Томас Маклафлин - Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)
13.12.1978 г. в начале рабочей смены в камере 1392 находились 4 контейнера, а в отсеке 1391В — три контейнера, по одному слитку плутония в каждом. На рисунке 29 все семь слитков пронумерованы в последовательности 1…7. На рисунке, для простоты восприятия, показано линейное расположение контейнеров, на самом же деле контейнеры со слитками 4 и 5 располагались за контейнерами со слитками 6 и 7.
К моменту аварии операции с шестью слитками были закончены, и только слиток 3 было необходимо оставить в отсеке 1391В для продолжения работ. Согласно сменному заданию оператор С должен был:
• освободить шесть контейнеров и передать слитки из них на установку 6 цеха 1,
• затем доставить шесть контейнеров (4 — с установки 6 и 2 — с установки 12) на установку 13,
• перегрузить шесть слитков последовательно в контейнеры установки 13 для последующего отбора проб плутония.
Порядок передачи слитков согласно сменному заданию схематично показан на рисунке 30. Реальная схема передачи слитков представлена на рисунке 31. Оператор С освободил два контейнера в камере 1392 и отправил слитки 6 и 7 на установку 6. На установке 6 оператор С загрузил два слитка (8 и 9) в контейнеры камеры 1392 вместо слитков 7 и 6. Эти действия соответствовали письменному сменному заданию.
Руководствуясь стремлением как можно скорее произвести передачу слитков, оператор С (без разрешения и в нарушение регламента) попросил оператора Б оказать ему помощь, поручив ему самостоятельно освободить в отсеке 1391В контейнеры со слитками 1 и 2, доставить с установки 12 два слитка (10 и 11) и загрузить их в два освободившихся контейнера. Оператор Б, не имея письменного задания, нарушил намеченную оператором С схему передачи слитков и перенес слиток 3 из отсека 1391В в камеру 1392, загрузив его в контейнер, в котором уже находился слиток 4, тем самым нарушив правило для установки. Далее оператор Б на освободившееся от слитка 3 место загрузил слиток 10, доставленный в отсек 1391В из камеры установки 12.
Оператор С, который удалялся на некоторое время для выполнения других заданий, вернулся и возобновил выполнение работы по предписанному ему сменному заданию, не согласовав свои действия с действиями оператора Б. Оператор С, вместо того чтобы отправить слитки 1 и 2 на установку 6, начал перегрузку этих слитков, полагая, что это слитки 10 и 11, в камеру 1392 в контейнер, в котором уже находились слитки 3 и 4. Даже если бы контейнер в 1392 был пустой, действия оператора С нарушали правила для установки. На рисунке 31 показаны эти перегрузки.
При загрузке слитка 1 массой менее 2 кг в контейнер, в котором уже находилось три слитка (суммарная масса четырех слитков равнялась 10,68 кг), оператор С почувствовал руками тепловую волну и вспышку света в глазах. При расследовании аварии он не смог уверенно указать, отдернул ли он инстинктивно руку со слитком или слиток был выброшен вследствие мгновенного энерговыделения и теплового расширения из сжатого состояния ("теплового удара"). В тот же момент сработала система аварийной сигнализации (САС) о возникновении ядерной аварии, причем одновременно в двух зданиях (901 и 925) завода. Датчики САС представляли собой счетчики Гейгера с порогом срабатывания 30 мкР/с, что соответствовало их скорости счета около 500 имп./с. Семь человек, находившихся на разных расстояниях от установки 13, были облучены дозами от 5 до 60 рад, причем преобладающий вклад в дозовую нагрузку определялся быстрыми нейтронами.
Рисунок 30. Регламентный порядок передачи слитков с установки 13 и на нее.Оператор С после срабатывания САС извлек из контейнера два из трех оставшихся слитков и перенес один из них в отсек 1391А, другой — в отсек 1391В.
Были взяты пробы плутония из всех четырех слитков и выполнены их гамма-спектрометрические анализы на содержание лантана-140. С учетом погрешностей метода энерговыделение за аварию с единственным пиком мощности составило 3 X 1015 делений. Доза на тело оператора С составила ~250 рад, доза на кисти рук более 2000 рад, что привело к ампутации рук до локтевого сустава. Позднее у него стало ухудшаться зрение. Семь человек, находившихся на разных расстояниях от установки 13, были облучены в дозах от 5 до 60 рад, причем преобладающий вклад в дозовую нагрузку определялся быстрыми нейтронами. Авария не привела ни к разрушениям, ни к разгерметизации камер, ни к радиоактивному загрязнению оборудования.
Рисунок 31. Фактический порядок передачи слитков с установки 13 и на нее в день аварии. Сплошными линиями показаны действия оператора C, а пунктирными — действия оператора Б.21. Новосибирский завод химических концентратов, 15 мая 1997 г
Накопление осадка обогащенного урана (90 %) в донных областях двух параллельных емкостей плоской геометрии; многократные разгоны мощности; незначительное облучение персонала.
Авария произошла в цехе, где методом порошковой металлургии производятся сердечники тепловыделяющих элементов из дисперсионного материала (UO2 + Al), в котором обогащение урана составляет до 90 % по 235U. Конечной операцией перед очехловыванием сердечников в алюминиевую оболочку является их химическое травление. Цель травления — устранить микродефекты на поверхности сердечников и обеспечить плотный контакт между сердечником и его оболочкой.
Принципиальная схема узла травления представлена на рисунке 32.
В процессе травления партия сердечников последовательно погружается в три ванны, заполненные соответственно NaOH, H2O и HNO3. Щелочь NaOH, взаимодействуя с частицами алюминия на поверхности сердечника, образует алюминат натрия NaAlO3, который со временем может частично образовывать осадок в виде Al(OH)3. В этом процессе травления частично выщелачивается диоксид урана, осаждающийся на дно ванны.
Во второй ванне сердечники отмывают водой от щелочи. В третьей ванне с азотной кислотой происходит растворение частиц UO2 с поверхности сердечников и окончательная нейтрализация следов щелочи.
Процесс травления был стандартизирован и контролировался в течение 13 лет до возникновения ядерной аварии только посредством поддержания основных технологических параметров: количества сердечников в партии, температуры, концентрации реагентов, длительности операций. Концентрация урана в растворах не измерялась. Также не контролировалась и не учитывалась возможность образования осадков и отложений урана в оборудовании и коммуникациях.
Отсутствие аналитического контроля концентраций урана объяснялось тем, что все оборудование, за исключением ванн, имело безопасную геометрию согласно конструкторской документации. Однако, как было обнаружено уже после ядерной аварии, сборник травильных растворов 591,2 (рис. 32) не был геометрически безопасным.
После завершения травления одной партии сердечников растворы из ванн направляли самотеком в коллектор в виде трубы диаметром 130 мм. По мере его заполнения раствор перекачивали насосом в сборник 5912 по трубе диаметром 64 мм и длиной около 100 м. Из сборника 591,2 раствор передавали насосом в емкость 28 (рис. 32) на узел регенерации урана.
Впервые образование плотного осадка диоксида UO2 в коллекторе было обнаружено в 1996 году после его вскрытия и обследования. Из коллектора было извлечено 5,5 кг осадка с массовой долей урана -69 %. Осадок был плотным и извлекался постепенно посредством растворения в азотной кислоте. Выполненные анализы показали, что осадок формировался более 10 лет.
Обнаружение осадка в коллекторе не привлекло внимания персонала к поиску отложений урана в коммуникациях и в сборнике 591,2, так как в них условия ядерной безопасности выполнялись без аналитического контроля урана. В то же время зоной ежегодного баланса урана являлся весь цех, в масштабах которого были пренебрежимо малыми и незаметными потери урана вследствие его частичного осаждения в сборнике 591,2.
Сборник 591,2 состоял из двух плоских сообщающихся емкостей 59/1 и 59/2, имевших общий вход и выход растворов урана. Каждая емкость имела следующие внутренние размеры: высота 3,5 м, длина 2 м, толщина 0,1 м, рабочий объем — 650 л. Обе емкости были выполнены из нержавеющей стали толщиной 4 мм. Расстояние между емкостями 0,8 м, расстояние до бетонного пола — 0,75 м. Емкости были оснащены экранами в виде стальных листов, установленных на расстоянии 0,14 м от боковых поверхностей (3,5 X 2 м2) для исключения приближения отражателей к их поверхности.
Рисунок 32. Принципиальная схема узла травления.Боковые поверхности были скреплены внутри поперечными стальными стержнями, приваренными с шагом прямоугольной квадратной решетки 0,4 м. Днище емкостей имело угол наклона -20° в сторону сливных отверстий.
С 1984 г. емкости использовали для сбора травильных растворов урана с обогащением 90 %, однако без согласования с органами надзора за ядерной безопасностью.
