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 ¹⁴⁹ Pr 2, 5 минуты.

Изменение концентрации ¹⁴⁹ Pm и ¹⁴⁹ Sm 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 ¹⁴⁹ Sm; - равновесная концентрация ядер¹⁴⁹ Pm; 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.