Аварийная сигнализация при самопроизвольной цепной реакции, страница 3

24

АТОМНАЯ ТЕХНИКА ЗА РУБЕЖОМ, 2006, № 2

минимального числа делений при СЦР. Для си­туаций, при которых персонал может находить­ся от критмассы на расстоянии 2 м (свободного воздуха), обычно принимают, что этот минимум составляет 10'⁴ делений. Однако для случаев, когда расстояние от персонала до критмассы не может быть менее 2 м или между ними имеется экранирующая защита, число делений прини­мают равным 10¹⁵.

Для СЦР, при которой произошло 1 Отделений, число нейтронов можно оценить, используя следующее соотношение:

(У,

'/

a_f+a_a

где г\ — число нейтронов в системе на акт деле­ния; О/— сечение деления (²³⁵U — 1219 барн); о_а — сечение захвата (²³⁵U — 0,0952 барн); v — среднее число нейтронов, рожденных в каждом акте деления (2,5).

В случае деления ²³⁵U число вторичных ней­тронов составляет 2,5x0,9276 = 2,319. Поскольку один нейтрон затрачивается в каждой генерации процесса СЦР, то остается 2,319 - 1 = 1,319 вто­ричных нейтронов, и следовательно при 10¹⁸ де­лений выход составит 1,3¹⁹-10¹⁸ нейтронов.

Процесс проектирования

Процесс проектирования системы CID вы­полняют, следуя логической схеме определения требований к этой системе, в том числе необхо­димости расчета зоны, из которой должен быть эвакуирован персонал при возникновении СЦР, с применением техники численного анализа для верификации проекта системы.

Идентификация мест потенциально возможных СЦР

При проектировании CID в ядерном центре Dounray местами потенциально возможных СЦР были признаны все участки, на которых могут присутствовать делящиеся вещества. Это реше­ние не относилось к тем участкам, в отношении которых квалифицированные эксперты решили, что при повреждении любой аппаратуры нера­зумно предполагать возможность возникновения СЦР. На этих участках детекторы CID не уста­навливали. На всех остальных они были смон­тированы с целью сигнализации о немедленной эвакуации персонала из облучаемой зоны при возникновении СЦР.

Ядерный центр Виндскейл, 24 августа 1970 г.

Единственный документально зарегистрированный случай СЦР в Великобритании произошел в ядерном центре Виндскейл 24 августа 1970 г.

Надкритичность возникла во время процесса восстановления плутония при заполнении емкости объемом 50 л, используемой для пересыщенного (supernatant) раствора делящегося вещества с кон­центрацией плутония 6 — 7 г/л (что значительно меньше минимальной критической концентрации).

Раствор переливался из кондиционного сосуда в передаточную емкость во время восстановления порции плутония массой 300 г (50% минимальной критической массы), чего в любом случае было не­достаточно для возникновения СЦР.

Однако при инспекции передаточной емкости, предпринятой после аварии, было обнаружено, что за время от нескольких месяцев до двух лет на верхней части (the liqour) этой емкости образовался обогащенный органикой слой трибутилфосфата и керосина.

Каждый раз, когда порция (batch) водного раствора подвергалась проливке через емкость, орга­нический экстрагент извлекал из него небольшую порцию плутония, увеличивая концентрацию плу­тония в слое.

Было оценено, что в итоге прежних операций из пересыщенного раствора было извлечено при­мерно 30 г плутония и его результирующая концентрация достигла 55 г/л. Во время проведения опе­рации по переливке водного раствора в центр передаточной емкости образовался слой раствора сме­шанных фаз низкой реактивности с возникновением подкритической массы. Однако вслед за заполне­нием емкости двухфазный слой быстро отделился (сепарировал), вследствие чего раствор стал слегка сверхкритическим и за время, меньшее 10 с, в нем произошло примерно 10¹⁵ делений.

Система аварийной сигнализации сработала, однако один оператор получил дозу, равную 2 рад, второй — менее 1 рад.

Механизм, который вызвал образование критмассы за счет концентрирования делящегося веще­ства, был полностью непредсказуемым. Хотя система аварийной сигнализации сработала, возникли сомнения, действительно ли возникла СЦР. К счастью, вследствие имевшейся защиты от излучений, окружавшей установку, персонал получил относительно малые дозы.

АТОМНАЯ ТЕХНИКА ЗА РУБЕЖОМ, 2006, № 2

25