РБ-039-07 Руководство по безопасности "Обеспечение безопасности при транспортировании радиоактивных материалов (справочный материал к Правилам безопасности при транспортировании радиоактивных материалов, НП-053-04)"

     3.1. Общие положения

3.1.1-С1. Подтверждать соответствие РМ и упаковок требованиям НП-053-04 можно любым из методов, приведенных в подпунктах а)-г), или их сочетанием. Поэтому в тексте НП-053-04 и в настоящем Руководстве, если специально не указано проведение практического испытания, под испытанием понимается любой из указанных методов доказательств или их сочетание.

3.1.1-С2. Правила содержат нормы по эксплуатационным характеристикам, как противоположность специальным конструкционным требованиям. Хотя это и означает большую гибкость для проектировщиков, однако представляет больше трудностей при получении утверждения. Смысл в том, чтобы разрешать заявителю использовать принятую инженерную практику для оценки упаковки или РМ. Это может включать в себя испытание полномасштабных упаковок, масштабных моделей, макетов отдельных частей упаковок, расчеты и разумную аргументацию или комбинацию этих методов. Вне зависимости от использованных методов, документация должна быть достаточно полной и точной, чтобы убедить компетентные органы в том, что все аспекты безопасности и виды отказов рассмотрены. Все принятые допущения следует ясно излагать и обосновывать в полной мере (п.701.1 TS-G-1.1).

3.1.1-С3. Решение о выборе метода доказательства соответствия РМ или упаковки Правилам основывается на многочисленных факторах, включая сложность и новизну конструкции, наличие необходимого оборудования, возможностей макетирования и моделирования. Целесообразно уже в ходе разработки проконсультироваться по этому вопросу с ГКО и органами государственного регулирования безопасности.

3.1.1-С4. Для демонстрации соответствия следует рассматривать многие другие факторы. Они включают в себя (но не ограничиваются этим) сложность конструкции упаковки, специальные явления, которые требуют исследования, наличие оборудования, возможность точных измерений и (или) влияние масштабного фактора (п.701.3 TS-G-1.1).

3.1.1-С5. Испытание упаковок, содержащих РМ, представляет собой особую проблему, связанную с радиоактивной опасностью. В то время как проведение испытаний, требующих использования радиоактивных материалов, может быть нецелесообразным, необходимо убедить компетентные органы, что все регулирующие требования выполнены. При решении вопроса о том, должны ли использоваться при проведении испытаний РМ или предназначенное радиоактивное содержимое, следует выполнять оценки радиационной безопасности (п.701.2 TS-G-1.1).

3.1.1-С6. В том случае, когда Правила требуют соответствия установленному пределу удельной утечки, разработчику следует предусматривать специальные средства, чтобы иметь возможность продемонстрировать требуемую степень герметичности. Один из методов состоит в том, чтобы предусматривать какую-либо пробоотборную камеру или испытательный штуцер, которые могут быть легко проверены перед погрузкой (п.701.4 TS-G-1.1).

3.1.1-С7. В испытуемых моделях следует точно представлять заданную конструкцию с методами изготовления, обеспечением качества и контролем качества, идентичными тем, которые предназначены для конечного продукта. Повышенное внимание следует уделять прототипу гарантии, что испытуемый образец действительно представляет изделие. Если используется имитация радиоактивного содержимого, то следует обеспечивать, чтобы это содержимое правильно представляло реальное содержимое по массе, плотности, химическому составу, объему и любым другим важным характеристикам. Требуется, чтобы содержимое имитировало любые нагрузки, воздействующие на внутреннюю поверхность упаковки и на закрывающие крышки. Любые недостатки и отличия модели следует документировать перед испытаниями, кроме того, следует проводить оценки с целью определения, как могут повлиять выявленные отличия на результаты испытаний - либо положительно, либо отрицательно (п.701.5 TS-G-1.1).

3.1.1-С8. Число образцов, использованных в испытаниях, будет зависеть от характерных особенностей конструкции, которую необходимо испытать, и от желаемой надежности оценок. Можно повторить испытания с различными образцами для оценки вариации в диапазоне свойств спецификации материалов или допусков, имеющихся в конструкции (п.701.6 TS-G-1.1).

3.1.1-С9. Результаты испытаний могут приводить к необходимости увеличивать количество образцов для того, чтобы удовлетворять требованиям процедуры испытаний относительно максимального повреждения. Допустимо использовать компьютерное моделирование с целью уменьшения количества требуемых испытаний (п.701.7 TS-G-1.1).

3.1.1-С10. Должна быть проявлена тщательность при планировании оснащения инструментами и проведении анализа как для испытаний масштабных моделей, так и для полномасштабных испытаний. Следует обеспечивать адекватную калибровку инструментов и испытательных приборов с тем, чтобы результаты испытаний могли быть документированы и оценены с целью верификации результатов испытаний. В то же самое время следует исключать влияние на испытываемую модель инструмента и измерительных приборов, электрических соединений, которые могли бы сделать результаты испытаний недействительными (п.701.8 TS-G-1.1).

3.1.1-С11. Если для оценки поведения упаковки при ударе используются датчики ускорения, следует учитывать частоту отсечки (граничную частоту). Эту частоту следует выбирать в соответствии со структурой (формой и размерами) упаковки. Опыт показывает, что для упаковки массой 100 метрических тонн с ограничителем удара частота отсечки будет между 100 и 200 Гц, а для меньших упаковок с массой m метрических тонн значение частоты отсечки следует умножать на коэффициент (100/m). Если упаковка включает в себя элементы, необходимые для обеспечения безопасности в условиях удара и имеющие резонанс на основной частоте или частоте первой моды колебаний, превышающей упомянутую выше частоту отсечки, может потребоваться корректировка значения частоты отсечки с тем, чтобы отсеченная часть сигнала не имела существенного влияния на оценку механического поведения указанных элементов. В этих случаях может потребоваться проведение модального анализа. Примерами таких элементов могут быть оболочки, оцениваемые на хрупкое разрушение, и внутренние конструкции, необходимые для обеспечения подкритичности. Когда этот вопрос рассматривается с помощью аналитических методов оценки, необходимо, чтобы методы расчета и моделирования позволяли выполнять оценки таких динамических эффектов. Может потребоваться корректировка размера временного шага или размера расчетной ячейки в сторону уменьшения для соответствия упомянутым выше частотам, использованным в расчетах (п.701.9 TS-G-1.1).

3.1.1-С12. Во многих случаях испытание полномасштабных моделей может быть более простым и менее дорогим по сравнению с испытанием масштабных моделей или с доказательством соответствия путем расчетов или обоснованных аргументов. Одним из недостатков подхода, полностью полагающегося на испытания, является то, что любые последующие изменения либо содержимого, либо конструкции упаковки может быть труднее либо невозможно обосновывать. На практике, если упаковки не являются очень дешевыми в отношении их создания и проведения нескольких испытаний, обычно требуется дополнительная работа для обоснования применимости испытаний (п.701.10 TS-G-1.1).

3.1.1-С13. При рассмотрении предыдущих удовлетворительных доказательств, по характеру близких к требуемым, следует анализировать все сходства и отличия между двумя упаковками. Диапазоны различия могут потребовать изменения результатов доказательства. Способы и степень, до которой различия и сходства будут определять применимость предыдущих доказательств, зависят от их влияния. В предельном случае упаковочный комплект может быть геометрически идентичен с используемым в утвержденной упаковке, но из-за изменения материала в новом упаковочном комплекте ссылка на предыдущее подтверждение будет недействительной и, следовательно, не сможет быть использована (п.701.11 TS-G-1.1).

3.1.1-С14. Другой метод демонстрации соответствия - метод расчета или обоснованная аргументация, когда общепризнано, что методика и параметры расчета надежны или консервативны. Безотносительно к выбранному методу могут потребоваться некоторые расчеты и обоснованная аргументация. Свойства материалов в спецификациях обычно представлены так, чтобы на 9598% гарантировать вероятность того, что материал удовлетворяет требованиям по прочности. Если для определения свойств материалов проводятся испытания, следует принимать во внимание разброс данных. Для экспериментального результата с ограниченным числом испытаний обычно задание предела на уровне среднего значения плюс двойное среднеквадратичное отклонение для нормального (Гауссового) распределения (вероятность приблизительно 95%). Кроме того, необходимо учитывать разброс из-за отклонений в свойствах материалов и допусков при изготовлении, если во всех расчетах не используется наихудшая комбинация всех величин. При использовании компьютерных программ следует четко показывать, что использованные формулировки применимы к конечной деформации (т.е. не только большое перемещение, но также и большое напряжение). В большинстве случаев, особенно включающих ударные воздействия, будет необходимо формулировать конечные напряжения вследствие потенциальных серьезных разрушений. Игнорирование этих деталей может приводить к серьезной ошибке. Любую обоснованную аргументацию следует основывать на инженерном опыте. Там, где используется теория, должное внимание следует уделять деталям конструкции, которые могут изменять результат общей теории, например, сосредоточенными неоднородностями, асимметрией, негомогенными или переменными свойствами материалов. Следует избегать представления доказывающих аргументов, основанных на субъективных материалах (п.701.12 TS-G-1.1).

3.1.1-С15. Во многих расчетах может потребоваться использование доступных расчетных программ. Следует рассматривать вопросы надежности и необходимой валидации выбранных программ. Во-первых, действительно ли программа применима для требуемого расчета? Например, для механических оценок может ли она выполнять расчет ударов? Приемлема ли она для расчета пластических, а также упругих деформаций? Во-вторых, действительно ли расчетная программа адекватно представляет упаковочный комплект, рассматриваемый на предмет соответствия требованиям? Чтобы удовлетворять этим двум критериям, пользователю может потребоваться проведение расчетов контрольной задачи, когда используется программа для моделирования и расчета параметров решения проблемы, результаты которой известны. Значительное влияние на законность использования результатов расчета контрольной задачи для решаемой проблемы могут оказывать установочные опции программы. В программах по механике рассмотрение опций и моделирования охватывает свойства материалов упаковки в динамических режимах, упругие и пластические деформации, детальные связи между компонентами, такими как болты и сварные швы, допустимое трение, гидродинамику, эффекты скольжения и демпфирования. Опыт пользователя в правильном выборе опций программы, свойств материалов, размеров расчетных ячеек может влиять на результаты, если используется специфическая программа. В рамках расчетов контрольной задачи следует анализировать чувствительность результатов к изменяемым параметрам. Степень доверия может быть повышена путем постоянного проведения расчетов контрольных задач за счет перехода от простых к сложным. В других случаях могут быть необходимы проверки входных и выходных балансов по энергии и нагрузке. Если используемая программа не достаточно хорошо известна и широко используема, следует также представлять подтверждение корректности теоретических положений (п.701.13 TS-G-1.1).

3.1.1-С16. Подтверждение конструкции может быть выполнено путем проведения испытаний моделей подходящего масштаба, включающих особенности, важные для исследуемых вопросов, если инженерный опыт показал приемлемость результатов таких испытаний для целей конструкции. При использовании масштабных моделей следует принимать во внимание необходимость корректировки определенных параметров эксперимента, таких как диаметр стержня или сжимающих нагрузок. С другой стороны, определенные параметры не могут быть скорректированы. Например, время и гравитационное ускорение - это реальные параметры, поэтому необходимо корректировать результаты, используя масштабный фактор. Масштабное моделирование следует поддерживать расчетами либо компьютерной имитацией, используя контрольные компьютерные программы, для гарантии наличия необходимого запаса безопасности (п.701.14 TS-G-1.1).

3.1.1-С17. Когда масштабные модели используются для определения разрушения, должное внимание следует уделять механизмам, влияющим на поглощение энергии. Так трение, разрыв, раздавливание, упругость, пластичность и неустойчивость могут иметь различные масштабные факторы как результат влияния различных параметров в проведенном испытании. Поскольку демонстрация соответствия требует комбинации трех типов испытаний (испытание на проникновение, испытание на удар и тепловое испытание для упаковок типа B(U) и типа B(M)), противоречивые требования к параметрам эксперимента могут потребовать компромисса, который, в свою очередь, приводит к результатам, требующим учета масштабного фактора. В целом эффект масштабирования следует анализировать для всех имеющихся областей различий (п.701.15 TS-G-1.1).

3.1.1-С18. Как показывает опыт, испытания уменьшенных моделей могут быть очень полезны для демонстрации соответствия определенным специфическим требованиям Правил, особенно механические испытания. Попытки выполнять тепловые испытания на масштабных моделях весьма проблематичны (см. справки 3.1.1-С19-С20 настоящего Руководства или пп.728.23 и 728.24 TS-G-1.1 соответственно). Выполнение условий подобия в механических испытаниях обеспечивать относительно просто при условии идентичных материалов и подходящих методов изготовления, использованных для модели и для полномасштабной упаковки. Таким образом, экономичным способом можно исследовать взаимосвязь ориентации упаковки и результирующего разрушения и общей деформации упаковки, а также получать информацию о торможениях отдельных частей упаковки. С помощью модельных испытаний может быть оптимизировано много элементов и параметров конструкции (п.701.16 TS-G-1.1).

3.1.1-С19. Расчет теплопередачи или определение физических и химических изменений полномасштабной упаковки, основанные на экстраполяции результатов теплового испытания масштабной модели, могут быть невозможными без большого количества других испытаний. Программа моделирования каждого процесса отдельно в широком диапазоне потребует всестороннего исследования с помощью теоретической модели. Таким образом, метод имеет небольшие преимущества перед обычным аналитическим методом. Любое масштабное испытание и интерпретация полученных результатов требуют демонстрации технической достоверности. Однако может быть полезно использование полномасштабных моделей частей упаковки, если расчет для элемента (такого как оребренная поверхность) оказывается затруднен. Например, эффективность тепловой защиты или амортизатора, выполняющего эту роль, может быть легко продемонстрирована путем испытания этого компонента с относительно простым телом под ним. Моделирование элементов весьма важно для валидации компьютерных моделей. Но измерения температуры пламени и излучательной способности пламени и поверхности очень трудоемки и могут не обеспечивать достаточно точных данных для расчетов с целью валидации. Выбор размера элемента и соответствующей изоляции следует проводить таким образом, чтобы входящий тепловой поток от искусственных границ (т.е. границ, представляющих остальную часть упаковки) был незначительным (п.728.23 TS-G-1.1).

3.1.1-С20. Тепловое испытание уменьшенных моделей, удовлетворяющее определенным условиям теплового испытания, может проводиться и давать консервативные результаты для температур при условии, что отсутствуют фундаментальные изменения в тепловом поведении компонентов (п.728.24 TS-G-1.1).

3.1.1-С21. Детали, которые следует учитывать в модели, служат предметом обсуждения и зависят от типа испытания, для которого предназначается модель. Например, при определении характеристики реагирования конструкции на удар, исключение боковых ребер охлаждения из масштабной модели может приводить к ее более серьезному повреждению. Такого типа рассмотрение может значительно упростить конструкцию модели без уменьшения ее обоснованности. Необходимо включать только основные конструктивные особенности, способные повлиять на результаты испытания. Существенным, однако, является то, чтобы для модели и полномасштабной упаковки использовались одинаковые материалы, а также сходные технологии конструирования и изготовления. Следует использовать методы конструирования и изготовления, которые будут воспроизводить механическое поведение и реагирование конструкции полномасштабной упаковки, учитывая такие процессы, как машинная обработка, сварка, тепловая обработка, а также методы крепления. Характеристики зависимости деформации от напряжения для конструкционных материалов не должны зависеть от скорости деформации в такой степени, при которой результаты испытаний на модели становятся непригодными. Эту степень необходимо учитывать ввиду того, что скорости деформаций в модели могут быть выше, чем в полномасштабной упаковке (п.701.17 TS-G-1.1).

3.1.1-С22. В некоторых случаях точное масштабирование всех элементов упаковки может быть нецелесообразным. Например, рассмотрим толщину ограничителя удара по сравнению с общей длиной упаковки. В модели отношение толщины к общей длине может быть отличным от этого соотношения для реальной упаковки. Другие примеры включают в себя толщину листового металла, размер уплотнения или болта, которые могут быть нестандартного размера или которых может не быть в наличии. Если существуют заметные геометрические расхождения между реальной упаковкой и испытываемой моделью, поведение обеих при падении с высоты 9 м следует сравнивать с помощью компьютерного моделирования, чтобы определять, действительно ли геометрические отличия должны стать предметом серьезного анализа. Для выполнения расчетов следует выбирать программу, верифицированную путем надлежащих контрольных испытаний. Если влияние отличий несущественно, модель может быть признана пригодной для проведения масштабных испытаний на падение. Этот подход применим для масштабного соотношения 1:4 или более (п.701.18 TS-G-1.1).

3.1.1-С23. Выбор масштабного коэффициента для модели - еще одна область, где необходимо обоснование, так как выбор масштабного коэффициента зависит от точности, с которой нужно обеспечивать представительность модели. Чем больше отклонение от реального масштаба, тем больше вносимая ошибка. Следовательно, снижение масштаба может быть предпочтительнее для изучения деформации упаковки в целом, чем для испытаний отдельных частей упаковки, и в некоторых случаях выбор масштабного фактора может определяться конкретным типом предполагаемых испытаний. Для некоторых испытаний, таких как испытание на проникновение, определенное в Правилах, штырь следует масштабировать для получения точных результатов. В других случаях, когда упаковочный комплект может быть защищен значительной толщиной деформируемой конструкции, может потребоваться масштабирование высоты падения (п.701.19 TS-G-1.1).

3.1.1-С24. Масштабный коэффициент М (отношение размера модели к размеру прототипа) должен быть не менее чем 1:4. Для моделей с масштабным фактором 1:4 или более эффект влияния скорости нагружения на механические свойства материалов будет пренебрежимо мал. Влияние зависимости от скорости нагружения для типичных материалов (например, для нержавеющей стали) следует проверять (п.701.20 TS-G-1.1).

3.1.1-С25. Масштабирование испытаний на падение возможно с учетом приведенных ниже ограничений, являющихся результатом следующих законов моделирования, которые верны для случаев, когда сохраняется высота падения оригинала: