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

В те годы велись интенсивные работы по разработке мощных реакторов для исследования радиационной стойкости. На ФКБН, в частности, был реализован ряд критических конфигураций с толстым отражателем и большой внутренней полостью, обеспечивающих работу в импульсном режиме и в статическом режиме на мощности несколько кВт.

В рассматриваемом случае проводились исследования влияния полиэтиленового сферического образца на кинетические характеристики реакторной системы методом котельных шумов.

Механизм сборки в установке ФКБН и компоненты системы в том виде, как они были составлены во время аварии, показаны схематически (но не в масштабе) на рисунке 53. Активная зона сборки состояла из сферической металлической оболочки U(90 %) с внутренней полостью. Активная зона могла быть окружена толстым сферическим металлическим отражателем из природного урана. На рисунке 53 показано, что внешний отражатель разделен на верхнюю и нижнюю половины. Аварийный выброс привел к смерти двух знающих и полностью квалифицированных специалистов по ядерной критичности, стоявших рядом со сборкой во время выброса. Система аварийной сигнализации о критичности была установлена, но не работала во время эксперимента Можно провести некоторую аналогию между этой аварией и аварией, которая случилась почти тридцать лет спустя 17 июня 1997 г. в Арзамасе-16 (ВНИИЭФ) при использовании абсолютно идентичных полусферических слоев U-90 %, из которых собиралась активная зона.

Верхний отражатель состоял из металлического природного урана, полная масса урана в нем была 308 кг. Внутренний радиус составлял 9,15 см, а наружный радиус — 20,00 см. Активная зона представляла собой сферическую оболочку из металлического урана с обогащением 90 %, с внутренним радиусом 5,50 см и наружным радиусом 9,15 см (диаметры: 110-120-135-151-167-183 мм). Масса урана в активной зоне составляла 47,7 кг, или 43,0 кг 235U. Наружный радиус полиэтиленовой сферы составлял 5,50 см. Нижний отражатель представлял собой полусферу из природного урана с внутренним радиусом 9,15 см и наружным радиусом 20,00 см.

Авария произошла в пятницу вечером после обычного рабочего дня. В этот самый день с утра проводилась сборка на стенде ФКБН. Два экспериментатора, участвовавшие в сборке в течение рабочего дня, решили продолжить работу вечером для того, чтобы завершить вторую сборку. Вечерняя сборка должна была повторить дневную сборку с одним отличием: сплошной полиэтиленовый шар нужно было вставить в полость активной зоны, которая оставалась в дневной сборке пустой, и заполнить эту полость. С ручного пульта управления, находясь в зале, ответственный руководитель работы (старший научный сотрудник) стал оперировать верхним талем (тельфером), чтобы опустить верхнюю половину отражателя и привести ее в соприкосновение с активной зоной. Оператор (старший инженер), стоя рядом с ФКБН, рукой направлял опускавшийся отражатель. Авария произошла, когда верхняя половина отражателя опускалась по направлению к активной зоне и почти пришла в соприкосновение с ней. После того, как мощность выброса достигла киловаттного уровня, сработала быстродействующая аварийная защита, и нижняя половина отражателя была сброшена, что было достаточно для приведения системы в глубоко подкритическое состояние и прекращения цепной реакции.

Ответственный руководитель сделал ошибку в рассуждении, ожидая, что полиэтиленовый шар приведет к малому влиянию на реактивность системы, сделав вечернюю сборку менее реактивной, чем дневная сборка. Расследование, последовавшее за аварией, установило, что полиэтиленовый шар имел на самом деле положительное влияние на реактивность системы, сделав вечернюю сборку более чувствительной, чем дневная сборка. Расследование после аварии установило, что в дополнение к ошибке в рассуждениях, экспериментатор нарушил несколько рабочих инструкций. При монтаже вечером нижняя половина уранового отражателя не была помещена на 2,0 см выше его нижнего упора, как требовалось для гарантии адекватного запаса в отношении критической безопасности в процессе сборки. Вместо этого, нижний отражатель был установлен на 9,0 см выше его нижнего упора, то есть на 3,0 см ниже его верхнего упора, соответствовавшего тому, что нижний отражатель приходит в контакт с активной зоной. Тот факт, что положение нижнего отражателя не было изменено после дневного эксперимента, был определен как главная причина аварии.

Расследование выявило несколько дополнительных нарушений инструкций.

• Руководитель сам выписал себе наряд на работу, что категорически запрещено!

• Измерительная система, достаточно чувствительная, чтобы привлечь внимание экспериментаторов к тому, что размножение нейтронов в системе быстро увеличивается при опускании верхней половины отражателя, не работала. Эта система была выключена по окончании дневного эксперимента и не была включена при проведении вечерней сборки в целях ускорения проведения процесса сборки.

• Требовалось, чтобы при вечерней сборке в диспетчерской присутствовал третий специалист, но в диспетчерской никого не было.

• При вечерней сборке должен был присутствовать дозиметрист. Дозиметрист отсутствовал, поскольку он не был уведомлен о вечерней сборке.

После аварийного выброса оба специалиста оставались в сознании и не теряли самоконтроля. Они были в состоянии проинформировать администрацию о том, что произошла авария, и вызвать по телефону скорую помощь. Ответственный руководитель работы провел оценки дозы для себя и оператора (старшего инженера). Он сделал следующую запись в своем экспериментальном журнале.

«Вынута заглушка [цилиндрическая заглушка из 238U в канале верхнего отражателя — подстраховка для уменьшения критичности не сработала] диаметром 80 мм, зазор 30 мм. Вставлен полиэтилен. При опускании оболочки произошел импульс. Защита сработала. Оператор стоял на расстоянии 0,5 метра от оболочки, ответственный руководитель — на расстоянии 1,7 м от пульта кран-балки. Видна была вспышка, слышен удар, лицо обдало жаром. Вклад полиэтилена превысил ожидаемую величину».

Два специалиста по критической безопасности, работая с этой сборкой во время аварийного выброса мощности, были знакомы с нейтронной физикой и экспериментальными процедурами, необходимыми при критических измерениях. Ответственный руководитель (старший научный сотрудник) родился в 1929 году, поступил на предприятие в 1955 году и был квалифицирован как могущий работать с делящимися материалами в 1958 году. Оператор (старший инженер) родился в 1938 году, поступил на предприятие в 1961 году и был допущен к работе с делящимися материалами в 1962 г. Оба имели квалификацию, нужную для проведения экспериментальных процедур, имевших место во время аварийного выброса. Аварийный выброс привел к смерти двух знающих и полностью квалифицированных специалистов по ядерной критичности, стоявших рядом со сборкой во время выброса. Во время выброса оператор стоял приблизительно в 0,5 м от оси сборки. Ответственный руководитель располагался примерно в 1,7 м от оси сборки. Исполнитель (оператор) получил суммарную дозу нейтронного и гамма-излучения в диапазоне 20–40 Зв [3000 бэр]. Ответственный руководитель получил суммарную дозу нейтронного и гамма-излучения в диапазоне 5 — 10 Зв [800 бэр]. После аварии оба специалиста были взяты в местную больницу и сразу перевезены в Москву в Институт биофизики. Оператор умер через три дня после аварии, старший научный сотрудник прожил после аварии еще 54 дня.