерно-технического института Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».
E-mail: [email protected] Генераленко Ирина Анатольевна - ведущий специалист отдела водопользованияФедерального государственного учреждения «Управление водными ресурсами Цимлянского водохранилища»
Горская Ольга Ивановна - начальник отдела охраны окружающей среды филиала ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Ростовская атомная станция».
E-mail: [email protected] Шаврак Дмитрий Сергеевич - инженер, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).
E-mail: [email protected] № 1 (2) (2012) Глобальная ядерная безопасность Проблемы ядерной, радиационной и экологической безопасности Shavrak Elena I. – candidate of Technical science, associate professor of the Engineering ecology Department, Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI». E-mail: [email protected] Generalenko Irina A. -the leading specialist of the Water management department, Federal State Institution «Water resources management of Tsimlyansk reservoir»
Gorskaya Olga I. – the head of the Environmental protection department, the branch of JSC «Concern Rosenergoatom»«Rostov nuclear power plant».
E-mail: [email protected] Shavrak Dmitri S. - engineer, Southern Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). E-mail: [email protected]
ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ,
Е СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС
Изыскание, проектирование, строительство и монтаж технологического оборудования АЭС УДК 621.791.75.ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОДНОСТОРОННЕЙ СВАРКИ
ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ СТАЛИ АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНОГО
КЛАССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КЕРАМИЧЕСКОГО
Для хранения отработанного ядерного топлива необходимы емкости специальной конструкции, изготовленные из сталей аустенитно-ферритного класса. Емкости должны быть специальной конструкции из сталей с содержанием бора не менее 1%.Сварка стыкового соединения такого сборника является весьма трудной задачей в связи с наличием ряда проблем:
– проблема сохранения химического состава шва при сварке под флюсом;
– проблема выбора марки флюса с необходимыми сварочно-технологическими свойствами;
– проблема выбора технологии сварки, обеспечивающей двустороннее формирование шва.
В результате проведенных исследований разработаны специализированные марки стали, флюса и, формирующей обратную сторону шва, подкладной ленты.
Создана опытная технология односторонней сварки под флюсом корпуса сборника.
Ключевые слова:ядерная энергетика, сварка сталей, формирование шва, флюсы, гибкие ленты.
Capacities of the special design made of austenit-ferritic kind of steels are necessary for storage of the wasted nuclear fuel. Capacities must have a special design made of steel with the maintenance of boron not less than 1 %.
Welding of a butt bead of such capacity is a rather difficult problem in connection with presence of some problems:
a problem of maintenance of a chemical compound of a welded bead when welding under a flux;
a problem of a choice of mark of a flux with necessary welding-technological properties;
a problem of a choice of technology of the welding providing bilateral formation of a weld.
As a result of the researches the specialized marks of steel, flux and supporting strip forming the back side of the weld are developed. The skilled technology of unilateral welding under the flux of the case of capacity is created.
Keywords: nuclear energy, steel welding, formation of welds, fluxes, flexible strips.
Одним из способов обеспечения ядерной безопасности хранилища отработанного ядерного топлива является размещение сборок тепловыделяющих элементов в чехлах, обладающих способностью поглощать тепловые нейтроны. Такой чехол представляет собой шестигранную трубу с толщиной стенки 6,0 мм, размером под ключ 257 мм, длиной до 4500 мм.
Для изготовления чехлов – эффективных нейтронных поглотителей требуются технологичные конструкционные материалы, содержащие в достаточном количестве элементы с большим сечением захвата нейтронов. К такого рода материалам относится бористая коррозионностойкая сталь (ЧС-82Ш) с содержанием бора 1,3–1,8%, разработанная ОАО НПО ЦНИИТМАШ и широко применяемая в настоящее время в отечественной ядерной энергетике.
Деформационные технологии, используемые в настоящее время при изготовлении данного вида продукции, имеют ряд существенных недостатков, к числу которых можно отнести в первую очередь сложность и трудоемкость получения передельной трубы с заданными геометрическими размерами, необходимость механической обработки с высоким уровнем точности, а также жесткие требования при последующем профилировании.
Целью настоящей работы является изучение возможности изготовления шестигранных труб из стали марки ЧС-82Ш, обеспечивающей содержание бора в металле сварного шва на уровне не менее 1,0 %, с применением автоматической сварки под флюсом, что в значительной мере упрощает процесс их производства. [1] 1. Подбор параметров режима сварки с использованием сварочных проволок марок ЭП792-ВИ и св-03Х19Н60М15. Оптимизация системы легирования керамического флюса.
Для оптимизации технологии однопроходной сварки стали марки с содержанием хрома не менее 14% и бора не менее 1% на базе опытного флюса ФКБ-1, обеспечившего максимальное содержание бора в сварном шве, с целью улучшения сварочно-технологических свойств флюса (отделимость шлаковой корки, формирование наплавленного валика и обратной стороны сварного шва, снижения количества дефектов в металле сварного шва и т.д.), [2] а также для получения стабильного содержания бора в металле сварного шва, была изготовлена партия нового керамического флюса, получившего условное обозначение ФКБ-4. Внешний вид керамического флюса представлен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Внешний вид керамического флюса ФКБ- С использованием флюса ФКБ-4 в сочетании с проволоками марок Св-01Х12Н Изыскание, проектирование, строительство и монтаж технологического оборудования АЭС (ЭП792-ВИ) и Св-03Х19Н60М15 на режимах, представленных в таблице 1. выполнялась сварка пластин из стали марки (ЧС-82Ш), вырезанных из штатной шестигранной трубы.
Таблица 1.1 – Пределы изменения параметров режима сварки стали ЧС-82Ш под флюсом ФКБ–4 в сочетании с проволоками ЭП792-ВИ (1) и СвХ19Н60М15(2) Внешний вид сварных швов представлен на рисунках 1.2 и 1.3.
Рисунок 1.2 – Внешний вид образца для подбора режима сварки под флюсом ФКБ- Рисунок 1.3 – Внешний вид образца для подбора режима сварки под флюсом ФКБ – Одним и важных условий при оптимизации технологии сварки является достижение полного проплавления при минимальном усилении корневой и наружной части сварного шва. В результате проведенных экспериментов были выбраны оптимальные режимы для сварки стали марки (ЧС-82Ш) с использованием сварочных проволок Св-01Х12Н2 (ЭП792-ВИ) и Св-03Х19Н60М15 в сочетании с опытным керамическим флюсом ФКБ-4. [3] Таблица 1.2 – Режимы сварки под флюсом марки ФКБ - 4 в сочетании с проволоками Марка сварочной В результате проведенных исследований установлено, что флюс марки ФКБ- обладает приемлемым уровнем сварочно-технологических свойств (хорошее формирование металла сварного шва, легкая отделимость шлаковой корки, отсутствие внешних дефектов-пор, трещин, шлаковых включений, подрезов и т.д., хорошее формирование обратной стороны сварного шва на «флюсовой подушке»). Химический анализ показал, что керамический флюс ФКБ-4 должен обеспечивать содержание бора в металле сварного шва не менее 1 %. [4] 2. Отработка технологии формирования обратной стороны сварного шва при односторонней сварке стали марки (ЧС-82Ш) С проблемами формирования обратной стороны и корня шва при дуговой сварке постоянно сталкиваются при сборке различного рода металлоконструкций. Так, например, при сварке технологических и магистральных трубопроводов, обечаек резервуаров, криволинейных обводов корабельных металлоконструкций с ограниченными возможностями доступа к обратной стороне стыкового и углового соединения с одной стороны, и сложностью, дороговизной и неэффективностью использования различного рода центраторов и остающихся подкладок с другой, основной проблемой является создание технологичных, рентабельных и многофункциональных устройств и материалов, обеспечивающих стабильную форму обратного валика с гарантией стандартной прочности конструкции.
Для решения комплексной задачи – создания высокопроизводительного процесса односторонней дуговой сварки с двухсторонним формированием шва, необходимо выявить факторы, влияющие на появление внутренних и наружных дефектов обратного валика (неравномерной высоты и ширины, шлаковых и газовых включений, подрезов, низкоградусных углов перехода от усиления к основному металлу), и, в результате, разработать технологию и материалы, обеспечивающие бездефектную форму обратной стороны шва.
Как уже говорилось выше, в качестве возможных способов выполнения сварного соединения рассматривались два варианта формирования обратной стороны сварного шва:
– сварка с формированием обратной стороны однопроходного шва на «флюсовой подушке»;
– сварка с формированием обратной стороны однопроходного шва с помощью подкладных лент. Оба эти способа были реализованы в процессе проводимых экспериментов (рисунки 2.1 а, б, и 2.2 а, б).
Изыскание, проектирование, строительство и монтаж технологического оборудования АЭС Рисунок 2.1 – сварка под флюсом ФКБ-4 «на флюсовой подушке»
Рисунок 2.2 – сварка под флюсом ФКБ-4 на подкладной ленте ЛМС - Однако, следует отметить, что добиться стабильных результатов, а тем более осуществить сварку с формированием обратной стороны сварного шва на «флюсовой подушке» с учетом требований к штатному изделию (минимальное усиление корневого валика), представляется весьма затруднительным.
Этому препятствуют довольно высокая критичность таких параметров, как величина сварочного тока, скорость сварки и размер зазора между свариваемыми кромками. Даже при незначительном превышении значения величины сварочного тока над заданным ( 5%) и увеличении зазора между свариваемыми кромками на 1мм.
возможно неудовлетворительное формирование обратной и наружной стороны шва.
Помимо этого определенные трудности неизбежно возникают при устройстве «флюсовой подушки» на внутренней поверхности свариваемой конструкции.
В данных условиях формирование обратной стороны сварного шва на гибких (мягких) подкладках является более предпочтительным, так как не требует сложных технологических приспособлений и обеспечивает, при отработанной технологии, стабильное качество металла одностороннего сварного шва. Необходимо также отметить, что мягкие однослойные и многослойные подкладки обеспечивают качественное формирование обратной стороны шва во всех пространственных положениях. Поэтому, при выборе подкладок предпочтение было отдано именно гибким (мягким) формирующим подкладкам.
На промышленном уровне для гарантии обеспечения необходимой формы обратного валика, с начала 80-годов и по настоящее время, выпускаются керамические подкладки одноразового использования фирмы «ESAB», марки ОК, керамические подкладки КП и ПКП (ИЭС им. Е.О. Патона), подкладки фирмы Lincoln и др. фирм, в том числе и отечественных.
Для проведения исследований были выбраны гибкие подкладные ленты отечественного производства марки ЛМС-3 на основе стекловолокна, внешний вид которой представлен на рисунке 2.3, а схема подготовки стыкового соединения из стали марки (ЧС-82Ш) представлена на рисунок 2.4.
Рисунок 2.3 – Внешний вид гибкой однослойной подкладной ленты ЛМС - Рисунок 2.4 – Конструкция свариваемых образцов на подкладной ленте Особенность подкладной ленты заключается в том, что она является средством неоднократного применения, в отличие от других керамических подкладок. Данная гибкая подкладка сплошная, в отличие от других типов. Лента двухкомпонентная и имеет две стороны: легкоплавкую и тугоплавкую. Тугоплавкая сторона фиксирует высоту обратного валика, а легкоплавкая дает плавность растекания металла.
Свариваемые пластины были собраны с зазором 1,6 мм, для жесткости по краям, были приварены ребра из той же стали. Сварка образцов проводилась на установке фирмы «ESAB» с использованием гибкой ленты ЛМС-3[5] в сочетании с флюсом ФКБОсновная задача заключалась в достижении формирования обратной стороны валика с минимальным усилением, которое определяется свойствами образующегося шлака.
Режимы, на которых осуществлялась сварка с использованием подкладной ленты марки ЛМС-3 представлены в таблице 2.1.
Изыскание, проектирование, строительство и монтаж технологического оборудования АЭС Таблица 2.1 – Режимы односторонней сварки с использованием подкладной ленты В 4 (тугоплавкая сторона) B 4 (легкоплавкая сторона) B 3(тугоплавкая сторона) Внешний осмотр сваренных образцов показал, что использование оптимальных режимов позволяет получать качественное формирование обратной стороны сварного шва (рисунок 2.5 а, б, 2.9 а, б).
Рисунок 2.5 – Образец, заваренный с использованием подкладной ленты ЛМС – Рисунок 2.6 – Образец, заваренный с использованием подкладной ленты ЛМС – Внешний вид подкладной керамической ленты ЛМС - 3 после сварки образца показан на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 – Внешний вид подкладной ленты после сварки Контроль сварки рентгеновским просвечиванием подтвердил высокое качество стыковых соединений при односторонней сварке стали (ЧС-82Ш), выполненных как на «флюсовой подушке», так и с применением керамических подкладных лент.
Односторонняя сварка с использованием керамического флюса ФКБ-4 показала практически полное отсутствие дефектов. В сварном шве не обнаружены шлаковые включения, поры, трещины. На рентгеновских снимках выявлены только технологические дефекты, а именно: неполное проплавление, что связано с отступлением от оптимальных режимов сварки. Рентгеновские снимки сварных соединений представлены на рисунке 2. Рисунок 2.8 – Рентгеновские снимки сварных соединений В результате проведенных исследований разработана технология автоматической односторонней сварки под керамическим флюсом стыковых соединений стали марки ЧС82-Ш, толщиной 6 мм с формированием обратной стороны сварного шва при помощи гибкой подкладной ленты марки ЛМС-3 и «флюсовой подушки», которая позволяет обеспечивать качественное сварное соединение при односторонней сварке с полным проплавлением.
Изыскание, проектирование, строительство и монтаж технологического оборудования АЭС Исследование свойств металла сварного соединения, выполненного на стали марки ЧС-82ш под флюсом ФКБ- 3.1 Проведение механических испытаний Учитывая положительный опыт, полученный при проведении предварительных исследований по сварке стали марки ЧС-82Ш, были заварены контрольные сварные соединения под опытным керамическим флюсом ФКБ-4 на оптимальных режимах в сочетании со сварочными проволоками марок Св-03Х19Н60М15 и ЭП792-ВИ.
Для проведения механических испытаний, согласно СТП 2700-137-80 и СТП 2700-197-81, была изготовлена серия образцов (рисунок 3.1) для испытаний на растяжение и на статический изгиб.
Рисунок 3.1 – Образцы для механических испытаний на растяжение Результаты испытаний на растяжение представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Результаты испытаний на растяжение сварных соединений, выполненных автоматической односторонней сваркой на стали ЧСШ, с использованием сварочных проволок Св-03Х19Н60М15 и ЭП792-ВИ в сочетании с опытным керамическим флюсом ФКБ- Испытания показали, что разрушение всех образцов происходит по основному металлу, носит хрупкий характер без пластического течения. Сварное соединение обладает достаточно высоким уровнем прочностных характеристик, сопоставимым с характеристиками основного металла.
Испытания на статический изгиб показали, что разрушение контрольных образцов происходит по основному металлу при различных углах изгиба, при этом минимальный составляет ~ 5, а максимальный – 30°, что также свидетельствует о хрупком характере разрушения и низкой пластичности основного металла (рисунок 3. а, б).
а – образцы, выполненные с применением сварочной проволоки марки б – образцы, выполненные с применением сварочной проволоки марки Рисунок 3.2 – Характер разрушения сварных образцов в результате испытаний 3.2 Проведение металлографических исследований Исследования микроструктуры сварных соединений показало, что структура сварных швов, выполненных под керамическими флюсами, отличается от околошовной зоны и основного металла (рисунок 3.3 – 3.7). Металл сварного шва имеет более мелкозернистую структуру, чем основной металл и зона термического влияния, что, повидимому, и сказывается на результатах испытаний.
«