Отравление реактора

С этим странным явлением столкнулись уже при пуске первого Ханфордского промышленного реактора (т.е. реактора для накопления Pu₉): после перевода реактора на большую мощность реактор отравлялся, отказывался работать. Чем больше мощность, тем больше отравление (приходится извлекать поглощающие стержни).

Уже через несколько дней Энрико Ферми удалось отыскать причину столь непонятного явления. Оно вызывается осколками, выделяющимися при делении (их назвали шлаками).

Шлаки удалить из активной зоны практически невозможно, и они остаются там до самого конца работы активной зоны.

Среди осколков деления есть 2 с громадным сечением поглощения:

1. ¹⁴⁹Sm (_а = 50000 барн) – его относительно немного;

2. ¹³⁵Xe (_а = 2750000 барн!) – представляет наибольшую опасность.

Вот как появляется Xe в реакторе:

Te¹³⁵(вероятность выхода  6%)  ¹³⁵J  ¹³⁵Xe  Cs¹³⁵  Ba¹³⁵.

2 мин. 9,7 ч. 13,4 ч.

Теллур распадается быстрее, поэтому считают, что Xe образуется из иода.

Если бы Xe не удалялся из активной зоны, то работа реактора на большой мощности была бы невозможной. Но есть 2 пути вывода Xe:

1. распад ¹³⁵Xe  ¹³⁵Cs;

2. ¹³⁵Xe + n  ¹³⁶Xe (выгорание ксенона).

Чем больше мощность реактора, тем больше концентрация Xe – но до определенного уровня, сверх которого концентрация Xe уже не возрастает. Это и есть стационарное отравление ксеноном .

При быстрой остановке реактора происходит увеличение количества Xe за счет распада иода, поэтому сразу реактор запустить нельзя, т.к. он попадает в так называемую иодную яму. Только через 1-2 суток можно снова запустить реактор.

На атомном ледоколе для предотвращения попадания в иодную яму загружают дополнительный уран.

Воспроизводство ядерного топлива

Из урана-238 и тория-232 в ядерном реакторе можно получить новые делящиеся изотопы – плутоний-239 и уран-233:

а) U₈ + n → U₉ → Np₉ +   Pu₉ + 

23,5мин 2,33дня

б) Th₂ + n → Th₃ → Pa₃ +   U₃ + 

23,3мин 27,4дня

Коэффициент воспроизводства ядерного топлива КВ – это отношение скорости накопления нового делящегося изотопа к скорости выгорания исходного топлива.

Основные типы энергетических реакторов

Теплоноситель Замедлитель	H2O	Газ	D2O	Жидкий метал
H2O	+	-	-	-
Графит	+	+	-	-
D2O	+	+	+	-
Нет	-	+	-	+

Знаком “ +” отмечены целесообразные практические сочетания.

а) в легко водных реакторах целесообразно в качестве теплоносителя использовать только воду (газ имеет малую плотность, D₂O – дорогая, Na нельзя использовать с водой);

б) в графитовых реакторах можно взять воду и газы. Но водографитовый реактор – канального типа, а водо-водяной - корпусного;

в) тяжеловодные реакторы – могут быть канального или корпусного типа (но даже с D₂O – как правило, канального типа);

г) в реакторах на быстрых нейтронах – только Na (высокий удельный теплосъем). Ведутся интенсивные поиски других вариантов.