5.Отравление ядерного реактора. Отравление ксеноном.

Отравление реактора – это процесс накопления в нем короткоживущих радиоактивных продуктов деления (осколков деления и продуктов их последовательного радиоактивного рас­пада), участвующих в непроизводительном захвате нейтронов и приводящих к снижению реактивности.

Скорость накопления вредных поглотителей опреде­ляется интенсивностью процессов деления.

Убыль же опре­деляется процессами естественного радиоактивного распа­да и захвата нейтронов этими ядрами, в результате чего образуются новые ядра с другими ядерными характерис­тиками.

Из всего многообразия короткоживущих продуктов де­ления практически отравление реактора определяет нуклид ксенона – ¹³⁵Xe, обладающий самым большим сечением поглощения (σ_a^Xe = 3,5 10⁶ барн). Остальные короткоживущие продук­ты деления имеют или относительно малое сечение погло­щения, или их выход очень мал, и они не оказывают сущест­венного влияния на баланс нейтронов в ядерном реакторе.

Ксенон образуется двумя путями – непосредственно, как осколок деления ²³⁵U (удельный выход 0,3 %), и как дочерний продукт последовательного β–распада осколка деления ¹³⁵Te (удельный выход 6 %).

¹³⁵Te ¹³⁵J ¹³⁵Xe

Ввиду малого времени жизни ¹³⁵Te (T_1/2 = 0,5 мин) ксенон рассматривают как продукт распада йода.

6.Стационарное отравление реактора ксеноном.

Концентрация ядер ксенона в реакторе определяется ходом процессов образования:

• как продукта деления

• в результате распада йода

и убыли

• за счет выжигания потоком нейтронов

• в результате радиоактивного распада.

Поэтому изменение концентрации ядер ксенона во времени описывается уравнением:

dN_Xe / dt = γ_Xe σ_f⁵ N₅(t) Φ(t) + λ_J N_J(t) – σ_a^Xe N_Xe(t) Φ(t) – λ_Xe N_Xe(t)

При длительной работе на постоянном уровне мощности в реакторе устанавливается стационарное отравление ρ_0Xe. Стационарное отравление реактора ксеноном наступает прибли­зительно через двое суток после выхода на постоянный уровень мощности. Стационарное отравление ксеноном является следствием стабилизации концентрации йода N_0I и ксенона N_0Xe при постоянном уровне мощности.

Величина стационарного отравления зависит от уровня мощности (потока нейтронов) в реакторе и обогащения ядерного топлива. Максимальное стационарное отравление ксеноном достигается при номинальной мощности реактора и приводит к снижению реактивности приблизительно на 4 %.

При изменении мощности реактора происходят колебания величины отравления (см. рис. 2). Так, при повышении мощности реактора (N₂ > N₁) отравление ¹³⁵Хе вначале быстро уменьшается и приблизительно через 3 ч достигнет минимального значения, после чего возрастает до нового стационарного отравления, более высокого, соответствующего новому уровню мощности.

При снижении мощности (N₂ < N₁), наоборот, сна­чала идет резкий рост отравления и через (5 – 10) ч дости­гается максимальное значение, после чего идет снижение до нового стационарного отравления, соответствующего пониженному уровню мощности.

Рис. 2. Нестационарное отравление ксеноном при изменении мощности реактора.