35°52′54″с.ш. 106°17′54″з.д. / 35,88167°с.ш. 106,29833°з.д. / 35,88167; -106,29833Авария с критичностью произошла 30 декабря 1958 года в Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, в США. Это одно из 60 известных событий с критичностью, которые произошли в мире за пределами контролируемых условий ядерного реактора или испытания; хотя это было третье подобное событие, произошедшее в 1958 году после событий 16 июня [1] на заводе Y-12 в Ок-Ридже, штат Теннесси, и 15 октября в Ядерном институте Винча в Винче, Югославия. Авария была связана с соединениями плутония , растворенными в жидких химических реагентах ; в течение 35 часов она убила химического оператора Сесила Келли от тяжелого радиационного отравления .
Сесил Келли был 38-летним оператором химического цеха с 11-летним опытом работы; более половины этого времени он провел в LANL, где одной из его обязанностей было управление большим, емкостью 1 м3 , смесительным резервуаром из нержавеющей стали . Резервуар содержал остаточный плутоний-239 ( 239 Pu) из других экспериментов и приложений, а также различные органические растворители и кислоты в водном растворе для целей восстановления и повторного использования. В чистом виде и при нормальной температуре и давлении плутоний представляет собой твердый серебристый металл. Он быстро тускнеет при контакте с воздухом и легко растворяется в концентрированных соляной , иодистоводородной и хлорной кислотах , [2] а также в других. В день аварии предполагалось, что смесительный резервуар содержит «бедную» концентрацию растворенного плутония (≤0,1 г плутония на литр раствора) в ванне с высококоррозионной азотной кислотой и едкой, стабилизированной, водной, органической эмульсией. [3] Однако концентрация плутония в смесительном резервуаре была почти в 200 раз выше, чем предполагал Келли, в результате по крайней мере двух неправильных передач отходов плутония в резервуар [4] из неустановленных источников. Кроме того, плутоний был распределен неравномерно, причем верхний слой раствора содержал особенно высокие концентрации, составляющие в общей сложности >3 кг плутония, что опасно близко к критичности . Когда Келли включил смеситель, начал образовываться вихрь . Более плотный водный слой внутри резервуара был вытеснен наружу и вверх, образуя «чашу», а менее плотный, богатый плутонием слой был втянут к центру сосуда. [5]
Среди других идеальных характеристик, оптимальной формой для любого расщепляющегося вещества, чтобы стать сверхкритическим, является форма наименьшей площади поверхности, сфера . Хотя богатый плутонием раствор не был сферическим, вихрь сделал его толще в центре, и это, наряду с соответствующим увеличением плотности и отражательной способностью нейтронов водного слоя, окружающего его, привело к тому, что растворенный плутоний достиг и пересек порог критичности примерно за одну секунду: нейтроны внутри смеси начали бомбардировать ядра атомов плутония раствора с достаточной частотой, чтобы заставить эти атомы распадаться и высвобождать другие нейтроны в устойчивой ядерной цепной реакции, длящейся всего 200 микросекунд, но высвобождающей огромный всплеск нейтронов и гамма-излучения . Такое неконтролируемое высвобождение ядерной энергии часто называют выбросом . [ 5] В течение 3 секунд слои в смеси стали рассеянными, и никакие дальнейшие выбросы были невозможны.
Келли стоял на лестнице, разглядывая содержимое смесительного бака через смотровое окно, когда произошла авария. Двое других техников, работавших в лаборатории, стали свидетелями яркой вспышки синего света, за которой последовал глухой удар. Вспышка либо заставила Келли упасть, либо сбила его с лестницы, и он упал на землю. Он встал дезориентированным и, по-видимому, выключил миксер, а затем снова включил его, прежде чем выбежать из здания. Другие техники нашли Келли на улице в состоянии атаксии ( нескоординированное движение мышц), повторяющим фразу: «Я сгораю! Я сгораю!» [5]
Поскольку возможность выброса в смесительном баке считалась практически несуществующей, техники решили, что Келли, должно быть, каким-то образом подвергся воздействию альфа-излучения , кислотной ванны или и того, и другого, и один из них отвел его в химический душ, а другой выключил смеситель. Другие сотрудники прибыли на место происшествия через несколько минут и обнаружили Келли практически без сознания. Ярко-розовый цвет его лица указывал на эритему (покраснение кожи), вызванную кожным лучевым синдромом . [5]
Любая авария в Лос-Аламосе, связанная с радиоактивным веществом, требует немедленного расследования группой сотрудников радиационного мониторинга . Еще до того, как Келли доставили в отделение неотложной помощи, эти сотрудники начали осматривать комнату смешивания с помощью детекторов излучения, способных оценить альфа-излучение от вырвавшегося плутония. Альфа-активность была бы широко распространена, если бы какая-либо часть смеси плутония вытекла из резервуара, но ничего не было обнаружено. Восемнадцать минут спустя группа начала поиски гамма-излучения (γ) и с удивлением обнаружила интенсивное γ-излучение около резервуара смешивания, порядка десятков рад в час. Такое интенсивное γ-излучение могло быть вызвано только значительным количеством продуктов деления ; этого, а также необъяснимой вспышкой света, о которой сообщили два других техника, было достаточно, чтобы подтвердить, что произошла авария, связанная с критичностью. [5]
В течение первого часа и сорока минут после аварии Келли был бессвязным и пережил волны интенсивной рвоты и позывов на рвоту. Затем он стабилизировался, снова смог нормально разговаривать, и ему смогли измерить пульс и взять кровь. Анализ крови показал, что Келли подвергся воздействию около 9 Гр от быстрых нейтронов и 27 Гр от гамма-лучей ; в общей сложности 36 Гр. Для взрослого человека воздействие 2 Гр от несфокусированного источника излучения, такого как экскурсия, вызовет лучевую болезнь, но не обязательно смертельно; около 4,5–5 Гр — это LD 50 , или средняя смертельная доза ; 8 Гр — это LD 99 . [6] [7] [8] Келли получил дозу, более чем в 7 раз превышающую LD 50 . Хотя медицинский персонал в отделении неотложной помощи предпринял шаги, чтобы облегчить его боль с помощью петидина и морфина , предыдущие исследования воздействия радиации на животных показали, что смерть Келли была неизбежна. В течение шести часов его лимфоциты практически исчезли. Биопсия кости через 24 часа после инцидента показала, что костный мозг был водянистым и не содержал эритроцитов. Многочисленные переливания крови не оказали длительного полезного эффекта: всего через 35 часов после его первоначального воздействия и после последнего приступа сильного беспокойства, возбуждения, потоотделения, побледнения кожи и нерегулярного пульса Келли умер от сердечной недостаточности. [9] [10]
Расследование обстоятельств аварии так и не привело к публичному объяснению того, каким образом смесительный резервуар оказался заполненным столь высокой концентрацией плутония; первоначально вина была возложена на самого Келли.
Роберт Л. Нэнс, коллега Келли, был химиком, которому было поручено извлечь оставшийся плутоний из бака. Эта задача показала ему, что растворитель в баке не был таким мощным, как ожидалось (возможно, он был разрушен длительным воздействием радиации), поэтому по этой причине могло произойти накопление до более высокой концентрации. Отчет, подготовленный Нэнсом, не был одобрен для публикации. [11]
Хотя Келли не принимал внутрь и не вдыхал плутоний во время аварии, он, как и многие лаборанты в Лос-Аламосе, подвергался воздействию мельчайших частиц плутония, находящегося в воздухе, в течение нескольких лет. Поэтому такое событие считалось «экспериментом возможности». [4] Тщательно записывались все моменты жизни Келли от несчастного случая до смерти и на столе для вскрытия. Его органы были сохранены для патологического исследования, а уровень плутония в них был проанализирован. Результаты этих анализов тканей считались основополагающими для понимания того, что произойдет с населением во время ядерной атаки, и их невозможно было получить каким-либо другим способом. Хотя биопсия костного мозга грудины Келли была проведена под предлогом того, что врачи хотели определить, является ли он кандидатом на пересадку костного мозга, смерть Келли была неизбежна, и фактическая пересадка не рассматривалась всерьез. [4]
После смерти Келли остались вдова Дорис Келли и двое детей, которым тогда было 8 лет и 18 месяцев. Дорис не была уведомлена, пока он был жив, о том, что ее муж подвергся облучению, и узнала о его смерти только от руководства лаборатории, когда представители лаборатории посетили ее дома вскоре после этого. Устно заверив ее, что они предоставят ей финансовую компенсацию за смерть ее мужа, они убедили ее не подавать никаких исков против лаборатории. Несмотря на такие заверения, единственной компенсацией, которую получила Дорис, была пожизненная должность, работающая в самой лаборатории на уровне, близком к бедности, пока ей не пришлось уйти на пенсию по состоянию здоровья. [ необходима цитата ]
В 1996 году Дорис Келли и ее дочь Кэти Келли-Маро подали иск против Кларенса Лашбо , патологоанатома , который проводил вскрытие Сесила Келли. [12] [13] В деле утверждалось, что врачи, больница и администрация Лос-Аламоса совершили неправомерное действие, извлекая органы у умершего без согласия ближайших родственников на протяжении многих лет (1958–1980). [14] [15] Вскрытие Келли было первым случаем такого рода посмертного анализа, но в последующие годы Лашбо и другие провели в Лос-Аламосе гораздо больше подобных анализов. [13] Во время дачи показаний по делу Лашбо, когда его спросили, кто дал ему право изымать восемь фунтов (3,6 килограмма) органов и тканей из тела Келли, сказал: «Бог дал мне разрешение». Групповой иск был урегулирован ответчиками на сумму около 9,5 млн долларов в 2002 году и еще на 800 000 долларов в 2007 году. Ни один из ответчиков не признал свою вину.