Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)

легких примесей (воздух, фтористый водород).

Испарение ГФУ и его подача в разделительный каскад, а также конденсация его в емкости производятся на конденсационно-испарительных установках (КИУ).

^{Рисунок 14. Схема КИУ-6.}

КИУ-6 Завода разделения изотопов, расположенная в помещении площадью 7,2 м X 18 м, предназначалась для очистки гексафторида урана от легких примесей (рис. 14). Степень обогащения по ²³⁵U на этом этапе составляла 22,6 %. Очистка ГФУ от примесей осуществлялась путем конденсации ГФУ при температуре от —60 до —80 °C в основных (ОЕ, 5 шт.) и промежуточных (ПЕ, 3 шт.) емкостях с последующим испарением ГФУ в технологическую цепочку. При нормальном ведении процесса практически весь ГФУ конденсировался в основных и промежуточных емкостях, а HF и незначительное количество ГФУ конденсировались в емкостях-осадителях (ОС, 2 шт.) при температуре минус 180 °C. Неконденсирующиеся примеси (воздух) поступали в ресиверы (5 штук) объемом 4,5 м³ каждый с последующей откачкой вакуумным насосом ВН-6 (рис. 15) в систему газоочистки. В вакуумном насосе в качестве рабочего тела используется масло. Масло необходимо менять примерно через каждые 15 дней, вследствие повышения его плотности (от 0,9 до 1,1 при концентрации урана около 20 г/л) из-за накопления в нем ГФУ, что снижает КПД насоса. Данный график замены масла был составлен исходя из соображений обеспечения нормальной эксплуатации при безусловном учете безопасности при возникновении критичности.

^{Рисунок 15. Вакуумный насос ВН-6 (размеры приведены в мм).}

Охлаждение основных и промежуточных емкостей осуществлялось парами жидкого азота, пропускаемыми через змеевик, помещенный в чугунную дробь. Включение обогрева (режим испарения) основных и промежуточных емкостей осуществлялось автоматически в зависимости от давления в коллекторе испарения, из которого ГФУ подавался в разделительный каскад. Жидкий азот для охлаждения емкостей (при достаточном его количестве) подавался системой автоматики по сигналам термодатчиков (термометры сопротивления). При недостаточном количестве жидкого азота предусматривалась его подача для охлаждения основных и промежуточных емкостей вручную из переносных сосудов Дьюара.

С 1 июля 1961 года на заводе были введены ограничения на потребление жидкого азота. В связи с этим со 2 июля охлаждение основных емкостей было переведено на ручной режим подачи жидкого азота, а охлаждение промежуточных емкостей было прекращено, что увеличило поступление гексафторида урана в ресиверы и вакуумный насос ВН-6.

Десятого июля вследствие потери герметичности регулятора на одной из ступеней блока разделительных машин произошла натечка воздуха, что заставило более интенсивно использовать КИУ-6 для удаления легких примесей.

По результатам оценки, сделанной после аварии, за период ликвидации натечки воздуха с 10 по 14 июля через систему ресиверов прошло около 20 кг урана.

В период с 1 июля по 14 июля имели место следующие нарушения требований технологического регламента:

• приборы, регистрирующие на диаграммах температуру основных емкостей, были отключены;

• охлаждение основных емкостей осуществлялось непосредственной заливкой жидкого азота в теплообменную засыпку (чугунную дробь), а не в змеевики. В результате, предположительно, имел место значительный градиент температур, а значит, и неправильная оценка температуры, так как термометр находился непосредственно у места заливки жидкого азота;

• промежуточные емкости были выведены из нормального технологического процесса (не охлаждались) на длительный срок.

14 июля 1961 года в 4 ч 45 мин в помещении конденсационно-испарительной установки сработала звуковая сигнализация прибора (СД-1М) дозиметрического контроля. Оператор установки, выполнявший операции в этом помещении, вызвал дежурного дозиметриста для выяснения причин срабатывания сигнализации.

Дежурный дозиметрист определил, что мощность дозы гамма-излучения в помещении составляет около 2,5 мкР/с. В то же время система аварийной сигнализации о возникновении СЦР не сработала, несмотря на то, что в то время порог срабатывания для нее по мощности дозы гамма-излучения составлял 2,0 мкР/с.

С целью обнаружения источника гамма-излучения было обследовано все оборудование в помещении (его размеры 18 X 7,2 м²). Однако ресиверы и насос ВН-6 находились вне этого помещения и не были обследованы, так как не вызывали подозрений относительно возможности попадания в них ГФУ. Источник излучения не был определен, мощность дозы быстро спадала и через 10–15 минут составила 0,2 мкР/с.

Дав разрешение оператору установки продолжать работу, дозиметрист доложил оператору центрального диспетчерского пульта (ЦДП).

Оператор установки с целью откачки газа из ресиверов в 7 ч 30 мин включил с пульта управления вакуумный насос ВН-6 и пошел к ресиверу № 5, чтобы открыть задвижку, соединяющую насос с указанной группой ресиверов. В момент нахождения оператора на расстоянии 0,5 метра до ресивера и до насоса сработала система аварийной сигнализации (приборы УСИД). По словам оператора, у него возникло зрительное ощущение вспышки света. Не открывая задвижку, оператор выключил насос, побежал к телефону, который находился в этом корпусе (расстояние около 200 метров), и доложил о случившемся оператору ЦДП.

Одновременно со срабатыванием САС в КИУ-6 сработала аварийная сигнализация в трех соседних зданиях, находящихся на расстоянии от 160 до 320 метров от нее.

Пороги срабатывания сигнализации приборов УСИД были настроены на уровень мощности гамма- излучения — 2,0 мкР/с. Низкое значение порогов объясняет массовое срабатывание сигнализации.

Прибывший дозиметрист отметил увеличение мощности гамма-излучения от 0,2 мкР/с (на расстоянии около 100 метров от помещения КИУ-6) до 10мкР/с (в районе помещения КИУ-6).

Пострадавший оператор был отправлен в медсанчасть. Результаты расследования обстоятельств и причин ядерной аварии показали, что СЦР произошла в расширительном баке вакуумного насоса (рис. 16) из-за накопления урана и образования критической массы ядерного материала в виде смеси вакуумного масла и фтористых соединений урана.

В течение 5 дней измерялась мощность дозы гамма-излучения на боковой поверхности бака. Измерения проводились прибором ПМР-1. Блок детектирования размещался вплотную к поверхности бака в точке, расположенной на полувысоте бака. Динамика снижения мощности дозы гамма-излучения (D) на поверхности бака приведена в таблице 7.

Опорожнение бака происходило через нижнее сливное отверстие в емкости объемом 5 литров. Всего, 18–19 июля, из бака было извлечено 42,95 кг масла. По данным анализа, концентрация урана составила 173 г/л (анализ проводился люминесцентным методом с возможной погрешностью ± 30–40 %). Обогащение по урану-235 составило 22,6 %.

^{Рисунок 16. Бак масляного насоса (размеры приведены в мм).}

Возникновение и гашение цепной реакции имели следующие особенности. Масса фторидов урана накапливалась в масле длительное время, но наиболее интенсивно с 10.07.61 г. по 14.07.61 г. Ввиду малой скорости ввода реактивности и интенсивного собственного источника нейтронов (1,3 X 10⁴ н/с) разгон происходил на запаздывающих нейтронах. Первый разгон мощности 14.07.61 г. в 4 ч 45 мин был очень слабым и по числу делений, вероятно, не превысил 2 X 10¹⁴ делений. После его самогашения система осталась в состоянии, близком к критическому на запаздывающих нейтронах. Необходимо отметить, что точные сведения о концентрации, объеме раствора, конфигурации материала в момент первого разгона мощности отсутствуют. Более того, неизвестно, работал ли в это время вакуумный насос.

^{Таблица 7. Результаты измерения мощности дозы гамма-излучения}