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

Энерговыделение в пике составило 5,6 X 10 16делений, что в среднем в шесть раз больше выхода при штатном импульсе нейтронов. При аварии не возникала угроза радиационного поражения, не произошло радиоактивного загрязнения, не было облучения персонала или существенного разрушения основных урановых деталей. Одна деталь была слегка покороблена и потребовала обработки на станке. Погнулись или сломались несколько легких стальных опорных конструкций (рис. 49).

Второй всплеск мощности произошел во время подготовки к эксперименту, во время которого предполагалось получить импульс быстрых нейтронов на сборке «Леди Годива». Вспышка нейтронов в этом случае опять произошла во время сближения секций с достижением опорной точки по избыточной реактивности на уровне 80 центов. Необходимо было выполнить настройку регулирующих стержней для обеспечения определенной величины периода. Дополнительная реактивность, как считают, оказалась внесенной за счет присутствия большой массы графита и полиэтилена, которые предполагалось облучать. Непосредственно перед всплеском мощности эта масса была придвинута к сборке, при этом, возможно, оказалось недооцененным дополнительное отражение нейтронов, или разложенный материал оказался ближе от сборки, чем предполагалось.

Вспышка дала 1,2 X 10 17делений, что почти в 12 раз больше стандартного импульса при эксперименте. Металлический уран сильно окислился, покорежился и, очевидно, подплавился вблизи своего центра. Центральный стержень для быстрого ввода реактивности был почти разорван, в его центре температура, вероятно, не достигла температуры плавления урана примерно на 100 °C. На рисунке 50 показан внешний вид некоторых деталей. Внешние повреждения ограничились опорной конструкцией, радиоактивное загрязнение было в виде чешуек из оксида урана, его удалось быстро убрать. Ремонтировать «Леди Годиву» не имело смысла, поэтому ускоренными темпами приступили к созданию сборки «Годива-II» 54, которая была специально предназначена для получения импульсов нейтронов. Несмотря на масштаб всплеска мощности, персонал не получил существенной дозы облучения, так как сборка и пультовая были расположены на большом расстоянии друг от друга.

Поведение сборки «Леди Годива» во время всплесков мощности при критичности на мгновенных нейтронах хорошо изучено экспериментально и теоретически 48,53,54. На сборке было получено намного больше 1000 безопасных, контролируемых нейтронных импульсов. Расчеты, выполненные с помощью сопряженных компьютерных программ для теплогидравлического и нейтронно-физического расчета, адекватно описывают поведение системы.

Первый всплеск мощности (5,6 X 10 16делений), должно быть, характеризовался периодом, равным 6,4 секунды, что эквивалентно 15 центам избыточной реактивности по отношению к уровню критичности на мгновенных нейтронах. Избыточная реактивность в наиболее мощном пике (1,2 X 10 17делений) составила 21 цент по отношению к уровню критичности на мгновенных нейтронах, что соответствует периоду, равному 4,7 секунды.

Энерговыделение во время второй аварии, равное 1,2 X 10 17делений, эквивалентно по энергии 1,7 фунтам (772 г) взрывчатки, однако причиненный ущерб оказался намного меньше, чем в результате подрыва такого количества взрывчатых веществ. Вышеупомянутая компьютерная программа позволяет рассчитать долю энергии деления, которая переходит в кинетическую энергию. В данном случае только 1,4 % энергии (что эквивалентно 0,024 фунтам (11 г) взрывчатки) перешло в кинетическую энергию и могло вызвать механические повреждения. Реальная картина повреждений согласуется с этой цифрой, отсюда очевидно, что основная часть энергии деления перешла в тепло.

Сборка из металлического урана (93 %), графитовый отражатель; единичный всплеск мощности; незначительные дозы облучения.

Исследовались критические параметры металлических урановых цилиндров (уран высокого обогащения — 93 %), окруженных толстым отражателем из графита (около 9 дюймов, или 23 см) и почти бесконечным отражателем из воды. В ходе рассматриваемого эксперимента было выстроено кольцо из примерно 48 кг урана на графитовом цилиндре, который был установлен на гидравлическом подъемнике. Движение кольца управлялось из пультовой. Кольцо было поднято в графитовый отражатель, установленный на стационарной стальной платформе. Система перешла в состояние критичности до завершения операции, когда кольцо не доходило на один дюйм (2,54 см) до конечного положения. Произошло срабатывание системы управления и защиты по сигналам оператора и автоматики. После срабатывания системы управления и защиты подъемник быстро упал вниз, и система стала подкритической, однако около 1/3 массы металла застряло на несколько секунд в графитовом отражателе перед тем, как упасть вниз. Энерговыход составил около 6 X 10 16делений. Не наблюдалось радиоактивного загрязнения, металл не был поврежден. Дозы, полученные персоналом, были очень малы.

Во многих отношениях эта авария похожа на аварию, произошедшую на критсборке «Джемайма» (часть II, раздел В, авария 4). В этом эксперименте не проводились измерения чувствительности системы к изменению реактивности после разгона, в то же время анализ аналогичных систем указывает на то, что скорость ввода реактивности, скорее всего, не превысила нескольких β в секунду, при этом первый пик мог дать 10 15делений.

Энерговыделение было очень близко к величине в первой аварии на критсборке «Леди Годива» (3 февраля 1954 г., 5,6 X 10 16делений), массы делящегося вещества в обоих случаях вполне сопоставимы. В аварии на критсборке «Леди Годива» вся энергия выделилась в пике мощности, были деформированы части критсборки, наблюдалось повреждение опорных конструкций. В данном же случае металлический уран не был поврежден, что подтверждает мнение о том, что первый пик мощности был мал по сравнению с полным энерговыходом.