Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638) - Томас Маклафлин

Сработала система аварийной сигнализации (в 23 ч 35 мин) над помещением, в котором находились сборники, и весь персонал цеха эвакуировался в место сбора (подземный тоннель). В течение 3–5 секунд сработали аналогичные стационарные дозиметрические приборы другого цеха, расположенного на расстоянии около 50 метров.

Были зафиксированы еще две вспышки СЦР: в 23 ч 50 мин 10 декабря 1968 г., в результате охлаждения и, возможно, химических процессов в объеме жидкости, и в 0 ч 15 мин 11 декабря, причем вторая вспышка была слабее первой и третьей и была зафиксирована только приборами ядерно-физического контроля трех технологических аппаратов, расположенных на расстоянии 3,5-15 метров от места аварии. Третья вспышка была наиболее мощной и так же, как первая, была зафиксирована приборами двух цехов.

Исходя из факта возникновения второй вспышки в момент, когда весь персонал находился в укрытии, и наличия значительного фона собственных нейтронов (~2 X 105 нейтронов/с), можно предполагать, что выброса раствора в момент первой вспышки не было, и разгон мощности произошел на запаздывающих нейтронах с малым периодом удвоения мощности.

После первой вспышки дежурный дозиметрист сообщил руководству завода о случившемся, направил пострадавшего аппаратчика в санпропускник и цеховой здравпункт, собрал кассеты у всего персонала, запретил проходить в цех.

Подчиняясь неоднократным требованиям начальника смены, дежурный дозиметрист разрешил ему посетить цех и пошел его сопровождать. Однако по мере приближения к месту аварии гамма-фон становился аномально высоким, и дозиметрист запретил начальнику смены дальнейшее продвижение. Несмотря на это, начальник смены обманным путем проник на место аварии. Его действия никем не наблюдались, однако по ряду признаков он пытался удалить бак из помещения или слить из него органику в сборник сбросных растворов через трап. Во время этой попытки и произошла третья вспышка СЦР, превосходящая по своему энерговыделению первую и вторую вспышку. Она вызвала срабатывание аварийных сигнализаторов, включая удаленные на расстояние 50 м и более.

Начальник смены немедленно покинул помещение и, облитый раствором, прибыл в пункт сбора. В 00:45 на место аварии прибыли руководители комбината и завода.

Как аппаратчику, так и начальнику смены была оказана экстренная медицинская помощь. Отобранная у них кровь на анализ содержания 24Na имела очень высокую активность: у аппаратчика — 5000 распадов/мин. мл (83 Бк/см3), у начальника смены — 15 800 распадов/мин. мл (263 Бк/см3). Эти результаты относятся к моментам регистрации пиков мощности цепной реакции. Полные поглощенные дозы смешанного нейтронного и гамма-излучения составили 700 рад у аппаратчика и 2450 рад у начальника смены. Аппаратчик перенес острую лучевую болезнь тяжелой степени, у него были ампутированы обе ноги и рука. Он живет в г. Озерске.

Начальник смены скончался примерно через месяц. Остальные работники прошли медицинский осмотр в день аварии. Дозиметры (фотокассеты ИФКУ), выданные персоналу 20–21 ноября 1968 года и собранные после первой вспышки, показали, что из 29 человек только 8 имели дозу, превышающую 0,1 рентген, из них четверо имели меньше 0,15 Р, один — 0,2 Р, один — 1,64 Р, начальник смены — 0,44 Р, одна кассета (аппаратчика) — засвечена. Начальник смены вернулся в здание без дозиметрической кассеты.

В течение суток оба пострадавших были направлены в г. Москву на лечение, весь остальной персонал смены прошел медицинское обследование 11.12.68 г. По результатам анализа документации, показаний дозиметрических приборов и опроса персонала был составлен план ликвидации аварии, и к 7 часам 11 декабря раствор из бака был дистанционно разделен с помощью временной схемы отсоса с использованием безопасных по объему емкостей и длинного изогнутого наконечника шланга.

Всего из бака было откачано 19,136 литра смеси, содержавшей (после отстоя) 12,83 литра органики с концентрацией плутония 55 г/л и 6,31 литра водного раствора с концентрацией плутония 0,52 г/л. Таким образом, остававшаяся в баке после последнего пика мощности масса плутония составляла 708,9 грамма. Объем выброшенной из бака органики и массу плутония точно установить не удалось; по оценкам, они составляют около 16 литров и 880 г, соответственно.

Число делений в двух интенсивных пиках мощности оценивалось по дозам облучения аппаратчика и начальника смены, а также по измеренному значению мощности дозы гамма-излучения (1,5 мР/с на расстоянии около 3 метров от бака через 1 час после последнего пика). Число делений в первом пике составило около 3 X 1016, в последнем — порядка 1017 делений.

Растворы, собранные после аварии, были помещены в специальное изолированное помещение и, после необходимой для спада активности выдержки, переработаны.

В результате расследования были определены следующие факторы, приведшие к аварии:

• Решения начальника смены по передаче растворов из сборников были несанкционированными и нарушающими все нормативы.

• Внесение изменений в первоначальную схему соединений трубопроводов, которая не допускала попадания органики в сборники азотнокислых растворов. В результате этих изменений органика смогла попасть в один из этих двух сборников несколькими путями:

(1) в результате их присутствия в азотнокислых растворах на установке экстракции,

(2) через вакуумные и сдувочные линии при отказе запорной арматуры или (3) при нарушении порядка ее переключения.

• Согласно записям в журнале, 10 декабря 1968 г. от 07 ч 00 мин до 13 ч 00 мин из сборника № 1 в сборник № 2 было перелито около 10 л жидкости с неизвестным содержанием плутония.

После этой аварии все эксперименты с органикой в этом здании были прекращены.

18. Завод в Виндскэйле, Великобритания, 24 августа 1970 г. 25 26 27

Органика, насыщенная плутонием, в передаточной емкости; единичный всплеск мощности; незначительные дозы облучения.

Данная авария с возникновением СЦР является одной из наиболее интересных и сложных аварий из-за очень сложной конфигурации оборудования. Установка использовалась для извлечения плутония из разнообразных отходов, и применяемые технологии, как предполагалось, очень эффективно контролировались. Операции по извлечению плутония начинались с загрузки примерно 300 граммов плутония в растворитель. После растворения жидкость передавалась через фильтр в емкость для корректировки растворов, в которой концентрация раствора доводилась до значений в интервале между 6 и 7 г/л, что меньше минимальной критической концентрации.

Раствор с помощью вакуумной системы передавался из емкости для корректировки растворов в передаточную емкость (рис. 25). Когда передача раствора завершалась, вакуумная система отключалась, и раствор самотеком поступал в дозатор безопасной геометрии, из которого раствор подавался в пульсационную экстракционную колонну также безопасной геометрии. На трубопроводе, соединяющем передаточную емкость с дозатором, была установлена ловушка высотой 7,6 м, которая предотвращала всякие обратные перетоки и таким образом исключала миграцию плутония.

Рисунок 25. Технологическое оборудование, вовлеченное в аварию.

Всплеск мощности произошел по завершении пропускания партии раствора объемом 50 литров из емкости для корректировки растворов через передаточную емкость. Малая величина энерговыделения (1015 делений) и краткая продолжительность (менее 10 с) всплеска мощности исключали возможность прекращения цепной реакции с помощью какого-либо механизма аварийной защиты, срабатывающего при определенном уровне мощности. Измерения уровня радиации показали, что всплеск мощности произошел в передаточной емкости, однако раствор, поступивший из емкости для корректировки растворов, имел слишком низкую концентрацию плутония, чтобы достичь критического состояния, а общее количество плутония (300 г) в партии составляло приблизительно 50 % от минимальной критической массы. Все же существовало опасение, что в передаточной емкости могло содержаться большое количество осадков, возможно, десятки килограммов, и тогда любое возмущение в системе могло вызвать другой, возможно, гораздо более интенсивный всплеск мощности.

Рисунок 26. Конфигурация раствора при его передаче, полученная с помощью прозрачного макета передаточной емкости. Конфигурация во время аварии изображена на рисунке 26, В.

В бетонной крыше было прорезано отверстие диаметром около 150 мм, и была вскрыта вакуумная линия, ведущая к передаточной емкости. Содержимое передаточной емкости было обследовано с помощью волоконно-оптической системы (разработанной специально для этой операции). Было обнаружено, что в емкости содержится раствор. В емкость был введен пластиковый трубопровод малого диаметра, и в соседнее здание был перекачан с помощью сифонного эффекта раствор объемом 2,5 л. При исследовании жидкости были обнаружены трибутилфосфат и керосин с удельным весом 0,96 г/см3 и с концентрацией плутония, равной 55 г/л. Водный раствор из емкости для корректировки растворов имел плотность 1,3 г/см3. Столб водного раствора высотой 7,6 м в одном плече ловушки был достаточен для того, чтобы уравновесить приблизительно 10,3 м органики в другом плече. Таким образом, любое количество органики, попавшее в передаточную емкость, удерживалось в этом плече и могло накапливаться до тех пор, пока объем органики не соответствовал высоте 10,3 м от дна ловушки. В результате собрался объем органики, равный примерно 39 л, содержавший примерно 2,15 кг плутония. Деградация органики указывала на то, что она находилась в передаточной емкости в течение нескольких месяцев, а возможно, даже двух лет.