Аварийная сигнализация при самопроизвольной цепной реакции

Авария с возникновением самопроизволь­ной цепной реакции (СЦР) — это любая неза­планированная, неумышленная и неуправляемая цепная реакция деления, приводящая к потенци­альной опасности или сопровождающаяся ре­альным радиационным воздействием. Аварии такого типа являются чрезвычайно редкими — с 1950 г. в мире зарегистрировано 22 случая СЦР при работах с делящимися веществами. До рас­смотрения систем обнаружения инцидента с возникновением СЦР и аварийной сигнализации (criticality incident detection and alarming system — CIDAS) полезно выяснить характери­стики критического состояния, а также обстоя­тельства и цепь предшествующих ему явлений для некоторых из документированных случаев аварий с возникновением СЦР.

Система является критической, если отно­шение числа нейтронов в последующих генера­циях к их числу в предыдущих точно равно еди­нице (К_eff = 1), иными словами количество нейт­ронов, образующихся в актах деления, равно количеству исчезающих за счет поглощения или утечки. Устройство является сверхкритическим, если плотность нейтронов увеличивается (К_eff>1), и подкритическим, если она уменьшает­ся со временем (К_eff< 1). Эта характеристика применима к системе, которая имеет достаточ­ную массу делящегося вещества (критическую массу), находящуюся в правильной конфигура­ции (с учетом нейтронного отражателя), вслед­ствие чего может возникнуть цепная реакция деления ядер, сопровождающаяся выделением большого количества энергии и испусканием нейтронов. В случае сверхкритического состоя­ния и мгновенной вспышки СЦР интенсивность делений быстро возрастает до пиковой и затем спадает или становится подкритической вслед­ствие эффектов замедления и поглощения ней­тронов ядрами делящегося вещества и продук­тов деления.

В основном тяжелые последствия возникно­вения СЦР связаны с авариями при проведении экспериментов на критических сборках и мало­мощных ядерных реакторах (12  смертельных

случаев), в меньшей степени — с переработкой делящихся веществ (9 смертельных случаев). Несмотря на это, больше внимания уделяют во­просам обеспечения безопасности при работах с ядерным топливом. По всей вероятности, это обусловлено значительным количеством персо­нала, подвергшегося облучению при СЦР на пе­рерабатывающих заводах, более существенными экономическими потерями в результате оста­новки предприятия и осознанием степени риска для систем, работающих около критического состояния.

Рассмотрев 22 зарегистрированных случая СЦР, представленных в таблице, можно обоб­щить некоторые обстоятельства аварий и их по­следствия:

одна авария произошла при работе с метал­лическими слитками;

18 — на неэкранированных установках с ручным управлением;

21 — при работах с растворами ядерного топлива или с его шламами (slurries);

трем выжившим операторам ампутировали кисти;

девять операторов скончались;

одна авария привела к измеримому загряз­нению продуктами деления вне границ площад­ки;

в результате одной аварии отдельные лица из населения получили измеримое облучение;

не было аварий при транспортировке;

не было аварий при хранении.

Одна из этих аварий имела место в Японии; 13 — в СССР/России; семь — в США и одна — в Великобритании. Большинство из них про­изошло в конце 50-х—начале 60-х гг., и сниже­ние их частоты позднее, вероятно, было резуль­татом постепенного накопления опыта при об­ращении с ядерным топливом (и, возможно, снижения пресса «холодной войны»). Помимо этих данных, в таблице приведены также сведе­ния о числе делений в первой вспышке, исполь­зованной для выявления надкритичности, и суммарном числе делений при СЦР.

Данные о случаях самопроизвольной цепной реакции при работах с делящимися материалами