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

В результате аварии облучению подверглись еще 4 сотрудника. Они находились в смежных помещениях, и дозы их были незначительны: ~7, ~1, ~1 и ~0,02 бэр.

Стенд МСКС после описанного случая в течение длительного времени использовался в различных экспериментах.

Сборка из металлического урана с бериллиевым отражателем; единичный всплеск мощности; незначительные дозы облучения.

Критическая сборка состояла из концентрических цилиндров, изготовленных из высокообогащенного металлического урана, окруженных бериллиевым отражателем. Общая масса обогащенного урана, составлявшая 47 кг, была поделена на две части: центральный блок находился на подъемнике, а кольца большего диаметра и отражатель находились на неподвижной платформе. Критичность достигалась путем пошагового подъема центрального блока внутрь кольцевого слоя, окруженного отражателем. Эксперименты проводились в оборудованном мощной защитой боксе, который примыкал к зоне с импульсным реактором «Кукла», дававшим импульсы мгновенных нейтронов.

Были успешно осуществлены семь шагов подъема, и были выполнены эксперименты по измерению размножения на каждом шаге. На восьмом шаге, когда все шло практически нормально, экспериментальная сборка внезапно перешла в надкритический режим. Раздался звук, похожий на взрыв, и сработала система аварийной защиты и аварийная сигнализация. Спустя несколько секунд можно было видеть, как плавится и горит уран. Позднее был измерен энерговыход, составивший 3,76 X 10 17делений. При этом практически не было выделения механической энергии. Около 15 кг урана сгорело, около 10 кг расплавилось и растеклось по полу. Дозы облучения персонала, находившегося в здании или вблизи него, были низкими и не превысили 0,12 бэр. В результате аварии было сильно загрязнено помещение, в котором располагалась сборка.

Считается, что авария произошла потому, что центральный металлический цилиндр, стоявший на платформе подъемника, оказался слегка сдвинутым от центра. Когда он был поднят и вошел в неподвижную секцию экспериментальной сборки, одно или несколько металлических колец приподнялись. После восьмого шага кольца сами по себе просели, заняв свое нормальное положение относительно центральной цилиндрической секции сборки, при этом резко возросла реактивность. Ни скорость ввода, ни максимальная реактивность не известны.

Первый пик, вероятно, не превысил 10 16делений, большая часть энергии выделилась, по-видимому, когда мощность системы стабилизировалась и находилась на высоком плато. Гашение СЦР произошло вследствие теплового расширения и плавления сборки.

Импульсный быстрый реактор с уран-молибденовой активной зоной без отражателя; единичный всплеск мощности; незначительные дозы облучения.

После того как реактор «Годива» был успешно применен для генерации коротких мощных импульсов нейтронов со спектром, близким к спектру деления, было разработано несколько подобных импульсных реакторов для целей облучения. Один из таких импульсных реакторов, содержавший 96 кг сплава высокообогащенного урана и молибдена (10 %), был построен на ракетном полигоне Уайт Сэндз, расположенном на юге штата Нью-Мексико. Конструкция этого реактора в чем-то похожа на конструкцию реактора «Годива II» 54: семь колец и верхняя пластина образовывали большое пространство в центре, которое в критическом состоянии было заполнено блоком безопасности. Через отверстия в кольцах проходили два регулирующих стержня и импульсный стержень. Вся система удерживалась в сборе с помощью трех металлических болтов. Первоначально болты были сделаны из нержавеющей стали, но непосредственно перед аварией их заменили на болты, изготовленные из уран-молибденового сплава. В эксперименте определялся вклад в реактивность, вносимый разными компонентами сборки. Были измерены новые веса регулирующих стержней, импульсного стержня, реактивность, вводимая разными мелкими компонентами, а также реактивность, обусловленная извлечением блока безопасности на один дюйм.

Для дальнейшей калибровки реактивности блока безопасности нужен был более мощный нейтронный поток, чем тот, который давал полоний-бериллиевый нейтронный источник. Чтобы получить мощность в 1 ватт, сняли (зашунтировали) блокировку, и блок безопасности вдвигался внутрь, приближаясь, как думали, к известному состоянию. Всплеск мощности произошел, когда блок безопасности приблизился к полудюймовой отметке.

Все механизмы защиты реактора сработали как положено, при этом за короткий промежуток времени выделилась большая энергия, и всплеск мощности был погашен вследствие теплового расширения металла. Новые уран-молибденовые болты не выдержали (отлетели головки), и два верхних кольца вместе с мелкими деталями были отброшены на расстояния от 1,5 м до 4,6 м.

По данной аварии сохранился полный набор показаний приборов. Минимальный период был 9,2 микросекунды, максимальная реактивность на 15 центов превысила уровень критичности на мгновенных нейтронах, скорость ввода реактивности составила 2,2 β/с, длительность нейтронного импульса составила 28 микросекунд. Увеличение внутренней температуры на 290 °C говорит о выходе, составляющем 1,5 X 10 17делений, что всего в 1,4 раза больше максимального выхода, наблюдавшегося в нормальных условиях эксперимента.

Во время неожиданной вспышки были разрушены только крепежные болты и немного откололось никелевое покрытие колец. Дозы облучения персонала были очень маленькими. Через час после всплеска мощности камеру вскрыли и измерили уровень радиации, который оказался выше обычного фона, но не намного выше уровня, наблюдавшегося после плановой вспышки.

Сборка из металлического урана, U(90 %), с отражателем из природного урана; единичный всплеск мощности; два человека погибли.

Авария произошла 5 апреля 1968 г. в Российском Федеральном Ядерном Центре (ВНИИТФ), расположенном в южной части Уральских гор между Екатеринбургом и Челябинском. Эксперименты с критическими сборками, использующие механизм вертикального подъема на установке ФКБН [4] Прототип ФКБН был разработан и ранее использован в научном центре Арзамаса-16. Он упомянут в воспоминаниях А. Д. Сахарова. См. также в трудах Международной конференции по ядерной критической безопасности, 1995 г., том 1, статью В. А. Терехина, В. Д. Пережогина, Ю. А. Соколова «Критические измерения во ВНИИТФ. Обзор.» , начались во ВНИИТФ в 1957 г. Акронимом ФКБН обозначается «физический котел быстрых нейтронов».