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定置型低出力原子炉1号機（ SL-1とも呼ばれる、当初はアルゴンヌ低出力原子炉（ALPR）と呼ばれていた）は、アイダホ州アイダホフォールズの西約40マイル（65km ）にある国立原子炉試験場（NRTS）（現在のアイダホ国立研究所）にあったアメリカ陸軍の実験用原子炉である。1958年から1961年まで稼働していたが、事故による爆発で3人の作業員が死亡し、原子炉の設計変更につながった。これは、即死者を出した唯一のアメリカの原子炉事故である。[ 1 ]
陸軍原子力発電計画の一部であるSL-1は、北極圏付近のレーダーサイトやDEWラインにあるような、小規模で遠隔地の軍事施設に電力と熱を供給することを目的とした原子炉のプロトタイプでした。[ 2 ]設計出力は3MW（熱出力）でしたが、 [ 3 ]事故の数ヶ月前に4.7MWの試験がいくつか実施されていました。有効出力は電気で200kW、暖房で400kWでした。[ 3 ]
1961年1月3日午後9時1分（MST）、運転員が原子炉炉心内のニュートロンを吸収するように設計された中央制御棒を完全に引き抜いた。これにより原子炉は停止状態から即臨界状態に移行した。4ミリ秒以内に炉心出力は20GW近くに達した。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
核反応による激しい熱で炉心内の水が膨張し、激しい水撃が発生して、水、蒸気、原子炉部品、破片、燃料が原子炉上部から噴出した。水が原子炉容器の上部に衝突すると、容器は原子炉室の天井まで押し上げられた。原子炉蓋の上にいた監督者は、噴出した制御棒遮蔽プラグに突き刺され、天井に張り付いた。他の物質が他の2人の作業員にも衝突し、彼らも致命傷を負った。[ 8 ]
この事故により、約 1,100 キュリー (41 TBq) の核分裂生成物が大気中に放出され、その中には、アイダホ州の小さな町アトミック シティで検出されたキセノン同位体、クリプトン同位体、ストロンチウム 91、イットリウム 91が含まれていた。[ 9 ] [ 10 ]また、約80 キュリー (3.0 TBq)のヨウ素 131も放出された。[ 11 ]原子炉がアイダホ州東部の人里離れた高地砂漠に位置していたため、これは重大な問題とはみなされなかった。
1954年から1955年にかけて、米陸軍は北極圏の遠隔地で運用可能な原子炉プラントの必要性を評価していた。これらの原子炉は、陸軍のレーダー基地に電力と暖房を供給していたディーゼル発電機とボイラーに取って代わるものであった。陸軍原子炉部はプロジェクトのガイドラインを作成し、アルゴンヌ国立研究所（ANL）にアルゴンヌ低出力原子炉（ALPR）と呼ばれるプロトタイプ原子炉プラントの設計、建設、試験を依頼した。[ 13 ]より重要な基準には以下のようなものがあった。
1956年の機密扱いの予備設計研究では、BORAX -IIIを基準として、プロトタイプ原子炉の総建設費を228,789ドルと算出した。[ 14 ]この見積もりは原子炉とその構成要素のみを対象としており、建物や原子炉プラントの残りの部分は含まれていない。
プロトタイプは、1957年7月から1958年7月にかけてアイダホフォールズ西にある国立原子炉試験場で建設されました。1958年8月11日に初めて臨界に達し、 [ 13 ] 10月24日に運転を開始し、1958年12月2日に正式に稼働開始しました。[ 13 ]
3 MW (熱)沸騰水型原子炉(BWR) は、93.20% の高濃縮ウラン燃料を使用しました。[ 15 ]自然循環で運転され、冷却材 (重水ではなく) および減速材として軽水を使用しました。[ 16 ]循環水システムは、ウラン・アルミニウム合金の燃料板を流れる水が300 ポンド/平方インチ (2,100 kPa)で動作しました。[ 14 ]
このプラントは、広範な試験の後、1958年12月に訓練と運用経験のために陸軍に引き渡され、 1959年2月5日からコンバッション・エンジニアリング社（CEI）が主契約者として活動した。[ 17 ]
CEIは、SL-1原子炉の実際の運用、軍関係者の日常的な訓練、および開発研究プログラムを担当していた。
請負業者は現場にプロジェクトマネージャー、オペレーションスーパーバイザー、テストスーパーバイザー、および約6名の技術スタッフを配置した。ここ数か月間、プロジェクトマネージャーは現場で約半分の時間、コネチカット州にある請負業者のオフィスで約半分の時間を過ごしていた。プロジェクトマネージャーが不在の場合は、オペレーションスーパーバイザーまたはテストスーパーバイザーのいずれかがプロジェクトマネージャーの代理を務めた。
委員会での証言で示されたように、CEIは非定型業務が行われるシフトにおいて監督を行うことが了承されていた。
... AECのアイダホ事務所と陸軍原子炉事務所は、ルーチン作業のみの場合に夜間監督者を追加すると、既存の取り決めの下で原子炉を運転する目的の一部、つまり軍人だけでプラント運転の経験を積むという目的が損なわれると明確に考えていた。
— SL-1事件に関する報告書、1961年1月3日、6～7ページ[ 18 ]
陸軍原子炉訓練プログラムの訓練生には、主要なプラント運転員である幹部と呼ばれる陸軍の隊員が含まれていました。多くの海事民間人も訓練を受け、少数の空軍および海軍の隊員も参加しました。[ 17 ]プラントの運転は一般的に幹部が2人1組で行っていましたが、原子炉の開発はCEIのスタッフが直接監督しました。CEIは、原子炉を「PL-1凝縮器試験」のために4.7MWの熱出力で運転する予定だった1960年後半に、原子炉の開発作業を行うことを決定しました。 [ 10 ]原子炉炉心が老朽化し、ホウ素中性子吸収材が腐食して剥がれ落ちるにつれて、CEIは炉心内のホウ素の約18%が失われたと計算しました。1960年11月11日、CEIは「原子炉停止マージンを増やすために、いくつかのTスロット位置にカドミウムシート（これも中性子吸収材）を設置しました」。[ 19 ]
プラント設備の大部分は、ARA-603 および SL-1 603 として知られる円筒形の鋼鉄製原子炉建屋内にありました。直径は38.5 フィート (11.7 m) 、全体の高さは48 フィート (15 m)で、[ 3 ] 、厚さが1/4インチ (6.4 mm)の鋼板でできていました。建屋内へのアクセスは、サポート施設建屋内の ARA-602 から囲まれた外部階段室を通る通常のドアによって提供されていました。[ 20 ]非常口ドアは、地上階への外部階段室につながっていました。[ 3 ]原子炉建屋内は、人口密集地域に設置される原子炉で使用されるような圧力型格納容器ではありませんでした。それでも、建屋内は、最終的に発生した爆発によって放出された放射性粒子の大部分を封じ込めることができました。
原子炉炉心構造は、59 個の燃料集合体、1 個の起動中性子源集合体、および 9 本の制御棒を収容するように構築されました。実際に使用されている炉心には、40 個の燃料要素と 5 本のアクティブ制御棒がありました。[ 3 ] 5 本のアクティブ制御棒は、断面がプラス記号 (+) の形をしており、1 本は中央 (9 番ロッド)、4 本はアクティブ炉心の周辺 (1、3、5、および 7 番ロッド) にありました。[ 3 ]制御棒は、厚さ60 ミル (1.5 mm)のカドミウムでできており、 80 ミル (2.0 mm)のアルミニウムで被覆されていました。全体の幅は14 インチ (36 cm)、有効長さは32 インチ (81 cm)でした。[ 3 ] 40 個の燃料集合体はそれぞれ 9 枚の燃料板で構成されていました。[ 3 ]プレートの厚さは120 ミル (3.0 mm)で、50 ミル (1.3 mm)のウラン・アルミニウム合金の「肉」を35 ミル (0.89 mm)の X-8001 アルミニウム被覆で覆ったものであった。[ 3 ]肉は長さ25.8 インチ (66 cm) 、幅3.5 インチ (8.9 cm)であった。燃料プレート間の水ギャップは310 ミル (7.9 mm)であった。[ 3 ]制御棒シュラウド内の水路は0.5 インチ (13 mm)であった。40 アセンブリ炉心の初期装荷には、31 ポンド (14 kg)の高濃縮 (93.2%) U-235 が含まれていた。[ 3 ]
燃料集合体の数が最大数の 2/3 であるにもかかわらず、制御棒の数が 55 パーセントしかないため、原子炉は最大構成時よりも活発でした。中心部は最も活発な領域であり、この構成ではそれが強調されたため、テストの結果、必要ないことが判明した後、より小さな炉心では 4 本の外側の制御棒は使用されませんでした。[ 3 ] [ 18 ]稼働中の SL-1 炉心では、ロッド 2、4、6、および 8 はダミーロッドであり、新たにカドミウム シムが取り付けられているか、テスト センサーが充填されており、大文字の T の形をしていました。[ 10 ]炉心のサイズを最小限に抑える努力により、中央の制御棒であるロッド 9 に異常に大きな反応度値が割り当てられ、不適切な取り扱いによって原子炉の総中性子束と発熱量が突然極端に変化する可能性があることを意味します。
1961年1月3日火曜日、SL-1は休暇中の11日間の停止後、再稼働の準備が進められていた。再稼働手順を実行したクルーは、陸軍特技兵ジョン・A・バーンズ（原子炉操作員、22歳）と海軍シービー建設電気技師一等兵（CE1）リチャード・C・レッグ（26歳、シフト監督者）[ 21 ] [ 22 ] 、および訓練中の観測原子炉操作員として陸軍特技兵リチャード・リロイ・マッキンリー（27歳）で構成されていた。
保守手順では、各ロッドを駆動機構に再接続するために、ロッドを数インチ手動で引き抜く必要があった。後に判明したところによると、 午後9 時 1 分(MST)に、バーンズがロッド 9 を引き抜きすぎたため、SL-1 は瞬時に臨界に達した。その結果生じた巨大な出力変動によって発生した熱により、4 ミリ秒以内に炉心内の燃料が溶融し、原子炉内の水の一部とともに爆発的に蒸発した。膨張した燃料板は極めて強い圧力波を発生させ、蒸気と残りの水を上方に噴出させ、原子炉容器の上部に10,000 ポンド/平方インチ (69,000 kPa)のピーク圧力で衝突した。水の塊は、平均圧力が約500 ポンド/平方インチ (3,400 kPa)で、 160 フィート/秒 (49 m/s)の速度で推進された。[ 15 ]この極端な水撃作用により、原子炉容器全体が毎秒 27 フィート (8.2 m/s)の速度で上方に押し上げられ、遮蔽プラグは毎秒 85 フィート (26 m/s)の速度で吹き飛ばされた。[ 15 ]原子炉容器の上部に 6 つの穴が開いたため、高圧の水と蒸気が損傷した炉心から放射性デブリとともに部屋全体に噴出した。後の調査では、26,000 ポンド (12,000 kg) (または 13 ショートトン) の容器が9フィート 1インチ (2.77 m)跳ね上がり、その一部が原子炉建屋の天井に衝突してから元の位置に戻り、[ 5 ] [ 23 ] [ 15 ]断熱材と砂利が運転床に堆積したと結論付けられた。[ 15 ]容器の #5 シールハウジングが天井クレーンに衝突していなければ、約10 フィート (3 m)上昇していたであろう。[ 15 ]船体の揺れ、蒸気爆発、船体の動きは2～4秒かかった。[ 15 ]
原子力委員会の調査委員会は、バーンズ氏は爆発で折れた肋骨が心臓を突き刺し即死したと結論付けた。[ 24 ]シフト監督者のレッグ氏は、原子炉容器の上に立っていたところ、7番遮蔽プラグが勢いよく飛び出し、股間を貫通して肩から抜け、天井に押し付けられ、即死した。[ 5 ]マッキンリー氏は2人の近くに立っていて重傷を負ったが、救助隊に発見された時点ではまだ生きており、意識不明で出血しており、重度のショック状態にあった。救出には2時間かかり、病院へ向かう救急車の中で死亡した。[ 5 ] [ 24 ] [ 25 ]
検死によって時系列も確認された。バーンズとレッグは即死だったが、マッキンリーは頭皮に広範囲にわたる出血の兆候が見られ、傷がもとで死亡するまで約2時間生存していたことが示された。[ 24 ]
初期の報道では、爆発の原因は化学反応である可能性が示唆されたが、それはすぐに否定された。室内の様々な物質に高速中性子放射化反応が発生しており、核出力の異常上昇を示していた。
SL-1のような熱中性子炉では、中性子を減速（減速）させることで核分裂反応を制御し、ウラン235燃料による核分裂の可能性を高めています。十分な減速がなければ、SL-1のような炉心では核連鎖反応を維持できません。減速材が炉心から取り除かれると、連鎖反応は減衰（停止）します。減速材として水を使用する場合、熱吸収後も液体の状態を保つために高圧下に置かれます。核燃料周辺の流路で発生する蒸気は中性子を効果的に減速せず、核分裂連鎖反応を抑制してしまうからです。
もう一つの制御方法は、遅発中性子が炉心内の連鎖反応に及ぼす影響です。ほとんどの中性子（即発中性子）は、ウラン235の核分裂によってほぼ瞬時に生成されます。しかし、定常運転中のウラン235燃料原子炉では、約0.7パーセントのごく一部が、特定の核分裂生成物の比較的ゆっくりとした放射性崩壊によって生成されます。（これらの核分裂生成物は、ウラン235燃料のすぐ近くの燃料板内に閉じ込められています。）このように一部の中性子が遅発的に生成されることで、原子炉の出力変化を人間や機械が制御可能な時間スケールで制御することが可能になります。[ 26 ]
制御アセンブリまたは中性子吸収体が放出された場合、原子炉は即発中性子のみで臨界状態 になる可能性がある（すなわち即発臨界）。原子炉が即発臨界状態になると、出力が2倍になるまでの時間は10マイクロ秒程度である。温度が出力レベルに追随するのに必要な時間は、原子炉炉心の設計によって異なる。通常、従来の軽水炉では、冷却材温度は出力に対して3～5秒遅れる。SL-1設計では、蒸気発生が始まるまでに約6ミリ秒かかった。[ 15 ]
SL-1は、完全に引き抜かれた場合に非常に大きな過剰反応度を生じる可能性のある主中央制御棒を備えて建設されました。[ 27 ]これは、59体の燃料集合体のうち40体のみに核燃料を装填するという決定により、プロトタイプ原子炉の炉心中心部がより活性になったことが一因です。通常の運転では、制御棒は持続的な核反応と発電に十分な反応度を生じるのに十分なだけ引き抜かれます。しかし、この事故では、追加の反応度により、推定4ミリ秒以内に原子炉が即発臨界に達しました。[ 28 ]これは、燃料からの熱がアルミニウム被覆管を透過して十分な水を沸騰させ、負の減速材温度とボイドフィードバックによって炉心のすべての部分での出力増加を完全に停止するには速すぎました。[ 15 ] [ 28 ]
事故後の分析では、最終的な制御方法（すなわち、即発臨界状態の消散と持続的な核連鎖反応の終結）は、炉心崩壊、すなわち、最も急速に最大の熱が発生していた原子炉炉心部分の破壊的な溶融、蒸発、およびそれに伴う従来型の爆発的膨張によって行われたと結論付けられた。この炉心加熱および蒸発プロセスは約7.5ミリ秒で発生し、反応を停止させるのに十分な蒸気が生成される前に、蒸気停止よりも数ミリ秒早く起こったと推定されている。重要な統計により、炉心が爆発した理由が明らかになる。3MWの出力用に設計された原子炉が、瞬間的に約20GWのピークで運転され、その出力密度は安全運転限界の6,000倍以上であった。[ 7 ]この臨界事故で は、4.4 × 10 18 回の核分裂、[ 7 ]または約133 メガジュール (TNT 32 キログラム) のエネルギーが発生したと推定されている。[ 28 ]
原子炉上部の熱センサーが、事故発生時刻である午後 9 時 1 分 (MST) に NRTS 警備施設で警報を発した 。同日の午前と午後に誤報が発生していた。6 人の消防士 (ケン・ディアデン副隊長、メル・ヘス中尉、ボブ・アーチャー、カール・ジョンソン、エゴン・ランプレヒト、ジェラルド・スチュアート、ヴァーン・コンロン) からなる対応チームが、また誤報だろうと予想して 9 分後に到着した。[ 29 ]最初は異常は見られず、建物からわずかに蒸気が上がっているだけだった。これは、気温6 °F (-14 °C)の寒い夜には普通のことだった。消防士たちは SL-1 施設内の誰にも呼びかけることができなかったため、警備員にゲートを開けてもらった。彼らはスコット エアパックを装着し、調査のためサポート施設ビル (SL-1 602、原子炉建屋に接続し制御室がある 1 階建ての建物) に到着した。
建物は普通に見えたが、無人だった。休憩室には温かいコーヒーのマグカップが3つあり、近くにジャケットが3着掛かっていた。[ 5 ]彼らは原子炉制御室に入り、放射線警告灯に気づいた。数人の男は原子炉建屋SL-1 603を調査することにした。そこへは制御室の近くにある連絡通路と階段で行くことができる。
彼らがSL-1の原子炉運転階へ階段を上っていると、携帯型放射線検出器が最大範囲を急激に超えた。そのため、2つ目の放射線検出器を取り出すために後退した。[ 5 ] 2つ目の放射線検出器も、再び上昇すると200レントゲン/時（R/hr）の目盛りで最大値に達した。 [ 27 ] 後に、救助隊員たちは、これまで理解できなかった高放射線場に侵入しようと何度か試みたが、経験不足と限られた訓練のために混乱に陥ったと報告した。消防士の訓練では、救助隊員がこのような高放射線場に対処することはこれまでなかった。しかし、彼らは極度の危険に直面しても諦めず、階段を上って原子炉室を少し覗き込んだ後、撤退した。[ 29 ]
午後9 時 17 分 、健康物理学者が到着した。彼とアシスタント主任のモシュバーガーは、空気タンクとマスクを着用し、マスク内の陽圧で潜在的な汚染物質を押し出すようにして、原子炉建屋の階段に近づいた。 [ 5 ]階段を上り始めたとき、彼らの検出器は毎時25レントゲン(R/hr) を示し、彼らは引き返した。 [ 30 ]より高スケールのイオンチャンバー検出器を見つけた二人は、階段の最上階に到達し、行方不明の 3 人の男性を探すために原子炉室内を調べた。[ 31 ]彼らの Jordan Radector AG-500 メーターは、上りながら 500 R/hr を示した。[ 31 ] [ 23 ]彼らは、岩や鋼鉄の破片、ねじれた金属、散乱した瓦礫が散らばった薄暗く濡れた運転床を見た。
近くのアイダホフォールズから来たSL-1の主任健康物理学者エド・ヴァラリオとSL-1運用監督者ポール・ダックワースは、午後10時30分頃にSL-1に到着した。2人は空気パックを装着し、管理棟、サポート棟を通り抜け、原子炉階への階段を急いで上がった。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。床に倒れているマッキンリーと、死んでいるように見えるもう一人のオペレーターを発見した2人は、チェックポイントに戻って出血しているマッキンリーの助けを求めることにした。[ 31 ]
2人は3人の健康物理学者と合流し、彼らは空気パックを装着して原子炉フロアに戻った。彼らの空気パックのマスクは曇り、視界が制限されていた。マッキンリーはわずかに動いていたが、彼の体は金属の破片で部分的に覆われており、救助隊は彼を担架で運ぶためにそれを取り除く必要があった。ヴァラリオも行方不明の乗組員を探すために破片を動かした。バーンズは鋼鉄のペレットと血で部分的に覆われていた。[ 32 ]別の男性がバーンズの脈を確認し、彼が死亡していることを告げた。[ 32 ]
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人の男性をトラックで迎えに外へ向かわせた。[ 32 ]しかし、マッキンリーを手術室の床から出口まで運んだ後、緊急出口のドアが機器で塞がれていることに気づいた。そのため、救助隊は引き返してメイン階段を使うことを余儀なくされた。[ 32 ]
マッキンリーの移動中、2人の男性のスコットエアパックが凍結して作動しなくなった。ダックワースは故障のため避難したが、ヴァラリオはマスクを外して汚染された空気を吸い込み、マッキンリーの避難を完了した。[ 33 ] [ 31 ]救助には約3分かかった。[ 32 ]
マッキンリーの避難はすぐに重大な放射線問題へと発展した。マッキンリーはまずパネルトラックに乗せられ、その後救急車の後部座席に移された。[ 16 ] [ 31 ]救急車の後部座席で患者の世話をしていた当直看護師のヘレン・ライゼンは、少なくともかすかな呼吸音、おそらくは彼の最後の呼吸音を聞いた。しかし、救急車が近くのハイウェイ20号線に到着する前に、AECの医師は看護師に避難を指示し、救急車に入ったが脈拍はなかった。彼は午後11時14分に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へと運転され、数時間放置された。[ 31 ]
4人の男が午後10時38分に原子炉建屋に入り、3人目の男を発見した。[ 16 ]： 105レッグは遮蔽プラグによって原子炉の上の天井に押し付けられており、容易に識別できなかったため、最後に発見された。[ 5 ]
その夜、大規模な除染が行われた。最初の対応者約30人がシャワーを浴び、過マンガン酸カリウムで手を洗い、着替えた。[ 16 ] [ 31 ]救急車内の遺体はその後衣服を脱がされ、救急車に戻され、近くの施設に運ばれて保管および検死が行われた。[ 16 ]
1月4日の夜、6人のボランティアチームが2人1組でSL-1手術室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。[ 16 ]
4日間の計画の後、これまでで最も汚染された3体目の遺体が回収された。原子炉室の改造は、クレーンに取り付けられた鉛遮蔽ボックス内の溶接工によって行われなければならなかった。[ 30 ] 1月9日、10人のチームが2人ずつ交代で、それぞれ65秒以内の曝露を許され、長い棒の先端にある鋭いフックを使ってレッグの遺体を7番遮蔽プラグから引き剥がし、建物の外のクレーンに取り付けられた5×20フィート（1.5×6.1メートル）の担架の上に落とした。[ 5 ] [ 23 ] [ 30 ]
マッキンリーのタバコライターのネジから放射性銅64Cuが、バーンズの真鍮製の時計バンドのバックルから放射性銅64が検出されたことで、原子炉が即発臨界に達したことが証明された。 [ 16 ]これは、レッグの結婚指輪から金198Auが検出されたなど、他のいくつかの測定値によっても確認された。原子炉プラント内の原子力事故線量計と犠牲者の衣服から検出されたウラン粒子も、原子炉逸脱の証拠となった。検死としては異例の発見として、犠牲者の頭部と陰部から採取された毛髪サンプルが分析され、原子炉逸脱中の相対的な位置を示唆し、リン32の放射能を用いて核分裂の数を推定した。[ 24 ]男性たちの所持品や毛髪から中性子で活性化された元素が発見される前は、科学者たちは原子炉は本質的に安全であると信じており、核逸脱が起こったことを疑っていた。主要な核分裂生成物であるストロンチウム91もウラン粒子とともに検出された。[ 16 ]原子炉下流の空気サンプリングでも核分裂生成物が発見された。[ 10 ]これらの発見はすべて、化学爆発が事故の原因であるという初期の憶測を否定し、逸脱によって放出されたエネルギーを特定するのに役立った。[ 23 ]
一部の情報源や目撃者の証言では、各犠牲者の名前と位置が混同されている。[ 5 ] 『アイダホフォールズ：アメリカ初の原子力事故の知られざる物語』 [ 31 ]では、救助隊がまだ生きている状態で発見された男性をバーンズと特定し、レッグの遺体は原子炉遮蔽板の隣で発見され、事故の翌夜に回収されたもので、マッキンリーは原子炉の真上の天井に制御棒で突き刺さっていたと述べている。犠牲者の重度の爆発による負傷が原因で生じたこの誤認は、クラレンス・ラッシュボーが行った検死で修正されたが、検死が1990年代まで機密扱いだったため、しばらくの間混乱が続いた。[ 31 ] [ 34 ]
マッキンリーを運び、1962年にカーネギー英雄基金からカーネギー英雄賞を受賞した7人の救助者は、SL-1の保健物理学者エドワード・ヴァラリオ、SL-1の運用監督者ポール・ダックワース、SL-1の試験監督者シドニー・コーエン、SL-1の副運用監督者ウィリアム・ラウシュ、当直のAECサイト調査主任ウィリアム・ギャミル、保健物理学者ロヴェル・カリスター、保健物理技術者デロス・リチャーズであった。[ 35 ] [ 36 ]
必要な保守手順の一つとして、9番ロッドを約10cm手動で引き抜き、切り離されていた自動制御機構に接続する必要があった。事故後の計算と9番ロッドの傷の調査から、実際には約51cm引き抜かれていたと推定され、これが原子炉の即臨界状態を引き起こし、水蒸気爆発の原因となった。
ロッドが引き抜かれた原因として最もよく挙げられる説は、（1）オペレーターの一人による破壊行為または自殺、（2）他のオペレーターの妻との不倫が原因の殺人自殺、（3）メインコントロールロッドの不注意な引き抜き、または（4）ロッドを「動かす」（シース内でよりスムーズに動くようにする）ための意図的な試みである。[ 5 ] [ 31 ] [ 37 ] [ 38 ]メンテナンス記録には技術者が何をしようとしていたのかが記されていないため、事故の本当の原因は永遠に分からないだろう。しかし、自殺である可能性は低いと思われる。[ 39 ]
事故後の実験では、同じ重さの模擬制御棒を用いて、1人または2人の男性が制御棒9を20インチ引き抜くことが可能か、あるいは実行可能かどうかを判断した。実験には、48ポンド（22kg ）[ 3 ]の中央制御棒が詰まってしまい、1人の男性が自力でそれを解放した可能性のシミュレーションも含まれており、調査官が最良の説明と考えていたシナリオ、すなわちバーンズが制御棒を緩めて誤って引き抜き、3人全員を死亡させたというシナリオを再現した。 [ 5 ]制御棒9が手動で急速に引き抜かれたという理論を検証する際には、3人の男性が時間制限付きの試行に参加し、彼らの努力が実際に発生した核爆発のエネルギーと比較された。[ 16 ]
予備のSL-1制御ロッドアクチュエータアセンブリを模擬装置として使用し、複数の被験者について手動でロッドを引き抜く速度を測定した。装置はSL-1と同じだが、制御ロッドは重りで模擬し、可動荷重の合計は水中のSL-1可動アセンブリの正味重量である84ポンドとなるようにした。[...]試験は、被験者にできるだけ速くロッドを持ち上げるよう指示し、電気タイマーでロッドの動きの開始から所定の引き抜き距離までの経過時間を計測して実施した。測定された距離は最大30インチであった。
[...]
上記の推論は、5.3ミリ秒という短い周期を生み出すために必要なロッドの引き抜き速度が、人間の能力の範囲内に十分収まっていることを示している。
— IDO-19300、1961年1月3日のSL-1原子炉事故、中間報告、1961年5月15日[ 16 ]
SL-1では、制御棒が制御棒チャンネル内で詰まることがありました。制御棒が適切に作動していることを確認するために、制御棒を評価するための多くの手順が実施されました。各制御棒に対して、定期的な制御棒の動作確認と通常運転のための制御棒の引き抜きに加えて、制御棒落下試験とスクラム試験が行われました。1959年2月から1960年11月18日までの間に、スクラム試験と制御棒落下試験で制御棒が詰まったケースが40件あり、故障率は約2.5%でした。1960年11月18日から12月23日までの間に、制御棒の詰まりが劇的に増加し、この期間に23件、故障率は13.0%でした。これらの試験の失敗に加えて、1959年2月から1960年12月までの間に、制御棒が詰まった事例がさらに21件ありました。これらのうち4件は、通常の制御棒引き抜き中に、運転の最後の月に発生しました。制御棒9は、他のどの制御棒よりも頻繁に運転されたにもかかわらず、最高の運転実績を示しました。
ロッドの固着は、位置ずれ、腐食生成物の蓄積、ベアリングの摩耗、クラッチの摩耗、および駆動機構のシールの摩耗に起因するとされています。テスト中にロッドが固着した原因となった故障モードの多く（ベアリングやクラッチの摩耗など）は、制御ロッド駆動機構によって実行される動きにのみ適用されます。No. 9 ロッドは中央に位置しているため、固着しやすい No. 1、3、5、および 7 よりも位置合わせが良好であった可能性があります。事故後、ログブックと以前のプラントオペレーターに問い合わせて、バーンズが行っていた再組み立て作業中にロッドが固着したことがあるかどうかを判断しました。1 人はこれを約 300 回、別の人は 250 回行いました。どちらも、この手順中に手動で持ち上げたときに制御ロッドが固着したと感じたことはありませんでした。[ 16 ]さらに、手動で再接続中にロッドが固着したと報告した人はいませんでした。
1961年6月の議会公聴会で、SL-1プロジェクトマネージャーのWBオールレッドは、CEIによるSL-1プラントの「24時間体制」での監督が行われなかったのは、原子力委員会（AEC）が「予算上の理由」でその案を却下したためだと認めた。[ 10 ]オールレッドはまた、1960年11月16日から12月23日の最終停止までの間に制御棒の固着が増加した件についても厳しく追及された。増加について、オールレッドは「私は大幅な増加を完全に認識していなかった」とし、「このような急激な増加が起こったことを認識していなかった」と述べた。[ 10 ]固着問題について誰が彼に知らせたのかと問われると、オールレッドは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、そうしなかったと述べた。さらに追及されると、オールレッドは制御棒の固着が増加したことを知っていたら「より詳細な調査のためにプラントを停止しただろう」と述べた。[ 10 ]
機械的および物質的な証拠と、核的および化学的な証拠を総合すると、中央制御棒が非常に急速に引き抜かれたと確信せざるを得なかった。…科学者たちは（SL-1の元オペレーターたちに）「中央制御棒が取り外されると原子炉が臨界状態になることを知っていましたか？」と尋ねた。答えは「もちろん！レーダー基地にいてロシア人が来たらどうするか、よく話していました。引き抜くつもりでしたよ。」
—スーザン・M・ステイシー、『原理の証明』、2000年[ 23 ]
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1本が引き抜かれた際に非常に大きな過剰反応度が発生しないように設計されることになった。今日ではこれは「1本固着棒」基準として知られており、最も反応性の高い制御棒が完全に引き抜かれた状態で固着した場合でも、完全停止能力が求められる。原子炉の運転に必要な文書や手順は大幅に拡大し、はるかに形式的になった。以前は2ページだった手順が数百ページにまで膨れ上がった。緊急対応活動のために、放射線測定器もより広い範囲を測定できるように変更された。
SL-1炉心中心部の一部は一時的に蒸発したものの、回収されたコリウムはごくわずかであった。燃料板には壊滅的な損傷の痕跡が見られ、空隙が生じていたが、「溶融した釉薬状の物質は、目立った量では回収も観察もされなかった」。さらに、「溶融物質が燃料板の間から流れ出した形跡もない」。溶融物質が少量しか発生しなかったのは、炉心の急速な冷却が原因と考えられている。コリウムが原子炉容器底部に到達したり、底部を貫通したりするほどの熱は発生しなかった。
SL-1原子炉建屋には放射能の大部分が含まれていたが、風下の工場建屋のヨウ素131濃度は、数日間のモニタリング中にバックグラウンドレベルの50倍に達した。たとえば、サポート施設建屋の放射線調査では、ホールでは高レベルの汚染が示されたが、オフィスでは低レベルの汚染であった。事故前の放射線被ばく限度は、生命を救うために100レントゲン、貴重な財産を救うために25レントゲンであった。事故対応中、22人が3～27レントゲンの全身被ばくを受けた。[ 40 ]放射性廃棄物の除去と3体の遺体の処分により、最終的に790人が有害なレベルの放射線に被ばくした。[ 41 ] 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。
手順の評価のために一時中断した後、陸軍は原子炉の使用を継続し、移動式低出力原子炉（ML-1）を運用した。ML-1は1963年2月28日にフルパワー運転を開始し、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により最終的に放棄された。試験では原子力発電の総コスト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コストの低さを優先し、1965年に原子炉開発計画を中止した。ただし、既存の原子炉（MH-1Aは1977年まで）は引き続き稼働した。
マッキンリーはアーリントン国立墓地に、二重鉛張りの棺に納められ、コンクリートで覆われ、金属製の納骨室に囲まれて埋葬された。ファイルには遺体を移動してはならないという警告が記されていた。[ 42 ]
ゼネラル・エレクトリック社は、SL-1プロジェクト敷地内の原子炉容器の撤去、汚染された建物の解体および浄化を請け負った。[ 15 ]敷地の浄化は1961年から1962年にかけて行われ、汚染された残骸の大部分が撤去され、埋められた。[ 15 ]大規模な浄化作業には、原子炉容器を近くの「ホットショップ」に輸送して詳細な分析を行うことも含まれていた。[ 15 ]重要度の低いその他の物品は、処分されるか、さまざまな種類の浄化のために除染場所に輸送された。SL-1敷地の浄化には、米陸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。[ 15 ]
復旧作業には、手術室の床から放射性廃棄物を取り除く作業が含まれていました。原子炉容器とその真上のファン室の周囲にある極めて高い放射線領域が、原子炉容器の復旧を困難にしました。遠隔操作機器、クレーン、ブームトラック、および安全対策は、復旧チームによって開発およびテストする必要がありました。放射線調査と写真分析を使用して、建物から最初に取り除く必要があるものを決定しました。[ 15 ]強力な掃除機は、チームによって手動で操作され、大量の廃棄物を収集しました。[ 15 ]手術室の上にある手動天井クレーンを使用して、最大19,600 ポンド (8,900 kg)の重量のある多数の物体を移動し、屋外の地面に投棄しました。[ 15 ]最大 400 R/hr のホットスポットが発見され、作業エリアから除去されました。
手術室の床が比較的きれいで放射線場も管理可能であったため、手動天井クレーンを使用して原子炉容器の試し吊り上げが行われた。[ 15 ]クレーンにはダイヤル式の荷重計が取り付けられ、容器は数インチ持ち上げられた。この試験は成功し、推定23,000ポンド（10,000kg ）の容器と未知の量の破片の合計重量は約26,000ポンド（12,000kg ）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の大部分を取り除いた後、60トンのマニトワック モデル3900クレーンが容器を建物から吊り上げ、60トン積載可能な低床トレーラーを備えたトラクタートレーラーの組み合わせに取り付けられた輸送用キャスクに積み込んだ。[ 15 ]提案された道路から45本の送電線、電話線、支線を持ち上げたり撤去したりした後、多数の監視員と監督者を伴ったトラクター・トレーラーは、約10 mph (16 km/h)の速度で、約35 マイル (56 km)離れたNRTS の遠隔地にあるテスト エリア ノースに位置するANP ホット ショップ (元々は航空機原子力推進プログラムに関連していた) に向かった。[ 15 ]
原子炉の元の場所から北東約1,600 フィート (500 m) の場所に埋設地が建設されました。1961 年 5 月 21 日に開設されました。 [ 13 ]廃棄物の埋設により、SL-1 から放射性廃棄物管理複合施設まで16 マイル (26 km)を超える公道で汚染された残骸を輸送することによって生じる一般市民や現場作業員への放射線被ばくを最小限に抑えることができました。この場所の最初の浄化には約 24 か月かかりました。原子炉建屋全体、近隣の建物からの汚染物質、および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ました。埋められた物質の大部分は土壌と砂利で構成されています。[ 43 ] [ 44 ]
回収された原子炉炉心の一部（燃料および事故調査に重要な原子炉の他のすべての部分を含む）は、調査のためにANPホットショップに運ばれた。事故調査が完了した後、原子炉燃料は再処理のためにアイダホ化学処理プラントに送られた。燃料を除いた原子炉炉心と、調査のためにホットショップに送られた他のコンポーネントは、最終的に放射性廃棄物管理複合施設で処分された。[ 43 ]
SL-1の残骸は、元の場所（アトミック・シティの北約5マイル）から北東約500メートル（1,600フィート）の地点、北緯43度31分18秒、西経112度49分05秒（北緯43.52167度、西経112.81806度）に埋められた。 [ 45 ]埋設地は3つの発掘現場からなり、合計99,000立方フィート（2,800立方メートル）の汚染物質が埋められた。発掘現場は、使用された機器で可能な限り玄武岩に近づけて掘られ、深さは8～14フィート（2.4～4.3メートル）である。各発掘現場の上には、少なくとも2フィート（0.61メートル）のきれいな埋め戻し材が敷かれた。 1962年9月に清掃活動が完了した際、発掘現場の上に浅い土盛りが加えられた。この遺跡と埋葬塚は、米国環境保護庁スーパーファンド運用ユニット5-05として知られている。[ 43 ] [ 46 ]
SL-1事故以降、埋葬地とその周辺地域の地表の放射線調査と浄化作業が数多く実施されてきた。 1974年、1982年、1990年、1993年にはEG&Gラスベガス社による航空調査が行われた。放射線環境科学研究所は、1973年から1987年の間は3～4年ごとに、1987年から1994年の間は毎年、ガンマ線調査を実施した。1985年と1993年には、現場での粒子採取が行われた。調査結果から、セシウム137とその娘核種（崩壊生成物）が地表土壌の主な汚染物質であることが示された。1994年6月に行われた地表土壌の調査では、埋葬地内に放射能レベルが0.1～50ミリレントゲン（mR）/時の高放射能領域である「ホットスポット」が発見された。 1994年11月17日、SL-1埋葬地の地表から2.5フィート（0.76m ）の高さで測定された最高放射線量は0.5mR/時でした。局所的なバックグラウンド放射線量は0.2mR/時でした。1995年のEPAの評価では、埋葬塚の上に覆いをかけることが推奨されました。SL-1の主な対策は、主に地元の材料で構築された人工バリアで覆うことによる封じ込めでした。[ 43 ]この対策は2000年に完了し、2003年にEPAによって初めてレビューされました。[ 46 ]
米国政府は1960年代に内部使用目的でこの事故に関する映画を制作した。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[ 47 ]とYouTubeで視聴できる。SL -1は、ダイアン・オーとC・ラリー・ロバーツが脚本・監督を務めた1983年の原子炉爆発に関する映画のタイトルである[ 41 ] 。この映画では、科学者へのインタビュー、アーカイブ映像、当時の映像、スローモーション映像が使用されている[ 48 ] [ 49 ] 。この事故の出来事は、1冊の本『アイダホフォールズ：アメリカ初の原子力事故の知られざる物語』（2003年）[ 31 ]と、 『原理の証明 ― アイダホ国立工学環境研究所の歴史、1949年～1999年』（2000年）の2章の主題にもなっている[ 50 ] 。
1975年、ジョン・G・フラーによる反核書籍『我々はデトロイトをほぼ失った』が出版され、その中でアイダホフォールズの事故に言及している。2012年の短編映画『プロンプト・クリティカル』は、ジェームズ・ローレンス・シカードが脚本・監督を務め、SL-1事故を取り巻く出来事をドラマ化したもので、 YouTubeで視聴できる。[ 51 ]この事故に関するドキュメンタリーがヒストリーチャンネルで放映された。[ 52 ]
別の著者であるトッド・タッカーは、この事故を調査し、米軍の各部門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利用して、犠牲者の検死報告書を含む報告書を入手し、各人がどのように死亡し、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述した。[ 5 ]検死は、セシル・ケリー臨界事故後の研究で知られる同じ病理医によって行われた。タッカーは、検死と犠牲者の体の一部を切断した理由を説明しており、そのうちの1つは接触時に1時間あたり1,500ルーメンを放出した。SL-1事故で現場の軍関係者3人全員が死亡したため、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。[ 54 ]