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

Урановый твэл, U(90 %); сборка с водяным отражателем; единственный всплеск мощности; два человека погибли; два случая тяжелой степени облучения.

Авария произошла при следующих обстоятельствах. Для отработки новых программ расчета параметров активных зон проводились эксперименты по измерению "чистых" критических масс из стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов). Определялось критическое количество твэлов при разном соотношении числа ядер водорода и U-235 в ячейке системы (ρH /ρ5). Это соотношение изменялось путем изменения шага расстановки твэлов при сохранении шестигранной формы ячейки. В таблице 12 указаны шаги расстановки твэлов и соответствующее критическое количество твэлов.

Из таблицы видно, что критмасса резко уменьшается в диапазоне шагов 7–9 мм — в 3 раза.

Эксперименты старались сделать по возможности "чистыми", такими, чтобы возмущения в системе были минимальными. Для этого решетки, в которых закреплялись концы твэлов, были изготовлены из алюминиевых листов толщиной 2 мм, а опорная плита, на которую опиралась вся масса твэлов, из органического стекла (плексигласа) толщиной 20 мм. По содержанию водорода плексиглас близок к воде. Направляющие для стержней аварийной защиты и регулирования были вынесены в боковой отражатель. Концы твэлов высовывались из верхней дистанционирующей решетки на 2–3 мм.

Таким образом, конструкция была весьма ажурная и непрочная.

Эксперименты проводились следующим образом. Для каждого шага решетки в сухом баке критсборки собиралась система, содержащая несколько меньшее количество твэлов, чем критическое число, определенное расчетом. Затем система заливалась водой с соблюдением всех правил, перечисленных выше, так, чтобы верхний отражатель составлял не менее 20 см. Далее небольшими порциями с построением функции 1/n (обратного счета) добавляли тепловыделяющие элементы до тех пор, пока система не становилась критической.

В последнем опыте измерялось критическое количество твэлов при самом тесном шаге — 7,2 мм. Это количество составило 1790 шт. Оно превышало критмассу для оптимального шага в ~7 раз.

По окончании эксперимента руководитель работы В. Ерофеев дал указание опустить стержни регулирования и аварийной защиты. Четыре сотрудника зашли в отсек критсборки, осмотрели ее, и Ерофеев дал команду слить воду через клапан быстрого (аварийного) слива.

Вода из бака критсборки сливается через вентиль медленного слива в течение 15–20 минут или через клапан быстрого слива большого сечения (диаметр ~500 мм) за 20–30 секунд. В предыдущих опытах вода сливалась через вентиль медленного слива.

Плексигласовая опорная плита перекрывала почти все сечение бака, площадь зазора между краем плиты и стенкой бака была меньше, чем площадь отверстия клапана быстрого слива. Поэтому при быстром сливе воды опорная плита прогнулась, и тепловыделяющие элементы, концы которых входили в верхнюю дистанционирующую решетку всего на 3–5 мм, вывалились из решетки (рис. 61).

Активная зона "веером" развалилась, и шаг расстановки твэлов приблизился к оптимальному. Скорость ввода реактивности при этом, по оценке, могла составить ~2β в секунду, и произошел разгон критсборки на мгновенных нейтронах (нужно отметить, что источник нейтронов был из активной зоны удален).

Два периферийных ряда твэлов, для которых шаг увеличивался наиболее быстро, разрушились. Большинство осколков напоминало град от сварочных электродов. Вода выплеснулась из бака.

Интегральное энерговыделение во вспышке, оцененное по радиоактивности активной зоны, составило ~5 X 10 18делений (~200 МДж). Эта цифра, по-видимому, является универсальной для урано-водных систем в открытом баке при большой скорости ввода реактивности. Цепная реакция прерывается или за счет разрушения топлива, или за счет вскипания воды.

Авария носила локальный характер, существенного загрязнения зала критстендов радиоактивными веществами не произошло. Вне зала никаких загрязнений не было. Для персонала последствия аварии были трагическими.

Механик И. И. Васильев, находившийся в момент вспышки у самого бака критсборки, получил дозу ~6000 бэр и скончался на пятый день. В. Ерофеев получил дозу 2000 бэр и скончался через 15 дней. Два сотрудника, также находившиеся внутри отсека критсборки, получили дозы по 700–800 бэр. Врачам удалось спасти им жизнь, но не здоровье.