Йодная яма. Время вынужденной стоянки реактора.

Нестационарные процессы отравления оказывают существенное влияние на маневренность реактора. Наибольшее значение процессы отравления имеют при значительных изменениях мощности реактора, например, при вынужденной остановке. При этом нейтронный поток снижается до пренебрежимо малых значений, и практически прекращается наработка и выжигание продуктов деления.

 

Изменение концентрации отравителей определяется лишь законами радиоактивного распада наработанных до останова продуктов деления. Постоянные распада йода и ксенона – λ_J = 2,8·10^-5, с^-1 λ_Xe = 2,1·10^-5, с^-1.

 

Поскольку скорость радиоактивного распада йода при любом уровне мощности реактора выше скорости радиоактивного распада йода после останова реактора отмечается временное повышение отравления реактора ксеноном, которое называется йодной ямой. Сразу после останова отравление начинает увеличиваться, со временем достигает максимального значения, а затем постепенно происходит полное разотравление реактора.

 

Йодная яма характеризуется двумя параметрами: глубиной – максимальное увеличение отравления и временем наступления максимума (см. рис.3).

 

Время наступления максимума отравления в йодной яме и ее глубина увеличиваются пропорционально обогащению топлива и уровню мощности реактора перед остановом. Это обусловлено тем, что большое количество накопленного до останова йода требует больше времени для его распада и приводит к более глубокому отравлению.

 

 

 

Рис.3. Переходные процессы отравления ксеноном в йодной яме.

 

Время, в течение которого величина нестационарного отравления реактора ксеноном превышает имеющийся запас реактивности, и реактор не может быть выведен из подкритического состояния t_{в . ст.} , называют временем вынужденной стоянки.

 

Полное разотравление реактора по ксенону наступает за трое суток стоянки реактора.

 

Для оценки глубины и максимума йодной ямы могут быть использованы номограммы (см. рис 4). Максимальная потеря реактивности из-за йодной ямы составляет до 5%.

 

Рис. 4 Параметры йодных ям при снижении мощности реактора

 

Отравление самарием. Стационарное отравление самарием.

При определении отравления и шлакования реактора обычно отдельно рассматривают накопление нуклида са­мария ¹⁴⁹Sm, имеющего значительное сечение поглощения тепловых нейтронов (σ_a^Sm ~40 000 барн).

Самарий образуется в результате последовательного β-распада осколка деле­ния неодима ¹⁴⁹Nd, вероятность выхода которого как продукта деления ²³⁵U составляет 1,1 %.

 

¹⁴⁹Nd ¹⁴⁹Pm ¹⁴⁹Sm

 

Хотя ¹⁴⁹Sm устойчив и по принятой терминологии должен быть отнесен к шлакам, он обладает большим се­чением поглощения и оказывает влияние, сопоставимое с отравлением ксеноном, поэтому говорят об отравлении самарием.

 

Неодим обладает малым периодом полураспада T_1/2 = 2,3 час и часто исключается из рассмотрения. Постоянная распада прометия λ_Pm = 3,6·10^-6, с^-1.

 

Концентрация ядер самария определяется двумя процессами:

· образование в результате радиоактивного распада прометия – продукта деления

· убыль в результате выжигания потоком нейтронов.

 

Поэтому изменение концентрации ядер самария во времени описывается уравнением:

 

dN_Sm / dt = λ_Pm N_Pm(t) – σ_a^Sm N_Sm(t) Φ(t)

Равновесная концентрация ядер ¹⁴⁹Sm не зависит от мощности ре­актора, а определяется лишь обогащением топлива. Чем выше мощности реак­тора, тем быстрее достигается равновесная концентрация и стационарное отравление самарием, приводящее к снижению реактивности на 0,6 – 0,7 % (см. рис. 5).

 

Рис.5. Переходные процессы отравления самарием.

 

 

Прометиевый провал.

При останове реактора концентрация ядер ¹⁴⁹Sm увеличивается и стремится к насыщению, равному сумме числа ядер ¹⁴⁹Sm и ¹⁴⁹Pm до останова. Уменьшение запаса реактивности при накоплении самария после останова реактора – прометиевый провал – пропорционально уровню мощности до остановки реактора, который определяет соответствующую установившуюся концентрацию прометия.