Стационарное отравление Хе

С момента пуска реактора происходит интенсивное накопление ядер Хе¹³⁵. Это объясняется тем, что пока концентрация Хе мала, скорость его убывания также невелика и меньше скорости образования ядер Хе. Однако по мере накопления Хе скорость его убыли постоянно увеличивается и при работе на постоянной мощности наступает равновесие между образованием и убылью.

Отравление реактора, отвечающей равновесной концентрации Хе, называется стационарным.

Баланс ядер I¹³⁵ и Хе¹³⁵ в реакторе описывается системой диф. Ур.

(1,10)

где N_I N_Xe - концентрация ядер I и Хе, соответственно, см^-3 W_Xe и W_I - выход ксенона и иода на одно деление тяжелого изотопа; S_fu макроскопическое сечение деления урана, см^-1; Ф - плотность по­тока тепловых нейтронов, нейтрон/(см²-с); l_Xe l_I - постоянные распада иода и ксенона, с-¹; s _Хе - микроскопическое сечение по­глощения нейтронов изотопом ¹³⁵Хе, см².

Плотность потока тепловых нейтронов по реактору:

где масса U дана в гр, а N в кВт

Где Р- удельная мощность на 1т урана МВт/т

Стационарная концентрация I прямопропорциональна мощности реактора (плотности потока Ф)

, ядер /см³

где W_I-удельный выход I; -постоянная распада; макроскопическое сечение деления топлива, см"¹.

Cтационарная концентрация Хе определяется равновесием между скоростью прибыли Хе из распадающегося I и непо­средственно как осколка деления и скоростью убыли его вследствие радиоактивного распада и поглощения нейтронов:

Временем установления равновесной концентрации I и Хе при практических расчетах можно считать время, когда их концентра­ция достигает значения 90% равновесного, что в данном случае со­ставляет 35-40 ч работы на стационарной мощности.

Накопление ядер I и Хе после пуска реактора происходит по экспоненциальному закону:

где t – время после пуска реактора, часы.

Потеря реактивности при отравлении Хе в любой момент вре­мени tдо установления стационарного значения определяется из соотношений:

(1,15)

Видно, что стационарное отравление Хе зависит от сечения поглощения нейтронов, обогащения топлива и плотности потока нейтронов. При больших нейтронных потоках (Ф>10¹⁴ нейтрон/см²-с) не зависит от Ф:

Для чистого урана 235 = - 5%

Для реакторов на тепловых нейтронах зависимость (1,15) от мощности имеет вид, представленный на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Зависимость стационарного отравления Хе от мощности реактора

Рис. 1.2. Установление стационарного отравления Хе [2]

Рис. 1.3. Стационарное отравление реактора ВВЭР-440 ксеноном

Рис. 1.4. Стационарная концентрация I и Хе в зависимости от плотности потока нейтронов.

Нестационарное отравление Хе¹³⁵

Изменение мощности реактора приводит к нарушению динамического равновесия между ростом и убылью Хе.

Дифференциальные уравнения, описывающие отравление ре­актора ксеноном после остановки, могут быть получены из (1.10) если считать, что в остановленном реакторе Ф=0:

Тогда

t время после остановки реактора, час.

После остановки или снижения мощности происходит вре­менное увеличение концентрации Хе вследствие распада Iи уменьшение выгорания Хе. Соответствующее уменьшение r_зап на­зывается "йодной ямой".

Изменение реактивности после остановки реактора

Время достижения глубины “йодной ямы”

Используя численное значение констант, получим

В реакторах на тепловых нейтронах концентрация Хе достига­ет максимального значения через 8-10 часов.

При оценке эффектов реактивности следует учитывать, что ядерная концентрация Хе в момент максимального отравления включает стационарную концентрацию.

На рис. 1.5 графически представлен процесс нестационарного отравления Хе при остановке реактора.

На рис. 1.6 показан примерный характер зависимости р_Хе(t) для теплового реактора при остановке его на различных мощно­стях.

При расчете "йодной ямы" удобным является следующее со­отношение:

Зависимости А,В, представлены на рис. 1,7

Рис. 1.5. Нестационарное отравление Хе после остановки реактора.

Рис, 1.6. Кривые "йодных ям" для реактора на тепловых нейтронах

Рис. 1.7. К расчету отравления Хе