Топливные циклы: открытый, закрытый. Способы реализации, достоинства и недостатки
Отравление реактора в стационарном и переходном режимах («ксеноновая яма», «самариевый провал»)
Скачать 2,4 Mb.
|
хим тех 1-5 (Восстановлен)
| Отравление реактора в стационарном и переходном режимах («ксеноновая яма», «самариевый провал»).
В результате деления ядер урана, после цепочек распада радионуклидов, образуется целый спектр различных ядер некоторые из них, особенно изотоп ксенона 135Xe и изотоп самария 149Sm сильно поглощают нейтроны. Уменьшение коэффициента размножения при накоплении в реакторе изотопов поглощающих нейтроны называется эффектом отравления реактора. Накопление поглощающих ядер в активной зоне в процессе работы реактора отрицательно влияет на реактивность. Все осколки деления и их продукты распада подразделяют на две группы: 1. Ядра с высоким сечением поглощения нейтронов. 2. Все остальные. Поглощение нейтронов ядрами первой группы называют отравлением, а поглощение нейтронов ядрами второй группы – шлакованием реактора. В реакторах на тепловых нейтронах некоторые продукты деления приводят к эффектам, которые необходимо учитывать при их эксплуатации; в основном это касается ксенона-135. Этот изотоп чрезвычайно активно захватывает тепловые нейтроны. 135Xe образуется главным образом путем радиоактивного распада первичных осколков деления (из иода-135). Выход 135I составляет 5-6% числа всех разделившихся атомов. Во время работы реактора с большим нейтронным потоком количество находящегося в нем 135Xe сохраняется на относительно низком уровне, т.е. интенсивность процесса поглощения пропорциональна величине нейтронного потока. С остановкой реактора этот процесс сжигания ксенона прекращается, и количество 135Xe начинает расти, поскольку 135I продолжает распадаться. Поэтому концентрация 135Xe в ядерном топливе может значительно увеличиться даже после остановки реактора (происходит отравление реактора), вследствие чего реактор в течение некоторого времени после остановки не может быть пущен вновь. Например, реактор с запасом реактивности 0,1 и потоком 1014 н/см2 с не может быть запущен ранее, чем через 30 час после остановки. Это явление получило название «иодной ямы». Эффект «иодной ямы» явился одной из основных причин катастрофического развития событий на Чернобыльской АЭС. Отравление реактора (Reactor poisoning) - поглощение нейтронов частью ядер, у которых сечения поглощения в области энергии тепловых нейтронов велики (образующихся при делении урана и плутония) концентрация которых относительно быстро достигает равновесного значения. Отравление реактора практически полностью определяется ядрами Xe-135 и Sm-149. Рассмотрим отравление Xe-135. Вероятность поглощения тепловых нейтронов этим нуклидом очень велика. Поэтому отравление наиболее существенно в реакторах на тепловых нейтронах и практически отсутствует в реакторах на быстрых нейтронах. Можно предположить, что Xe-135 возникает лишь при делении U-235, потому что выход Xe-135 слабо меняется из-за присутствия других делящих ядер. После пуска реактора количество Xe-135 вначале довольно резко возрастает, а затем, через некоторое время из-за ряда процессов достигает стационарного уровня (при работе реактора на стационарном уровне мощности). После остановки реактора количество ядер Xe-135 увеличивается и проходит через максимум. При уменьшении потока нейтронов до нуля прекращается убыль ядер Xe-135 вследствие поглощения нейтронов, которая является преобладающей при достаточно больших мощностях. В то же время скорость образования ядер Xe-135 уменьшается гораздо медленнее, так как время жизни I-135 достаточно велико. Таким образом, после остановки реактора происходит уменьшение реактивности (обусловленное увеличением отравления ксеноном), которое принято называть йодной ямой. Поэтому при пуске реактора после кратковременной остановки требуется запас реактивности для компенсации йодной ямы. С помощью специальных режимов остановки реактора удается заметно уменьшить глубину йодной ямы, а значит, и запас реактивности, необходимый для пуска реактора после кратковременной остановки. Нестационарное отравление реактора происходит не только при остановке реактора, но и при любом изменении его мощности. Если мощность реактора снижается, то имеет место травление аналогичное йодной яме, но меньшем в масштабе. Увеличение мощности сопровождается обратным эффектом - количество ксенона сначала уменьшается, а спустя некоторый промежуток времени увеличивается. Теперь рассмотрим отравление реактора Sm-149. Потеря нейтронов за счет отравления самарием значительно меньше, чем за счет отравления ксеноном. Аналогично Xe-135, после пуска реактора для Sm-149 наблюдается сначала рост концентрации самария, а потом насыщение. Время насыщения определяется мощностью реактора. При остановке реактора происходит возрастание количества ядер Sm-149 вследствие радиоактивного распада Рm-149 и наблюдается явление, аналогичное йодной яме, с тем, однако, отличием, что число ядер Sm-149 монотонно возрастает во времени (практически приближается к насыщению). Последнее связано со стабильностью Sm-149. Количество самария при насыщении тем больше, чем на большей мощности работал реактор до остановки. Уменьшение реактивности при остановке реактора, обусловленное отравлением Sm-149, значительно меньше глубины йодной ямы, зато в отличие от последней оно сохраняется во времени. Т.е. cнижение реактивности вследствие поглощения нейтронов в активной зоне реактора образующимися продуктами деления (главным образом, Xe-135 и Sm-149). для нестационарных случаев http://elib.biblioatom.ru/text/andrushechko_aes-s-reaktorom-vver-1000_2010/go,146/ в главе 5.3.3 и дальше (слишком много иначе выходит) Скачать 2,4 Mb. Поделитесь с Вашими друзьями:
|