Ядерный реактор SL-1 разрушен паровым взрывом в единственном инциденте с реактором в Соединенных Штатах, который привел к немедленным жертвам.
Паровой взрыв — это взрыв, вызванный бурным кипением или вскипанием воды или льда в пар, происходящий, когда вода или лед либо перегреваются, либо быстро нагреваются образующимися в них мелкими раскаленными частицами, либо нагреваются при взаимодействии расплавленных металлов (как при взрыве). взаимодействие топлива и теплоносителя, или FCI, расплавленных топливных стержней ядерного реактора с водой в активной зоне ядерного реактора после расплавления активной зоны). Сосуды под давлением, такие как водо-водяные (ядерные) реакторы, работающие под давлением выше атмосферного, также могут создавать условия для парового взрыва. Вода превращается из твердого или жидкого состояния в газообразное с чрезвычайной скоростью, резко увеличиваясь в объеме. Паровой взрыв разбрызгивает пар и кипящую воду, а также нагревшую ее горячую среду во всех направлениях (если они не ограничены иным образом, например стенками емкости), создавая опасность ошпаривания и ожога.
Паровые взрывы обычно не являются химическими взрывами, хотя ряд веществ химически реагируют с паром (например, цирконий и перегретый графит реагируют с паром и воздухом соответственно с выделением водорода, который бурно горит на воздухе), так что могут последовать химические взрывы и пожары. . Некоторые паровые взрывы представляют собой особый вид взрыва расширяющегося пара кипящей жидкости (BLEVE) и основаны на высвобождении аккумулированного перегрева. Но многие крупномасштабные события, в том числе литейные аварии, свидетельствуют о фронте выделения энергии, распространяющемся через материал (см. описание FCI ниже), где силы создают фрагменты и смешивают горячую фазу с холодной летучей; и быстрая теплопередача на фронте поддерживает распространение.
Если в закрытом резервуаре с водой произойдет паровой взрыв из-за быстрого нагрева воды, волна давления и быстро расширяющийся пар могут вызвать сильный гидравлический удар. Это был механизм, из-за которого в Айдахо, США, в 1961 году корпус ядерного реактора SL-1 подпрыгнул в воздухе на высоту более 9 футов (2,7 м), когда он был разрушен в результате аварии с возникновением критичности. В случае СЛ-1 топливо и твэлы испарялись от мгновенного перегрева.
События такого общего типа возможны и при постепенном расплавлении топлива и твэлов жидкостного ядерного реактора. Такие взрывы известны как взаимодействие топлива с охлаждающей жидкостью (FCI). В этих случаях прохождение волны давления через предварительно диспергированный материал создает силы течения, которые еще больше фрагментируют расплав, что приводит к быстрой теплопередаче и, таким образом, поддерживает волну. Считается, что большая часть физических разрушений реактора РБМК-1000 с графитовым замедлителем и легким водяным охлаждением во время Чернобыльской катастрофы произошла из-за такого парового взрыва.
При расплавлении ядерного топлива наиболее серьезным последствием парового взрыва является преждевременное разрушение здания защитной оболочки. Две возможности: выброс расплавленного топлива под высоким давлением в защитную оболочку, вызывающий быстрый нагрев; или взрыв пара внутри корпуса, вызывающий выброс ракеты (например, верхней головки) в защитную оболочку и через нее. Менее драматичным, но все же важным является то, что расплавленная масса топлива и активной зоны реактора проплавляет пол здания реактора и достигает грунтовых вод; может произойти паровой взрыв, но обломки, вероятно, будут локализованы и, фактически, рассеявшись, вероятно, будут легче охлаждаться. Подробнее см. WASH-1400.
Паровые взрывы часто происходят там, где горячая лава встречается с морской водой или льдом. Такое явление также называют прибрежным взрывом. Опасный паровой взрыв может также произойти, когда жидкая вода или лед сталкиваются с горячим расплавленным металлом. Когда вода превращается в пар, она разбрызгивает горящий жидкий металл вместе с собой, вызывая крайний риск серьезных ожогов для всех, кто находится поблизости, и создавая опасность пожара.
Стационарный маломощный реактор номер один, также известный как SL-1 или Аргоннский реактор малой мощности (ALPR), был экспериментальным ядерным реактором армии США, расположенным на Национальной испытательной станции реакторов (NRTS), которая является основой того, что сейчас называется Айдахо. Национальная лаборатория, к западу от Айдахо-Фолс, штат Айдахо, США. Он наиболее известен расплавлением и паровым взрывом, которые произошли в 21:01 ночи 3 января 1961 года, в результате чего погибли все трое его молодых военных операторов, один из которых был прижат к потолку объекта реактором. пробка сосуда. Непосредственной причиной стало неправильное извлечение центрального стержня управления, ответственного за поглощение нейтронов в активной зоне реактора. Это событие является единственной аварией на реакторе в истории США, которая привела к немедленным жертвам. В результате аварии было выброшено около 80 кюри (3,0 ТБк) йода-131, что не считалось значительным из-за его расположения в удаленной высокогорной пустыне восточного Айдахо. Около 1100 кюри (41 ТБк) продуктов деления было выброшено в атмосферу. Объект, на котором размещался SL-1, расположенный примерно в 40 милях (65 км) к западу от Айдахо-Фолс, был частью армейской ядерно-энергетической программы. Реактор предназначался для обеспечения электроэнергией и теплом небольших удаленных военных объектов, таких как радиолокационные станции за Полярным кругом и на линии DEW. Расчетная мощность составляла 3 МВт (тепловая), но за несколько месяцев до аварии было проведено около 4,7 МВт испытаний. Рабочая мощность составляла 200 кВт электрических и 400 кВт тепловых для отопления помещений. Во время аварии уровень мощности активной зоны достиг почти 20 ГВт всего за четыре миллисекунды, что спровоцировало паровой взрыв.