Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)

2. ПО «Маяк», г. Озерск, 21 апреля 1957 г

Накопление осадка с высокообогащенным (90 %) ураном в монжюсе опасной геометрии; один летальный исход, пятеро серьезно облученных.

Эта авария произошла в одной из комнат большого производственного здания, в котором проводились различные операции с высокообогащенным ураном. Операции проводились в типичном в то время режиме шестичасовых смен, по четыре смены в сутки. В комнате находилось несколько камер на расстоянии до двух метров друг от друга, соединенных вакуумными линиями и линиями передачи растворов. Авария произошла в монжюсе камеры осаждения оксалата, входящей в технологическую линию по переработке отходов химико-металлургического процесса получения металлического урана, работающую в циклическом режиме.

Схема камеры и ее оборудования представлена на рисунке 7. Это типичная камера с двумя парами перчаток. Одна пара перчаток использовалась для работы в зоне реактора, вторая — в зоне нутч-фильтра. Обычный технологический процесс был следующим: получающиеся от операций по очистке металлического U(90 %) азотнокислые растворы уранила с примесями вместе с щавелевой кислотой поступали в реактор, оснащенный механической мешалкой и внешней пароводяной рубашкой. Поступающий раствор обычно имел концентрацию 15–20 г/л. Для ускорения образования оксалатной суспензии и исключения ее осаждения на дно реактора мешалка работала непрерывно в ходе операции. Образование тригидрата оксалата уранила происходило по реакции

Затем суспензия оксалата уранила при помощи вакуума передавалась в передаточную емкость, а из нее самотеком стекала в нутч-фильтр. Урансодержащий осадок накапливался на фильтровальном полотне, и фильтрат вакуумом отсасывался через него и поступал в монжюс, в котором и произошла авария. Монжюс представлял собой горизонтальный цилиндрический сосуд диаметром 450 мм и длиной 650 мм с объемом около 100 литров. Как показано на рисунке, фильтрат откачивался через опущенную в раствор трубу и передавался в соседнюю камеру.

На заводе имелся технологический регламент, в котором были описаны, в том числе, технологические нормы на каждую операцию (объем, концентрация подаваемых растворов, объемы реагентов, температура и длительность операций и пр.). Нормы загрузки, обеспечивающие ядерную безопасность, содержались в инструкциях по эксплуатации и памятках, прикрепленных к каждой из камер. Конкретные данные по каждой партии, такие как имя оператора, масса делящегося материала, температура и т. д., регистрировались в технологических картах, которые хранились месяц, после чего ключевые записи из них переносились в основные журналы смен, которые хранились год.

Оборудование камер проектировалось и устанавливалось на основе эксплуатационных соображений, поэтому многие элементы оборудования не имели безопасную, с точки зрения критичности, геометрию. Основным средством обеспечения безопасности в камере было ограничение массы делящего материала в партии. Норма загрузки не превышала 800 граммов. Масса делящегося материала определялась по известным объему и концентрации нитрата уранила, и, по-видимому, имелась возможность контролировать ее относительно точно.

Несмотря на то, что оператор следовал имеющимся правилам и соблюдал установленные параметры, несколько факторов повлияло на накопление урана в монжюсе в количестве, намного превышающем разрешенное.

• Одним из упомянутых факторов была температура осаждающегося раствора. При этом не было прибора точного контроля температуры, такого, например, как термопара. Увеличение температуры контролировалось по времени нагревания, которое составляло обычно 10 минут, до кипения раствор не доводился. Кроме температуры, большое значение имела стехиометрия реагентов, тем не менее, щавелевая кислота отмерялась неточно. Таким образом, пропускаемый через нутч-фильтр маточный раствор, содержащий осадок, мог иметь повышенную температуру или кислотность, а следовательно, и большую концентрацию нитрата уранила, чем ожидалось. Когда этот раствор (теперь уже фильтрат) поступал в монжюс и охлаждался, происходило дополнительное осаждение тригидрата оксалата уранила на внутренних стенках бака.

• Предполагают, что небольшие визуально незаметные дефекты фильтровального полотна способствовали неожиданно высокой скорости накопления осадка в монжюсе. Согласно регламенту, фильтровальное полотно необходимо было заменять, когда возникали видимые дефекты или скорость фильтрования превышала норму.

• Правила эксплуатации предписывали измерения массы входящего и выходящего из камеры делящегося материала. Если разница не превышала 5 %, в камеру можно было подавать следующую партию. Если разница превышала 5 %, требовалось зачистить баки. Эксплуатационные инструкции предусматривали определенный график зачистки баков, однако специально не оговаривалось, сколько можно пропустить партий, если порог в 5 % не превышался. К тому же не отслеживалось накопление делящихся материалов в оборудовании между зачистками.

• На установке отсутствовали приборы непрерывного контроля таких параметров процесса, как концентрация урана или накопление его в монжюсе.

• Последним же в ряду факторов, внесших вклад в никому неизвестное накопление осадка, было отсутствие смотрового люка на монжюсе.

• Явным и, возможно, главным фактором, вызвавшим аварию, было изменение процедуры зачистки. С целью минимизации облучения персонала в ходе периодических зачисток передаточной емкости и монжюса, требующих вскрытия, решили, что простой промывки будет достаточно. Авария произошла через два месяца после введения этого "новшества".

В помещении, где располагались камеры, не было стационарных приборов непрерывного контроля радиационной обстановки, поэтому замеры гамма-фона в помещении производились только периодически с помощью портативных приборов. Перед аварией никакого превышения нормального радиационного фона отмечено не было.

Авария произошла при проведении, как предполагалось, обычной операции по вакуумному фильтрованию суспензии оксалата уранила. Через смотровое окно камеры аппаратчица увидела вспучивание фильтровального полотна, за которым последовало бурное газовыделение и выброс части осадка с фильтра на столешницу камеры. Аппаратчица инстинктивно вручную собрала выпавший осадок урана обратно на фильтр и приступила к отмывке (уборке) столешницы камеры. Вскоре она почувствовала ухудшение своего состояния. Эффект газовыделения в осадке продолжался около 10 минут и прекратился из-за выброса раствора из монжюса в вакуумную ловушку, установленную в соседней камере.

В то время в цехе еще не было аварийной сигнализации, которая могла бы предупредить персонал о том, что произошла ядерная авария. Вначале косвенные признаки — газовыделение в нутч-фильтре и резкое ухудшение самочувствия аппаратчицы и других работников — послужили причиной удаления персонала и вызова дозиметриста. Факт возникновения цепной реакции подтвердился, когда вызванный дозиметрист обнаружил интенсивное гамма-излучение из монжюса. Это было через пятнадцать-двадцать минут после аварии, и дозиметрист тут же скомандовал всем эвакуироваться из цеха в подземный тоннель.

Приблизительно через 5,5 часа на расстоянии 1,5 м от монжюса мощность экспозиционной дозы составила 18 Р/час. По оценкам, это значение мощности дозы соответствует полному числу делений за ядерную аварию около 10¹⁷. Через 17 часов после аварии была измерена удельная активность ²⁴Na в пробе крови аппаратчицы, которая составила 245 Бк/см³. Согласно полученным в то время результатам, поглощенная доза на все тело аппаратчицы составила около 3000 рад. Она скончалась через 12 дней после аварии.