ОТРАВЛЕНИЕ РЕАКТОРА САМАРИЕМ

Отравление реактора ядрами с сечением поглощения s_a≈10⁴ барн называется шлакованием. К ядрам такого типа относится самарий. Цепочка b-распада:

.

Период полураспада ¹⁴⁹Pr 2,5 минуты.

Изменение концентрации ¹⁴⁹Pm и ¹⁴⁹Sm описывается следующими уравнениями:

;

,

где , - концентрация ядер прометия и самария, см^-3; - выход прометия на одно деление тяжелого изотопа; -макроскопическое сечение деления топлива, см^-1; Ф_t - средняя плотность потока тепловых нейтронов, нейтр/(см²×с); l_Рm - постоянная распада прометия, с^-1; s_Sm - микроскопическое сечение поглощения нейтронов изотопом самария , см².

Для ВВЭР физические постоянные имеют следующие значения: g_Рм=0,011; l_Рм=0,357×10^-5с^-1; s_Sm=6,6×10^-20см².

При условии Ф_t=const (условие постоянства мощности реактора) можно получить аналитическое решение уравнений для N_Sm:

где - равновесная концентрация ядер ¹⁴⁹Sm; - равновесная концентрация ядер¹⁴⁹Pm; N_nSm и N_{п Pm} - концентрации Sm и Pm в момент перехода.

Таким образом, равновесная концентрация ядер самария N_osm не зависит от нейтронного потока и, следовательно, от мощности реактора. Однако мощность реактора определяет время достижения равновесной концентрации ¹⁴⁹Sm

.Равновесная концентрация ядер ¹⁴⁹Sm и стационарное (равновесное) отравление, равное для ВВЭР-1000 – 0,62%, достигаются при работе на стационарной мощности в течение 30 эф.сут.

Изменение мощности реактора с N₁ до N₂ вызывает медленно протекающие переходные процессы, связанные с изменением числа ядер ¹⁴⁹Рm и ¹⁴⁹Sm в активной зоне. Явление снижения реактивности реактора при уменьшении его мощности вследствие нарушения баланса ядер ¹⁴⁹Pm и ¹⁴⁹Sm по аналогии с йодной ямой носит название прометиевая яма. Наибольшая глубина прометиевой ямы (порядка – 0,6%) достигается при сбросе мощности реактора со 100% до нуля, при этом полное превращение образовавшегося ¹⁴⁹Рm в ¹⁴⁹Sm происходит примерно за 15 сут. после сброса нагрузки. За это время к ядрам самария, накопившимся за время работы на мощности, добавляются ядра самария, образовавшиеся из прометия за время останова.

Изотоп ¹⁴⁹Sm стабилен, поэтому при нулевой мощности реактора количество ядер самария остается постоянным. При частичном снижении мощности глубина прометиевой ямы меньше, так как часть накопившегося самария выжигается нейтронами.

Отравление Sm

Kq

Выжигание “излишка” самария, образовавшегося из прометия после останова