19. Радиохимический завод, шт. Айдахо, 17 октября 1978 г. 28 29 30
Раствор уранилнитрата, U(82 %), нижняя секция промывочной колонны; картина энерговыделения неизвестна; незначительные дозы облучения.
Авария произошла при выполнении технологического процесса на заводе по радиохимической переработке топлива, при котором растворенное облученное реакторное топливо подвергалось очистке в экстракционном процессе для выделения обогащенного урана и удаления продуктов деления. Технологический участок был оборудован радиационной защитой. В процессе экстракции осуществлялся противоток несмешивающихся водных и органических фаз в непосредственном контакте друг с другом. В результате контролируемого химического процесса материал переходил из водной фазы в органическую. Вдоль осей колонн были установлены цепочки перфорированных пластин, которые могли перемещаться вверх и вниз, образуя таким образом «пульсационную колонну», позволявшую повысить эффективность контакта между потоками двух жидкостей. Области с увеличенным диаметром, расположенные в верхней и нижней частях колонн, представляли собой разделительные секции, предназначенные для разделения водных и органических фаз.
В данной системе (рис. 27) менее плотная органика (смесь трибутилфосфата и керосина) подавалась в нижнюю часть колонны G-111, а водный раствор, содержащий уран и продукты деления, подавался в верхнюю часть колонны. При прохождении потоков через пульсационную колонну происходил переход урана из водной фазы в органическую, а продукты деления оставались в водном растворе. В нижней части колонны G-111 осуществлялся отбор проб водного раствора, содержащего продукты деления. Если при анализе проб содержание урана соответствовало установленной норме, то этот раствор направлялся в емкости для хранения отходов. Органическая фаза с концентрацией около 1 г/л направлялась из верхней части колонны G-111 в нижнюю разделительную секцию колонны H-100.
В колонне Н-100 органика вступала в контакт с чистым водным раствором (подававшимся сверху) для извлечения оставшихся продуктов деления. Для исключения перехода значительных количеств урана из органики в водную фазу добавляли нитрат алюминия, поддерживая его концентрацию на уровне 0,75 М. При нормальных условиях работы установки некоторое количество урана (примерно 0,15 г/л) все же захватывалось водным раствором. Поэтому данный раствор возвращался в колонну G-111, перемешиваясь с подаваемым на обработку водным раствором. Поток органики из колонны Н-100 с концентрацией, составлявшей по норме примерно 0,9 г/л, уходил в третью колонну, где уран выводился из органики азотной кислотой с концентрацией 0,005 М. Продукт из этой колонны направлялся в смесители-отстойники, где осуществлялась дополнительная очистка. В дальнейшем раствор урана направлялся в испаритель, где он концентрировался, что позволяло эффективно извлекать уран.
Несколько факторов повлияли на развитие этой аварии. На протяжении примерно одного месяца до аварии давал течь вентиль, установленный на линии подачи воды в емкость РМ-106, в которой осуществлялось приготовление буферного раствора, содержащего нитрат алюминия. Этот раствор использовался при приготовлении водного раствора для подпитки промывочной колонны Н-100. Со временем эта течь воды привела к разбавлению питательного раствора и изменению его концентрации с 0,75 М до 0,08 М. Емкость для приготовления раствора нитрата алюминия с объемом 13 400 л была оборудована сигнализацией, которая должна была указывать на происходившее изменение концентрации, однако эта сигнализация была в нерабочем состоянии. Планировалось, что измеритель концентрации будет установлен также на напорной емкости объемом 3000 л (PM-107), которая по мере необходимости наполнялась из емкости РМ-106, но это еще не было сделано. Емкость для приготовления раствора была оборудована прибором с ленточным самописцем, регистрирующим уровень раствора в ней. Однако течь в емкость была так мала, что изменение уровня можно было обнаружить только при изучении записи на ленте самописца, сделанной на протяжении нескольких дней. Ситуация осложнилась тем, что 29 сентября в самописцах кончилась бумага, и они были заправлены бумагой только после аварии. Более того, по инструкции требовалось отбирать пробы из емкости РМ-107 для определения плотности раствора, что не было выполнено.
Водный раствор, подаваемый в промывочную колонну Н-100, имел отклонения от регламента, в результате чего она работала в режиме реэкстракции, а не промывки. При этом в колонне Н-100 произошел переход части обогащенного урана из органики в водный раствор, который был направлен в колонну G-111. Образование этой частично замкнутой петли привело к постепенному увеличению количества урана в обеих колоннах. Каждый раз при добавлении разбавленного раствора в напорную емкость из емкости РМ-106 концентрация нитрата алюминия в питательном растворе еще больше уменьшалась, и реэкстракция становилась все более эффективной, пока не произошла СЦР.
Анализ водного раствора, подаваемого в колонну Н-100 (из напорной емкости РМ-107), показал, что на 15 сентября 1978 г. концентрация нитрата алюминия соответствовала норме (0,7 M). Пробы, взятые 27 сентября и 18 октября (на следующий день после аварии) имели концентрации, равные 0,47 M и 0,084 M, соответственно. Концентрация нитрата алюминия ниже 0,5 M недостаточна для предотвращения реэкстракции урана из органики, а второе из приведенных выше значений концентрации соответствует почти полной отгонке урана из органического раствора.
Рисунок 27. Оборудование первого цикла экстракции. Авария произошла в нижней разделительной секции колонны Н-100.
Напорная емкость (PM-107) была заполнена раствором нитрата алюминия из емкости PM-106 около 18 ч 30 мин 17 октября. Приблизительно через полтора часа после этого у оператора возникли трудности с поддержанием режима работы пульсационной колонны H-100. Пытаясь установить правильный режим работы, он уменьшил давление в системе, в результате чего произошло перетекание водного раствора из H-100 обратно в G-111. Приблизительно в 20 ч 40 мин по сигналу датчика, установленного на вентиляционной трубе завода, сработала аварийная сигнализация. Это произошло, вероятно, из-за радиации, вызванной появлением продуктов деления в вентиляции. Вскоре после срабатывания аварийной сигнализации произошло еще несколько срабатываний, а радиационный монитор на вентиляционной трубе зашкалил. Начальник смены и дозиметрист вышли из здания и замерили уровень радиации, достигавший 100 мбэр/ч. В 21 ч 03 мин начальник смены приказал эвакуировать персонал из здания, и к 21 ч 06 мин организованно проведенная эвакуация была завершена. На дорогах были установлены блок-посты, о происшедшем было проинформировано руководство.
Возможно, что с увеличением количества урана в нижней части колонны Н-100 система достигла критичности на запаздывающих нейтронах, а затем стала слегка надкритичной. По мере выделения энергии росла температура, скомпенсировав реактивность, введенную при поступлении дополнительного количества урана. Этот процесс продолжался, пока скорость поступления урана была медленной, до тех пор, пока уменьшенное давление не вызвало более быстрое поступление урана и резкое увеличение реактивности. Считается, что система достигла критичности на мгновенных нейтронах, причем скорость роста мощности определялась временем жизни нейтронов (порядка миллисекунд). Перед началом эвакуации оператор выключил подачу всех растворов в оборудование первого цикла экстракции, но не остановил пульсационный режим в колоннах. Продолжение пульсаций в колоннах после отключения подачи растворов привело, вероятно, к лучшему перемешиванию раствора на дне колонны Н-100 и остановило цепную реакцию. Последующий анализ показал, что всплеск мощности, очевидно, произошел в нижней разделительной секции колонны Н-100. Зарегистрированные данные показали, что скорость цепной реакции увеличивалась очень слабо до самого последнего момента, когда произошел резкий рост мощности. Масса урана в колонне H-100 составила, по оценке, около 10 кг, по сравнению с менее чем 1 кг при нормальном режиме работы. Полное энерговыделение при всплеске мощности составило, согласно оценке, 2,7 X 1018 делений.
На развитие аварии повлияли следующие факторы:
• Вентиль на линии подачи воды в емкость, предназначенную для приготовления раствора нитрата алюминия (РМ-106), давал течь на протяжении одного месяца перед аварией.
• В напорную емкость было перемещено из емкости РМ-106 значительно больше раствора, чем нужно (вследствие течи). Это не было замечено никем из персонала установки.
• За несколько недель до аварии в самописце, установленном на емкости РМ-106, который должен был регистрировать уровень раствора, кончилась бумага. Бумагу заправили только после того, как случилась авария.
• На напорной емкости РМ-107 не установили систему для измерения концентрации и аварийную сигнализацию, хотя они были указаны на утвержденных чертежах оборудования.
• Инструкции для операторов, в соответствии с которыми требовалось отбирать пробы растворов перед подачей нитрата алюминия в напорную емкость, не были выполнены. Более того, те инструкции, которые применялись при выполнении работ на участке, были устаревшими, и в них не было отмечено данное требование.
• В течение двух лет перед аварией произошло существенное снижение уровня квалификации оперативного персонала.
• Анализ аварии, проведенный в 1974 году, указал на опасность возникновения критичности вследствие разбавления раствора нитрата алюминия, подаваемого в промывочную колонну, однако при этом ошибочно предполагалось, что было необходимо прекращение подачи раствора в колонну. Проведенный анализ в основном сосредоточивался на оценке подкритичности, а не на оценке риска.
Не было значительного облучения персонала и механических повреждений технологического оборудования. Как прямой результат этой аварии, завод был надолго остановлен, что привело к большим издержкам. Были пересмотрены все инструкции для операторов, в них были внесены необходимые изменения. Большее внимание было уделено техническому обслуживанию завода и обучению операторов. На предприятии была внедрена новая система безопасности, включавшая дублирование датчиков и автоматических устройств.
Данная авария вновь подчеркнула важность поддержания работоспособности оборудования, используемого в системе обеспечения безопасности, и необходимость строгого соблюдения тщательно разработанных инструкций для персонала.