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

Критическая сборка ZEEP; единичный всплеск мощности; три человека получили значительные дозы облучения.

Критсборка ZEEP состояла из стержней металлического урана в алюминиевой оболочке, находящихся в замедлителе из тяжелой воды. Цилиндрический корпус сборки, изготовленный из алюминия, по бокам и снизу имел графитовый отражатель; он также был окружен с боков биологической защитой в виде контейнеров с водой толщиной 3 фута (91,5 см). Сверху защиты не было. Реактивность регулировалась путем изменения уровня тяжелой воды, которая подавалась из бака электрическим насосом. Из соображений безопасности насос управлялся таймером, который отключал насос каждые 10 секунд, и его требовалось заново включать нажатием кнопки.

В качестве стержней СУЗ использовались покрытые кадмием пластины, которые были подвешены на тросах в пространстве между активной зоной и графитовым отражателем. Система управления и защиты была настроена на срабатывание при достижении уровня мощности около 3 ватт.

Во время аварии двое физиков работали на верху реактора, вставляя фольгу в каналы. Техник, который осуществлял подъем уровня воды в реакторе, управляя насосом, по инструкции должен был прекратить операцию по достижении заранее определенного уровня подкритичности с большим запасом по времени работы насоса.

Один из физиков попросил техника поднять инструмент на верх сборки. Чтобы не терять времени и напрямую нарушая правила, техник прижал контрольную кнопку насоса деревянной щепкой, чтобы таймер не останавливал насос. Затем он отправился на верх сборки и там присоединился к работе; уровень тяжелой воды в это время продолжал подниматься.

Реактор достиг критичности, и, как было предусмотрено конструкцией, сработала система аварийной остановки. Насос был автоматически остановлен системой блокировки, являвшейся частью системы аварийной остановки реактора. Под воздействием проникающего излучения произошла остановка реактора NRX, расположенного в соседнем здании. Последующие проверки обнаружили, что уровень мощности реактора ZEEP мог в десять раз превысить уставку для срабатывания системы аварийной остановки реактора.

Три человека, работавшие в верхней части реактора, получили дозы облучения, превысившие предельно допустимую дозу за квартал, а может быть, и предельную годовую дозу.

Двуокись урана в полистироле, водяной замедлитель; единичный всплеск мощности; 4 человека получили значительные дозы облучения.

Данная авария произошла в активной зоне реактора с легководным замедлителем, где 6,8 кг оксида урана были внедрены в полоски из полистирола. Десять процентов частиц оксида имели диаметр в пределах 10 микрон, остальные — 40 микрон. Семь пластиковых полос, соединенных с шестью циркониевыми полосами (0,91 X 0,110 X 43 дюймов, или 2,31 X 0,28 X 109 см), составляли один стандартный топливный элемент. Активная зона имела форму неправильного цилиндра и содержала 324 топливных элемента. Объемные доли циркония, пластиковых полос с топливом и воды составляли соответственно 60 %, 7,71 % и 32,2 %.

Эксперимент, во время которого произошла авария, заключался в сравнении реактивностей центральных регулирующих стержней разной конструкции. Система перешла в надкритическое состояние на мгновенных нейтронах после того, как была сделана попытка (в нарушение правил эксплуатации) заменить центральный регулирующий стержень, когда в активной зоне было нормальное количество воды. Периферийные стержни-поглотители были на месте, но их оказалось недостаточно, чтобы предотвратить развитие аварии.

Механизм, с помощью которого был погашен всплеск энерговыделения, достигавшего 1,22 X 10 17делений, заключался в почти равномерном тепловом расширении пластика при разогреве частиц размером 10 микрон, а вблизи частиц размером 40 микрон происходило образование пузырей. Этот процесс вытеснил почти всю воду из активной зоны, и СЦР полностью завершилась через 0,6 секунды после того, как оператор начал извлекать регулирующий стержень. Максимальная величина обратного периода составила почти 100 с -1, максимальная мощность — 1,7 X 10 8ватт, полуширина пика мощности — 18,5 миллисекунд.

В результате этого всплеска мощности топливные элементы активной зоны были разрушены, однако при этом не было значительных потерь делящегося материала. Уровень радиации в реакторном зале в течение одних суток превышал допустимый предел. Через 5 дней были удалены элементы активной зоны, была проведена однократная дезактивация с применением стирального порошка и теплой воды. Четыре человека получили дозы облучения, равные 136, 127, 60 и 9 фэр (см. Приложение А).