Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)
Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638) читать книгу онлайн
Обсуждаются ядерные аварии с возникновением самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР) и характеристики разгона на мгновенных нейтронах на критических сборках. Рассмотрено 60 аварий на различного типа оборудовании и установках. Приводятся детали, позволяющие читателю понять физическую картину, химические процессы во время аварии, а также предоставляется информация об административной обстановке на промежутке времени, предшествующем возникновению аварии, в тех случаях, когда она доступна. Приводится картина изменения мощности во времени, приводятся данные об энерговыделении, последствиях и причинах аварии. Для описания тех аварийных ситуаций, которые возникли на промышленных предприятиях, в настоящую версию были включены два новых раздела. В первом из них содержится анализ и выводы о физических и ядерно-физических свойствах систем, в которых происходила цепная реакция. Во втором обобщаются наблюдения и обсуждаются извлеченные уроки. Обсуждение случаев резкого превышения мощности крупных энергетических реакторов не включено в данный отчет.
Внимание! Книга может содержать контент только для совершеннолетних. Для несовершеннолетних чтение данного контента СТРОГО ЗАПРЕЩЕНО! Если в книге присутствует наличие пропаганды ЛГБТ и другого, запрещенного контента - просьба написать на почту [email protected] для удаления материала
На рисунке 6 показана схема каньона с прилегающими к нему коридором и помещениями.
На участке использовалось 15 цилиндрических контейнеров из нержавеющей стали, каждый из которых имел свой учетный номер. Контейнеры имели диаметр 400 мм и высоту 320 мм и располагались вертикально.
Ядерная безопасность обеспечивалась ограничением массы плутония в контейнере (не более 500 граммов). Операторы не проходили обучения по ядерной безопасности.
Контейнеры располагались в два ряда. Вдоль стены каньона были установлены в один ряд 7 контейнеров. Емкость каждого из них составляла 40 литров. Эти контейнеры были установлены в мае 1952 года, и к ним была подведена стационарная линия подачи растворов.
Каньон имел размеры 3 X 2 метра и высоту 2,5 метра. Верх контейнеров был не выше 1 метра от пола. Для радиационной защиты персонала от нейтронного и γ-излучения была сооружена чугунная стена толщиной 0,2 м с верхним перекрытием также из чугуна толщиной 0,125 м. В верхней чугунной плите были предусмотрены отверстия для вывода штуцеров шлангов. Между контейнерами были установлены вертикально кадмиевые пластины.
В технологических инструкциях имелось указание о том, что с целью снижения нейтронного взаимодействия между контейнерами, контейнеры № 2, 4, 6 не должны были использоваться.
В связи с тем, что от промывки оборудования образовывались некондиционные растворы плутония, объем семи контейнеров в каньоне оказался недостаточным. Поэтому в коридоре между каньоном и бетонной стеной здания были установлены 8 аналогичных контейнеров за чугунной защитой толщиной 0,175 м, которая закрывала контейнеры с 4 сторон, a две оставшиеся стороны примыкали к стене и полу. В эти контейнеры растворы передавали по длинным, до 7 метров, резиновым шлангам, используя единственную вакуумную ловушку, находящуюся в каньоне. Ловушка была изготовлена из стекла, что делало возможным визуальный контроль ее заполнения. Вакуумный насос располагался в соседнем помещении. Операции подсоединения шлангов выполнялись вручную.
Перед началом работы сменный персонал (2–3 человека) должен был знать результаты анализов растворов и иметь письменное разрешение на проведение операций с ними.
В воскресенье 15 марта 1953 года было необходимо принять продукцию от двух операций растворения облученных блоков и аффинажа плутония.
В таблице 1 приведено содержание плутония в семи контейнерах согласно записям в оперативном журнале до начала работ. Необходимо отметить, что в нарушение регламента в операциях использовались контейнеры 2 и 4, а также нарушалась установленная норма загрузки (500 граммов).
Два оператора подготовили временную схему передачи растворов из контейнеров № 2 и № 4 (в каньоне) в контейнер № 18 (в коридоре). По данным оперативного учета, контейнер № 18 был пустым. Основываясь на данных таблицы 1 и на предположении, что контейнер № 18 пуст, следовало ожидать, что объем раствора и концентрация плутония станут такими, как приведено в таблице 2.
Один оператор во время передачи находился рядом с контейнером № 18 и был защищен чугуном толщиной 0,175 метра, другой — в каньоне. После окончания операции передачи первый оператор отсоединил вакуумный шланг от штуцера контейнера № 18, увидел бурное выделение газа (пену), а также почувствовал (ощутил) руками, что температура раствора в контейнере значительно повысилась по сравнению с комнатной температурой. Оператор в каньоне заметил появление раствора в стеклянной ловушке. Оператор в коридоре немедленно подсоединил шланг к штуцеру и удерживал его руками короткое время. Оба оператора решили передать раствор из контейнера № 18 обратно в контейнер № 4. Раствор из контейнера № 18 был возвращен в контейнер № 4 и разбавлен водой и азотной кислотой для его охлаждения.
Выброс части раствора в ловушку во время вспышки объясняет, почему не произошло второй вспышки во время передачи.
Затем операторы разделили раствор из контейнера № 4в контейнеры № 22 и № 12, стоящие в коридоре.
Оба оператора заметили попадание раствора в вакуумную ловушку, выполненную из прозрачного стекла. Этот факт, как и наблюдение газовыделения из открытого штуцера контейнера № 18 и нагрев раствора, явно свидетельствовал о возникновении критичности. Однако оба оператора не были подготовлены к действиям в такой аварийной обстановке, полагая, что нет опасности их здоровью и что возможно скрыть последствия своих действий. Они приняли в контейнер № 5 новую порцию растворов объемом 15,5 литров с массой плутония 0,614 кг согласно сменному заданию.
Расследование аварии началось через два дня, когда оператор, стоявший рядом с аварийным контейнером № 18, почувствовал резкое ухудшение здоровья и обратился в больницу. Наиболее важным результатом расследования было обнаружение несоответствия реального количества плутония в контейнере № 1 количеству, документированному ранее в журнале пооперационного учета. В контейнере № 1 оказалось 10 литров раствора с концентрацией плутония 44,8 г/л, а не 15 литров. Из опроса персонала не удалось установить кто, когда и куда передал из контейнера № 1 пять литров раствора с массой плутония 224 грамма. Путем сведения баланса плутония было оценено его количество в контейнере № 18 на момент возникновения аварии: объем 31 литр, концентрация плутония 27,4 г/л, масса 848 ± 45 граммов. Эти значения практически точно соответствуют передачам растворов из контейнеров № 2 (10 литров, 58 г), № 4 (16 литров, 566 г) и № 1 (5 литров, 224 г) в контейнер № 18. Таким образом, неучтенная передача 5 литров раствора из контейнера № 1 явилась непосредственной причиной возникновения цепной реакции. В таблице 3 приведены объемы раствора и массы плутония, реально переданные в контейнер № 18.
Расследование аварии не выявило, кто сделал передачу и когда она была выполнена.
Во время расследования расчетные и экспериментальные исследования показали, что для достижения критичности необходимо было иметь 30 литров раствора, содержащего 825 граммов плутония (27,5 г/л). Эти величины практически совпадают с оценкой содержимого контейнера № 18 во время аварии: 31 литр раствора, содержащего 848 ± 45 граммов плутония (27,4 г/л).
Одной из причин аварии была неучтенная передача 5 литров раствора из контейнера № 1 в контейнер № 18.
Оценка полного числа делений была сделана, исходя из предположения об адиабатическом нагреве 31 литра раствора от 30 °C до 90 °C, что дает результат около 2 X 1017 делений. Вывод, что раствор нагрелся на 60 °C, был сделан на основании того, что раствор после аварии был близок к температуре кипения.
Оператор, стоявший за чугунной защитой около контейнера № 18, получил дозу до 1000 рад, перенес тяжелую форму лучевой болезни и ампутацию ног, но остался жив и умер через ~35 лет после аварии. Второй оператор был облучен дозой -100 рад.
Физических повреждений оборудования не было.
Требования регламента до аварии однозначно предписывали не принимать растворы в контейнеры 2, 4, 6. Присутствие растворов в контейнерах 2, 4 в начале смены перед аварией показывает, что это требование нарушалось. Данные таблицы 1 показывают, что и норма загрузки (500 граммов) также нарушалась.
