Авария на ядерном реакторе SL-1: трагедия в Айдахо

Введение

Разрушенный экспериментальный ядерный реактор SL 1

Стационарный маломощный реактор №1, также известный как SL 1 или Argonne Low Power Reactor (ALPR), был экспериментальным ядерным реактором армии США, расположенным на западе Соединенных Штатов на Национальной станции испытаний реакторов (NRTS) в Айдахо, примерно в 64 километрах (40 милях) к западу от Айдахо-Фоллс, ныне Национальной лаборатории Айдахо. 3 января 1961 года в 21:01 по горному стандартному времени (MST) оператор полностью извлек центральный управляющий стержень реактора, что привело к переходу реактора в состояние быстрой критичности. Выделившееся тепло создало мощный гидроудар, который поднял корпус реактора на крышу здания реактора. Оператор, находившийся на крышке реактора, был прижат к крыше здания реактора выброшенными защитными пробками управляющих стержней, в то время как из реактора выплескивалась вода, обломки и топливо. Выброс материалов задел двух других операторов, что привело к их гибели. Затем корпус реактора опустился в исходное положение. В прессе сообщалось, что взрыв пара унес жизни всех трех молодых военных операторов, прижав одного из них к потолку пробкой реактора. Это остается единственным случаем аварии на реакторе в США, повлекшей за собой немедленную гибель людей. SL 1 был прототипом реакторов, предназначенных для обеспечения электроэнергией и теплом небольших, удаленных военных объектов, таких как радиолокационные станции вблизи Северного полярного круга и объекты линии DEW. Тепловая мощность реактора составляла 3 МВт. Непосредственной причиной аварии стало чрезмерное извлечение центрального управляющего стержня, поглощающего нейтроны в активной зоне реактора. В результате аварии в атмосферу было выброшено около 300 тонн йода-131, что не считалось значительным из-за расположения реактора в отдаленной высокогорной пустыне восточного Айдахо. В атмосферу также было выброшено около 500 продуктов деления.

Конструкция и эксплуатация

С 1954 по 1955 год армия США оценивала потребность в ядерных реакторных установках, которые могли бы работать в отдаленных районах Арктики. Реакторы должны были заменить дизельные генераторы и котлы, обеспечивавшие электроэнергию и отопление для радарных станций армии. Отделение реакторов Армии разработало руководство по проекту и наняло Аргоннскую национальную лабораторию (ANL) для проектирования, строительства и испытания прототипа реакторной установки, получившей название Реактор малой мощности Аргонна (ALPR). Он работал с естественной циркуляцией, используя легкую воду в качестве теплоносителя (в отличие от тяжелой воды) и замедлителя. ANL использовал свой опыт, полученный в ходе экспериментов BORAX, для проектирования реактора. Система циркуляции воды работала, протекая через топливные пластины из урано-алюминиевого сплава. Установка была передана Армии для обучения и получения опыта эксплуатации в декабре 1958 года после обширных испытаний, а с 5 февраля 1959 года ведущим подрядчиком стала компания Combustion Engineering Incorporated (CEI). Хотя эксплуатацией установки обычно занимались группы по два человека, разработкой реактора руководили непосредственно сотрудники CEI. CEI приняла решение провести работы по разработке реактора вплоть до второй половины 1960 года, в ходе которых реактор должен был работать на мощности 4,7 МВт для проведения "испытания конденсатора PL 1". По мере старения активной зоны реактора и коррозии и отслаивания полосок бора, используемых в качестве поглотителя нейтронов, CEI подсчитала, что около 18% бора было потеряно из активной зоны. 11 ноября 1960 года CEI установила кадмиевые листы (также поглотитель) "в несколько направляющих отверстий для увеличения запаса реактивности". Большая часть оборудования установки находилась в цилиндрическом стальном здании реактора, известном как ARA 602. Его диаметр составлял 12 м при общей высоте 15 м. Пять активных стержней имели форму креста (+) в поперечном сечении: один в центре (стержень № 9) и четыре на периферии активной зоны (стержни 1, 3, 5 и 7). В активной зоне SL 1 стержни 2, 4, 6 и 8 были муляжами, имели недавно установленные кадмиевые пластины или были заполнены тестовыми датчиками и имели форму буквы T. Позже автор, Тодд Такер, установил, что Бирнс (оператор реактора) поднял стержень, вызвав аварию; Легг (начальник смены) стоял на верхней части корпуса реактора и был пронзен и прижат к потолку; а Маккинли (стажер) стоял рядом. Только Маккинли был найден живым, без сознания и в глубоком шоке, спасателями. Результаты вскрытия показали, что Бирнс и Легг умерли мгновенно, в то время как у Маккинли были признаки диффузного кровоизлияния в кожу головы, что указывало на то, что он продержался около двух часов, прежде чем скончался от ран. Все трое мужчин умерли от физической травмы. В случае выброса регулирующего стержня или поглотителя, реактор может стать критическим только на быстрых нейтронах (т.е. быстрокритическим). Когда реактор становится быстрокритическим, время удвоения мощности составляет порядка 10 микросекунд. Продолжительность, необходимая для того, чтобы температура следовала за уровнем мощности, зависит от конструкции активной зоны реактора. Обычно температура теплоносителя отстает от мощности на 3–5 секунд в обычном PWR. В конструкции SL 1 это было около 6 миллисекунд до начала образования пара. Это было слишком быстро, чтобы тепло от топлива успело проникнуть в алюминиевую оболочку и вскипятить достаточно воды, чтобы полностью остановить рост мощности во всех частях активной зоны за счет отрицательной температуры замедлителя и обратной связи по пустотам. Сначала они не заметили ничего необычного, из здания поднимался лишь небольшой пар, что было нормально для холодной ночи. Пожарные, не сумев связаться с кем-либо внутри объекта SL 1, попросили охранника открыть им ворота. Они надели свои автономные дыхательные аппараты Scott Air-Pak и прибыли в здание вспомогательных сооружений для расследования. Здание выглядело нормальным, но было пустым. В комнате отдыха стояли три кружки с горячим кофе и рядом висели три куртки. Они заглянули в реакторное помещение, прежде чем отступить. Найдя ионный детектор большего диапазона, они поднялись наверх по лестнице, чтобы заглянуть в реакторное помещение в поисках трех пропавших мужчин. Во время перемещения Маккинли у двух человек их Scott Air-Pak замерзли и перестали работать. Дакворт был эвакуирован из-за неисправности, а Валларио снял маску и вдохнул загрязненный воздух, чтобы завершить эвакуацию Маккинли. Автор указывает, что спасательные группы идентифицировали Бирнса как человека, найденного еще живым, полагая, что тело Легга было найдено рядом с защитным экраном реактора и извлечено на следующий день после аварии, а Маккинли был пронзен управляющим стержнем к потолку прямо над реактором. Ошибочная идентификация, вызванная тяжелыми травмами, полученными жертвами, была исправлена в ходе вскрытия, проведенного Кларенсом Лашбогом, но это на некоторое время вызвало путаницу. Семь спасателей, которые вынесли Маккинли и получили награды Carnegie Hero от Carnegie Hero Fund, были: Пол Дакворт, оперативный руководитель SL 1; Сидни Коэн, руководитель испытаний SL 1; Уильям Рауш, помощник оперативного руководителя SL 1; Эд Валларио, специалист по радиационной безопасности SL 1; Уильям Гамилл, дежурный главный специалист по обследованию площадки AEC; Ловелл Дж. Каллистер, специалист по радиационной безопасности, и Делос Э. Ричардс, техник по радиационной безопасности.

From 1954 to 1955, the U. S. Army evaluated their need for nuclear reactor plants that would be operable in remote regions of the Arctic. The reactors were to replace diesel generators and boilers that provided electricity and space heating for the Army's radar stations. The Army Reactors Branch wrote the guidelines for the project and hired Argonne National Laboratory (ANL) to design, build, and test a prototype reactor plant to be called the Argonne Low Power Reactor (ALPR). It operated with natural circulation, using light water as a coolant (vs. heavy water) and moderator. ANL used its experience from the BORAX experiments to design the reactor. The circulating water system operated at flowing through fuel plates of uranium aluminum alloy. The plant was turned over to the Army for training and operating experience in December 1958 after extensive testing, with Combustion Engineering Incorporated (CEI) acting as the lead contractor beginning February 5, 1959. While plant operation was generally done by the cadre in two man crews, development of the reactor was supervised directly by CEI staff. CEI decided to perform development work on the reactor as recent as the latter half of 1960 in which the reactor was to be operated at 4.7 MWthermal for a "PL 1 condenser test." As the reactor core aged and boron neutron poison strips corroded and flaked off, CEI calculated that about 18% of the boron in the core had been lost. On November 11, 1960, CEI installed cadmium sheets (also a poison) "to several tee slot positions to increase reactor shutdown margin." Most of the plant equipment was in a cylindrical steel reactor building known as ARA 602. It was 38.5 feet (12 m) in diameter with an overall height of 48 feet (15 m), The five active rods were in the shape of a plus symbol (+) in cross section: one in the center (Rod Number 9), and four on the periphery of the active core (Rods 1, 3, 5, and 7). In the operating SL 1 core, Rods 2, 4, 6, and 8 were dummy rods, had newly installed cadmium shims, or were filled with test sensors, and were shaped like the capital letter T. It was later established by author Todd Tucker that Byrnes (the reactor operator) had lifted the rod and caused the excursion; Legg (the shift supervisor) was standing on top of the reactor vessel and was impaled and pinned to the ceiling; and McKinley (the trainee) stood nearby. Only McKinley was found alive, unconscious and in deep shock, by rescuers. and with the results of the autopsies, which suggested that Byrnes and Legg died instantly, while McKinley showed signs of diffuse bleeding within his scalp, indicating he survived about two hours before succumbing to his wounds. All three men died of physical trauma. In the case of an ejected control assembly or poison, it is possible for the reactor to become critical on the prompt neutrons alone (i. e. prompt critical). When the reactor is prompt critical, the time to double the power is of the order of 10 microseconds. The duration necessary for temperature to follow the power level depends on the design of the reactor core. Typically, the coolant temperature lags behind the power by 3 to 5 seconds in a conventional LWR. In the SL 1 design, it was about 6 milliseconds before steam formation started. That was too fast for the heat from the fuel to permeate the aluminum cladding and boil enough water to fully stop the power growth in all parts of the core via negative moderator temperature and void feedback. They noticed nothing unusual at first, with only a little steam rising from the building, normal for the cold night. The firefighters, unable to hail anyone inside the SL 1 facility, had a security guard open the gate for them. They donned their Scott Air Paks, and arrived at the Support Facilities Building to investigate. The building appeared normal, but was unoccupied. Three mugs of warm coffee were in the break room and three jackets were hanging nearby. They peered into the reactor room before withdrawing. Finding a higher scale ion chamber detector, the pair reached the top of the stairs to look inside the reactor room for the three missing men. During the movement of McKinley, two men had their Scott Air Paks freeze up and cease to work. Duckworth evacuated due to the malfunction, while Vallario removed his mask and breathed contaminated air to complete the evacuation of McKinley. the author indicates that the rescue teams identified Byrnes as the man found still alive, believing that Legg's body was the one found next to the reactor shield and recovered the night after the accident, and that McKinley was impaled by the control rod to the ceiling directly above the reactor. The misidentification, caused by the severe blast injuries to the victims, was rectified during the autopsies conducted by Clarence Lushbaugh, but this caused confusion for some time. The seven rescuers who carried McKinley and received Carnegie Hero awards from the Carnegie Hero Fund were: Paul Duckworth, the SL 1 Operations Supervisor; Sidney Cohen, the SL 1 Test supervisor; William Rausch, SL 1 Assistant Operations Supervisor; Ed Vallario, SL 1 Health Physicist; William Gammill, the on duty AEC Site Survey Chief; Lovell J. Callister, health physicist, and Delos E. Richards, health physics technician.

Причина

Одна из процедур, требуемых для технического обслуживания, предусматривала ручное извлечение стержня 9 примерно на , чтобы прикрепить его к автоматизированному механизму управления, от которого он был отключен. Послеаварийные расчеты, а также исследование царапин на стержне 9, показали, что он был фактически извлечен примерно на , что привело к выходу реактора в быстрокритическое состояние и спровоцировало паровой взрыв. Наиболее распространенными теориями, объясняющими извлечение стержня, являются: (1) саботаж или самоубийство одного из операторов, (2) убийство-самоубийство, связанное с романом с женой другого оператора, (3) случайное извлечение главного управляющего стержня или (4) преднамеренная попытка "проверить" стержень (чтобы обеспечить его более плавное перемещение в направляющей трубке). После аварии были проведены эксперименты с макетным управляющим стержнем, имеющим аналогичный вес, чтобы определить, возможно ли или целесообразно, чтобы один или два человека извлекли стержень 9 на 20 дюймов. Эксперименты включали моделирование возможности использования запасного привода стержня SL 1, на котором измерялась скорость ручного извлечения стержня для нескольких испытуемых. Оборудование было таким же, как на SL 1, за исключением управляющего стержня, который был имитирован грузом, создающим общую подвижную нагрузку 84 фунта, равную чистому весу подвижного узла SL 1 в воде. Испытание заключалось в том, чтобы испытуемый поднимал стержень как можно быстрее, при этом электрический таймер измерял время, прошедшее с момента начала движения стержня до достижения заданного расстояния извлечения. Измерялись расстояния до 30 дюймов. Приведенные выше рассуждения указывают на то, что требуемая скорость извлечения стержня для достижения периода в 5,3 миллисекунды была вполне в пределах человеческих возможностей. Восстановленные части активной зоны реактора, включая топливо и все другие компоненты реактора, имевшие значение для расследования аварии, были доставлены в горячий цех ANP для изучения. После завершения расследования аварии ядерное топливо было отправлено на завод по переработке химических веществ в Айдахо для переработки. Активная зона реактора без топлива, а также другие компоненты, отправленные в горячий цех для изучения, в конечном итоге были захоронены на комплексе по обращению с радиоактивными отходами. Место захоронения состоит из трех выемок, в которых был размещен общий объем загрязненного материала. Выемки были вырыты максимально близко к базальту, насколько позволяло используемое оборудование, и их глубина варьируется. Над каждой выемкой было уложено не менее 2 футов (1 м) чистого грунта. Небольшие насыпи почвы над выемками были добавлены после завершения работ по очистке в сентябре 1962 года. Место и насыпи захоронения коллективно известны как Объект 5 05 Суперфонда Агентства по охране окружающей среды США. В течение многих лет после аварии на SL 1 проводились многочисленные радиационные обследования и очистка поверхности полигона захоронения и прилегающей территории. Аэрообследования были проведены EG&G Las Vegas в 1974, 1982, 1990 и 1993 годах. Радиологическая и экологическая лаборатория проводила гамма-радиационные обследования каждые три-четыре года в период с 1973 по 1987 год и ежегодно в период с 1987 по 1994 год. Отбор частиц на этом участке проводился в 1985 и 1993 годах. Результаты обследований показали, что цезий-137 и его продукты распада являются основными загрязнителями поверхностной почвы. В ходе обследования поверхностной почвы в июне 1994 года в пределах полигона захоронения были обнаружены "горячие точки" – участки с повышенной радиоактивностью, активность в которых варьировалась от 0,1 до 50 миллирентген (мР) в час. 17 ноября 1994 года максимальный уровень радиации, измеренный на высоте 2,5 фута (1 м) над поверхностью на полигоне захоронения SL 1, составил 0,5 мР/час; местный фоновый уровень радиации составлял 0,2 мР/час. Оценка, проведенная Агентством по охране окружающей среды в 1995 году, рекомендовала покрыть насыпи захоронения защитным слоем. Основным способом устранения последствий аварии на SL 1 должно было стать ограничение путем создания защитного барьера, в основном из местных материалов. и YouTube. SL 1 – название фильма 1983 года, написанного и снятого Дайан Орр и К. Ларри Робертсом, о взрыве ядерного реактора. В фильме использованы интервью с учеными, архивные кадры и современные съемки, а также замедленная съемка. События аварии также являются предметом одной книги: "Айдахо-Фолс: Нерассказанная история первой ядерной аварии в Америке" (2003). В 1975 году была опубликована антиядерная книга Джона Г. Фуллера "Мы чуть не потеряли Детройт", в которой упоминалась авария в Айдахо-Фолс. "Быстрая критичность" – название короткометражного фильма 2012 года, доступного на YouTube, написанного и снятого Джеймсом Лоуренсом Сикардом, который драматизирует события, связанные с аварией на SL 1. На канале History Channel был показан документальный фильм об аварии. Другой автор, Тодд Такер, изучал аварию и опубликовал книгу, в которой подробно описаны исторические аспекты ядерных программ вооруженных сил США. Такер использовал Закон о свободе информации для получения отчетов, включая результаты вскрытия жертв, подробно описывая, как умер каждый человек и как части их тел были отделены, проанализированы и захоронены в качестве радиоактивных отходов. Вскрытия проводились тем же патологоанатомом, который известен своей работой после инцидента с критичностью Сесила Келли. Такер объясняет причины проведения вскрытий и отделения частей тел жертв, одна из которых излучала 1500 Р/час при контакте. Поскольку авария на SL 1 привела к гибели всех трех военнослужащих, находившихся на месте, Такер называет ее "самой смертоносной аварией на ядерном реакторе в истории США".

One of the required maintenance procedures called for Rod 9 to be manually withdrawn about in order to attach it to the automated control mechanism from which it had been disconnected. Post accident calculations, as well as examination of scratches on Rod 9, estimate that it had actually been withdrawn about , causing the reactor to go prompt critical and triggering the steam explosion. The most common theories proposed for the withdrawal of the rod are (1) sabotage or suicide by one of the operators, (2) a murder suicide involving an affair with the wife of one of the other operators, (3) inadvertent withdrawal of the main control rod, or (4) an intentional attempt to "exercise" the rod (to make it travel more smoothly within its sheath). Post accident experiments were conducted with an identically weighted mock control rod to determine whether it was possible or feasible for one or two men to have withdrawn Rod 9 by 20 inches. Experiments included a simulation of the possibility that the

Blockquote|text=A spare SL 1 control rod actuator assembly was used for mock up on which the speed of manual rod withdrawal was measured for several subjects. The equipment is the same as that on SL 1 except for the control rod, which is simulated by a weight to give a total movable load of 84 lb., the net weight of the SL 1 movable assembly in water. The test was conducted by instructing the subject to lift the rod as rapidly as possible, while an electric timer, measured the elapsed time from beginning of rod motion to some predetermined distance of withdrawal. Distances up to 30 inches were measured. The above reasoning indicates that the required rate of rod withdrawal to produce a period as short as 5.3 milliseconds was well within the limits of human capability.|title=IDO 19300|source=SL 1 Reactor Accident on January 3, 1961, Interim Report, May 15, 1961 Removal of radioactive waste and disposal of the three bodies eventually exposed 790 people to harmful levels of radiation. Recovered portions of the reactor core, including the fuel and all other parts of the reactor that were important to the accident investigation, were taken to the ANP Hot Shop for study. After the accident investigation was complete, the reactor fuel was sent to the Idaho Chemical Processing Plant for reprocessing. The reactor core minus the fuel, along with the other components sent to the Hot Shop for study, was eventually disposed of at the Radioactive Waste Management Complex. The burial site consists of three excavations, in which a total volume of of contaminated material was deposited. The excavations were dug as close to basalt as the equipment used would allow and ranges from in depth. At least 2 feet (1 m) of clean backfill was placed over each excavation. Shallow mounds of soil over the excavations were added at the completion of cleanup activities in September 1962. The site and burial mound are collectively known as United States Environmental Protection Agency Superfund Operable Unit 5 05. Numerous radiation surveys and cleanup of the surface of the burial ground and surrounding area have been performed in the years since the SL 1 accident. Aerial surveys were performed by EG&G Las Vegas in 1974, 1982, 1990, and 1993. The Radiological and Environmental Sciences Laboratory conducted gamma radiation surveys every three to four years between 1973 and 1987 and every year between 1987 and 1994. Particle picking at the site was performed in 1985 and 1993. Results from the surveys indicated that cesium 137 and its progeny (decay products) are the primary surface soil contaminants. During a survey of surface soil in June 1994, "hot spots," areas of higher radioactivity, were found within the burial ground with activities ranging from 0.1 to 50 milliroentgen (mR)/hour. On November 17, 1994, the highest radiation reading measured at 2.5 feet (1 m) above the surface at the SL 1 burial ground was 0.5 mR/hour; local background radiation was 0.2 mR/hour. A 1995 assessment by the EPA recommended that a cap be placed over the burial mounds. The primary remedy for SL 1 was to be containment by capping with an engineered barrier constructed primarily of native materials. and YouTube. SL 1 is the title of a 1983 movie, written and directed by Diane Orr and C. Larry Roberts, about the nuclear reactor explosion. Interviews with scientists, archival film, and contemporary footage, as well as slow motion sequences, are used in the film. The events of the accident are also the subject of one book: Idaho Falls: The untold story of America's first nuclear accident (2003)

In 1975, the anti nuclear book We Almost Lost Detroit, by John G. Fuller was published, referring at one point to the Idaho Falls accident. Prompt Critical is the title of a 2012 short film, viewable on YouTube, written and directed by James Lawrence Sicard, dramatizing the events surrounding the SL 1 accident. A documentary about the accident was shown on the History Channel. Another author, Todd Tucker, studied the accident and published a book detailing the historical aspects of nuclear reactor programs of the U. S. military branches. Tucker used the Freedom of Information Act to obtain reports, including autopsies of the victims, writing in detail how each person died and how parts of their bodies were severed, analyzed, and buried as radioactive waste. The autopsies were performed by the same pathologist known for his work following the Cecil Kelley criticality accident. Tucker explains the reasoning behind the autopsies and the severing of victims' body parts, one of which gave off 1,500 R/hour on contact. Because the SL 1 accident killed all three of the military operators on site, Tucker calls it "the deadliest nuclear reactor incident in U. S. history."