ОТРУЄННЯ РЕАКТОРА КСЕНОНОМ

Отруєння реактора - це процес накопичення в ньому короткоживучих продуктів розподілу, що беруть участь у непродуктивному захопленні нейтронів і тим самим знижують запас реактивності реактора при їх утворенні і, навпаки, вивільняють його при їхньому b-розпаді.

Особливостями процесу отруєння в порівнянні з іншими раніше розглянутими процесами, що призводять до втрат запасу реактивності, є те, що:

Процес отруєння, як прийнято припускати, викликається накопиченням тільки одного b-активного продукту поділу - ксенону-135, - який характеризується величиною стандартного мікроперетину поглинання sa0Xe = 2720000 барн, величинами питомого виходу gXe = 0.003 і періоду напіврозпаду Т1/2Xe величиною постійної b-розпаду lXe = 2.09.10 -5 c-1).

Отруєння - протікає значно швидше, ніж процеси вигоряння, шлакування та відтворення. Перехідні процеси отруєння та переотруєння реактора ксеноном тривають не більше трьох діб.

На відміну від зазначених вище процесів, отруєння – процес оборотний: при зростанні концентрації ксенону-135 реактор отруюється (і втрачає запас реактивності), при зниженні концентрації ксенону – він розтруюється (що призводить до вивільнення позитивної реактивності).

Якщо подивитися на суміщений графік енергетичних спектрів для теплового, проміжного та швидкого реакторів разом із залежністю перерізу поглинання 135Xe від енергії нейтронів Е (рис.19.1), то стане зрозуміло, що отруєння ксеноном суттєво для теплових реакторів, малоістотно – для проміжних та несуттєво – для швидкі реактори.

Рис.19.1. Відмінності в поглинанні нейтронів ксеноном-135тепловому (Т), швидкому (Б)

та проміжному (П) реакторах.

Кількісними заходами отруєння реактора ксеноном, подібно до заходів оцінки розглянутих раніше процесів, є:

відносна частка нейронів, що поглинаються ксеноном, рівна відношенню швидкостей поглинання теплових нейтронів ядрами ксенону і ядрами 235U:

(19.1)

втрати реактивності від отруєння ксеноном, пов'язані з величиною частки поглинання нейтронів ксеноном (у будь-який час) залежністю:

, (19.2)

де q - коефіцієнт використання теплових нейтронів у неотруєному реакторі.

Схема освіти і зменшення 135Xe і диференціальні рівняння

отруєння реактора ксеноном

135Xe утворюється в реакторі двома шляхами: безпосередньо як уламок розподілу 235U з відомим питомим виходом (g Хе = 0.003) і як дочірній продукт b-розпаду йоду-135, який сам є продуктом b-розпаду телуру-135, що утворюється при розподілі з досить великим питомим виходом (g Ті = 0.06). Зникає 135Xe також двома шляхами: внаслідок поглинання теплових нейтронів (інакше: рахунок його розстрілу тепловими нейтронами чи вигоряння) й у результаті його b-распада. При поглинанні ядром 135Xe на його місці утворюється шлак третьої групи – 136Xe з мікросіченням поглинання теплових нейтронів sа» 5 барн. При b-розпаді 135Xe утворюється також слабкий шлак третьої групи – 135Cs – з мікросіченням поглинання sа» 6 барн.

Схематично найбільш важливі процеси, що призводять до змін кількості ксенону-135, що накопичується, виглядають так:

on1 + 235U g = 0.003 135Xe * + on1 sa0Xe = 2720000 барн 136Xe *

Штриховими лініями на схемі виділені деякі корекції її, яких зазвичай вдаються для спрощення описи процесів отруєння реактора. Сутьпершого спрощує припущення полягає в тому, що, оскільки період напіврозпаду телуру-135 у багато разів менше періоду напіврозпаду йоду-135, можна приблизно вважати, що йод-135 є безпосереднім уламком реакції поділу з фіктивним питомим виходом, рівним величині справжнього питомого виходу телуру 135. (Справді, якщо період напіврозпаду телуру настільки малий, що він розпадається практично відразу після своєї освіти, то без особливих збитків для точності можна вважати, що безпосереднім продуктом реакції поділу є не телур, яке дочірній продукт - йод-135).

Друге спрощення полягає в тому, що через небагато мікросічення поглинання йоду-135 втратою його внаслідок поглинання зазвичай нехтують.

На підставі такої спрощеної схеми диференціальне рівняння швидкості зміни концентрації 135Xe запишеться як різниця двох швидкостей прибутку та двох швидкостей убутих:

Швидкості прибутку Xe Швидкості впали Xe

(19.1.1)

як прямого як результат за рахунок поглинання в результаті його

продукту поділу розпаду йоду теплових нейтронів b-розпаду

Отримане рівняння містить дві невідомі функції (Nxe і NJ), тому для отримання однозначного рішення воно має бути доповнено ще одним рівнянням з незалежно фігурує в ньому концентрацією NJ(t). Швидкість зміни концентрації 135J є різницею швидкостей освіти 135J (як безпосереднього продукту поділу) та втрата його (за рахунок b-розпаду):

(19.1.2)

Отримана система двох диференціальних рівнянь (19.1.1)е(19.1.2) називається системою диференціальних рівнянь отруєння реактора ксеноном