SL-1（）またはALPR（）は、アメリカ陸軍の実験用原子炉。 米国西部、アイダホフォールズの西約40マイル(65 km)にあるアイダホ州の国立原子炉試験場（NRTS、National Reactor Testing Station）ー現在のアイダホ国立研究所（Idaho National Laboratory）ーに存在した。
1961年1月3日、水蒸気爆発により3名の運転員が死亡し、うち1名は原子炉格納容器プラグに突き刺され天井に固定される事故が発生した。この事故はアメリカ国内において唯一、即死者を出した原子炉事故である。
SL-1は、の一部であり、北極圏近くやDEWラインにおけるレーダー基地のような小規模で遠隔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あった。設計出力は3 MWであったが、事故の数か月間前に4.7 MWの出力テストが行われた。運転出力は電気200 kW、空間暖房用の熱出力400 kWであった。
事故が発生した瞬間から、わずか4ミリ秒で炉心出力は20 GW近くに達し、爆発を引き起こしたLA-3611 A Review of Criticality Accidents, William R. Stratton, Los Alamos Scientific Laboratory, 1967LA-13638 A Review of Criticality Accidents (2000 Revision), Thomas P. McLaughlin, et al., Los Alamos National Laboratory, 2000.。直接の原因は、炉心で中性子を吸収する中央制御棒の過剰な引き抜きであった。事故により約80キュリー（3.0 TBq）のヨウ素131が放出されたがThe Nuclear Power Deception Table 7: Some Reactor Accidents、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、重大な事故とはみなされなかった。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たHoran, J. R., and J. B. Braun, 1993, Occupational Radiation Exposure History of Idaho Field Office Operations at the INEL, EGG-CS-11143, EG&G Idaho, Inc., October, Idaho Falls, Idaho.。
設計 1954年から1955年にかけて、アメリカ陸軍は北極圏の遠隔地で運用可能な原子炉プラントを必要としていた。 原子炉は、陸軍のレーダー基地に電気と暖房を供給するディーゼル発電機とボイラーを置き換えるものであった。陸軍原子炉部門はこの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、テストを依頼した。陸軍が求めた性能は以下の通り：
すべての部品が空輸できること 全ての部品をパッケージしたとき7.5 × 9 × 20 フィート（ × × m）、重量に収まること 標準的な部品を使用すること 現場において最小限の人員と手間で建設できること 簡易かつ信頼性があること 北極の永久凍土地域に適応可能であること 炉心燃料を交換せずとも3年間連続運転できることSEC-00219, Petition Evaluation Report, Idaho National Laboratory (INL), Revision 2, NIOSH/ORAU, Idaho National Laboratory, March 2017
プロトタイプは1957年7月から1958年7月まで、アイダホフォールズの西にある国立原子炉試験場に建設された。1958年8月11日に臨界状態になり、10月24日から運転が開始され、12月2日に正式に就役した。3 MW沸騰水型原子炉（BWR）であり、93.20%の高濃縮ウラン燃料を使用した IDO-19311 Final Report of SL-1 Recovery Operation, Idaho Test Station, General Electric Corporation, July 27, 1962. 。冷却材と減速材として軽水を使用し、自然循環で運転された。ANL は の経験を利用して原子炉を設計した。循環水は の圧力で運転され、ウランアルミニウム合金でできた燃料板の間を通過した。プラントは広範な試験の後、1958年12月に訓練と運転経験のために陸軍に引き渡され、1959年2月5日からはコンバッション・エンジニアリング社（CEI）が主請負業者となった。
陸軍原子炉訓練プログラムの訓練生には、幹部(cadre)と呼ばれる陸軍のメンバーが含まれており、彼らはプラントの主要なオペレーターであった。空軍や海軍の数名とともに、多くの海事関係者も訓練を受けたIDO-19012, CEND-82, SL-1 Annual Operating Report, Feb. 1959 – Feb 1960, Canfield, Vallario, Crudele, Young, Rausch, Combustion Engineering Nuclear Division, May 1, 1960.。プラントの運転は通常、幹部が2人1組で行ったが、原子炉の開発はCEIのスタッフが直接監督した。CEIは、1960年後半に原子炉の開発作業を行うことを決定し、PL-1コンデンサー試験のために原子炉を4.7 MWthermalで運転することになった。Radiation Safety and Regulation Hearings, Joint Committee on Atomic Energy, US Congress, June 12–15, 1961, including SL-1 Accident Atomic Energy Commission Investigation Board Report, Joint Committee on Atomic Energy Congress of the United States, First Session on Radiation Safety and Regulation, Washington, DC.原子炉の炉心が老朽化し、ホウ素中性子毒ストリップ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ティースロット位置にカドミウムシート（これも中性子毒である）を取り付けたIDO-19024 SL-1 Annual Operating Report, February 1960 – January 3, 1961 Combustion Engineering Nuclear Division, CEND-1009, W. B. Allred, June 15, 1961.。
プラント設備のほとんどは、ARA-602と呼ばれる円筒形の鋼鉄製原子炉建屋に収められていた。直径、全高 で、鋼鉄の厚さはであった。建物へのアクセスは、支援施設棟であるARA-603から密閉された外部階段を通り、通常のドアを抜けることで行われた。非常口のドアは地上への外階段に通じていた。原子炉建屋は、人口密集地域にある原子炉に使用されるような圧力型格納容器ではなかった。それにもかかわらず、この建物は、事故によって放出された放射性粒子のほとんどを封じ込めることができた。
原子炉の炉心構造は、59個の燃料集合体、1体の起動用中性子源アセンブリ、および9本の制御棒を収納するように建設された。実際の使用時、炉心には40個の燃料集合体があり、5本の十字型制御棒によってコントロールされていた。5本の制御棒は、断面がプラス記号（+）の形をしており、中央に1本（ロッド9）、炉心の外周に4本（ロッド1、3、5、7）あった。これら制御棒は、厚さのカドミウム製で、厚さのアルミニウムで被覆されていた。各制御棒の吸収スパンはであり吸収長さはであった。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た。燃料板の全体厚さは で、厚さ のウランアルミニウム合金の「肉」を厚さ のX-8001アルミニウム被覆管で覆ったものであった。「肉」の高さは 、幅はであった。燃料板間のウォーターギャップはであった。初期の40個の集合体は93.2%の高濃縮ウラン235を装荷しており、のU-235を含んでいた。
装荷された燃料集合体を59個から減らしたことで負の反応性効果が小さくなった。4本の外側の制御棒は、テストの結果、必要ないと判断されたため、小型炉心では使われなかったReport on the SL-1 Incident, January 3, 1961, The General Manager's Board of Investigation, For Release in Newspapers dated Sunday, Curtis A. Nelson, Clifford Beck, Peter Morris, Donald Walker, Forrest Western, June 11, 1961.。運転中のSL-1炉心では、ロッド2、4、6、8はダミーロッドであり、カドミウムシムを新たに取り付けたりテストセンサーを入れたりしており、大文字のTのような形をしていた。炉心サイズを最小化する努力の結果、ロッド9の反応度は異常に大きくなった。
事故 1961年1月3日、年末年始の休暇が終わりSL-1では11日間の運転停止からの業務再開に向け準備を行っていた。メンテナンス手順では、駆動機構に再接続するためにロッド9を手動で数インチ引き出す必要があった。山岳部標準時午後9時1分、このロッドが急激に引き抜かれすぎたため、SL-1は即座に臨界に達した。4ミリ秒で、燃料内の巨大な出力から生じた熱が、炉心を溶融させ爆発的に蒸発させた。膨張した燃料は極端な圧力波を発生させ、水を上方に吹き上げ、原子炉容器の上部をピーク圧力で直撃した。水の弾丸は、約 の平均圧力を伴って、速度で突き進んだ。この極端なウォーターハンマーは、原子炉容器全体をの速度で上昇させ、シールドプラグはの速度で吹き飛んだ。原子炉容器の上部に6つの穴が開き、高圧の水と蒸気が放射性デブリを損傷した炉心から部屋全体に吹き付けた。後の調査では、重量の容器はジャンプし、その一部は元の位置に着地する前に原子炉建屋の天井に衝突し Chapter 15.、断熱材と砂利を運転フロアに堆積させたと結論づけられた。もし容器のシールハウジング5が天井クレーンに衝突していなければ、それは上昇していただろう。出力暴走、水蒸気爆発、容器の移動が起こった時間は2秒から4秒であった。
水と蒸気が2人の作業員をフロアにたたきつけ、1人が死亡、もう1人が重傷を負った。原子炉容器上部のNo.7シールドプラグが3人目の男性の股間から肩まで貫通し、その男性は天井に張り付けにされた。犠牲者は陸軍特技兵リチャード・リーロイ・マッキンリー（27歳）とジョン・A・バーンズ（22歳）、海軍建設工兵隊の一等兵曹リチャード・C・レッグ（26歳）であったSpokane Daily Chronicle - Jan 4, 1961. Byrnes was a "Spec. 5" from Utica, New York, McKinley was a "Spec. 4" from Kenton, Ohio, Legg was a "Navy electrician L.C." from Roscommon, Michigan.。後に作家のトッド・タッカーによって、バーンズ（原子炉運転員）が棒を持ち上げて出力暴走を引き起こしたこと、レッグ（シフト監督者）が原子炉容器の上に立っていて突き刺され天井に張り付けにされたこと、マッキンリー（訓練生）が近くに立っていたことが解明された。マッキンリーだけが、意識不明で深いショック状態ながら生きているのを救助隊が発見した。このことは、SL-1調査委員会の分析Major Activities in the Atomic Energy Programs, January-December 1962, Appendix 8: Final Report of SL-1 Accident Investigation Board, SL-1 Board of Investigation, Curtis A. Nelson, Atomic Energy Commission, Joint Committee on Atomic Energy, September 5, 1962 (See Annual Report to Congress – U.S. Atomic Energy Commission, 1962, Appendix 8, pp. 518–23)や、バーンズとレッグは即死であったがマッキンリーは頭皮内にびまん性出血の徴候があり負傷によって死亡するまで約2時間生存していたことを示唆する検死結果と一致していたLAMS-2550 SL-1 Reactor Accident Autopsy Procedures and Results, Clarence Lushbaugh, et al., Los Alamos Scientific Laboratory, June 21, 1961. 。3人全員が身体的外傷で死亡した。
反応炉の原理と事象 初期の報道では、爆発は化学反応によるものかもしれないとされていたが、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が起こっており、適切に運転されている原子炉とは異なり、原子力の暴走を示していた。
SL-1のような熱中性子炉では、核分裂プロセスを制御し、ウラン235燃料の核分裂の可能性を高めるために、中性子が減速される。十分な減速材がなければ、SL-1のような炉心は核連鎖反応を維持できない。減速材が炉心から取り除かれると、連鎖反応は減少する。減速材として使用される水は、液体を保つために高圧に維持される。核燃料の周りの水路で蒸気が形成されると連鎖反応は抑制される。
もう一つの制御は、炉心での連鎖反応に対するの作用である。ほとんどの中性子（）はU-235の核分裂によってほぼ瞬時に生成される。しかし、少数個（定常運転をしているU-235燃料の原子炉では約0.7％）の中性子は、ある種の核分裂生成物の比較的遅い放射性崩壊によって発生する(これらの核分裂生成物は、ウラン235燃料に近接した燃料板の内側に閉じ込められる）。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（即発臨界）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IDO-19313: Additional Analysis of the SL-1 Excursion Final Report of Progress July through October 1962, November 21, 1962, Flight Propulsion Laboratory Department, General Electric Company, Idaho Falls, Idaho, U.S. Atomic Energy Commission, Division of Technical Information.。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（すなわち即発臨界状態の消滅と持続的な核連鎖反応の終了）は、破局的炉心分解（破壊的溶融、気化、その結末としての炉心の最大熱量が最も早く発生した部分の爆発的膨張）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、すなわちのエネルギーを生成したと推定されている。
事故発生後の経過
事故発生時刻の午後9時1分（山岳部標準時）、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（ケン・ディアーデン副署長、メル・ヘス副署長、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、バーン・コンロン）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、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（R/hr）の最大値を示したThe Army's Nuclear Power Program: THE EVOLUTION OF A SUPPORT AGENCY, 1990, CONTRIBUTIONS IN MILITARY STUDIES, NUMBER 98.。 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（R/hr）を示し、二人は退却したIDO-19302 IDO Report on the Nuclear Accident at the SL-1 Reactor January 3, 1961 at the National Reactor Testing Station, TID-4500 (16th Ed.), SL-1 Report Task Force, US Atomic Energy Commission, Idaho Operations Office, January 1962.。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Impulse Issue 64, Winter 2021, Carnegie Hero Fund Commission。
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（レッグ）を発見した。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5×20フィート（1.5×6m）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、が行った検死で修正されたが、このことはしばらくの間の混乱を引き起こした。
マッキンリーを運んだ7人の救助隊員はからカーネギー・ヒーロー賞を授与されたCarnegie Hero Fund Commission heroes: Duckworth award , Cohen award , Rausch award , Vallario award (with details of the event) , Gammill award (some details) , Callister award , Richards award .。 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
原因 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、(1)運転員の一人によるサボタージュまたは自殺、(2)他の運転員の一人の妻との不倫を含む殺人自殺、(3)主制御棒の不注意による引き抜き、(4)ロッドを”運動”させる（鞘内でよりスムーズに動くようにする）意図的な試み、であるATOMIC CITY, by Justin Nobel Tin House Magazine, Issue #51, Spring, 2012.A Nuclear Family, By Maud Newton The New York Times Magazine, April 1, 2012.。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。