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

Эта авария привела к решению о проведении критических экспериментов в реальных заводских условиях для определения критических параметров сосудов, используемых в технологическом процессе. Следующая авария на ПО "Маяк" произошла на этом экспериментальном оборудовании.

Раствор уранилнитрата, U(90 %), в экспериментальной емкости; одна вспышка; три летальных исхода, один случай значительного облучения.

Эта ядерная авария была уникальной, потому что она произошла на установке, которая использовалась для проведения внутризаводских критических экспериментов. Однако, в связи с тем, что она произошла после прекращения эксперимента во время передачи раствора с делящимся материалом в емкости безопасной геометрии, ее классифицировали как производственную ядерную аварию.

После аварии 1957 года было решено установить оборудование для измерения критических параметров высокообогащенного раствора уранилнитрата. Считалось, что это необходимо и актуально в свете широкого использования производственных баков опасной геометрии, неопределенностей в критических параметрах перерабатываемых материалов и наличия растворов урана и системы их подготовки. Прежде критические размеры емкостей, равно как и критические концентрации и объемы раствора, оценивались преимущественно на основе расчетов из-за отсутствия прямых критических экспериментов.

Небольшая экспериментальная установка, представленная на рисунке 8, находилась в отдельной комнате, но в главном производственном здании. К моменту аварии она проработала всего два месяца. Во время измерений экспериментаторы обычно находились у пульта управления в нескольких метрах от установки и за защитой толщиной 0,5 м, заполненной водой.

Первая серия экспериментов была нацелена на определение критических параметров небольших баков. Этот же эксперимент был первым экспериментом с большим баком. Это был стальной цилиндрический бак с внутренним диаметром 75 см и типичной для технологических баков толщиной стенок, возможно, 2–4 мм. Раствор делящегося материала с известной концентрацией и объемом поступал из находящегося сверху дозатора вместимостью три литра. Экспериментальный бак размещался на расстоянии 80 см от бетонного пола на стальной подставке толщиной 8 мм и не имел существенных отражателей. Его вместимость превышала 400 литров, что позволяло делать измерения критических параметров в широком диапазоне концентраций урана. Центральная труба содержала нейтронный источник, и поток нейтронов регистрировался расположенными снаружи бака пропорциональными счетчиками нейтронов, наполненными газом BF3. В измерениях коэффициента размножения нейтронов применялась стандартная методика обратного умножения. Эксперимент был закончен, когда в бак было залито 64,4 литра раствора уранилнитрата с концентрацией урана 376 г/л.

По окончании каждого эксперимента, согласно регламенту, требовалось сливать раствор в безопасные емкости. Выдав из бака часть раствора, начальник смены, полагая, что бак находится в глубоко подкритическом состоянии, решил ускорить утомительный процесс перелива и вручную слить из него оставшийся раствор. Для этого пришлось извлечь нейтронный источник, снять направляющую трубу и отсоединить бак от подставки. Затем трое экспериментаторов руками подняли бак и начали наклонять его для слива раствора. В это время и произошел всплеск мощности.

Они ощутили вспышку и увидели выброс раствора из бака до потолка помещения высотой 4 м. Очевидно, раствор был намного ближе к критическому состоянию, чем предполагали экспериментаторы. Дополнительного отражения от троих экспериментаторов (это было и до наклона бака) в комбинации с изменением геометрии раствора в баке было достаточно, чтобы привести систему в критическое состояние на мгновенных нейтронах. Слабый нейтронный фон, по оценкам составлявший лишь сто нейтронов в секунду, по-видимому, также повлиял на запаздывание начала цепной реакции и, таким образом, повысил энергетику всплеска мощности.

Трое экспериментаторов бросили бак и вместе с четвертым экспериментатором, находившимся в 2,5 м от бака, немедленно отправились в раздевалку, приняли душ и были отправлены в больницу. На основе измерений активности продуктов деления в растворе было оценено число делений за единственный пик мощности, которое составило 2,25 X 10 17.