Dynamika Xe-135 — zatrucie ksenonowe reaktora

Artykuły: Typy reaktorów.

Ten kalkulator pokazuje zatrucie ksenonowe, czyli wpływ Xe-135 na pracę reaktora po zmianach mocy lub po wyłączeniu. Najważniejsze jest to, że w reaktorze powstają produkty rozszczepienia, a niektóre z nich bardzo silnie pochłaniają neutrony. Narzędzie liczy równowagę I-135 i Xe-135 oraz pokazuje, jak po SCRAM ksenon może najpierw wzrosnąć, a dopiero później zaniknąć. Dzięki temu można zrozumieć, dlaczego ponowne uruchomienie reaktora po wyłączeniu może być ograniczone przez fizykę produktów rozszczepienia. Model zakłada jednorodny strumień i prosty układ I-Xe, więc nie opisuje przestrzennego rozkładu mocy w rdzeniu.

Uwaga fizyczna: reaktywność zatrucia ρ_Xe i czas szczytu t_szczyt są niezależne od wzbogacenia i gęstości atomowej — obie wielkości wchodzą jednocześnie do licznika (przez N_Xe) i mianownika (przez Σ_f) wzoru ρ = −σ_a,Xe·N_Xe/(ν·Σ_f) i znoszą się wzajemnie przy wysokim strumieniu. Wzbogacenie i gęstość atomowa U wpływają natomiast na bezwzględne stężenia N_I i N_Xe (at/cm³) oraz na nadwyżkę reaktywności reaktora (k_∞−1), która decyduje o możliwości restartu po szczycie ksenonowym.

Strumień neutronów φ [n/cm²/s]

PWR typowy: 3×10¹³. BWR: 1–2×10¹³. RBMK Czarnobyl: ~2×10¹³. Jedyny parametr wpływający na ρ_Xe i t_szczyt.

Wzbogacenie U-235 [%]

Wpływa tylko na bezwzględne N_I, N_Xe [at/cm³], nie na ρ_Xe.

Gęstość atomowa U w paliwie [at/cm³]

UO₂ typowe: 2,317×10²² at/cm³. Jak enr — wpływa tylko na N_Xe [at/cm³].

Czas symulacji po SCRAM [h]

Wpływa na skalę wykresu i wiersz „N_Xe po X h" w wynikach. Nie zmienia ρ_Xe ani t_szczyt. Typowo 48–72 h (czas trwania jodowego pit).

Margines reaktywności dostępny do restartu [pcm]

Dydaktyczny zapas reaktywności, który operator lub projekt reaktora może przeciwstawić zatruciu ksenonowemu. Jeśli |ρ_Xe| jest większe od tej wartości, restart traktujemy jako zablokowany.

Resetuj

Dane źródłowe i granice precyzji

Ksenon i samarium

I-135	ENDF/B decay: tak; JEFF decay: tak; Ycum U-235=0.0628; ORIP/TORI neutrony: brak sigma_a/RI
Xe-135	ENDF/B decay: tak; JEFF decay: tak; Ycum U-235=0.0654; ENDF/B σ(1 MeV)=0.0125 b; ORIP/TORI neutrony: sigma_a=2.650e+6 b
Pm-149	ENDF/B decay: tak; JEFF decay: tak; Ycum U-235=0.0108; ENDF/B σ(1 MeV)=0.1057 b; ORIP/TORI neutrony: sigma_a=1400 b
Sm-149	ENDF/B decay: tak; JEFF decay: tak; Ycum U-235=0.0108; ENDF/B σ(1 MeV)=0.2299 b; ORIP/TORI neutrony: sigma_a=40140 b, RI=13.82 b

Co to wnosi: obecne stałe I-135/Xe-135 można audytować względem ENDF/B i JEFF, a kalkulator zawiera już jawny model Pm-149/Sm-149. Nadal jest to model jednogrupowy: nie zastępuje obliczeń widmowych ani historii wypalenia.

Audyt modelu: Dynamika Xe-135

Kalkulator rozwiązuje układ I-135 -> Xe-135 dla prostych scenariuszy mocy i odstawienia. Wynik pokazuje mapę okna restartowego dla wielu marginesów reaktywności.

Najważniejsze uproszczenia

Historia mocy jest ograniczona.
Reaktywność jest wyprowadzona przez uproszczone przełożenie koncentracji na zatrucie.
Mapa restartu zmienia margines, ale nie rozwiązuje równocześnie termohydrauliki i ruchu prętów.

Co można liczyć dokładniej

Dodać dowolny harmonogram mocy.
Połączyć wynik z keff jako margines reaktywności.
Dodać Sm-149 i porównanie z wpływem ksenonu.
Presety reaktorów mogą trafić do nowej bazy pomocniczej.