Иодная яма

Иодная яма (синоним: ксеноновая яма) — состояние ядерного реактора после его выключения, характеризующееся накоплением короткоживущего изотопа ксенона (135Xe), образующегося в результате радиоактивного распада изотопа иода (135I). Этот процесс приводит к временному появлению значительной отрицательной реактивности, что, в свою очередь, делает невозможным вывод реактора на проектную мощность в течение определённого периода (около 1-2 суток).

Наличие иодной ямы является одним из проявлений т. н. отравления реактора, и делает крайне невыгодной работу АЭС в режиме постоянно меняющейся выходной мощности.

Причины образования иодной ямы

В процессе деления ядер урана, во время работы ядерного реактора, среди прочих продуктов деления образуется радиоактивный изотоп йода 135I. В результате β-распада с периодом полураспада 6,6 часа он превращается в изотоп ксенона 135Xe. Этот изотоп тоже радиоактивен, но его период полураспада больше — 9,1 часа. 135Xe очень хорошо поглощает нейтроны. Поглощённые им нейтроны, очевидно, не могут участвовать в цепной реакции деления урана, поэтому, присутствие 135Xe снижает запас реактивности реактора. В реакторе, работающем на большой мощности убыль 135Xe определяется его радиоактивным распадом и «выгоранием» в результате захвата нейтронов.

После выключения реактора плотность потока нейтронов φ в активной зоне становится практически равной нулю. Изменение концентрации 135Xe в активной зоне выключенного реактора определяется разницей в скоростях β-распада 135I и 135Xe. За 1 с в 1 м3 ядерного топлива возникает λINI и убывает λXeNXe ядер 135Xe. Если активность 135I больше активности 135XeINI> λXeNXe), то концентрация 135Xe в активной зоне растёт, и наоборот.

Равновесная концентрация 135I N0I в работающем реакторе пропорциональна величине φ, в то время как равновесная концентрация 135Xe N0Xe мало зависит от неё при φ>1017 нейтр./(м2·с). Вследствие этого, при плотности потока φ>1017 нейтр./(м2·с) величина N0I становится больше N0Xe. Так как постоянная распада λIXe, то в некотором интервале времени после выключения реактора λIXe. Поэтому концентрация 135Xe в выключенном реакторе вначале растёт до тех пор, пока активности 135I и 135Xe не станут равными (т.е. до выполнения условия векового равновесия). После этого распад 135I уже не компенсирует убыль 135Xe, и концентрация последнего начинает уменьшаться вместе с иодом.

На рисунке показано изменение концентрации NXe(t) и реактивности ρ выключенного реактора, если плотность потока φ в работающем реакторе равна φ=1018 нейтр./(м2·с). Максимальное отравление, наступающее через 11 ч после выключения реактора, возрастает с увеличением плотности потока нейтронов φ.

Реактивность выключенного реактора сначала падает, достигая минимума при максимальной концентрации ксенона, а затем увеличивается. Кривая изменения реактивности имеет вид ямы, а увеличение отравления после выключения реактора связано с накоплением 135I в работающем реакторе. Поэтому действие отравления на реактивность выключенного реактора называют иодной ямой. Она не наблюдается в реакторах с плотностью потока нейтронов φ<1017 нейтр./(м2·с).

Учёт иодной ямы при проектировании

При проектировании реактора учитывают эффект иодной ямы. Высокие значения удельной мощности требуют дополнительного увеличения загрузки ядерного топлива для компенсации иодной ямы. Иначе выключенный реактор будет невозможно вывести на мощность (особенно в конце кампании) в течение нескольких десятков часов, пока не произойдет почти полный распад 135Xe в активной зоне.

Литература

  • Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок М.: Атомиздат, 1960.
  • Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home