Войти
| General | |
|---|---|
| Symbol | Xe |
| Имена | xenon-135, Xe- 135 |
| Протоны | 54 |
| Нейтроны | 81 |
| Данные о нуклидах | |
| Естественное содержание | син |
| Период полураспада | 9,14 ± 0,02 ч |
| Продукты распада | Cs |
| Спин | 3 / 2+ |
| Избыточная энергия | −86413 ± 4 кэВ |
| Энергия связи | 8398,476 ± 0,028 кэВ |
| Режимы затухания | |
| Режим затухания | Энергия затухания (МэВ ) |
| Бета-распад | 1,168 |
| Изотопы ксенона. Полная таблица нуклидов | |
Ксенон-135 (Xe) - нестабильный изотоп ксенона с периодом полувыведения около 9,2 часа. Xe является продуктом деления урана и является наиболее мощным из известных нейтронопоглощающих ядерных ядов (2 миллиона амбаров ; до 3 миллионов амбаров в условиях реактора), что существенно влияет на работу ядерного реактора. Максимальный выход ксенона-135 в результате деления составляет 6,3%, хотя большая часть его приходится на произведенный при делении теллур-135 и йод-135.
В типичном В ядерном реакторе, работающем на уране-235, присутствие Xe в качестве продукта деления создает проблемы для разработчиков и операторов из-за его большого нейтронного сечения для поглощения. Поскольку поглощение нейтронов может отрицательно повлиять на способность ядерного реактора увеличивать мощность, реакторы спроектированы так, чтобы уменьшить этот эффект; Операторы обучены правильно предвидеть эти переходные процессы и реагировать на них.
В течение периодов стабильной работы при постоянном уровне нейтронного потока концентрация Хе достигает своего равновесного значения для этой мощности реактора примерно за 40-50 часов.. Когда мощность реактора увеличивается, концентрация Xe сначала уменьшается, потому что выгорание увеличивается на новом более высоком уровне мощности. Поскольку 95% продукции Xe происходит за счет распада йода-135, период полураспада которого составляет 6,57 часов, производство Xe остается постоянным; в этот момент концентрация Xe достигает минимума. Затем концентрация увеличивается до нового равновесного уровня (точнее, уровня устойчивого состояния) для нового уровня мощности примерно за 40-50 часов. В течение первых 4-6 часов после изменения мощности величина и скорость изменения концентрации зависят от начального уровня мощности и от величины изменения уровня мощности; изменение концентрации Хе больше при большем изменении уровня мощности. Когда мощность реактора снижается, процесс меняется на противоположный.
Йод-135 представляет собой продукт деления урана с выходом около 6% (считая также йод-135, образовавшийся почти сразу при распаде теллура, образовавшегося при делении). -135). Это I распадается с периодом полураспада 6,57 часа до Xe. Таким образом, в работающем ядерном реакторе Xe производится непрерывно. Xe имеет очень большое сечение поглощения нейтронов, поэтому в среде с высоким потоком нейтронов активной зоны ядерного реактора Xe вскоре поглощает нейтрон и становится почти стабильным Xe. Таким образом, примерно через 50 часов концентрация Xe достигает равновесия, при котором его образование в результате распада I уравновешивается его разрушением в результате поглощения нейтронов.
Когда мощность реактора снижается или останавливается путем вставки регулирующих стержней, поглощающих нейтроны, поток нейтронов в реакторе уменьшается, и равновесие сначала смещается в сторону более высокой концентрации Xe. Пик концентрации Хе составляет примерно 11,1 часа после снижения мощности реактора. Поскольку период полураспада Xe составляет 9,2 часа, концентрация Xe постепенно снижается до низких уровней в течение 72 часов.
Временно высокий уровень Хе с его высоким поперечным сечением поглощения нейтронов затрудняет перезапуск реактора на несколько часов. Хе, поглощающий нейтроны, действует как регулирующий стержень, снижая реактивность. Невозможность запуска реактора из-за воздействия Xe иногда называют запуском без ксенона, а реактор называют «отравленным». Период времени, в течение которого реактор не может преодолеть воздействие Xe, называется «мертвым временем ксенона».
При наличии достаточных полномочий управления реактивностью реактор может быть перезапущен, но при этом необходимо тщательно управлять выгоранием ксенона переходным процессом. По мере извлечения управляющих стержней и достижения критичности поток нейтронов увеличивается на много порядков, и Xe начинает поглощать нейтроны и превращаться в Xe. Реактор сжигает ядерный яд. Когда это происходит, реактивность и поток нейтронов возрастают, и регулирующие стержни необходимо постепенно повторно вставлять, чтобы противодействовать потере поглощения нейтронов Xe. В противном случае нейтронный поток реактора будет продолжать увеличиваться, сжигая еще больше ксенонового яда, на пути к критичности разгона. Постоянная времени для этого переходного процесса выгорания зависит от конструкции реактора, истории уровня мощности реактора за последние несколько дней и новой настройки мощности. Для типичного увеличения мощности с 50% до 100% концентрация Хе падает примерно на 3 часа.
Неспособность предвидеть отравление ксеноном и управлять им, а также должным образом компенсировать последующее выгорание, была одним из факторов, способствующих Чернобыльская катастрофа ; во время выбега на более низкую мощность сочетание ошибки оператора и отравления ксеноном привело к падению тепловой мощности реактора до уровня, близкого к остановке. В результате усилий экипажа по восстановлению мощности, в том числе ручного извлечения управляющих стержней, не находящихся под автоматическим управлением компьютера SKALA, реактор оказался в крайне небезопасной конфигурации. Неудачная процедура SCRAM, приводящая к заклиниванию регулирующих стержней на уровне, фактически увеличивающем реактивность, вызвала тепловой переходный процесс и паровой взрыв, разорвавший реактор на части.
Реакторы, использующие непрерывную переработку, как и многие конструкции реакторов с расплавленной солью, могут быть способны извлекать Xe из топлива и избегать этих эффектов. В реакторах на жидком топливе не может образоваться неоднородность ксенона, поскольку топливо свободно смешивается. Кроме того, эксперимент в реакторе с расплавленной солью продемонстрировал, что распыление жидкого топлива в виде капель через газовое пространство во время рециркуляции может позволить ксенону и криптону покинуть топливные соли. Однако удаление ксенона-135 из нейтронного облучения также заставляет реактор производить больше долгоживущего продукта деления цезия-135.
A Xe атом, который не захватывает нейтрон, подвергается бета-распаду до Cs, одного из 7 долгоживущих продуктов деления, в то время как Xe который захватывает нейтрон, становится почти стабильным Xe.
Вероятность захвата нейтрона перед распадом зависит от потока нейтронов, который сам зависит от типа реактора, обогащения топлива и уровня мощности; и отношение Cs / Xe переключает свою преобладающую ветвь очень близко к обычным условиям реактора. Оценки доли Xe во время стационарной работы реактора, который захватывает нейтрон, включают 90%, 39% –91% и «практически все». Например, при (несколько высоком) нейтронном потоке 10 н · см · с поперечное сечение ксенона σ = 2,65 · 10 см (2,65 · 10 барн) привело бы к вероятности захвата 2,65 · 10 с, что соответствует до периода полураспада около одного часа. По сравнению с периодом полураспада Xe 9,17 часа, это отношение почти десять к одному означает, что в таких условиях практически весь Xe захватит нейтрон перед распадом. Но если нейтронный поток снизить до одной десятой этого значения, как в реакторах CANDU, соотношение будет 50-50, и половина Xe будет преобразована в Cs до захвата нейтронов.
Хе от захвата нейтронов оказывается частью окончательного стабильного деления ксенона, которое также включает Хе, Хе, Хе и Хе, образующиеся в результате деления и бета-распада чем нейтронный захват.
Ядра Xe, Xe и Xe, которые не захватили нейтрон, полностью бета-распад до изотопов цезия. При делении образуется Xe, Xe и Xe примерно в равных количествах, но после захвата нейтронов цезий при делении содержит более стабильный Cs (который, однако, может стать Cs при дальнейшей активации нейтронами ) и высокорадиоактивный Cs чем Cs.
Большие тепловые реакторы с низкой магнитной связью между областями могут испытывать пространственные колебания мощности из-за неоднородного присутствия ксенона-135. Вызванные ксеноном пространственные колебания мощности возникают в результате быстрых возмущений в распределении мощности, из-за которых распределение ксенона и йода не совпадает по фазе с нарушенным распределением мощности. Это приводит к сдвигу в распределении ксенона и йода, что приводит к изменению распределения мощности в направлении, противоположном первоначальному возмущению.
Мгновенная скорость производства ксенона-135 зависит от концентрации йода-135 и, следовательно, от истории локального нейтронного потока. С другой стороны, скорость разрушения ксенона-135 зависит от мгновенного локального потока нейтронов.
Сочетание отложенной генерации и высокого поперечного сечения захвата нейтронов оказывает разнообразное влияние на работу ядерного реактора. Механизм описан в следующих четырех шагах.
С небольшое изменение общего уровня мощности, эти колебания могут значительно изменить местные уровни мощности. Это колебание может остаться незамеченным и достичь опасных локальных уровней магнитного потока, если контролировать только общую мощность сердечника. Таким образом, в большинстве реакторов типа PWR используются тандемные детекторы нейтронных нейтронов с диапазоном мощности для раздельного контроля верхней и нижней половин активной зоны.
