1.3. Классификация и пределы загрузки упаковок
1.3. Классификация и пределы загрузки упаковок 
1.3.1-С1. В данном пункте указаны три различных вида условий перевозок и три уровня степени тяжести возможных воздействий на груз РМ при перевозках. Это необходимо для дальнейшей классификации по методам испытаний упаковок.
1.3.1-С2. Обычные условия определяются теми воздействиями на груз, которые всегда имеют место на транспорте (ускорения, вибрация, колебания температуры окружающей среды, влажность и т.д.). НП-053-04, за исключением некоторых положений по температуре, ускорениям и вибрации, не устанавливают требований к испытаниям для обычных условий перевозки. Для конкретных видов транспорта они могут быть установлены дополнительно в соответствующих правилах. Также следует применять общее требование по п. 2.8.14 НП-053-04 об использовании общих промышленных стандартов для конструктивного исполнения и изготовления упаковок.
1.3.1-С3. В общем виде нормальные условия или испытания на нормальные условия определяют те ситуации и воздействия при перевозке, после которых груз РМ обычно продолжает следовать без принятия каких-то специальных дополнительных мер. Хотя они и не являются обычными условиями, тем не менее полагается, что может отсутствовать даже констатация факта такого воздействия. В НП-053-04 принято, что нагрузки в нормальных условиях могут имитироваться испытаниями на нормальные условия, указанными в НП-053-04.
1.3.1-С4. В Правилах принято, что нагрузки, которые могут воздействовать на груз РМ в аварийных условиях, могут быть имитированы испытаниями на аварийные условия, указанными в Правилах.
1.3.1-С5. Испытания на нормальные и аварийные условия не полностью и не абсолютно точно имитируют те происшествия и аварии, которые возможны при перевозке. Тем не менее имеется достаточно много обоснований, устанавливающих, что такие испытания перекрывают по степени воздействия подавляющее большинство ситуаций на транспорте.
1.3.2-С1. Классификация упаковок в НП-053-04 и в данном пункте НП-053-04 установлена в зависимости от количества и степени опасности перевозимого РМ. Общий принцип такой - чем большую опасность представляет РМ, тем более жесткие требования предъявляются к конструкции упаковки, т.е. тем большим механическим, тепловым и другим возможным при перевозке воздействиям должна противостоять конструкция, а именно:
- упаковки с наиболее опасными РМ должны удовлетворять предъявляемым требованиям во всех условиях перевозки - обычных, нормальных и аварийных;
- упаковки РМ ограниченной и достаточно низкой опасности должны удовлетворять предъявляемым требованиям при нагрузках, которые могут воздействовать на упаковки при обычной перевозке и при незначительных происшествиях, но могут быть разрушены при серьезных авариях;
- упаковки с РМ крайне малой опасности должны быть рассчитаны только на обычные условия перевозки.
1.3.2-С2. Классификация упаковок в НП-053-04 проведена по типам в зависимости от степени радиационной опасности. По степени ядерной опасности специального обозначения типа упаковки не вводится, хотя устанавливаются конкретные требования к упаковкам с делящимися РМ, представляющими ядерную опасность.
1.3.2-С3. Конкретные требования к упаковкам различных типов указаны в соответствующих пунктах раздела 2 НП-053-04.
1.3.2-С4. Классификация упаковок в НП-053-04 полностью соответствует классификации упаковок в Правилах МАГАТЭ-96.
1.3.3-С1. Общим требованием к пределам загрузки упаковок служит требование о загрузке только того РМ, для которого упаковка была сконструирована (модернизирована) и прошла соответствующее согласование (утверждение). Более конкретные требования к пределам загрузки указаны в подпунктах данного пункта НП-053-04.
1.3.3.1-С1. Допустимые пределы загрузки освобожденных упаковок очень сильно различаются (в сотни и тысячи раз) в зависимости от физических свойств и изделия, в котором находится РМ. Увеличение допустимой активности при перевозках приборов и инструментов с РМ в общем виде обосновывается тем, что прибор сам служит дополнительным барьером против опасного воздействия материалов. Конкретные требования к таким приборам и инструментам приведены в НП-053-04.
1.3.3.2-С1. См. справки 5.6.1-С1, 5.6.1-С2 и 5.6.5-С1 настоящего Руководства.
1.3.3.2-С2. Концентрации, включенные в определения материалов
НУА и ОПРЗ в Правилах МАГАТЭ издания 1973 г., были таковы, что в
случае потери упаковки разрешенные материалы могли бы производить
уровни излучения, превышающие приемлемый уровень для упаковки типа
A в условиях аварий. Поскольку от промышленных упаковок,
используемых для перевозки материалов НУА и ОПРЗ, не требуется
удовлетворять предъявляемым к ним требованиям при транспортных
авариях, в Правила МАГАТЭ издания 1985 были введены положения об
ограничении содержимого упаковок до количества, которое позволит
удерживать уровень излучения на расстоянии 3 м от незащищенного
материала или объекта в пределах 10 мЗв/ч. Не ожидается, что
геометрические изменения материалов НУА и ОПРЗ в результате аварии
приведут к значительному повышению этого уровня внешнего
излучения. Это ограничивает аварийные последствия, связанные
материалом НУА и ОПРЗ, по существу, тем же уровнем, который
относится к упаковкам типа A, где значение A основано на
1
незащищенном содержимом упаковки типа A, создающем уровни
излучения 100 мЗв/ч на расстоянии 1 м (п. 521.1 TS-G-1.1).
Определены пределы активности для перевозочного средства для
материалов НУА и ОПРЗ; учитывалась повышенная опасность,
представляемая жидкостями и газами, горючими твердыми веществами и
уровнями загрязнения в условиях аварий (п. 525.1 TS-G-1.1).
1.3.3.3-С1. Величины A и A для одного и того же радионуклида
1 2
могут существенно различаться. То есть предел активности в
упаковке типа A может быть различным в зависимости от того,
относится или нет данный РМ по физико-химическим свойствам к РМ
особого вида.
1.3.3.3-С2. Ограничения активности содержимого упаковок типа A
(A для материалов особого вида и A для материалов, не
1 2
относящихся к особому виду) для любого радионуклида или комбинации
радионуклидов выводятся на основе радиологических последствий,
которые полагаются приемлемыми в рамках принципов радиологической
защиты после разрушения упаковки в результате аварии. Метод
определения значений A и A приведен в приложении 1 НП-053-04
1 2
(п. 401.1 TS-G-1.1).
1.3.3.3-С3. В Правилах не предписаны ограничения по количеству
упаковок типа A, перевозимых на транспортном средстве. Упаковки
типа A перевозятся совместно и иногда в больших количествах. В
результате источник в случае аварии при таких перевозках может
быть больше чем выход из единичной поврежденной упаковки. Но
считается, что нет необходимости ограничивать величину
потенциального источника, сокращая количество упаковок типа A на
транспортном средстве. Большинство упаковок типа A содержит малую
долю от значений A или A ; лишь малый процент грузов из упаковок
1 2
типа A имеет активность больше, чем эквивалент одной полной
упаковки типа A. Исследование, предпринятое в Великобритании [22],
показало, что самая большая загрузка транспортного средства с
большим количеством упаковок типа A была эквивалентна менее чем
пяти полным упаковкам данного типа. Опыт также показывает, что
упаковки типа A хорошо проявляют себя во многих аварийных
условиях. Суммирование данных об инцидентах из США [23] и
Великобритании [24] за период около 20 лет дает информацию о 22
авариях с грузами множества упаковок типа A. Выход радиоактивного
содержимого имел место только в двух из этих случаев. Оба они
-4
привели к выходу активности порядка 10 A . Еще один пример можно
2
найти в описании аварии, случившейся в США в 1983 г. [25] с
транспортным средством, перевозившим 82 упаковки (типа A и
освобожденные) с суммарной активностью на борту 4 A . Две упаковки
2
-4
были разрушены с выходом материала активностью примерно 10 A
2
(п. 401.2 TS-G-1.1).
1.3.3.4-С1. Пределы содержимого для упаковок типа B(U) и типа
B(M) указываются в сертификатах-разрешениях об утверждении
(п. 415.1 TS-G-1.1).
1.3.3.4-С2. Для упаковок типа B(U) и типа B(M),
предназначенных для перевозки по воздуху, пределы содержимого еще
более ограничены меньшей из величин 3000 A или 100000 A для
1 2
материалов особого вида и 3000 A для других РМ (п. 416.1
2
TS-G-1.1).
1.3.3.4-С3. Предел 3000 A для материала не особого вида был
2
установлен с учетом работы по анализу риска, выполненной Хубертом
и др. [26] и касающейся поведения упаковки типа В в авариях при
перевозке по воздуху. Он же является пороговым значением, для
которого требуется утверждение перевозки упаковок типа B(M)
(п. 416.2 TS-G-1.1).
1.3.3.4-С4. Что касается предела радиоактивного содержимого
для материала особого вида, то из системы Q следует, что для него
значение 3000 A было принято в качестве предела радиоактивного
1
содержимого параллельно с пределом 3000 A для такого материала.
2
Однако для некоторых альфа-излучателей отношение A к A может
1 2
4
достигать величины 10 , что привело бы к эффективной потенциальной
7
загрузке упаковки 3 x 10 A в нерассеиваемом виде. Это виделось
2
как нежелательно высокий уровень радиоактивного содержимого, в
частности, если особый вид материала частично нарушается при очень
тяжелой аварии. Предполагалось, что сходство между испытанием на
столкновение для материала особого вида и испытания на
механическое повреждение для упаковок типа B позволяет ожидать
2
снижения выброса в 10 раз по сравнению с упаковкой типа B,
позволяя увеличивать источник от 100 до 300000 A . В качестве
2
консервативной оценки было принято значение 100000 A (п. 416.3
2
TS-G-1.1).
1.3.3.4-С5. Радиоактивные материалы в нерассеиваемом виде или
закрытые в прочной металлической капсуле представляют минимальную
угрозу загрязнения, хотя опасность от прямого излучения остается.
Дополнительная защита, обеспечиваемая для материалов особого вида,
достаточна, чтобы перевозить материалы особого вида по воздуху в
упаковке типа B(U) в количествах до 3000 A , но не более значений
1
100000 A для этого нуклида особого вида. Французские исследования
2
показали, что некоторые материалы особого вида, утвержденные по
существующим нормам, могут сохранять свою удерживающую функцию и
при испытаниях для условий авиакатастроф [26] (п. 416.4 TS-G-1.1).
1.3.3.5-С1. Конструкция упаковки типа С должна ограничивать потенциальный выход до приемлемых уровней при попадании упаковки в тяжелую авиакатастрофу. Пределы содержимого упаковки типа C, указываемого в сертификате-разрешении об утверждении, учитывают требования к испытаниям упаковок типа C, отражающие очень серьезные аварийные нагрузки, которые возможны при тяжелой авиакатастрофе. Конструкция должна также обеспечивать совместимость формы материала и его физического или химического состояния с системой защитной оболочки (система герметизации) (п. 417.1 TS-G-1.1).
1.3.3.6-С1. Кроме соответствующих ограничений по величине активности, упаковки с делящимися РМ имеют ограничения по загрузке с точки зрения обеспечения ядерной безопасности (критичности).
1.3.3.6-С2. Важно, чтобы содержание делящегося материала в упаковке соответствовало утвержденному описанию ее содержимого, поскольку безопасность по критичности может быть чувствительной к количеству, типу, форме и конфигурации делящегося материала, фиксированных поглотителей нейтронов и (или) иных неделящихся материалов, включенных в содержимое. В описание разрешенного содержимого следует включать все материалы (например, внутренние резервуары, упаковочные материалы, части свободных пространств) или значительные примеси, которые возможно или по своей природе наверняка присутствуют в упаковке. Таким образом, при оценке безопасности следует тщательно учитывать весь диапазон изменения параметров, характеризующих все материалы, являющиеся возможными компонентами содержимого упаковки. Важно соответствие количества делящегося материала определенному в сертификате-разрешении об утверждении, потому что любые изменения могут вызывать увеличение коэффициента размножения нейтронов вследствие большего количества делящегося материала или в случае уменьшения его количества приводить к увеличению реактивности вследствие оптимизации замедления на воде (например, в сертификате-разрешении может требоваться перевозка полных топливных сборок без удаленных стержней). Включение делящегося материала или иных радионуклидов, не разрешенных для упаковки, может оказывать неожиданное влияние на безопасность по критичности (например, замена U-235 на U-233 может давать больший коэффициент размножения). Аналогично помещение одного и того же количества делящегося материала в гетерогенном или гомогенном распределении может значительно влиять на коэффициент размножения. Расположение в гетерогенной решетке дает более высокую реактивность для системы низкообогащенного урана, чем гомогенное распределение того же количества материала (п. 418.1 TS-G-1.1).
1.3.3.7-С1. Кроме соответствующих ограничений по величине активности, упаковки с гексафторидом урана имеют дополнительные ограничения согласно пункту 1.3.3.7 НП-053-04.
1.3.3.7-С2. Предел массы гексафторида урана в загруженной упаковке определен так, чтобы предотвращать переопрессовку как при заполнении, так и при опорожнении. Этот предел следует основывать на максимальной рабочей температуре контейнера с гексафторидом урана, сертифицированном минимальном внутреннем объеме контейнера, минимальной чистоте гексафторида урана 99,5% и минимальном запасе безопасности 5% свободного объема, когда гексафторид урана находится в жидком состоянии при максимальной рабочей температуре [27] (п. 419.1 TS-G-1.1).
1.3.3.7-С3. Требование, чтобы гексафторид урана был в твердой
форме и чтобы внутреннее давление в контейнере с гексафторидом
урана было ниже атмосферного при передаче для перевозки,
установлено как метод безопасного выполнения операций и для
обеспечения максимального запаса безопасности при перевозке. В
общем случае контейнеры заполняют гексафторидом урана при
давлениях выше атмосферного в газообразном или жидком состоянии.
Пока гексафторид урана не охлажден и не отвержден, нарушение
системы герметизации как контейнера, так и системы заполнения на
предприятии может приводить к опасному выбросу этого вещества.
Однако поскольку тройная точка для гексафторида урана имеет
5
параметры 64 °C при нормальном атмосферном давлении 1,013 x 10
Па, то если гексафторид урана представлен для перевозки в
термически стабильном состоянии, крайне маловероятно, что в
нормальных условиях перевозки он нагреется выше тройной точки
(п. 419.2 TS-G-1.1).
1.3.3.7-С4. Соблюдение требования о нахождении гексафторида урана при перевозке в твердой форме при внутреннем давлении в контейнере ниже атмосферного обеспечивает следующее: (a) обращение с контейнером до и после перевозки, а также при перевозке в нормальных условиях будет осуществляться при максимальном запасе безопасности исполнения данной упаковки; (b) максимизацию конструктивных возможностей упаковки; (c) надлежащую работу системы герметизации упаковки. Выполнение этого требования исключает представление на перевозку контейнеров, которые не были должным образом охлаждены после заполнения (п. 419.3 TS-G-1.1).
1.3.3.7-С5. Вышеописанные критерии для установления пределов заполнения и специальные пределы заполнения контейнеров с гексафторидом урана, наиболее широко используемых во всем мире, определены в [27]. Пределы заполнения любых других контейнеров с гексафторидом урана следует устанавливать, используя эти критерии, и для каждого контейнера, требующего утверждение компетентного органа, анализ, устанавливающий предел заполнения и величину этого предела, следует включать в документацию по безопасности, направляемую компетентному органу. В безопасном пределе заполнения следует учитывать внутренний объем гексафторида урана в разогретом и жидком состоянии и в дополнение указывать незаполненный объем (т.е. объем газа) над жидкостью в контейнере (п. 419.4 TS-G-1.1).
1.3.3.7-С6. Гексафторид урана значительно расширяется при фазовом переходе из твердого состояния в жидкое. Он расширяется из твердого состояния при 20 °C до жидкого при 64 °C на 47% (от 0,19 до 0,28 куб. см/г). Кроме того, жидкий гексафторид урана будет расширяться дополнительно на 10% по отношению к объему в твердом состоянии (от 0,28 куб. см/г в тройной точке до 0,3 куб. см/г) при нагреве от 64 до 113 °C. В результате может наблюдаться дополнительный существенный рост объема гексафторида урана между температурой заполнения и более высокой температурой. Поэтому проектировщику и оператору установки, заполняющей контейнеры гексафторидом урана, следует уделять особое внимание обеспечению соблюдения предела заполнения контейнеров. Это особенно важно, поскольку если не уделять этому внимания, количество материала, которое может быть залито в контейнер, может значительно превышать безопасный предел заполнения при температуре, с которой гексафторид урана обычно разливается в контейнеры (например, при температуре около 71 °C). Например, контейнер объемом 3964 л с пределом заполнения 12261 кг может принять до 14257 кг гексафторида урана при 71 °C. При нагреве выше 71 °C жидкий гексафторид урана может целиком заполнять контейнер и за счет гидравлических сил деформировать и разорвать его. Количество гексафторида урана, превышающее 14257 кг, может разорвать контейнер при нагревании выше 113 °C. Разрыв за счет гидравлических усилий - это хорошо изученное явление, и оно должно быть исключено путем соблюдения установленных пределов заполнения, основанных на сертифицированном минимальном объеме контейнера и плотности гексафторида урана при 121 °C для всех контейнеров при максимальной температуре, определяемой конструкцией контейнера [28] (п. 419.5 TS-G-1.1).
1.3.3.7-С7. Перед перевозкой контейнера с гексафторидом урана
грузоотправителю следует убедиться, что его внутреннее давление
ниже атмосферного путем измерения датчиком давления или иным
прибором, показывающим давление. Это соответствует ISO 7195,
который указывает, что для демонстрации пригодности цилиндра к
перевозке гексафторида урана следует проводить испытание на
наличие давления, меньше атмосферного в холодном состоянии.
Согласно ISO 7195, контейнер с гексафторидом урана не следует
перевозить, пока не продемонстрировано, что давление внутри меньше
4
атмосферного и равно 6,9 x 10 Па. В эксплуатационной процедуре
для упаковки следует определять максимально допустимое давление,
меньше атмосферного, измеренное таким образом, которое будет
приемлемо для перевозки; результаты этого измерения следует
включать в соответствующую документацию. Это предперевозочное
испытание следует также сопровождать согласованными процедурами
обеспечения качества (п. 419.6 TS-G-1.1).
