临界事故

含易裂变材料的系统由于某种意外原因引起的非预计的临界或超临界事件

临界事故指的是含易裂变材料的系统由于某种意外原因引起的非预计的临界或超临界事件。

定义

临界事故是指易裂变物质意外发生的自持或发散的中子链式反应所造成的能量和放射性物质释放事件。在易裂变核素裂变释放的中子中，99%以上是在裂变过程的瞬间释放的，其余千分之几的中子，是在裂变后由某些裂变产物在延续达数分钟时间内陆续放出的。

前一部分称为瞬发中子，后一部分称为缓发中子。当易裂变物质系统依靠包括瞬发和缓发在内的全部中子才能实现稳定的自持链式反应时，称为缓发临界；当易裂变物质系统仅依靠瞬发中子就能实现自持链式反应时，称为瞬发临界。

临界事故对事故点周围工作场所的污染程度主要取决于发生临界事故的装置或设备的具体情况和临界事故的大小。在工厂已发生的临界事故中，多数没有造成污染。但对一些涉及溶液槽的临界事故，由于在事故过程中有一些溶液喷洒出来，对事故点周围的工作场所造成了一定程度的局部污染。事故所释放出的惰性气体和碘元素的放射性气溶胶，也可能污染工作场所空气。

事故影响

临界事故的裂变产物总量要小得多，即使一次事故产生的裂变产物全部释放出来，也不会对环境和公众造成危害。

反应堆外裂变材料系统达到临界或者超临界，构成临界事故。发生临界事故使工作人员的健康受到危害，事故处理造成人财物的浪费，还会造成不良的社会影响。在没有裂变产物的情况下，临界事故的可预见后果是十分有限的。虽然如此，不管临界事故的后果如何，核临界安全的目标仍然是不让临界事故发生。

对临界事故有关的初始事件和停止机制的研究和了解，为限制这种不幸事件的发生频率和后果提供了可能。虽然与临界实验和小反应堆事故有关的死亡人数12人比与处理易裂变材料事故有关的死亡人数9人要多，但似乎易裂变材料处理活动安全性问题更受关注。原因可能是因为处理工厂中受照人数更多、设施停工的经济影响更大，同时对运行在近临界或临界状态的系统（临界实验和小反应堆）的可能存在的事故风险以及后果认知更清楚。

核临界事故的主要危险是瞬发射线的外照射，它可使工作人员受到大剂量照射，致使工作人员伤亡。

世界上第一个死于中子辐射的人叫：HarryK.Daghlian，1945年8月21日，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家小哈里·K·达利安不小心把一块碳化钨掉到一个钚球上，使系统达到了临界。小哈里·K·达利安接受了致死剂量的辐射，这也是已知的第一起导致了死亡的临界事故。据计算他受到510雷姆（5.1西弗）的中子辐射照射。

发生临界事故一般不会对环境和公众产生影响，但是最近的一次临界事故——JCO临界事故是唯一的例外，造成了在厂界外可测量的裂变产物污染，使公众受到了可测量的照射，180人受到5mSv以下的照射，20人受到5mSv～25mSv的照射，这也是长期的临界安全的良好记录，淡化了管理者和操作者的临界安全意识，如JCO临界事故的原因除了违反运行规程外，有：（1）JCO的各层管理者和操作人员都不清楚可能影响临界的因素；（2）公司为提高操作效率施加了压力；（3）JCO公司和各管理层都想当然地认为临界事故不是一个可信事件。

临界事故因素

研究造成临界事故的各种因素和条件，掌握裂变材料的特性和规律，防止临界事故的发生，这就是常说的核临界安全的研究，这是原子能领域一个重要的课题。

核临界安全研究的首要目标就是防止临界事故的发生，可能发生的事故是由下面六个方面造成的：

（1）操作者的失误；

（2）工程上的失败；

（3）实验的事故；

（4）设计失误；

（5）不可预知的因素；

（6）故意破坏和战争。

为了避免操作上的失误和实验事故，国内外都制定了相应的操作规范，如美国Pruvost和HughCPaxton共同制定的《核临界安全导则》(NuclearCriticalitySafetyGuide)，由核临界安全小组(NuclearCriticalitySafety,ESH-6)发行，这个导则据称是从事近临界实验的研究者的圣经。国内也制定了标准GB15146《反应堆外易裂变材料的核临界安全》。

应对措施

一旦发生临界事故，工作人员要立即撤离厂房；此类工作场所应设置超临界报警仪表，但发出报警应立即按预先定好路线撤离,撤离后返回厂房探查事故点或使该系统可靠地恢复到临界安全状态,要十分小心地进行，不可鲁莽行事。对进行此项工作的人员要严格进行培训。

核燃料加工或处理工厂发生的核临界事故向环境释放的放射性及其影响是小的，不足以导致几km范围内的公众撤离或隐蔽防护行动；但核临界事故的瞬发γ和中子外照射可能对数百米范围造成明显厂外影响；但若在设计时就采取适当措施(如厂房设屏蔽墙，工厂不过分靠近居民区等)，则可以防范发生这种场外影响，从而可以不采取公众应急防护行动。

实例

在美国LosAlamos的TA18，1945年和1946年发生了两次致命的临界事故。Paxton坚持说如果按照安全程序进行操作，这两次事故完全可以避免。他说：“实验可以按照另外的方式进行，他们可以不用徒手进行操作，他们还应该采取保护措施。”另一方面，进行临界安全的研究，还可以指导涉及到裂变材料的各种设计，减小发生临界事故的概率。该事故的一次重组在1946年5月21日，斯洛廷(Louis Alexander Slotin)与七名同事对一场实验进行操作，当中要把两块铍（一种中子反射物料）制半球置于一钚制核心的周围，作为制造裂变反应的起始步骤。该实验所用的核心正是照射达格利恩的那一颗6.2千克钚制核心。斯洛廷一方面用左手经姆指孔抓紧铍制的上半球，另一方面右手用螺丝刀维持着上下半球间的空隙，同一时间助手移走平常会用的填隙片。使用螺丝刀操作并不是实验计划的标准规定。

下午3时20分，螺丝刀滑落，导致铍制上半球落下，引起“瞬发临界”反应并释放出一股硬性辐射。与此同时，房间里的科学家们观察到空气被离子化所形成的“蓝色荧光”，以及感觉到一股“热浪”。此外，斯洛廷的口部感觉到酸味，左手感到被烧伤的剧痛。斯洛廷本能地向上急抽左手，将铍制上半球拉起并把它掉到地上。他使自己被一股达致命剂量（约2100伦目，或21西弗）的中子及γ辐射曝晒，并于九天后死亡。（斯洛廷所受的辐射剂量相等于在原子弹爆发时距弹4800呎（1463米）时所受的辐射量。）

在临界装置的临界事故的发生很多都是由于运行人员失误：

（1）1949年LANL为了测量沸水堆上两根控制棒联动的下落时间，运行人员将两根控制棒同时抽出（一人独自操作反应性控制机构）。可以猜测，该运行人员对所采取的操作的意义和后果都不清楚。

（2）1952年发生在LANL的Jimima装置上的临界事故：两个运行人员独立地进行了错误的计算，且没有作倍增因子倒数曲线。

（3）1953年俄罗斯联邦核中心实验物理研究所（RFNC-VNIIEF，也称Sarov）的FKBN装置上发生的事故：操作人员放置了错误的塞子，且没有另外的人员检查活性区的最终装配状态。

（4）20世纪50年代发生在LANL的LadyGodiva临界装置上的两次事故是运行人员错误估算反应性造成的。

（5）1963年Sarov的MSKS装置上发生的事故是操作人员在活性区已经装配完成后，就地操作主安全块合拢造成的。

（6）1965年发生在俄罗斯联邦核中心技术物理研究所（RFNC-VNIITF）的FKBN装置上的事故原因是操作人员对聚乙烯的反应性进行了错误估算，并没有核对已知状态。

（7）1997年Sarov的FKBN-2M上的临界事故是操作人员对正在装配的系统的状态判断错误并违反操作规程造成的。

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