Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)

Авария произошла в здании, предназначенном для проверки опытной технологии конверсии топлива на производственной площадке компании JCO в городе Токай-мура, префектура Ибараки, Япония. В здании находилось оборудование для производства или порошка диоксида урана, или раствора уранилнитрата из гексафторида урана или закиси-окиси урана (U₃O₈). Это было одно из трех зданий на площадке, для которых была выдана лицензия на проведение работ с делящимися материалами. В двух корпусах размещалось крупномасштабное производство по переработке UF₆ в UO₂, предназначенный для использования в коммерческих легководных реакторах. Работы велись с ураном, имевшим обогащение не более 5 %. Здание для проверки опытной технологии конверсии топлива было гораздо меньших размеров по сравнению с остальными двумя, оно использовалось редко, только для специальных задач. В здании разрешалось работать с ураном, обогащенным до 20 %. Во время аварии происходила переработка уранового топлива U(18,8 %). Продукт предназначался для экспериментального реактора-размножителя Joyo, расположенного на территории Оараи Японского института по разработке ядерного топливного цикла (JNC). Малый размер производственной площадки Токаи компании JCO (~300 X 500 метров), а также то, что она расположена внутри города, сделали эту аварию уникальной: это была первая авария с возникновением критичности в радиохимическом производстве, в результате которой произошло облучение населения.

В ходе работы требовалось приготовить приблизительно 16,8 кг U(18,8 %) в виде уранилнитрата с концентрацией урана, равной 370 г/л. Уранилнитрат должен был быть отправлен с завода в виде раствора для последующего изготовления реакторного топлива. Процесс проводился отдельными партиями, в соответствии с требованиями по ядерной безопасности. Инструкции устанавливали различные предельные значения массы урана в партии для различных диапазонов обогащения. В диапазоне обогащения от 16 до 20 % предельная масса урана в партии составляла 2,4 кг. Упрощенная схема основного технологического оборудования и материальных потоков в процессе приготовления и затаривания уранилнитрата приведена на рисунке 34-A в том виде, как это было определено в лицензии, выданной компании JCO федеральным правительством.

Рисунок 34. Разрешенная и реализованная технологии.

Три оператора начали выполнять задание 29 сентября, за день до аварии. При этом они выполняли операции в том порядке, который приведен на рисунке 34-B. Проводившиеся операции осуществлялись с двумя отклонениями от утвержденного регламента. Во-первых, в регламенте, разработанном компанией, которому должны были следовать операторы, указывалось, что растворение должно проводиться в открытых 10-литровых ведрах, сделанных из нержавеющей стали, а не в реакторе-растворителе, как это определялось в лицензии. Было известно, что это изменение позволяло сократить время растворения примерно на 1 час.

Гораздо более серьезным отклонением от утвержденной технологии стало то, что раствор уранилнитрата был перелит в реактор-осадитель опасной геометрии, а не в емкости с безопасной геометрией. Причиной, по которой это было сделано, стало то, что 4-литровые контейнеры было неудобно наполнять растворенным продуктом из колонок, в которых он хранился. Сливной кран внизу колонок был всего на 10 см выше пола. В свою очередь, реактор-осадитель, использованный при выполнении операции, был оборудован мешалкой для обеспечения однородности продукта и позволял легко наполнять бутыли готовым продуктом.

29 сентября операторы закончили последовательное растворение четырех партий, по 2,4 кг каждая. Сначала раствор был помещен в пятилитровую колбу, а затем вручную перелит через воронку в реактор-осадитель. Реактор-осадитель объемом около 100 литров имел 450 мм в диаметре и высоту 610 мм. На рисунке 35 сфотографированы: реактор-осадитель, система трубопроводов, загрузочные люки, через которые добавлялись материалы, и лестница, на ступеньках которой стоял оператор, когда заливал раствор. Второй оператор стоял на полу и держал воронку. Дневное задание для смены из трех человек закончилось после переработки четырех партий раствора.

На следующий день, 30 сентября, три оператора начали растворение последних трех партий, необходимых для окончания работы. После заливки растворов от пятой и шестой партий, около 10:35, началось переливание раствора седьмой партии. Почти под конец заливки (из колбы позже было извлечено 183 г урана) в этом здании и в двух соседних зданиях сработала аварийная сигнализация радиационного контроля. В соответствии с инструкциями, рабочие были эвакуированы из всех производственных корпусов и проследовали на сборный пункт, расположенный на производственной площадке. В этом месте были произведены замеры мощности доз гамма-излучения, которые намного превышали фон; возникло подозрение, что произошла и развивается авария с возникновением критичности.