SL-1

SL-1遅発中性子の生成により、原子炉の出力変化を人間や機械に適した時間スケールで制御することが可能になる。

制御装置や中性子毒が取り除かれた場合、即発中性子だけで臨界になる可能性がある。原子炉が即発臨界になる場合、出力が2倍になるまでの時間は10マイクロ秒のオーダーである。温度が出力レベルに追従するのに必要な時間は、炉心の設計に依存する。通常、一般的な軽水炉では、出力に対する冷却材温度のラグは3～5秒である。SL-1の設計では、蒸気の形成が始まるまで約6ミリ秒であった。

SL-1は、中央の主制御棒を完全に取り外すと、非常に大きな過剰反応度を発生させることができるように作られた。追加の制御棒の存在は、59個の燃料集合体のうち40個だけに核燃料を装荷するという決定によるもので、その結果、炉心は中央部でより活発になった。通常の運転では、制御棒は、持続的な核反応と熱出力に足る反応度を発生させるのに十分な距離だけ引き出される。しかし、この事故では、付加された反応度は、推定4ミリ秒以内に原子炉を速やかに臨界に導くのに十分であった。この時間は、燃料からの熱がアルミニウム被覆管に浸透し、負の減速材温度とボイドフィードバックを介して炉心のすべての部分の出力増加を完全に停止するのに必要な量の水を沸騰させるには早すぎた。

事故後の分析によると、最終的な制御方法は、破局的炉心分解によってもたらされたと結論づけられた。この炉心加熱と蒸発のプロセスは、反応を停止させるのに十分な蒸気が生成されるまでの約7.5ミリ秒の間に起こったと推定され、蒸気シャットダウンより数ミリ秒先んじた。ある重要な統計が、炉心が崩壊した理由を明らかにしている。3 MWの出力を想定して設計された原子炉が、瞬間的に約20 GWのピーク出力で運転された。これは、安全動作限界の6,000倍以上の出力密度である 。この臨界事故は、4.4   ×   1018回の核分裂、すなわち133のエネルギーを生成したと推定されている。

1.1. 事故発生後の経過
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事故発生時刻の午後9時1分、原子炉上部の熱センサーがNRTSの保安施設にあるアラームを作動させた。誤報は同日午前と午後に発生していた。6人の消防隊員からなる対応チームは、誤報を予想しつつ9分後に到着した。彼らは最初、建物から少し蒸気が上がっている程度で、6の寒い夜としては普通であり、特に異常はないと認識した。消防士たちは、SL-1施設内の誰とも連絡がとれず、警備員にゲートを開けてもらった。彼らはスコット・エアパックを着用し、確認のために支援施設棟に到着した。

建物はいつも通りに見えたが、無人だった。休憩室には温かいコーヒーの入ったマグカップが3つ、近くには上着が3着掛けられていた。彼らは原子炉制御室に入り、放射線警告灯に気づいた。彼らがSL-1の原子炉運転フロア階まで階段を上っているとき、彼らの携帯型放射線検出器がその最大範囲を急激に上回った。このため、2台目の放射線検出器を取りに退却した。2台目の放射線検出器も、再び階段を上っている際に毎時200レントゲンの最大値を示した。 彼らは撤退する前に原子炉室を覗き込んだ。

午後9時17分、保健物理学者が到着した。彼とモシュバーガー副主任は、潜在的な汚染物質を強制的に除去するために、エアタンクとマスクに陽圧をかけ、原子炉建屋の階段に近づいた。 階段を上り始めると、二人の検出器は毎時25レントゲンを示し、二人は退却した。より測定スケールの広いイオンチェンバー検出器を発見し、二人は階段の最上階に到達し、行方不明の3人を見つけようと原子炉室の中を見回した。二人が持つJordan Radector AG-500メーターは、上る途中で500 R/hrを記録した。二人が目にしたのは、薄暗く、湿度が高く、濡れており、岩や鋼鉄の破片、ねじれた金属、デブリが散乱した運転フロアであった。

午後10時半ごろ、アイダホフォールズ近郊からSL-1の主任保健物理学者エド・ヴァラリオとSL-1オペレーション・スーパーバイザーのポール・ダックワースがSL-1に到着した。二人はエアパックを装着し、管理棟から支援棟を通り、階段を上って原子炉フロアに向かった。階段の途中で、ヴァラリオはマッキンリーのうめき声を聞いた。2人は、彼と明らかに死亡している2人目のオペレーターが床に倒れているのを発見し、出血しているマッキンリーのためにチェックポイントに戻って救護を求めることにした。

2人は3人の保健物理学者と合流し、エアパックを装着して原子炉フロアに戻った。エアパックのマスクは曇って視界が悪かった。マッキンリーはかすかに動いていたが、体の一部が金属片で覆われていたため、ストレッチャーで運ぶためにレスキュー隊が取り除かなければならなかった。ヴァラリオも行方不明の乗組員を見つけようとして瓦礫を動かした。バーンズは部分的に鉄片と血で覆われていた。別の男性がバーンズの脈を確認し、死亡を告げた。

3人の男性が外階段を使ってマッキンリーを運び出そうとし、1人の男性を外に出してトラックで迎えに来させた。しかし、運転フロアを横切って出口までマッキンリーを運んだ後、設備が非常口のドアを塞いでいるのを発見した。このため、救助隊はコースを逆戻りし、メイン階段を使うことを余儀なくされた。

マッキンリーの移動中、2人の男性が持っていたスコット・エアパックがフリーズして動かなくなった。ダックワースは故障のため退避し、ヴァラリオはマスクを外して汚染された空気を吸いながらもマッキンリーの避難を完了させた。救助には約3分間かかった。

マッキンリーの避難は、すぐに放射線学上の大問題に発展した。マッキンリーはまずパネルトラックに乗せられ、次に救急車の後部に収容された。救急車の後部で患者の看護にあたっていた待機中の看護師ヘレン・ライゼンは、少なくともかすかな呼吸、おそらく最後の呼吸を聞いた。しかし、車両が近くのアメリカ国道20号線に到着する前に、AECの医師は看護師を避難させ、救急車の中に入って脈がないことを認めた。午後11時14分、医師は男性の死亡を宣告した。マッキンリーの遺体を乗せた汚染された救急車は砂漠に運ばれ、数時間放置された。

午後10時38分、4人の男性が原子炉建屋に入り3人目の犠牲者を発見した105}}。レッグが最後に発見されたのは、彼がシールドプラグによって原子炉の上の天井に固定されており、容易に認識できなかったからである。

その夜、大規模な除染が行われた。第一対応者のうち約30人がシャワーを浴び、過マンガン酸カリウムで手をこすり、服を交換した。 救急車内の遺体はその後、服を脱がされて救急車に戻され、保管と解剖のために近くの施設に運ばれた。

1月4日の夜、6人の志願チームが2人1組でSL-1の運転フロアからバーンズの遺体を回収した。遺体は救急車で同じ施設に運ばれた。

4日間の作業計画の後、最も汚染されていた3体目が回収された。原子炉室の修繕は、クレーンに取り付けられた鉛シールドボックスの中で溶接工が行わなければならなかった。1月9日、一度に2人ずつのリレーで、一人あたり65秒以上の被ばくを許された10人のチームが、長いポールの先についたフックを使ってレッグの遺体を7番シールドプラグから引き抜き、建屋の外にあるクレーンに取り付けられた5 の担架に落下させた。

マッキンリーのシガレットライターのネジやバーンズの真鍮の時計バンドのバックルから放射性銅64Cuが検出され、原子炉が即発臨界に陥ったことが証明された。このことはレッグの結婚指輪から198Auが検出されたことを含む、他のいくつかの測定結果でも示された。原子炉プラント内の原子力事故線量計と被害者の衣服から採取されたウラン粒子もまた、臨界の証拠となった。これらの遺留品から中性子で放射化された元素が発見される以前は、科学者たちは原子炉は本質的に安全であると信じ、核爆発の発生を疑っていた。主要な核分裂生成物である91Srもウラン粒子と一緒に発見された。 これらの発見は、化学爆発が事故を引き起こしたという初期の推測を否定した。

いくつかの資料や目撃証言は、それぞれの犠牲者の名前と位置を混同している。書籍//Idaho Falls: The untold story of America's first nuclear accident//の中で、著者は、救助隊がバーンズを生存して発見された男性と認識し、レッグの遺体は原子炉シールドの横で発見され事故翌夜に回収されたものであり、原子炉の真上の天井に制御棒で突き刺さっていたのはマッキンリーであると信じていたことを指摘している。この誤認は、爆風による犠牲者のひどい損傷によって引き起こされたもので、クラレンス・ラッシュボーが行った検死で修正されたが、このことはしばらくの間混乱を引き起こした。

マッキンリーを運んだ7人の救助隊員はカーネギー・ヒーロー基金からカーネギー・ヒーロー賞を授与された。

SL-1オペレーション・スーパーバイザーのポール・ダックワース
SL-1テスト・スーパーバイザーのシドニー・コーエン
SL-1アシスタント・オペレーション・スーパーバイザーのウィリアム・ラウシュ
SL-1保健物理学者のエド・ヴァラリオ
当直のAECサイト調査チーフのウィリアム・ガミル
保健物理学者のラヴェル・J・キャリスター
保健物理技術者のデロス・E・リチャーズ

1. 原因
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必要な保守手順のひとつで、切り離された自動制御機構に取り付けるため、ロッド9を約4手動で引き抜くことが求められた。事故後の計算やロッド9の傷の調査から、実際には約20引き抜かれ、原子炉が即臨界になり、水蒸気爆発を引き起こしたと推定されている。ロッドが引き抜かれた最も一般的な説は、運転員の一人によるサボタージュまたは自殺、他の運転員の一人の妻との不倫を含む殺人自殺、主制御棒の不注意による引き抜き、ロッドを”運動”させる意図的な試み、である。保守記録は技術者が何をしようとしていたのかに触れていないため、事故の実際の原因はわからない。しかし、自殺であった可能性は低いと思われるdate=November 2022}}。

事故後、同じ重さの模擬制御棒を使った実験が行われ、1人または2人の男性がロッド9を20インチ引き抜くことが可能であったかが判断された。実験には、48の中央のロッドが動かなくなり、1人の男が自分でそれを解放したという可能性のシミュレーションも含まれ、調査官が最適な説明と考えたシナリオが再現された：バーンズが制御棒を緩め、誤って引き抜き、3人全員が死亡した 。ロッド9が手動で急速に引き抜かれたという説を検証する際、3人の男性が時間を計った試験に参加し、彼らの努力とその結果発生した核爆発のエネルギーが比較された。

SL-1では、制御棒が制御棒チャンネルにはまり込むことがあった。制御棒が適切に動作していることを確認するため、制御棒を評価する多くの手順が実施された。通常運転のための定期的なロッド運動とロッドの引き抜きに加えて、各ロッドのロッド落下試験とスクラム試験が行われた。1959年2月から1960年11月18日までに、スクラムテストとロッド落下テストで制御棒が動かなくなったケースが40件あり、故障率は約2.5%であった。1960年11月18日から12月23日までは、スタックしたロッドが激増し、この期間に23件、故障率は13.0％であった。これらのテスト失敗のほかに、1959年2月から1960年12月までに21件のロッド固着事故があった。このうち4件は、運転最後の月に、定期的なロッド引き抜き中に発生したものであった。ロッド9は、他のどのロッドよりも頻繁に動作されたにもかかわらず、最も良好な動作実績であった。

ロッドの固着は、ミスアライメント、腐食生成物の蓄積、ベアリングの磨耗、クラッチの磨耗、駆動機構のシールの磨耗に起因している。試験中にロッドが動かなくなった故障モードの多くは、制御棒駆動機構が行う動作にのみ当てはまる。No.9のロッドは中央に位置しているため、固着しやすいNo.1、No.3、No.5、No.7よりもアライメントが良かったのかもしれない。事故後、バーンズが行っていた再接続作業中にロッドの固着がなかったかどうかを調べるため、日誌の確認や元プラントオペレーターへの聞き取り調査が行われた。ある者は約300回、別の者は約250回この作業を行っていたが、どちらもこの手順中に手動で制御棒を持ち上げたときに、制御棒が固着したと感じたことはなかった。さらに、手動再接続中にロッドが固着したと報告した者はいなかった。

1961年6月の議会公聴会で、SL-1プロジェクト・マネジャーのW.B.オルレッドは、SL-1プラントの運転をCEIが「24時間体制」で監督しなかったのは、原子力委員会が「予算の関係で」拒否したからだと認めた。オルレッドは、1960年11月16日から12月23日の最終シャットダウンまでの間に、ロッドの固着が増えたことについても質問された。この増加について、オルレッドは、「私は大幅な増加を完全に認識していたわけではない」、「このような急激な増加が起こったとは知らなかった」と述べた。固着問題を知らせた責任者は誰かという質問に対し、オルレッドは、SL-1オペレーション・スーパーバイザーのポール・ダックワースが報告すべきだったが、しなかったと答えた。オルレッドは、もし制御棒の固着が増加していることを知っていたら、「もっと詳しく調べるためにプラントを停止しただろう」と答えた。

2. その後
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この事故により、SL-1の設計は放棄され、将来の原子炉は、制御棒を1本抜いただけでは非常に大きな過剰反応度を生じないように設計されることになった。今日、これは"one stuck rod"という基準として知られ、最も反応性の高い棒が完全に引き抜かれた位置で止まっていても、完全なシャットダウン能力が要求される。原子炉の運転に必要な文書と手順は大幅に拡大し、はるかに形式的になった。放射線測定器は、緊急時対応活動のために、より高い範囲を測定できるように変更された。

SL-1の炉心の中心部は一時的に蒸発したものの、炉心溶融物はほとんど回収されなかった。燃料板は空洞を残して破局的に破壊された形跡を示したが、相当量の溶融物質は回収されず、観察もされなかった。さらに、板間に溶融物が流れ出した形跡はない。炉心が急速に冷却されたことが、溶融物が少量であった原因と考えられている。炉心溶融物が原子炉容器の底に到達したり浸透したりするには、発生した熱量が不十分だった。

SL-1原子炉建屋は放射能の大部分を保持していたが、風下にあるプラント建屋のヨウ素131レベルは、数日間のモニタリングでバックグラウンドレベルの50倍に達した。例えば、支援施設棟の放射線調査では、ホールの汚染度は高かったが、オフィスの汚染度は低かった。事故前の放射線被曝限度は、人命救助で100レントゲン、貴重品保護で25レントゲンだった。事故への対応中、22人が3～27レントゲンの全身被曝を受けた。放射性廃棄物の除去と3体の遺体の処理は、最終的に790人を有害なレベルの放射線に曝した。 1962年3月、AECは対応に参加した32人に英雄証明書を授与した。

手順の検証を行うための一時中断の後、陸軍は原子炉の使用を継続し、1963年2月28日に全出力の運転を開始した移動式低出力原子炉を稼働させ、記録上最小の原子力発電所となった。この設計は、腐食の問題で最終的に放棄された。試験の結果、原子力発電の方が総費用が低くなる可能性が高いことが示されていたが、ベトナム戦争の財政的圧力により、陸軍は初期費用の低さを優先するようになり、既存の原子炉は稼働を続けたものの、1965年に原子炉計画の開発を中止した。

3. 撤去作業
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ゼネラル・エレクトリック社は、原子炉容器を撤去し、SL-1プロジェクトサイトの汚染された建物を解体・清掃するために雇われた 。敷地は1961年から1962年にかけて清掃され、汚染された瓦礫の大部分が取り除かれ、埋められた。この大がかりな清掃作業には、原子炉容器を近くの「ホットショップ」に運び、徹底的に分析することも含まれていた。その他の重要度の低いものは処分されるか、さまざまな洗浄のために除染場所に運ばれた。SL-1サイトの清掃には、米軍や原子力委員会のボランティアを含む約475人が参加した。

回収作業では、運転室フロアの放射性瓦礫の除去も行われた。原子炉容器とその真上にあるファンルームの周囲は放射線量が非常に高いため、原子炉容器の回収は困難を極めた。遠隔操作装置、クレーン、ブームトラック、安全対策を開発し、回収チームがテストする必要があった。放射線調査と写真分析によって、どのようなものを最初に建物から取り除く必要があるかが決定された。強力なバキュームクリーナーは、男性チームによって手動で操作され、大量の瓦礫を回収した。運転フロアの上にある手動の天井クレーンを使って、重さ19600にもなる多数の重量物を移動させ、外の地面に投棄した。毎時400レントゲンに達するホットスポットが発見され、作業エリアから取り除かれた。

運転室フロアは比較的きれいで放射線場も管理しやすいため、手動式天井クレーンを使って原子炉容器を試験的に持ち上げた。クレーンにはダイヤル式の荷重計が取り付けられ、原子炉容器は数インチ持ち上げられた。この試験で、原子炉容器は推定23000に未知の瓦礫を加えた重さ約26000であることが判明した。原子炉容器の上にある建物の構造物の大部分を取り除いた後、60トンマニトワック3900型クレーンが原子炉容器を建物から取り出し、容量60トンのローボーイトレーラーと繋がったトラクタートレーラーに取り付けられた輸送キャスクに吊り下ろした。 45本の送電線、電話線、および支線を走行予定道路から引き上げまたは撤去した後、トラクタートレーラーは、多数の監視員と監督者を伴って、約35 離れたテストエリアノースとして知られるNRTSの遠隔地に位置するANPホットショップへ時速約10 で進んだ<ref name=ido19311 /。

埋設地は、原子炉のあった地点から北東に約1600離れた場所に建設され、1961年5月21日に開場した。廃棄物を埋設したことで、SL-1から放射性廃棄物処理施設まで16の一般道路を汚染瓦礫を運搬する際に生じる、一般市民や作業員の被曝を最小限に抑えることができた。敷地内の最初の清掃には約24ヶ月を要した。原子炉建屋全体、近隣の建屋の汚染物質、浄化作業中に汚染された土壌と砂利が埋設地に埋められた。埋設物の大部分は土壌と砂利である

燃料を含む炉心の回収された部分と、事故調査に重要な原子炉の他のすべての部分は、研究のためにANPホットショップに持ち込まれた。事故調査終了後、原子炉燃料は再処理のためアイダホ化学処理工場に送られた。燃料を除いた炉心は、研究のためにホットショップに送られた他の部品とともに、最終的に放射性廃棄物管理施設で処分された。

SL-1の残骸は現在、43の元の場所の近くに埋められている。埋設場所は3つの掘削坑から構成されており、合計99,000の汚染物質が埋設された。掘削は、使用された機材が許す限り玄武岩の近くまで掘られ、深さは8であった。少なくとも2の汚染されていない盛土が各掘削坑の上に敷かれた。1962年9月の浄化活動の完了時に、掘削坑の上に浅い土のマウンドが追加された。敷地と埋設地は、アメリカ合衆国環境保護庁スーパーファンドOperable Unit 5-05として総称されている。

SL-1事故から数年間、埋設地とその周辺地域の地表の放射線調査と清掃が数多く実施された。航空調査は1974年、1982年、1990年、1993年にEG&Gラスベガス社によって実施された。放射線環境科学研究所は、1973年から1987年までは3～4年ごとに、1987年から1994年までは毎年ガンマ線調査を実施した。1985年と1993年には、現場で粒子採取が行われた。調査の結果、セシウム137とその子孫核種が表層土壌の主な汚染物質であることが示された。1994年6月の表層土壌調査では、埋設地内に「ホットスポット」と呼ばれる放射能濃度の高い場所が見つかり、その放射能濃度は毎時0.1～50ミリレントゲンであった。1994年11月17日、SL-1埋設地の地表から2.5で測定された最高放射線量は毎時0.5mRで、地域のバックグラウンド放射線量は毎時0.2mRであった。EPAによる1995年の評価では、埋設孔にキャップをかぶせることが推奨された。SL-1の主な対処策は、主に天然の材料で構築された人工バリアで蓋をすることによる封じ込めであった。この措置は2000年に完了し、2003年にEPAによって初めて再評価が行われた。

4. 映像と書籍
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アメリカ政府は1960年代、この事故に関する映画を内部用に制作した。このビデオはその後公開され、インターネットアーカイブやYouTubeで見ることができる。//SL-1//は、ダイアン・オアーとC・ラリー・ロバーツが脚本と監督を務めた、原子炉爆発を題材にした1983年の映画のタイトルである。この映画では、科学者へのインタビュー、記録フィルム、同時代の映像、スローモーション・シーケンスなどが使用されている。この事故にまつわる出来事は1冊の本の題材にもなっている//Idaho Falls: The untold story of America's first nuclear accident// 。また//Proving the Principle – A History of The Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, 1949–1999// の2章でも取り上げられている[48]。

1975年、ジョン・G・フラー著の反原発本//我々はデトロイトを失うところであった//が出版され、アイダホフォールズの事故について言及された。//Prompt Critical//は、ジェームズ・ローレンス・シカードが脚本と監督を手がけ、SL-1事故にまつわる出来事をドラマ化した、YouTubeで視聴可能な2012年の短編映画のタイトルである。ヒストリーチャンネルでは、この事故に関するドキュメンタリーが放映された。

他の著者、トッド・タッカーはこの事故を研究し、米軍各部隊の原子炉計画の歴史的側面を詳述した本を出版した。タッカーは、情報公開法を使って犠牲者の検死を含む報告書を入手し、各人がどのように死亡し、遺体の一部がどのように切断され、分析され、放射性廃棄物として埋められたかを詳細に記した。検死を行ったのは、セシル・ケリー臨界事故後の仕事で知られる病理学者である。タッカーは、検死において犠牲者の体の一部を切断した理由を、表面で毎時1,500レントゲンを発していたからだと説明する。SL-1の事故では、現場にいた3人の軍人が全員死亡したため、タッカーはこれを「米国史上最悪の原子炉事故」と呼んでいる。

5. 関連項目
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原子力事故
原子力事故の一覧
炉心溶融

6. 参考文献
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