ОТРАВЯНЕ НА РЕАКТОРА С КСЕНОН

Отравянето на реактора е процесът на натрупване в него на краткотрайни продукти на делене, които участват в непродуктивното улавяне на неутрони и по този начин намаляват запаса на реактивност на реактора по време на тяхното образуване и, обратно, освобождават го по време на техния b-разпад.

Характеристиките на процеса на отравяне в сравнение с други разгледани по-рано процеси, водещи до загуби в границата на реактивност, са следните:

Обикновено се приема, че процесът на отравяне е причинен от натрупването само на един b-активен продукт на делене, ксенон-135, който се характеризира със стандартна абсорбционна микросекция sa0Xe = 2720000 barn, специфичен добив gXe = 0,003 и полуживот Т1/2Xe = 9,2 часа (или стойността на константата на b-разпад lXe = 2 .09 10 -5 s-1).

Отравяне - протича много по-бързо от процесите на изгаряне, шлака и възпроизводство. Преходните процеси на отравяне и преотравяне на реактора с ксенон продължават не повече от три дни.

За разлика от горните процеси, отравянето е обратим процес: с увеличаване на концентрацията на ксенон-135 реакторът се отравя (и губи границата на реактивност), с намаляване на концентрацията на ксенон се отравя (което води до освобождаване на положителна реактивност).

Ако разгледаме комбинираната графика на енергийните спектри за топлинни, междинни и бързи реактори, заедно със зависимостта на напречното сечение на абсорбция на 135Xe от неутронната енергия E (фиг. 19.1), става ясно, че отравянето с ксенон е значително за топлинни реактори, незначително за междинни реактори и незначително за бързи реактори.

Фиг.19.1. Разлики в абсорбцията на неутрони от ксенон-135 втермична (T), бърза (B)

и междинни (P) реактори.

Количествените мерки за ксеноновото отравяне на реактора, подобно на мерките за оценка на разгледаните по-рано процеси, са:

относителна част от неутроните, погълнати от ксенон, равна на съотношението на скоростите на поглъщане на топлинни неутрони от ксенонови ядра и ядра 235U:

(19.1)

загуба на реактивност от отравяне с ксенон, свързана със стойността на фракцията на абсорбция на неутрони от ксенон (по всяко време) чрез зависимостта:

, (19.2)

където q е коефициентът на използване на топлинните неутрони в неотровен реактор.

Схема за образуване и загуба на 135Xe и диференциални уравнения

отравяне с ксенон на реактора

135Xe се образува в реактора по два начина: директно като фрагмент от делене на 235U с известен специфичен добив (g Xe = 0,003) и като дъщерен продукт на b-разпадането на йод-135, който сам по себе си е продукт на b-разпадането на телур-135, образуван по време на делене с доста висок специфичен добив (g Te = 0,06). 135Xe също изчезва по два начина: в резултат на поглъщането на топлинни неутрони (с други думи: поради изстрелването му от топлинни неутрони или изгаряне) и в резултат на неговия b-разпад. При поглъщане от ядрото 135Xe на негово място се образува шлака от трета група - 136Xe с микросекция на абсорбция на термични неутрони sa » 5 barn. b-разпадът на 135Xe също произвежда слаба шлака от третата група, 135Cs, с абсорбционен микроразрез sa » 6 barn.

Схематично най-важните процеси, водещи до промени в количеството натрупан ксенон-135, изглеждат така:

on1 + 235U g = 0,003 135Xe* + on1 sa0Xe = 2720000 хамбар 136Xe*

Прекъснатите линии в схемата подчертават някои нейни корекции, които обикновено се използват за опростяване на описанието на процесите на отравяне на реактора. същностПървото опростяващо предположение е, че тъй като полуживотът на телур-135 е многократно по-малък от полуживота на йод-135, можем приблизително да приемем, че йод-135 е директен фрагмент от реакцията на делене с фиктивен специфичен добив, равен на истинския специфичен добив на телур-135. (Всъщност, ако полуживотът на телура е толкова кратък, че той се разпада почти веднага след образуването си, тогава, без голяма загуба на точност, можем да приемем, че прекият продукт на реакцията на делене не е телур, а неговият дъщерен продукт, йод-135).

Второто опростяване е, че поради малката абсорбционна микросекция на йод-135, намаляването му поради абсорбция обикновено се пренебрегва.

Въз основа на такава опростена схема, диференциалното уравнение за скоростта на промяна в концентрацията на 135Xe ще бъде написано като разликата между две норми на печалба и две скорости на нейното намаление:

Норми на печалба Xe Норми на загуба Xe

(19.1.1)

като пряк резултат поради усвояване в резултат на нейния

продукт на делене на йоден разпад термични b-разпадни неутрони

Полученото уравнение съдържа две неизвестни функции (Nxe и NJ) и следователно, за да се получи уникално решение, то трябва да бъде допълнено с още едно уравнение с независимо фигурираща в него концентрация NJ(t). Скоростта на промяна в концентрацията на 135J е разликата в скоростите на образуване на 135J (като директен продукт на делене) и неговото намаляване (поради b-разпад):

(19.1.2)

Получената система от две диференциални уравнения (19.1.1)e(19.1.2) се нарича система от диференциални уравнения за ксеноновото отравяне на реактора