Неуправляемая цепная реакция.

ВНИИЭФ, г. Саров (Арзамас-16), 17 июня 1997 г

Авария 17 июня 1997г. в 10:40 во время ручной сборки PC в виде шара из высокообогащенного урана с медным отражателем. Сборка производилась в одиночку экспериментатором, уверенным, что собирает уже проверенную ранее PC. Размеры составных частей PC он взял из журнала измерений 1972 г., но допустил ошибку: для отражателя вместо размера D_внутр/D_внеш⁼ 167/205 мм он записал размер 167/265 мм. Используя ошибочные данные, экспериментатор собрал на столе стенда) нижнюю часть PC (нижний отражатель полностью, урановый шар полностью, в центре сборки - источник нейтронов мощностью ~10⁵ нейтрон/с) и при попытке установить первую верхнюю медную оболочку уронил ее на сборку. Это привело к СЦР, в результате чего произошел сброс стола в нижнее положение и сработала аварийная сигнализация.

Увидев вспышку, экспериментатор немедленно покинул зал и закрыл защитную дверь. Радиационная обстановка в пультовой установки и на прилегающей к зданию территории оставалась нормальной. Экспериментатор был в тот же день доставлен в Москву в специализированную клинику, где скончался в ночь с 19 на 20 июня 1997 года.

СЦР прекращена 00:48 ночи 24 июня 1997г.

PC после вспынки (СЦР на мгновенных нейтронах) вышла на стационарную мощность при температуре сборки – 800 ⁰С

Почему прекратилась сцр ?

L- время генерации мгновенных нейтронов L = 1/k_эфф,

l – время жизни, l - постоянная распада запаздывающих нейтронов, c(t) - числа их предшественников.

k_эфф = 1/L, реактивность r º (k_эфф –1 )/ k_эфф:

В приближении мгновенного скачка и постоянной реактивности решение

Поскольку r > b_эфф - «разгон» на мгновенных нейтронах,

Отрицательная обратная связь по реактивности r = r₀ – g₁T

Механизм обратной связи по температуре для сферического реактора при сохраняющейся массе сферы

4R³ = ⁵M =const   R^-3   ¹  R^-3

L² ^-2  R⁶

B²  R^-2

B²L²  R⁴

С - постоянная

- линейный температурный коэффициент расширения.

Для металлического ²³⁵U k_¥ »2, a=1,510^-5K^-1

Из условия критичности k_эф = 1

Пусть после падения верхней полусферы мгновенно k_эф = 1,02

(Точный расчёт k_эф = 1+ 1,065 b_эф)

Пусть DT = 800 К - изотермическая температура подогрева, при которой СЦР прекращается.

При нагреве на 800 К и k_эф = 2,04/2,05 =0,995

СЦР прекращается, однако при охлаждении критичность на запаздывающих нейтронах возникает снова и устанавливается стационарный режим.

СЦР прекращена 00:48 ночи 24 июня 1997г.

PC после вспынки (СЦР на мгновенных нейтронах) вышла на стационарную мощность.

Задача 1 Оценить дозу, полученную экспериментатором.

Исходные данные

Расчёты: k_эф = 1+ 1,065 b_эф; T_стаци = 800°С;

Энерговыделение P = 1*10¹⁷дел/всп

(итерполяция -15 аварий с P_max = 6.110¹⁷дел/всп; P_min = 0.0310¹⁷дел/всп).

Экспериментатор на R =0,7 м от сборки

D_n(1МэВ)/_n = 210^-11 Гр/нейт/см² (ОБЭ на этом уровне 3)

D_(1МэВ)/_ = 510^-12 Гр/гамма/см²

_ =7

_U(1МэВ) = 0,075 см²/г = 1,4 см^-1

r_U = 8,2 см

Баланс: из нейтронов один на деление и -11 утекает

Полное число нейтронов утечки L_n = (-1)P = 110¹⁷.

D_n = F_n*L_n/4R² = ?

D_ = F_ _ = F_*(r_U/R)²q_s/2_U = ?

q_s = _ L/V_U = ?

(D_ без ослабления отражателем и генерации захватного гамма излучения в отражателе)

Задача 2 Можно ли вручную снять отражатель ? В стационарном режиме T_U= 800°С, r_Cu = 13 см, a_Т  5 Вт/м²К⁰

Tепловой поток с единицы поверхности сферы q = a_Т DT

Полный тепловой поток Q = Sq = Sa_Т DT =?

W = Q = ?

W_n = (-1)W = ?

dD/dt = F_n*W_n/4R² = ?

Экспериментатор при аварии получил поглощенную дозу по нейтронам – 45 Гр, по гамма-квантам – 3,5 Гр.

D_n = F_n*L_n/4R² = 210^-11*110¹⁷/12,6 510³ = 30 Гр

D_ = F_ _ = F_*(r_U/R)²q_s/2_U = 510^-12(8,2/70)²310¹⁴/2*1.4 = 6 Гр

q_s = _ L/V_U = 7*10¹⁷/2,310³ = 310¹⁴

Задача для Лены. Можно ли вручную снять отражатель ? В стационарном режиме T_U= 800°С, r_Cu = 13 см, a_Т  5 Вт/м²К⁰

Tепловой поток с единицы поверхности сферы q = a_Т DT

Полный тепловой поток Q = Sq = Sa_Т DT =?

W = Q = ?

W_n = (-1)W = ?

dD/dt = F_n*W_n/4R² = ?

Основные российские энергетические реакторы.

ВВЭР —1000. Топливо - UO₂, обогащенный до 4.4% по ²³⁵U, 80 тонн. В первом контуре 300 т воды

Пар (274^CC)

Подпитка

Схема основных технологических контуров АЭС с реактором