Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)

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 59_1,2 (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 59_1,2 по трубе диаметром 64 мм и длиной около 100 м. Из сборника 59_1,2 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 59_1,2, 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 59_1,2.

Сборник 59_1,2 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.

В четверг 15 мая 1997 г. в 10 ч 00 мин аппаратчик узла травления завершил щелочную обработку партии сердечников, слил в коллектор отработанную щелочь и включил на ~15 мин насос для передачи щелочного раствора в сборник 59_1,2. В 10 ч 55 мин в здании 17 сработала система аварийной сигнализации (САС) о возникновении ядерной аварии, имеющая 12 точек контроля. В каждой точке установлены три блока детектирования гамма-излучения на основе пластмассовых сцинтилляторов, срабатывающих по схеме "2 из 3" при превышении порога ~10 мкР/с. По звуковому сигналу САС сменный персонал покинул все установленные зоны эвакуации. Оперативно был закрыт доступ в опасную зону, здание оцеплено охраной, прибыли аварийные службы, дежурные дозиметристы начали обследование радиационной обстановки вне и внутри здания.