Химия - Иодная яма

01 марта 2011


Оглавление:
1. Иодная яма
2. Учёт иодной ямы при проектировании



состояние ядерного реактора после его выключения либо снижения его мощности, характеризующееся накоплением короткоживущего изотопа ксенона Xe, образующегося в результате радиоактивного распада изотопа иода I. Этот процесс приводит к временному появлению значительной отрицательной реактивности, что, в свою очередь, делает невозможным вывод реактора на проектную мощность в течение определённого периода.

Иодная яма — одно из проявлений т.н. отравления реактора, которое является одной из главных сложностей, делающих проблематичной работу АЭС в режиме постоянно меняющейся выходной мощности. Для работы в маневровом режиме в комплексе с АЭС возможно строительство ГАЭС, как, например, на Южно-Украинском энергетическом комплексе.

Причины образования иодной ямы

В процессе деления ядер урана, во время работы ядерного реактора, среди прочих продуктов деления образуется радиоактивный изотоп иода I. В результате β-распада с периодом полураспада 6,57 часа он превращается в изотоп ксенона Xe. Этот изотоп тоже радиоактивен, но его период полураспада больше — 9,14 часа. Xe очень хорошо поглощает нейтроны. Поглощённые им нейтроны, очевидно, не могут участвовать в цепной реакции деления урана, поэтому присутствие Xe снижает запас реактивности реактора. В реакторе, работающем на большой мощности, убыль Xe определяется его радиоактивным распадом и «выгоранием» в результате захвата нейтронов.

U или Pu Te I Xe Cs Ba
    γ      β      β      β      β 

или

Xe Xe
  σ = 3.10 barns  


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

Равновесная концентрация I N0I в работающем реакторе пропорциональна величине φ, в то время как равновесная концентрация Xe N0Xe мало зависит от неё при φ>10 нейтр./. Вследствие этого, при плотности потока φ>10 нейтр./ величина N0I становится больше N0Xe. Так как постоянная распада λI > λXe, то в некотором интервале времени после остановки реактора λI > λXe. Поэтому концентрация Xe в остановленном реакторе вначале растёт до тех пор, пока активности I и Xe не станут равными. После этого распад I уже не компенсирует убыль Xe, и концентрация последнего начинает уменьшаться вместе с иодом.

Зависимость концентрации Xe и реактивности после остановки реактора..)

На рисунке показано изменение концентрации NXe и реактивности ρ остановленного реактора, если плотность потока φ в работающем реакторе равна φ=10 нейтр./. Максимальное отравление, наступающее через 11 ч после остановки реактора, возрастает с увеличением плотности потока нейтронов φ.

Реактивность остановленного реактора сначала падает, достигая минимума при максимальной концентрации ксенона, а затем увеличивается. Кривая изменения реактивности имеет вид ямы, а увеличение отравления после остановки реактора связано с накоплением I в работающем реакторе. Поэтому действие отравления на реактивность остановленного реактора называют иодной ямой. Она не наблюдается в реакторах с плотностью потока нейтронов φ<10 нейтр./.



Просмотров: 2248


<<< Имандра (судно)
Отработавшее ядерное топливо >>>