塞西尔·凯利重大事故

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May 24, 2022

Cecil Kelley 临界事故于 1958 年 12 月 30 日在美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室发生。这是历史上核反应堆外发生的 10 起严重事故之一。1958年事故发生时,这是继6月16日美国田纳西州橡树岭Y-12国家安全区严重事故和贝尔格莱德宾查核研究中心严重事故之后历史上的第三起严重事故,南斯拉夫 10 月 15 日。溶解在液体试剂中的钚化合物发生了临界反应,在一次事故中,化学家塞西尔·凯利在 35 小时内死于急性辐射综合症。

思想发展

塞西尔·凯利(Cecil Kelley,1920 年 10 月 16 日 - 1958 年 12 月 31 日)是一位 38 岁的化学家,拥有 11 年的经验,她一半以上的研究生涯都在洛斯阿拉莫斯实验室工作。凯利的主要研究之一是操作容量约为 1,000 升的不锈钢混合罐。罐内是其他实验和研究留下的残留钚239,以及溶解各种有机溶剂和酸以回收再利用的水溶液。在其纯净形式和环境温度和压力条件下,钚是一种坚硬的银色金属。遇空气迅速变色,易溶于盐酸、碘酸、高氯酸。用于稳定以防止容器腐蚀(每 1 升溶剂含 0.1 克钚),核化学家称这种溶液为贫液。然而,钚废料至少两次被“不当注入”到储罐中(尽管没有证据表明这是故意的或公开的,也没有证据表明塞西尔·凯利怀疑或目击了它),而且钚的浓度在坦克在某些领域比最初假设的条件高出大约 200 倍。再加上溶液中的溶质混合不均匀,所以溶液的上部含有超过3公斤的钚,所以浓度非常高,在凯利做任何事情之前就已经接近临界质量。与此同时,随着凯利启动混合罐,溶液开始旋转并起泡。水箱中致密的水层被向外推并包裹在碗周围,而密度较低的富含钚的水层则向容器中心旋转。在理想特性中,任何裂变材料突破其临界质量的最理想形式是具有最小表面积的球形。钚浓度高的溶液不是球形,而是涡旋将溶液带到中心,增加了单位体积的密度,而且周围的水层增加了中子反射率,所以溶解的钚在1左右就突破了临界质量第二,引起了批判性反应。混合物中的中子以足够的频率撞击钚原子核以引起裂变,释放中子的核链式反应仅持续了大约 200 毫秒(0.2 秒),但在发生链式反应的那一刻,大量的中子和伽马射线被发射了。这种不受控制的核能释放被称为严重事故。不到3秒,混合层完全分散,临界反应停止。

接触

发生严重事故时,塞西尔·凯利(Cecil Kelly)正踩在梯子上,通过罐的观察窗查看混合罐的内容物。实验室内的另外两名技术人员看到了切伦科夫效应,这是一种响亮的蓝光闪烁。凯利因神经系统和无意识障碍或梯子绊倒等原因跌倒在地。凯利很困惑,在跑出大楼之前循环打开和关闭混合罐。后来,另一名技术人员发现凯利在雪地里,共济失调,尖叫着:“你的身体着火了!”认为这是意外,例如暴露于阿尔法衰变或掉入酸浴中,他带他去化学冲洗淋浴并完全关闭搅拌机。经证实,凯利几乎失去知觉,另有工作人员赶到现场。当时,凯莉出现红斑,这是急性辐射综合症的典型症状,她的脸变成了粉红色,任何涉及洛斯阿拉莫斯放射性物质的事件都必须立即由辐射监测小组进行调查。在将凯利带到急诊室之前,调查人员检查了装有混合罐的房间,并用能够检测钚发射的阿尔法射线的辐射探测器对其进行了辐照。如果钚混合物从罐中流出,那么房间里应该到处都是阿尔法活动,但什么也没发现。18分钟后,监测组开始观测伽马射线,不久在混合罐附近,就观测到了相当于每小时几十拉德的极强伽马射线。如此强的伽马射线只能由非常多的裂变产物产生。其他工程师作证说,他们看到了无法解释的强光,很快就确认发生了严重事故。

凯利的治疗和死亡

在事故发生后的最初一小时四十分钟内,凯利一直感到困惑,反复呕吐和恶心几次。服用哌替丁后,焦虑症状得到改善,不久后,他恢复了稳定,恢复了意识,能够正常交流,能够量脉和抽血。当时测得的脉搏为每分钟160次,血压为80/40。尸体正在发射可被辐射探测器检测到的伽马射线,在呕吐物和粪便中也检测到了辐射。暴露后 1 小时 40 分钟进行的血液检测结果表明,血液中的各种元素被辐照,检测到了 24 钠。在成年男性中,暴露于 2 Gy 的未辐照辐射会导致放射性综合征的症状,但这不是致命的。半致死剂量为2.4-3.4 Gy,如果剂量为5 Gy或以上,几乎是无条件死亡。换句话说,凯利接受的辐射强度是成年男性致死剂量的七倍。急诊室的医务人员注射了哌替啶和吗啡来缓解凯利的疼痛,但他们知道,之前对动物辐射暴露的研究并没有阻止凯利的死亡。六小时内,血液中的所有淋巴细胞都消失了。暴露24小时后进行骨活检,结果证实骨髓与水非常接近,看不到血的颜色,只产生了没有红细胞的贫血。作为回应,凯利继续接受输血,但在医学上无济于事。曝光的第二天晚上,凯莉感到胃部的疼痛越来越大,即使是药物也无法控制。暴露 35 小时后,凯利经历了严重的焦虑、激动和

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脚注