История ракетно-ядерной гонки США и СССР - Евгений Вадимович Буянов

19 июня 1948 года – Первая крупная радиационная авария в СССР. На промышленном атомном реакторе по наработке оружейного плутония на следующий же день после его выхода на проектную мощность из-за недостаточного охлаждения нескольких урановых блоков произошло их локальное сплавление с окружающим графитом, получившее название «козёл». Реактор был остановлен, и в течение девяти суток «закозлившийся» канал расчищался путем ручной рассверловки. В ходе ликвидации аварии переоблучился весь мужской персонал реактора. Затем к работам были привлечены солдаты строительных батальонов, которые дислоцировались рядом с комбинатом. По сути, эти люди были первыми советскими «ликвидаторами» (Грабовский, 2002)

25 июля 1948 года. – Новая авария на первом советском атомном реакторе по наработке оружейного плутония для первой советской атомной бомбы. На этот раз реактор останавливать не стали: требовалось выполнить план по плутонию любой ценой. Ликвидация последствий аварии осуществлялась на действующем оборудовании, что привело к переоблучению аварийных работников (Грабовский, 2001).

4 января 1949 года. – Уникальная операция по ремонту активной зоны первого советского атомного реактора по наработке оружейного плутония. В нарушение технического регламента поврежденные урановые блоки вручную поднимались в центральный зал реактора, а после ремонта загружались в новые каналы. Всего было заменено более 39 тыс. блоков. В течение полуторамесячной работы переоблучился весь персонал объекта – около 60 процентов работников реактора получили дозы от 25 до 100 рентген, а более 30 процентов – от 100 до 400 рентген (Славский, 1993; Круглов, 1995).

Кроме «козлов» и коррозии были и иные причины, приводившие к остановкам реактора. Из-за низкой температуры воздуха и метели забило решётки двух водоводов реактора, один из которых сломался, а второй сплющился. Пришлось срочно ремонтировать водоводы с помощью водолазов. Реактор нередко останавливался от попадания воды в кладку графита через повреждённые ТК и, как следствие, недостатка реактивности. Приходилось просушивать реактор и запускать его снова, но при этом ускорялась коррозия труб, их протечки и опять – попадание воды в кладку и остановка реактора. Из-за разбухания топливных сборок изменялся зазор между ними и трубой ТК – в результате падал расход воды, реактор останавливался, и приходилось преждевременно извлекать сборки ТК. Конечно, происходило и ксеноновое отравление активной зоны продуктами распада.

Возникли и три новых «козла» на ячейках 20–06, 32–3 и 34–4. И только после этих аварий и отслеживания момента, когда они происходили, наконец, стала ясна причина возникновения «козлов» – не закрывшиеся в ходе работы дефектные клапаны холостого хода. Из-за них вода для охлаждения ТК вместо канала рабочего хода попадала в коллектор холостого хода, а все показатели расхода воды внешне были «в норме». Конечно, здесь подвела и несовершенная сигнализация о расходе воды в каналах. Это были явные конструктивные дефекты: недостаточная надёжность отдельных клапанов холостого хода и, как следствие – отказ некоторых из них в условиях отсутствия сигнала о неполадке в системе охлаждения. Кроме того, остался и основной дефект металлических урановых блоков – это их формоизменение при облучении и разгерметизации их оболочки. И коррозия их сердечников, приводившая к увеличению сопротивления, сокращению количества охлаждающей воды и к зависанию реактора из-за нарушений в системе охлаждения. По опыту аварий на реакторе «А» на последующих реакторах комбината вообще отказались от контура охлаждения «холостого хода». Серьёзно изменили конструкцию и материалы с целью уменьшения коррозии и устранения эффекта разбухания топливных сборок. Проблемы с реактором А, – как технические, так и медицинские, описаны и в книге [27].

Интересно, что из-за утечек жидкости через неисправные клапаны и из-за того, что их обнаружили не сразу, имели место и другие радиационные аварии. Например, на американском заводе Y-12 из-за вовремя не замеченной утечки уранилнитрата через неисправный клапан произошла радиационная авария со скачками реактивности в растворе и с облучением персонала – см. http://rb.mchs.gov.ru/mchs/radiation_accidents/m_other_accidents/1958_god/Radiohimicheskij_zavod_Y_12_Okridzh_16_i

Изначально первый реактор комбината «Маяк» функционировал с мощностью 100 тепловых МВт. Однако И. В. Курчатов внес предложение, которое заключалось в том, чтобы реактор в зимнее время работал с мощностью 170–190 МВт, а в летний период времени – 140–150 МВт. Такой подход позволил реактору производить почти 140 граммов драгоценного плутония в сутки. (подробнее на FB.ru: http://fb.ru/article/254964/orujeynyiy-plutoniy-primenenie-proizvodstvo-utilizatsiya). Пропускная способность циркулирующей воды значительно возросла после того, как был увеличен зазор между топливом и стенками канала после ремонта ТК. В воду начали активно добавлять бихромат натрия, что, в конечном счете, повысило мягкость охлаждающей воды (рН стал равен порядка 6.0–6.2). Позже окисление графита перестало быть актуальной проблемой после того, как для его охлаждения и просушки стали применять азот (до этого использовался исключительно воздух).

«Раненый» реактор «А», всё же, заставили работать с пятью «тампонированными» «козлами» (рассверленными и засыпанными графитовой крошкой), и заставили его выдать нужное количество плутония для создания первого «изделия» до постановки реактора на капитальный ремонт. Последние 4 «козла» из-за внимательных наблюдений за ними оказались небольшими, и их смогли быстро заделать, а неисправности клапанов и системы сигнализации устранить.

Плутоний ещё следовало извлечь из топливных сборок реактора на заводе «В» комбината в составе азотно-кислого раствора. И из этого раствора изготовить детали «изделия» (ядерной бомбы) на заводе «С» комбината. Эти заводы строили параллельно с заводом «А», и к моменту первых поставок топливных сборок с наработанным плутонием подготовились начать их переработку.

Пульт управления реактором А

22 декабря 1948 года на завод «В» загрузили первую партию облучённых блоков после выдержки её в реакторе «А-1» (завода «А»), который в январе 1949 года поставили на капитальный ремонт с заменой всей активной зоны для повышения коррозионной стойкости алюминиевых труб (поставили анодированные трубы из более стойких сплавов). А блоки с наработанным плутонием перевезли на завод В.

На перерабатывающем заводе «В» (английское «В» = русскому «Б») возникло множество своих проблем и с переработкой блоков, и с облучением персонала, и с хранением отходов производства. Именно на нём позже произошла «Кыштымская» авария в сентябре 1957 года со взрывом ёмкости радиоактивных отходов из-за её перегрева. Здесь с топливных блоков снимали алюминиевые оболочки и растворяли в азотной кислоте в специальном канале. Процесс растворения сопровождался радиоактивными выделениями ксенона и йода в газообразной форме (через дымовые трубы). Первая партия раствора с плутонием, которую получали методом осаждения, куда-то таинственно исчезла, – она не пришла «на выход». Авральный поиск обнаружил её в боковой полости воздуходувки вентиляционной системы, – из-за неправильной регулировки воздух выдул весь раствор в полость. После регулировки продукт пошёл на выход нормально, но вот плутония в нём почти не было.