Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)

Фролов В. В.

Система была оборудована дистанционным управлением, никакого механического повреждения системы или делящегося материала не было. Никто из персонала не облучился, экспериментальная зона осталась чистой. Очевидное свойство самогашения, продемонстрированное при данном всплеске мощности, стимулировало дальнейшие исследования на сборке «Леди Годива» ^47,48,49, которая использовалась в качестве установки для генерации мощных импульсов нейтронов деления с длительностью менее 100 микросекунд.

5. ВНИИЭФ, г. Саров (Арзамас-16), 9 апреля 1953 г. ⁵⁰

Активная

зона (центральная часть сборки) из плутония массой ~8 кг с отражателем из природного урана; управление экспериментом дистанционное из пультового помещения с биологической защитой.

Авария произошла при проведении эксперимента, целью которого являлось изучение ядерно-физических характеристик размножающей системы (РС), содержащей плутониевую центральную часть (активную зону) внешним диаметром ~100 мм в отражателе из природного урана внешним диаметром 300 мм. Активная зона (АЗ) состояла из четырех полусферических слоев плутония в -фазе, покрытых слоем никеля толщиной ~0,1 мм.

Отражатель из природного урана состоял из шести полусферических слоев, вкладывающихся друг в друга. В плоскости разъема в урановых оболочках имелся канал диаметром 26 мм.

В центре АЗ в полости диаметром 28 мм находился нейтронный источник мощностью ~10⁷ н/с.

^{Рисунок 46. Схема опыта с исследуемой РС на стенде ФКБН.}

В диаметральной плоскости слои РС разделялись диском из дюралюминия толщиной 5 мм с радиальным пазом, в котором располагались 24 таблетки из U₃O₈ (90 % обогащения по ²³⁵U) весом 80 мг каждая.

PC была собрана на установке ФКБН ⁵¹, первый вариант которой в 1950–1953 гг. представлял собой гидравлический подъемник с дистанционным управлением. Стенд ФКБН размещался в здании Б реакторной площадки, удаленной от жилой зоны на расстояние ~7 км. Управление стендом осуществлялось из смежного пультового помещения (рис. 47).

Исследуемая PC была разделена на две части (рис. 46):

• верхнюю, содержащую урановые слои диаметром от 120 мм до 300 мм, установленную неподвижно на трех опорах, сцентрированных относительно вертикальной оси подъемника с нижней частью PC;

• нижнюю, содержащую плутониевую A3 и остальные урановые оболочки.

^{Рисунок 47. Планировка здания Б.}

В исходном состоянии расстояние между нижней и верхней частями РС составляло 200 мм. Минимальное расстояние, на которое могли быть сближены части РС, определялось толщиной стальных упоров (прокладок), которые перед началом сближения устанавливались оператором вручную на горизонтальном срезе нижней части PC (подъемнике). При достижении заданного зазора подъемник автоматически отключался, и оператор производил замер величины потока нейтронов из PC и расчет соответствующей подкритичности.

Комиссия, расследовавшая причины аварии, констатировала:

"…Устройство ФКБН и его предохранительной автоматики таковы, что обеспечивается защита только от медленных переходов через критическое

состояние. ФКБН не защищен от небрежной работы, и поэтому инструкция предусматривает ведение работы так, как если бы никакой предохранительной автоматики не было.

Непосредственной причиной аварии и выхода ФКБН из строя 9 апреля 1953 г. явилась халатность, допущенная оператором, который, проводя работу один, установил прокладку толщиной 5 мм вместо прокладки толщиной 10 мм".

В результате поток нейтронов при сближении частей PC резко возрос, что привело к значительному выделению тепла, плавлению и вытеканию части плутония (масса ~70 г) из A3 в горизонтальный канал уранового отражателя.

По сигналу аварийной тревоги нажатием кнопки на пульте управления оператор опустил стол подъемника с нижней частью PC в исходное положение и остановил цепную реакцию. Указанные события произошли в обеденный перерыв, когда основная группа экспериментаторов (~10 чел.) отсутствовала. Спустя ~2 часа прибывший руководитель работы вместе с оператором зашли в помещение ФКБН и произвели внешний осмотр установки. По результатам дозиметрического контроля интегральная доза за время осмотра составила у них 1,6 P и 1 P, соответственно.

Последующий осмотр РС комиссией специалистов показал, что три (из четырех) плутониевых полусфер сплавились с дюралюминиевым диском, разделяющим РС, поэтому для дальнейшей разборки РС была направлена на комбинат "Маяк".

Обработка урановых индикаторов, имевшихся в РС, подтвердила первоначальную оценку интегрального энерговыделения, составившего ~10¹⁶ делений.

3начительного радиоактивного загрязнения помещения стенда установки не произошло, и в дальнейшем, после дезактивации, на этом месте был установлен новый стенд для работы с РС.

По результатам анализа обстоятельств аварии было признано, что установка ФКБН в ее первоначальном варианте не удовлетворяет техническим требованиям по обеспечению безопасности работ с критическими системами, и установка была демонтирована. Взамен ее во ВНИИЭФ были спроектированы и сооружены новые варианты: ФКБН-1 (1955 г.), ФКБН-2 (1963 г.), ФКБН-2М и др., снабженные быстродействующей аварийной защитой.

6. Лос-Аламосская национальная лаборатория, 3 февраля 1954 г. ^{38 42 48}

Сборка «Леди Годива», голая сфера из металлического урана (93,7 %); сбой в работе стержня регулирования; единичный всплеск мощности; незначительные дозы облучения.

7. Лос-Аламосская национальная лаборатория, 12 февраля 1957 г. ^{42 48 49–52 53-54}

Сборка «Леди Годива», голая сфера из металлического урана (93,7 %), добавлен отражатель; единичный всплеск мощности; незначительные дозы облучения.

Эти два разгона мощности произошли на критсборке без отражателя с металлическим топливом «Леди Годива», состоящей из трех секций, которые в сборе образуют сферу. На рисунке 48 показана сборка «Леди Годива» в подкритическом состоянии. Центральная секция неподвижно закреплялась с помощью маленьких трубчатых стальных опор, а верхняя и нижняя секции могли перемещаться с помощью пневматических цилиндров, и таким образом обеспечивались две независимые системы аварийной защиты. Критическая масса составляла приблизительно 54 кг урана с обогащением, равным 93,7 %. Система управлялась дистанционно с расстояния 1/4 мили (402 м).