Авария на ядерном объекте Токаймура

Координаты: 36°28′47″ с. ш. 140°33′13.24″ в. д. / 36.479722° с. ш. 140.553678° в. д. ^(G) (O)36.479722, 140.553678

Место инцидента

Авария на ядерном объекте Токаймура (яп. 東海村JCO臨界事故 То:кай-мура дзэ:-си:-о: ринкай дзико^?, «Инцидент с достижением критичности на объекте компании JCO в селе Токай») произошла 30 сентября 1999 года^[1][2][3] и повлекла за собой смерть двух человек^[4]. На тот момент это был наиболее серьёзный инцидент в Японии, связанный с мирным использованием ядерной энергии. Авария случилась на маленьком радиохимическом заводе компании JCO, подразделении Sumitomo Metal Mining, в селе Токай уезда Нака префектуры Ибараки^[5].

Предпосылки инцидента

Предприятие, на котором произошла авария, обычно занималось переработкой изотопно обогащённого гексафторида урана в диоксид урана, из которого в дальнейшем изготавливалось топливо для некоторых коммерческих атомных электростанций Японии. Перерабатывавшийся уран имел степень обогащения по изотопу U-235 не выше 5 %. Однако, иногда предприятие занималось переработкой урана гораздо более высокой степени обогащения — 18,8 %, для экспериментального реактора на быстрых нейтронах Дзёё (англ.)русск., что влекло за собой необходимость более осторожного обращения с сырьём^[5].

Инцидент произошёл в ходе процедуры очистки урана. Лицензированная японским Управлением науки и технологий процедура очистки заключалась в том, что порошкообразная закись-окись урана U₃O₈ должна была механически смешиваться с азотной кислотой в специальном резервуаре, после чего полученный в результате уранилнитрат поступает в буферную ёмкость, а оттуда — в 100-литровый отстойник (охлаждающийся специальной водяной рубашкой), где происходит его очистка с помощью аммиака и последующее извлечение. Процедура была разработана таким образом, чтобы предотвратить достижение критической массы, для чего, в частности, буферная ёмкость была сделана высокой и узкой (что практически исключало возникновение в ней самопроизвольной цепной реакции) и предполагался строгий контроль за количеством обрабатываемого сырья^[6].

Однако за 3 года до аварии завод без согласования с Управлением науки и технологий самовольно изменил процедуру очистки. Теперь работники вручную смешивали закись-окись урана и азотную кислоту в 10-литровых вёдрах из нержавеющей стали, а не в предназначенном для этого резервуаре; полученную же смесь они добавляли не в буферную ёмкость, а непосредственно в достаточно широкий и объёмный отстойник. Всё это было сделано для ускорения и облегчения процесса^[5][6].

Поскольку завод не принадлежал к ведущим предприятиям ядерного топливного цикла Японии, он не привлекал к себе особого внимания контролирующих организаций. Государственный инспектор посещал завод лишь 2 раза в год, причём это происходило только в периоды, когда завод простаивал^[5].

Пока работа велась с низкообогащённым ураном для энергетических реакторов, никаких инцидентов не происходило. Но 30 сентября впервые за 3 года предприятие занялось переработкой урана для реактора Дзёё с сырьём, обогащённым до 18,8 %. Трое рабочих, которые занялись этим, не имели опыта работы с ураном столь высокой степени обогащения и слабо представляли себе процессы, происходящие в нём. В итоге они загрузили в отстойник 7 вёдер уранилнитрата — почти в 7 раз больше максимального количества, разрешённого инструкцией^[5].

Авария

Черенковское излучение в ядерном реакторе

В результате действий рабочих в 10:45 в отстойнике оказалось около 40 литров смеси, содержащей примерно 16 кг урана. Хотя теоретическое значение критической массы даже чистого урана-235 составляет 45 кг, в растворе реальная критическая масса значительно ниже по сравнению с твёрдым топливом благодаря тому, что имевшаяся в растворе вода явилась замедлителем нейтронов; к тому же водяная рубашка вокруг отстойника сыграла роль отражателя нейтронов. В результате критическая масса была существенно превышена и началась самоподдерживающаяся цепная реакция^[5].

Рабочий, который добавлял седьмое ведро уранилнитрата в отстойник и частично свешивался над ним, увидел голубую вспышку черенковского излучения^[7][8]. Он и ещё один рабочий, находившийся поблизости от отстойника, сразу же испытали боль, тошноту, затруднение дыхания и другие симптомы; через несколько минут, уже в помещении для дезактивации, его вырвало и он потерял сознание^[9].

Взрыва не было, но следствием ядерной реакции было интенсивное гамма- и нейтронное излучение из отстойника, которое вызвало срабатывание сигнала тревоги, после чего начались действия по локализации аварии. В частности, был эвакуирован 161 человек из 39 жилых домов в радиусе 350 метров от предприятия (им было разрешено вернуться в свои дома через двое суток). Спустя 11 часов после начала аварии на одном из участков за пределами завода был зарегистрирован уровень гамма-излучения в 0,5 миллизивертов в час, что примерно в 1000 раз превышает естественный фон^[6].

Цепная реакция продолжалась с перерывами в течение примерно 20 часов, после чего прекратилась благодаря тому, что из окружающей отстойник охлаждающей рубашки слили воду, сыгравшую роль отражателя нейтронов, а в сам отстойник добавили борную кислоту (бор является хорошим поглотителем нейтронов); в этой операции приняли участие 27 работников, которые также получили некоторую дозу облучения^[5][6]. Перерывы в цепной реакции были вызваны тем, что жидкость вскипала, количество воды становилось недостаточным для достижения критичности и цепная реакция затухала. После охлаждения и конденсации воды реакция возобновлялась.

Нейтронное излучение прекратилось вместе с цепной реакцией, но какое-то время оставался опасный уровень остаточного гамма-излучения от продуктов деления в отстойнике, из-за чего пришлось устанавливать временную защиту из мешков с песком и других материалов. Большинство летучих радиоактивных продуктов деления остались внутри здания благодаря тому, что в нём поддерживалось более низкое давление, чем за его пределами, и были позднее собраны с помощью высокоэффективных воздушных фильтров. Однако, некоторая часть радиоактивных благородных газов и иода-131 всё же попала в атмосферу^[5][6].

Последствия

Трое рабочих, непосредственно работавших с раствором, сильно облучились, получив дозы: один от 10 до 20 зиверт, другой от 6 до 10 зиверт, третий от 1 до 5 зиверт (при том что смертельной в 50 % случаев является доза порядка 3-5 зиверт). Первый умер через 12 недель, второй через 7 месяцев. Всего же облучению подверглись 667 человек (включая работников завода, пожарных и спасателей, а также местных жителей), но, за исключением упомянутых выше троих рабочих, их дозы облучения были незначительны (не более 50 миллизиверт)^[5][7].

Тепловую мощность цепной ядерной реакции в отстойнике впоследствии оценивали в диапазоне от 5 до 30 кВт. Данному инциденту был присвоен 4 уровень по международной шкале ядерных событий (INES). Согласно выводам МАГАТЭ, причиной инцидента послужили «человеческая ошибка и серьёзное пренебрежение принципами безопасности»^[5].

Примечания

1. ↑ Timeline: Nuclear plant accidents.
2. ↑ Charles Scanlon. Tokaimura: One year on.
3. ↑ Nuclear accident shakes Japan.
4. ↑ Japanese nuclear company probed.
5. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10} Tokaimura Criticality Accident
6. ↑ ^{1 2 3 4 5} In The Wake of Tokaimura, Japan Rethinks its Nuclear Picture
7. ↑ ^{1 2} Memorial University of Newfoundland: «The Tokaimura Accident (28 September 1999)»
8. ↑ Makoto Akashi, Director of Research Center for Radiation Emergency Medicine at Japan’s National Institute of Radiological Sciences: «The Medical Basis for Radiation-Accident Preparedness», The Parthenon Publishing Group Inc., 2002, which states «All three workers saw a ‘blue flash’ and heard the gamma-radiation monitor alarm» (direct link to Google Book page). And «All three observed the Cherenkov light flash» (direct link to Google Book return).
9. ↑ International Atomic Energy Agency: «Report on the preliminary fact finding mission following the accident at the nuclear fuel processing facility in Tokaimura, Japan», 1999 (See External links, below).

Ссылки

• What Happened at Tokaimura?
• Tokaimura Criticality Accident — What happened in Japan
• International Atomic Energy Agency: «Report on the preliminary fact finding mission following the accident at the nuclear fuel processing facility in Tokaimura, Japan», 1999 (9.5 MB PDF, here )