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英国温德斯凯尔1号堆石墨铀火灾

1957-10-10 · 英国 · 案例编号 #139
英文名称Windscale Pile No.1 Fire – Graphite and Uranium Combustion
核电厂 / 机组英国温德斯凯尔1号堆(Windscale Pile 1)
发生日期1957-10-10
国家 / 地区英国
反应堆类型Windscale Pile 1 气冷石墨慢化反应堆(自然铀金属燃料,空气冷却)
电功率约180吨铀燃料/2000吨石墨(功率数据不公开)
起火部位1号堆堆芯(2000吨石墨慢化体内,含180吨自然铀金属燃料)
火灾类型反应堆火灾
直接原因(简述)Wigner能退火程序中,因温度控制失误,燃料元件包壳破裂导致金属铀暴露空气中燃烧,燃烧的高温引燃周围石墨慢化体,火焰蔓延至堆芯深处
事件经过与原因温德斯凯尔(Windscale)1号与2号堆位于英国 Cumbria 海岸 Seascale 村附近,建于 1947-1951 年,是英国核武器计划为生产钚-239 而建造的气冷石墨慢化反应堆。1号堆于1957年10月7日凌晨1:03按计划停堆进行第9次 Wigner 能退火(释放石墨在辐照中储存的能量,防止无控释放)。按计划应缓慢加热使石墨温度上升至250℃释放 Wigner 能;10月8日早晨温度上升不足,操作员启动第二次加热但功率超过程序规定,温度迅速上升至约400℃。操作员插回控制棒试图降温,但一个或多个燃料元件已过热,其不锈钢包壳破裂,暴露的金属铀与空气接触开始氧化燃烧。附近燃料元件相继失效,火焰向堆芯蔓延。10月9日晚重新启动风机试图冷却,但10月10日凌晨烟囱内放射性检测仪显示异常(操作员误认为正常冷却气流);中午前后烟囱再次报警,反应堆厂房屋顶气象站也检测到放射性,温度继续上升。10月10日下午工人穿戴辐射防护服进入反应堆围护区,确认部分燃料通道已破裂、金属铀燃烧、石墨起火。10月11日凌晨4:30向堆芯注入二氧化碳灭火无效;8:55改用水,流量从300 gal/min 提至800 gal/min 再至1000 gal/min,至10月12日堆芯冷却至稳定温度。燃烧持续约16小时,约10吨放射性燃料熔于堆芯。火灾释放约18.6 PBq 放射性物质(I-131约1.8 PBq;Po-210约42 TBq;Cs-137约90-350 TBq)。英国政府随即禁止200平方英里(约518 km²)牛奶销售以减少公众摄入。1号与2号堆永久关闭,1号堆堆芯被混凝土封存,1980年代后期开始去污,至2015年清理完成。事故促使英国于1971年成立国家辐射防护委员会(NRPB)。
火灾持续时间约16小时(10月10日中午至10月11日下午)
灭火方式二氧化碳(无效)→水(300→800→1000 gal/min,最后成功)
损害范围约10吨燃料熔于堆芯;1号堆永久关闭;反应堆容器混凝土封存数十年
放射性释放是(约18.6 PBq;I-131 1.8 PBq;Cs-137 90-350 TBq;Po-210 42 TBq;散布至英国及北欧多国)
核安全影响首次重大反应堆放射性物质超厂界释放事件;INES分级5级「场外影响事故」;事故促使 IAEA 重视国际信息共享与应急响应
INES 等级5级
人员伤亡无(即刻与短期均无)
经济损失重大(两堆永久退役;1980s-2015 长期封存与去污;200平方英里牛奶禁售)
直接原因Wigner能退火程序中温度控制失误,燃料包壳过热破裂;金属铀暴露空气燃烧;高温引燃石墨慢化体
根本原因操作员对 Wigner 退火机制理解不足;温度监测热电偶数量不足且布局不合理;操作程序对超温情况应急不足;石墨慢化体本身可燃性未充分评估;控制棒插入速率慢
整改措施英国成立国家辐射防护委员会(NRPB,1971年);IAEA加强国际信息共享;后续 AGR 与 PWR 反应堆设计不再使用石墨慢化+空气冷却;引入更严格的堆芯温度监测与应急程序;事故促使 Wigner 能退火操作规程全面修订

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