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

Анализ водного раствора, подаваемого в колонну Н-100 (из напорной емкости РМ-107), показал, что на 15 сентября 1978 г. концентрация нитрата алюминия соответствовала норме (0,7 M). Пробы, взятые 27 сентября и 18 октября (на следующий день после аварии) имели концентрации, равные 0,47 M и 0,084 M, соответственно. Концентрация нитрата алюминия ниже 0,5 M недостаточна для предотвращения реэкстракции урана из органики, а второе из приведенных выше значений концентрации соответствует почти полной отгонке урана из органического раствора.

Рисунок 27. Оборудование первого цикла экстракции. Авария произошла в нижней разделительной секции колонны Н-100.

Напорная емкость (PM-107) была заполнена раствором нитрата алюминия из емкости PM-106 около 18 ч 30 мин 17 октября. Приблизительно через полтора часа после этого у оператора возникли трудности с поддержанием режима работы пульсационной колонны H-100. Пытаясь установить правильный режим работы, он уменьшил давление в системе, в результате чего произошло перетекание водного раствора из H-100 обратно в G-111. Приблизительно в 20 ч 40 мин по сигналу датчика, установленного на вентиляционной трубе завода, сработала аварийная сигнализация. Это произошло, вероятно, из-за радиации, вызванной появлением продуктов деления в вентиляции. Вскоре после срабатывания аварийной сигнализации произошло еще несколько срабатываний, а радиационный монитор на вентиляционной трубе зашкалил. Начальник смены и дозиметрист вышли из здания и замерили уровень радиации, достигавший 100 мбэр/ч. В 21 ч 03 мин начальник смены приказал эвакуировать персонал из здания, и к 21 ч 06 мин организованно проведенная эвакуация была завершена. На дорогах были установлены блок-посты, о происшедшем было проинформировано руководство.

Возможно, что с увеличением количества урана в нижней части колонны Н-100 система достигла критичности на запаздывающих нейтронах, а затем стала слегка надкритичной. По мере выделения энергии росла температура, скомпенсировав реактивность, введенную при поступлении дополнительного количества урана. Этот процесс продолжался, пока скорость поступления урана была медленной, до тех пор, пока уменьшенное давление не вызвало более быстрое поступление урана и резкое увеличение реактивности. Считается, что система достигла критичности на мгновенных нейтронах, причем скорость роста мощности определялась временем жизни нейтронов (порядка миллисекунд). Перед началом эвакуации оператор выключил подачу всех растворов в оборудование первого цикла экстракции, но не остановил пульсационный режим в колоннах. Продолжение пульсаций в колоннах после отключения подачи растворов привело, вероятно, к лучшему перемешиванию раствора на дне колонны Н-100 и остановило цепную реакцию. Последующий анализ показал, что всплеск мощности, очевидно, произошел в нижней разделительной секции колонны Н-100. Зарегистрированные данные показали, что скорость цепной реакции увеличивалась очень слабо до самого последнего момента, когда произошел резкий рост мощности. Масса урана в колонне H-100 составила, по оценке, около 10 кг, по сравнению с менее чем 1 кг при нормальном режиме работы. Полное энерговыделение при всплеске мощности составило, согласно оценке, 2,7 X 1018 делений.

На развитие аварии повлияли следующие факторы:

• Вентиль на линии подачи воды в емкость, предназначенную для приготовления раствора нитрата алюминия (РМ-106), давал течь на протяжении одного месяца перед аварией.

• В напорную емкость было перемещено из емкости РМ-106 значительно больше раствора, чем нужно (вследствие течи). Это не было замечено никем из персонала установки.

• За несколько недель до аварии в самописце, установленном на емкости РМ-106, который должен был регистрировать уровень раствора, кончилась бумага. Бумагу заправили только после того, как случилась авария.

• На напорной емкости РМ-107 не установили систему для измерения концентрации и аварийную сигнализацию, хотя они были указаны на утвержденных чертежах оборудования.

• Инструкции для операторов, в соответствии с которыми требовалось отбирать пробы растворов перед подачей нитрата алюминия в напорную емкость, не были выполнены. Более того, те инструкции, которые применялись при выполнении работ на участке, были устаревшими, и в них не было отмечено данное требование.

• В течение двух лет перед аварией произошло существенное снижение уровня квалификации оперативного персонала.

• Анализ аварии, проведенный в 1974 году, указал на опасность возникновения критичности вследствие разбавления раствора нитрата алюминия, подаваемого в промывочную колонну, однако при этом ошибочно предполагалось, что было необходимо прекращение подачи раствора в колонну. Проведенный анализ в основном сосредоточивался на оценке подкритичности, а не на оценке риска.

Не было значительного облучения персонала и механических повреждений технологического оборудования. Как прямой результат этой аварии, завод был надолго остановлен, что привело к большим издержкам. Были пересмотрены все инструкции для операторов, в них были внесены необходимые изменения. Большее внимание было уделено техническому обслуживанию завода и обучению операторов. На предприятии была внедрена новая система безопасности, включавшая дублирование датчиков и автоматических устройств.

Данная авария вновь подчеркнула важность поддержания работоспособности оборудования, используемого в системе обеспечения безопасности, и необходимость строгого соблюдения тщательно разработанных инструкций для персонала.

20. Сибирский химический комбинат, г. Северск, 13 декабря 1978 г

Слитки металлического плутония в контейнере для хранения; один пик мощности; один случай серьезного облучения.

В цехе № 1 завода (здание 901) выполняли различные технологические операции со слитками металлического плутония, включая измерения характеристик металла. В цехе находились 16 связанных между собой камер, управляемых 7 операторами. Хотя подготовка операторов предполагает знание всех операций, выполняемых на оборудовании, каждому оператору индивидуально в начале смены предписывается выполнение только конкретных операций. По установленному порядку оператору не разрешается отклоняться от выполнения предписанных ему заданий, даже если это отклонение обусловлено оказанием помощи другим лицам при выполнении их заданий.

Составной частью технологических процессов были передачи слитков по установкам цеха и их временное хранение, для чего использовали цилиндрические контейнеры специальной конструкции (рис. 28). Контейнеры внутри были облицованы кадмием (толщина 0,5 мм) и имели внешний слой полиэтилена толщиной 3 см. Такая конструкция контейнера позволяла снизить нейтронное взаимодействие настолько, что отпадала необходимость ограничения на количество или расположение контейнеров внутри камеры.

Рисунок 28. Контейнер.

Слитки получали в процессе восстановления из окислов, и они имели форму правильного цилиндра. В зависимости от состава исходного материала, один слиток плутония согласно технологии имел массу либо не более 2 кг (восстановление из отходов, осаждение/прокаливание), либо не более 4 кг (относительно чистый оксид). Норма загрузки в контейнер составляла не более 4 кг, т. е. разрешалась загрузка или одного слитка большей массы, или двух слитков меньшей массы. Полагали, что персонал с высоким уровнем профессиональной подготовки и дисциплины не допустит нарушений установленного регламента в цехе № 1. Однако размеры внутренней полости контейнера не исключали случайного размещения в ней нескольких слитков с общей массой, превышающей критическую.

Установка 13 цеха 1, где произошла авария, предназначалась для взвешивания слитка на весах и для отбора пробы плутония массой до 0,1 г способом сверления с последующим химическим анализом элементного состава примесей. Все производимые на заводе слитки проходили через установку 13. Устройство контейнеров снимало ограничение на их количество на установке и на условия их хранения и транспортирования в цехе № 1. Однако для установки 13 был установлен более жесткий регламент: загрузка в контейнер только одного слитка независимо от его массы.

Рисунок 29. Схема установки 13.

К установке 13 относились три камеры (1391А, 1391В и 1392 на рисунке 29). Камера 1391А использовалась для операции по отбору проб, а 1391В — для взвешивания и временного хранения. В камере 1392 слитки извлекались для выполнения измерений размеров и возвращались в те же контейнеры для отправки на другие установки цеха № 1. Для передач слитков камеры и отсеки имели люки в смежных стенках и были оснащены четырьмя парами проемов с резиновыми перчатками. Обзор рабочего пространства осуществлялся через свинцовое стекло толщиной 50 мм. Фронтальная сторона установки 13 имела свинцовую защиту толщиной 30 мм от γ-излучения плутония. Камера 1392 была соединена с установкой 6 транспортером, а камера 1391 со смежной установкой 12 — люком.