Xenon vergiftiging

Xenon vergiftiging, ook wel pit jodium tijdelijke deactivering van een kernreactor gevolg van de accumulatie van nucleaire vergiften korte halfwaardetijd in de reactorkern. De hoofdverantwoordelijke voor dit fenomeen isotopen van jodium-135 en xenon-135, die een hoge effectieve neutronenabsorberend sectie hebben. De aanwezigheid in de reactor is een van de belangrijkste redenen voor spanningsfluctuaties in de reactie die optreedt wanneer de positie van de stuurstangen veranderd.

De accumulatie splijtingsproducten lage halveringstijd, die neutronen en als vergiften opnemen kernreactor, genaamd xenon vergiftiging of vergiftiging. De accumulatie van giftige of langdurige stabiele, die ook absorbeert neutronen, zogenaamde uitschot van de reactor.

Desintegratie en opbrand van splijtingsproducten

Een van de meest voorkomende producten van kernsplijting is tellurium-135, die beta-verval ondergaat met een halfwaardetijd van 19 seconden tot jodium-135 te geven. Het zich ophoopt in de reactor volgens een snelheid evenredig aan de splijting snelheid, die op zijn beurt evenredig is met het thermisch vermogen van de reactor. Jodium-135 ondergaat beta verval met een halfwaardetijd van 6.57 uur tot xenon-135 te geven. Xe prestaties voor uranium splijting is 6,3%; ongeveer 95% van xenon-135 bij de ontbinding van jodium-135. Xe isotoop heeft een hoge dwarsdoorsnede voor thermische neutronen, 2,6 x 10 schuren, die als een neutron absorber of "vergiftigen" die kunnen vertragen of stoppen de kettingreactie na een bedrijfsperiode. Dit werd waargenomen in de eerste kernreactoren gebouwd door het Amerikaanse Manhattan Project voor de productie van plutonium. Met het oog hierop hebben ontwerpers stappen in het ontwerp om de reactiviteit van de reactor te verhogen. De vergiftiging van de reactor door Xe een belangrijke rol gespeeld bij de ramp in Tsjernobyl.

Xenon-135 is de meest krachtige neutron absorber bekend. Accumulatie in de splijtstofstaven vermindert de reactiviteit van de reactorkern. Neutron Capture, Xe-135 getransformeerd met xenon-136, die stabiel en neutronen niet kunnen absorberen. Speed ​​"verbrand" is evenredig met neutronen die evenredig is reactorvermogen. Een reactor werken bij tweemaal de stroom zal de snelheid van "verbranding" Xenon verdubbelen.

De xenon-135 vervalt door bèta-emissie met een halfwaardetijd van 9,2 uur cesium-135 te geven; een kern van reactor vergiftigd spontaan herstellen na verschillende halfwaardetijden. Voor bepaalde reactoren, de concentratie van Xe gelijk aan zijn evenwichtsconcentratie op vol vermogen. Na 3 dagen van sluiting, kan de kern worden verondersteld vrij van Xe te zijn, zonder rekenfouten voeren reactiviteit.

Het verhogen van de concentratie van Xe in het uitschakelen van de reactor kan reactiviteit genoeg om de reactor effectief verlamde verminderen. Omdat er niet voldoende te compenseren voor neutronen- absorptie door Xe, of de geaccumuleerde xenon verbranden de reactor in gesloten toestand wordt gehandhaafd gedurende 1 of 2 dagen tot voldoende Xe kernen desintegreren. Het onvermogen van de reactor wordt hernieuwd in deze toestand heet xenon beginnen voorkomen of vallen in een put van jodium; de duur van deze situatie staat bekend als dood door vergiftiging xenon snijden of jodium goed diepte tijd. Vanwege het risico van deze situaties, in het begin Russische nucleaire industrie vele reparatiewerkzaamheden werden operationele reactoren want downtime dan een uur zou leiden tot de accumulatie van xenon kon de reactor off-line te houden significant weer, een lagere productie van waardevolle wapens plutonium-239, en te motiveren een onderzoek door een commissie en bestraffing van de exploitanten.

Trillingen van xenon-135 concentratie

De onderlinge afhankelijkheid tussen de accumulatie van Xe en neutronen kan leiden tot periodieke schommelingen in de macht. In grote reactoren met weinig neutronenflux koppeling tussen regio's, kan de niet-uniformiteit van de stroming leidt tot de vorming van oscillaties in xenon concentratie periodische variaties van de reactor macht kern bewegen door een periode van ongeveer 15 uur. Een lokale variatie van neutronen veroorzaakt een verhoogde verbranding van Xe en I productie, uitputting van Xe verhoogt de reactiviteit in het centrale gebied. De plaatselijke energiedichtheid kan veranderen met een factor drie of meer, terwijl de gemiddelde reactortemperatuur vermogen blijft nagenoeg onveranderd. Een sterke negatieve temperatuurcoëfficiënt reactiviteit vanwege de demping van deze oscillaties, en dit is een gewenst kenmerk in reactortypes.

Xenon vergiftiging gedrag of jodium put

De reactiviteit van de reactor na uitschakeling eerste verlaagt en verhoogt dan weer, in de vorm van een pot of een val, die de naam "jodium pit" geeft. De mate van vergiftiging, en de diepte van de put of val en de overeenkomstige duur van de aanslag, afhankelijk neutronenflux voordat afsluiten. De goed prestaties jodium niet waargenomen in reactoren met neutronenflux dichtheid dan 5 × 10 neutronen /, als het Xe voornamelijk wordt geëlimineerd door desintegratie plaats van neutronenvangst. Als de kern reactiviteit reserve doorgaans beperkt tot 10% Dk / k, thermische reactoren hebben de neiging om een ​​neutronenflux maximum van ongeveer 5 · 10 neutronen / gebruiken, te herstarten problemen na uitschakeling te voorkomen.

Veranderingen in de concentratie van Xe in de reactorkern na off worden bepaald door de geschiedenis van kortdurende vermogen van de reactor en daarna door verschillen in de halfwaardetijd van de isotopen die prijzen haar reguleert productie en verwijdering. Indien R groter is dan de activiteit van Xe, zal Xe concentratie stijgen, en vice versa.

Tijdens bedrijf van de reactor op een bepaald vermogensniveau wordt een seculaire evenwicht opgericht in 40-50 uur, wanneer de snelheid van productie van jodium-135, desintegratie geven xenon-135 en verbrand om xenon-136 geeft en desintegratie cesium-135 houden constant de hoeveelheid xenon-135 in de reactor voor een bepaald vermogensniveau.

De evenwichtsconcentratie van I evenredig met neutronenflux φ. De evenwichtsconcentratie van Xe hangt echter zeer weinig neutronen stroom φ & gt; 10 neutronen /.

De verhoging van de reactor kracht en verhoogde neutronenflux produceren een toename van de productie van I en Xe consumptie. Ten eerste, de xenon concentratie afneemt, dan langzaam stijgt weer tot een nieuw evenwicht niveau waarop overtollige ik uiteenvalt nu. Tijdens een typische vermogenstoename 50-100%, de concentratie van Xe valt gedurende ongeveer 3 uur.

Het verminderen van de lage reactor macht de productie van nieuwe atomen ik, maar vermindert ook de verbranding tarief Xe. Een tijd accumuleert Xe volgens de beschikbare hoeveelheid I, toen de concentratie afneemt totdat een evenwicht in het vermogen van de reactor. De maximale concentratie van Xe treedt op na ongeveer 11,1 uur derate en evenwicht wordt bereikt na 50 uur. Een totale sluiting van de reactor is een extreem geval van declassering.

Voorzorgsmaatregelen ontwerp

Met voldoende gezag om reactiviteit beschikbaar te controleren, kan de reactor worden hernieuwd, maar een voorbijgaande xenon off moet zorgvuldig worden beheerd. Wanneer de regelstaven verwijderd en de kritische massa \ kritikaliteit is bereikt, de neutronenflux toe met vele ordes van grootte en Xe begint neutronen absorberen en omgezet naar Xe. De reactor maakt gebruik van de nucleaire gif. Wanneer dit gebeurt, het verhoogt de reactiviteit en de regelstaven moet geleidelijk worden teruggeplaatst of de reactor vermogenstoename. De tijdconstante van deze tijdelijke verbruik afhankelijk van het reactorontwerp, de geschiedenis van het vermogensniveau van de reactor in de voorafgaande dagen, en de nieuwe configuratie van de macht. Voor een typische stroom van 50% tot 100% vermogenstoename de concentratie Xe valt in ongeveer 3 uur.

Fysiek grote reactoren, bijvoorbeeld de RBMK afmetingen kunnen storingen voor belangrijke uniformiteit van de concentratie van xenon door de kern. De controle van dergelijke planten, niet uniform vergiftigd, vooral bij laag vermogen, is een moeilijk probleem. De rampzalige ongeluk van Tsjernobyl was het resultaat van een poging om de reactor te beheren vanuit een vergiftigde staat van niet-uniforme manier.

Het effect van de put jood of xenon vergiftiging moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van reactoren. Hoge waarden van vermogensdichtheid, die leiden tot een hoge productie tarieven van de splijtingsproducten en dus hogere concentraties van jodium, vereisen een grotere hoeveelheid van de verbruikte splijtstof en het verrijken van de zelfde te compenseren. Zonder deze reserve reactiviteit een reactor shutdown voorkomt herstart voor enkele tientallen uren totdat ik / Xe vergaat vrij niveau, met name vlak voor de vervanging van verbruikte splijtstof voor nieuwe brandstof.

Vloeibare brandstof reactoren niet ontwikkelen inhomogeniteiten xenon omdat de brandstof vrij kan worden gemengd. Bovendien, het experiment gesmolten zout reactor volgde dat de nevel van vloeibare brandstof in druppels door een gasruimte tijdens recirculatie toestaan ​​het xenon en krypton brandstof verlaat zouten. De bescherming van de xenon-135 neutron exposure betekent ook dat de reactor produceren meer cesium-135, een product van langlevende splijtingsproducten.

(0)
(0)
Vorige artikel Nia Peeples
Volgende artikel Rebecca Schaeffer

Commentaren - 0

Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha