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

• Название: Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)
• Автор: Томас Маклафлин
• Издательство: Лос-Аламосская национальная лаборатория
• Жанр: Физика
• Год: 2003

Обсуждаются ядерные аварии с возникновением самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР) и характеристики разгона на мгновенных нейтронах на критических сборках. Рассмотрено 60 аварий на различного типа оборудовании и установках. Приводятся детали, позволяющие читателю понять физическую картину, химические процессы во время аварии, а также предоставляется информация об административной обстановке на промежутке времени, предшествующем возникновению аварии, в тех случаях, когда она доступна. Приводится картина изменения мощности во времени, приводятся данные об энерговыделении, последствиях и причинах аварии. Для описания тех аварийных ситуаций, которые возникли на промышленных предприятиях, в настоящую версию были включены два новых раздела. В первом из них содержится анализ и выводы о физических и ядерно-физических свойствах систем, в которых происходила цепная реакция. Во втором обобщаются наблюдения и обсуждаются извлеченные уроки. Обсуждение случаев резкого превышения мощности крупных энергетических реакторов не включено в данный отчет.

---

Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР Редакционная версия 2003 г Отчет Лос-Аламосской национальной лаборатории LA-13638

Авторы

Соединенные Штаты Америки:

Томас П. Маклафлин, Шан П. Монахан, Норман Л. Прувост

Российская Федерация:

В. В. Фролов *, Б. Г. Рязанов **

В. И. Свиридов ***

* Ведущий научный сотрудник, Физико-энергетический институт, Обнинск, Россия 249033

** Начальник отдела ядерной безопасности, Физико-энергетический институт, Обнинск, Россия 249033

*** Начальник лаборатории ядерной безопасности, Физико-энергетический институт, Обнинск, Россия 249033

Лос-Аламосская национальная лаборатория

Лос-Аламос, Нью-Мексико 87545, США

Предисловие к изданию на русском языке

В отчете описаны случаи аварий с возникновением неконтролируемой самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР) на установках атомной промышленности и на исследовательских ядерных установках (критстендах). Первые эксплуатируются в состоянии глубокой подкритичности и не оснащены средствами исключения возможности возникновения СЦР. Вторые, напротив, эксплуатируются в целях изучения критических параметров различных систем и оснащены системами управления и искусственного гашения цепной реакции, а также радиационной защитой. По этим двум классам ядерных установок отчет содержит два раздела с обзором вышеупомянутых аварий, а также третий раздел с описанием кинетики СЦР и механизмов ее гашения.

При описании аварий достаточно полно представлены обстоятельства и причины их возникновения, нейтронно-физические характеристики аварийных систем, радиационные и другие последствия. В отчете обобщены результаты анализа 55 случаев возникновения СЦР. Обзор построен в хронологическом порядке для установок обоих классов, независимо от того, в какой стране произошла авария. Авторы надеются, что результаты работы американских и российских специалистов будут полезны всем работающим в области ядерных установок и технологий, а также для более широкого круга читателей, интересующихся проблемами рисков различных ядерных технологий для человека и окружающей среды.

Впервые в открытой печати обзор ядерных аварий на установках атомной промышленности был опубликован в 1967 году в Лос-Аламосской национальной лаборатории США в виде отчета 1, автором которого был Вильям Страттон. Второе издание обзора, в котором Дэвид Смит систематизировал аварии по классам и типам установок, вышло в марте 1989 года. Однако в нем, как и в первом издании, не были представлены ядерные аварии с возникновением СЦР, имевшие место в России, начиная с 1953 года.

Третье издание, также на английском языке, вышло в мае 2000 года в виде отчета LA-13638 и представляло собой описание и анализ практически всех аварий с возникновением СЦР в мире. В написании третьего издания обзора принимали участие специалисты из России, от имени которых выражаем глубокую признательность за огромный вклад в организацию и продвижение этой работы американским соавторам: Томасу Маклафлину, Норману Прувосту, Шану Монахану и всем участникам подготовки отчета с американской стороны, без чьей глубокой заинтересованности и самоотдачи этот обзор не мог бы появиться, а также российским специалистам, оказавшим помощь в подготовке отчета.

В. В. Фролов

Б. Г. Рязанов В. И. Свиридов

Предисловие

Начиная с первых лет работы на площадке Пахарито (Лос-Аламос), мы в ходе критических экспериментов в ряде случаев были очень близки к аварийным ситуациям с радиационными последствиями для персонала и окружающей среды. В первом из этих случаев оператор, управлявший критической сборкой, воскликнул: "Катастрофа!" Однако в этом случае и при других подобных "катастрофах" не было серьезных последствий для персонала, который находился на расстоянии в четверть мили от установки. Тем не менее, необходимо было научиться избегать ошибок при проведении критических экспериментов и тем более не повторять их.

Совершенно другая ситуация возникает в случае аварии в технологическом оборудовании с делящимися материалами, как это было в Лос-Аламосе, где безопасность операторов обеспечивалась мерами ядерной безопасности, направленными на предотвращение критичности, а не такими мерами, как толстая защита от излучений или удаление на большое расстояние от источника опасности.

В этом случае анализ и опубликование данных позволили выявить еще не объясненные причины аварийных ситуаций, которые требовали рассмотрения в рамках ядерной безопасности.

Понимание ценности опубликования данных об авариях на обоих указанных типах ядерных установок заставило Вильяма Р. Страттона из группы Пахарито собрать все доступные описания в своей работе "Обзор аварий с возникновением критичности", которая стала стержнем для настоящего издания.

Хью Пакстон

Лос-Аламос, штат Нью-Мексико Август 1999 г.

Введение

Настоящий документ представляет собой третье издание отчета "Обзор аварий с возникновением критичности". Первое появилось в 1967 году в виде отчета Лос-Аламосской национальной лаборатории LA-3611, автором которого был Вильям Р. Страттон1. В то время он являлся штатным сотрудником Группы по критическим экспериментам в Лос-Аламосе и членом Консультативного комитета по безопасности реакторов Комиссии по атомной энергии (США). Вторая редакция отчета была опубликована под тем же названием в 1989 году в качестве документа DOE/NCT-042. Эта редакция была выполнена Дэвидом Р. Смитом, который являлся в 60-е и 70-е годы коллегой Вильяма Р. Страттона в Группе по критическим экспериментам и инспектором по критической безопасности Лаборатории. В 1980 году функция обеспечения ядерной безопасности была выведена из сферы деятельности Группы по критическим экспериментам, а в организации в рамках Лаборатории было создано специальное подразделение по охране труда, первым руководителем которого стал Д. Р. Смит.

Когда в начале 90-х годов появились совместные исследовательские проекты и начался обмен информацией между учеными Российской Федерации, представляющими бывший Советский Союз, и учеными Лос-Аламосской национальной лаборатории, началось также обсуждение возможностей для проведения совместных работ в области ядерной безопасности, связанной с критичностью (ниже — просто ядерная безопасность). К 1994 году было налажено взаимодействие по проблемам ядерной безопасности между Лос-Аламосом и четырьмя российскими предприятиями, включающими Физико-энергетический институт (ФЭИ, г. Обнинск), Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (ВНИИЭФ) в г. Сарове (бывший г. Арзамас-16), Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики (ВННИТФ) в г. Снежинске (бывший г. Челябинск-70) и Курчатовский институт (КИ, г. Москва).

Сотрудники ФЭИ, занимающиеся вопросами ядерной безопасности атомной промышленности, осуществляют надзор и за четырьмя основными предприятиями, где были аварии и на которых осуществляется производство и переработка делящихся материалов. К ним относятся ПО "Маяк", Сибирский химический комбинат в Северске (бывший г. Томск-7), ОАО "Машиностроительный завод" (г. Электросталь) и ОАО "Новосибирский завод химических концентратов" (г. Новосибирск). Таким образом, сотрудники служб ядерной безопасности этих четырех предприятий были непосредственно вовлечены в расследование всех 13 российских аварий, которые описаны в данной работе. Три института: ВНИИЭФ, ВНИИТФ и Курчатовский институт, в которых имели место ядерные аварии, проводят эксперименты на критических сборках и имеют опыт разработки ядерных реакторов.

Настоящий отчет, опубликованный на английском и русском языках, является плодом совместных усилий специалистов в области ядерной безопасности из обеих стран. В него не только включено описание всех происшедших в России ядерных аварий, связанных с критичностью, но также пересматриваются описания аварийных ситуаций, имевших место на производственных предприятиях в США и Великобритании, о которых сообщалось во втором издании вышеуказанной публикации. Пересмотр описаний аварийных ситуаций, возникших на предприятиях в США и Великобритании, сводится, в основном, к дополнениям к тексту с включением информации, содержавшейся прежде лишь в документах, на которые в отчете давалась ссылка. В некоторых случаях понадобилось внести коррективы, связанные с техническими вопросами. Расширенные описания даются в интересах более широкого круга читателей, которых данный документ привлекал на протяжении ряда лет.

Наконец, когда данный документ был практически готов к печати в сентябре 1999 года, в Японии на предприятии JCO по переработке ядерного топлива произошла авария с возникновением СЦР. Публикация документа была отложена до тех пор, пока эта последняя аварийная ситуация не будет полностью понята, для того чтобы она могла быть представлена в нем. Цель авторов состояла в том, чтобы данный расширенный обзор способствовал лучшему пониманию причин аварий, связанных с критичностью, и их последствий и, тем самым, повышению безопасности и эффективности работ, проводимых со значительными количествами делящихся материалов.