Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)

По максимальной мощности дозы гамма-излучения, измерявшейся носимым гамма-радиометром, было определено место возникновения аварии — сборник травильных растворов 59_1,2, расположенный на нулевой отметке (первый этаж). Через 25 мин после срабатывания САС мощность дозы составила ~10 Р/час на расстоянии ~0,5 м от сборника.

Поскольку сборник остался неповрежденным и герметичным, было принято решение о заливании в него борной кислоты по той же штатной схеме, по которой в него поступали растворы урана. Был подготовлен раствор естественного бора путем смешения 20 кг сухой борной кислоты с водой. После операции заливания борного поглотителя нейтронов обе емкости оказались практически полностью заполненными при общем свободном объеме 60 л.

Однако в 18 ч 50 мин 15 мая 1997 года произошло второе срабатывание САС. Третье, четвертое и пятое срабатывания имели место в 22 ч 05 мин, 16 мая ночью в 2 ч 27 мин и утром в 07 ч 10 мин.

После анализа сложившейся ситуации было принято решение об изменении способа заливания нейтрон-поглощающего раствора в сборник 59_1,2. Для этого осуществили схему принудительной замкнутой циркуляции через сборник высококонцентрированного раствора LiCl, имеющего намного большую растворимость, чем борная кислота. В целях безопасности персонала работы по запуску контура циркуляции отложили до очередного, шестого, срабатывания САС, которое произошло в 13 ч 00 мин. В 14 ч 00 мин был включен контур циркуляции раствора хлорида лития, и система приобрела надежную подкритичность.

После нескольких часов циркуляции и интенсивного перемешивания раствора были отобраны его пробы на элементный анализ и получены следующие значения концентраций: урана — 6 г/л, лития — 6 г/л, бора — 0,5 г/л, водородный показатель рН — (9—11). Оценка массы урана посредством умножения его концентрации C_u = 6 г/л на суммарный объем двух емкостей V₅₉ = 1300 л дает значение M_u = 7,8 кг без учета сравнительно малого объема внешнего контура циркуляции (-50 л).

Выполненные расчеты условий критичности для системы из 2-х взаимодействующих одинаковых емкостей сборника 59_1,2 при соответствии их геометрических размеров проектным показали, что критическая масса урана при концентрации урана-235 50 г/л и выше превышает 100 кг, т. е. намного больше M_u = 7,8 кг. Такое расхождение, как и само возникновение аварии, можно было объяснять несоответствием размеров емкостей сборника проектным, в особенности увеличением толщины плоских емкостей, наиболее значительно влияющих на критические параметры.

Дальнейшая диагностика аварии выполнялась в следующей последовательности: 1) обнаружение осадков урана и определение зон их локализации; 2) исследование реальных размеров емкостей после полного извлечения из них урана для обеспечения радиационной безопасности работ.

Возможность образования осадков была установлена экспериментально посредством фильтрования проб из циркулирующего раствора. Прошедший через фильтр чистый раствор содержал уран с концентрацией 0,3 г/л, т. е. в 20 раз меньшей, чем до фильтрования. Поэтому циркулирующую жидкую фазу правильнее называть не раствором урана, а пульпой, содержащей уран в виде взвесей частиц UO₂.

Для обнаружения осадков UO₂ в сборнике 59_1,2 использовался портативный гамма-радиометр с выносным пластмассовым детектором в коллиматоре. Детектор регистрировал гамма-излучение продуктов деления в уране со средней энергией 1 МэВ. Для снижения фона между емкостями был установлен свинцовый экран толщиной 12 мм. В результате гамма — сканирования боковых поверхностей было установлено: 1) зоны осадков расположены в донной части обеих емкостей, имеют близкую геометрию и боковую площадь ~1 м² каждая; 2) масса осадка в емкости 59/1 примерно в 2,8 раза больше, чем в емкости 59/2.

20.05.97 г. были начаты работы по опорожнению емкостей 59/1 и 59/2 от пульпы с ее фильтрацией, растворением осадка с UO₂ в безопасной емкости с азотной кислотой. Осадок урана в емкостях оказался очень плотным (-2 г/см³), и для его растворения использовали азотную кислоту. Все полученные азотнокислые растворы были слиты в безопасные емкости и отправлены на хранение. 29.05.97 г. емкости были практически полностью освобождены от урана и продуктов деления, что было проверено гамма — сканированием сборника 59_1,2. Полная извлеченная после аварии масса урана со средним обогащением 90 % составила 24,4 кг.

Рисунок 33. Последовательность и длительность срабатывания аварийной сигнализации.