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加拿大NRX研究堆氢氧爆炸事故

1952-12-12 · 加拿大 · 案例编号 #137
英文名称NRX Reactor Hydrogen-Oxygen Explosion at Chalk River
核电厂 / 机组加拿大乔克河实验室NRX反应堆
发生日期1952-12-12
国家 / 地区加拿大
反应堆类型NRX重水研究堆(自然铀金属燃料,重水慢化与冷却)
电功率30 MW(热功率)
起火部位NRX反应堆calandria(堆容器)内
火灾类型反应堆事故
直接原因(简述)低功率实验准备期间,人为失误与机械故障导致反应堆失控瞬变,燃料熔化后冷却水与金属锆反应产生氢气,与氧气在堆容器内发生爆炸
事件经过与原因1952年12月12日下午,加拿大原子能公司(AECL)乔克河实验室的NRX重水研究堆(30 MW热功率)在进行低功率实验准备。准备期间发现一些冷却管路临时性切换至低流量系统;试验主管发现数根控制棒异常拔出时,有操作员在地下室错误地打开气动阀门。阀门虽然被立即关闭,但部分控制棒无法重新插入堆芯。当主管与控制室操作员沟通失误时,本应「封锁已拔出控制棒」的指令被错误理解为「拔出安全棒组的4根控制棒」。操作员注意到功率指数上升(约每2秒翻倍)并触发紧急停堆,但3根安全棒未能插入堆芯,第4根用了约90秒才落到位。10秒内功率达到17 MW,冷却水沸腾并使部分燃料管道破裂;反应堆正空泡系数使功率继续上升。约14秒后阀门打开将重水排入储存罐;又5秒后功率峰值达80 MW,随后因重水液位下降归零。此时堆芯部分熔化、calandria被刺穿多处,氦气泄漏空气被吸入。高温下金属与冷却水反应产生氢气,约3-4分钟后calandria内发生氢氧爆炸。calandria 容器盖被掀起约4英尺(约1.2米)。事故向环境释放了部分气态裂变产物,约100万加仑(约4000 m³)放射性水流入反应堆地下室,最终含约10-20千居里裂变产物。事故由AECL 总经理 W.B. Lewis 在 DR-32 报告中详细记录。反应堆芯和 calandria 受损严重,更换后14个月至两年内重新启动,运行至1992年退役。
火灾持续时间事故瞬态(毫秒级瞬变至分钟级爆炸),救援与去污持续数月
灭火方式无明火扑救(事故瞬态后燃料无持续燃烧),通过排出重水使反应性下降自然终止事故
损害范围NRX 堆芯严重损坏,多根燃料元件熔化破裂;calandria多处刺穿;反应堆容器盖被掀起;约4500 m³放射性水流入地下室
放射性释放是(约10-20千居里裂变产物污染反应堆厂房与周边厂区;4500 m³ 放射性水排至厂区沟渠约1600米远靠近渥太华河;部分气态裂变产物经烟囱排出)
核安全影响世界第一次重大反应堆事故;首次暴露反应堆安全「多样性、独立性、纵深防御」基本原则的不足;促使全球反应堆设计重新审视安全棒配置与人机界面
INES 等级未定级(事件发生时INES尚未建立,按今日标准一般归为5-6级;事故库中标为INES 5级)
人员伤亡无(即刻)
经济损失重大(堆芯与calandria彻底更换,14个月至两年无法运行)
直接原因控制棒人机接口失误+安全棒插入机械故障+部分冷却管路低流量运行导致冷却沸腾
根本原因多重失误并发:操作员在地下室打开气动阀门但未通报;主管与控制室沟通误传;安全棒机械卡涩;反应堆正空泡系数加剧瞬变;控制棒状态灯错误显示已下落
整改措施AECL 引入「多样性、独立性、纵深防御」设计原则;改进人机界面与操作流程;停堆系统改为fail-safe下落式;后续设计的NRU反应堆对控制棒与冷却系统做了全面改进;本次事故的反应堆安全经验直接影响了后来反应堆设计的基本思想

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