氙中毒，是指由於135Xe具有很大的吸收截面和短的半衰期導致在反應堆啟動後，135Xe的濃度將很快的增加並趨近飽和，而停堆後又將很快的衰變，這些變化將使反應性在短時間內發生較大的變化，給反應堆的運行帶來很多問題。
基本介紹
- 中文名：氙中毒
- 外文名：xenon poisoning
- 原因：鈾裂變
- 分類：反應堆啟動時、停堆、功率變化
- 影響：給反應堆運行帶來影響
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原因
氙-135 是所有裂變產物中最重要的一種同位素，這是因為它的熱中子吸收截面非常大從右圖可知，在中子能量為0.025 電子伏時，氙-135 的微觀吸收截面達2.7×106 靶左右，而且在中子能量為0.08 電子伏處有一個大的共振峰。在熱能範圍內它的平均吸收截面大約為3×106耙。但在高能區，氙-135 的吸收截面隨中子能量的增加而顯著地下降，因而在快中子反應堆中，氙中毒的影響是比較小的。
在鈾-235 核裂變時，氙-135 的直接產額僅為0.0028，但是它的先驅核的直接裂變產額卻很高，它們經過衰變後就形成了氙-135。
影響
由於氙-135具有很大吸收截面和短的半衰期，因而在反應堆起動後，將很快趨近飽和，而停堆後又將很快地衰變，而這將給反應堆的運行帶來許多問題。
種類
氙中毒可以分為反應堆在啟動時氙中毒、停堆以及功率變化時氙中毒。
反應堆啟動時氙中毒
對一個新的堆芯，碘-135 和氙-135 的初始濃度都等於零。若反應堆在t=0時刻開始啟動，並且很快就達到了滿功率，那么，就可以近似地認為在t=0 時刻中子通量密度瞬時得達到了額定值，並且一直保持不變。
反應堆啟動後，碘-135 和氙-135 的濃度都隨著運行時間的增加而增加。當反應時間足夠長時，碘-135 和氙-135都達到了平衡（或飽和）濃度。即碘-135 和氙-135 核的產生率正好等於其消失率，因而它們的濃度將保持不變。
反應堆在穩定功率狀態下，正如所預期那樣，運行很短時間約40 小時之後，碘-135 和氙-135的濃度已經很接近它們平衡濃度了。
停堆後氙中毒
1、過程
在反應堆運行時，氙-135 的產生有兩條途徑，即由燃料核裂變直接產生氙-135 和由碘-135 的β-衰變而生成氙-135。前者與反應堆的中子通量密度值有關。由於氙-135 的裂變產額比較小，而且只要反應堆運行2 日以後，碘-135 以達飽和濃度，這時氙-135 主要是由碘-135 衰變產生的。氙-135的消失也有兩條途徑，即由於氙-135 吸收中子和氙-135 的β- 衰變而消失。
前者也與反應堆的中子通量密度有關。當反應堆中平均熱中子通量密度值為0.756×1017中子/米2·秒的時候，由氙-135 吸收中子與由氙-135 的 β- 衰變所引起的消失率兩者剛好相等。但在動力熱中子反應堆中，平均熱中子通量密度一般都大於這個值，因此在正常功率運行時，氙-135 的消失主要是靠吸收中子而消失。
在反應堆停堆後，中子通量密度突然近似地降為零，裂變對氙-135 的直接產生率也近似等於零。但堆記憶體在的碘-135 繼續衰變成為氙-135，而氙-135 卻不再由吸收中子而消失，它只能通過β- 衰變而消失。另一方面由於氙-135 的半衰期大於碘-135 的半衰期，因而在停堆後的一段時間內，氙-135 的濃度將要反而增加。但是，由於在停堆後沒有新的碘-135 產生，碘-135 的濃度將由於衰變而逐漸地減小，因此，氙-135 的濃度不會無限地增加下去，當它達到某一極值後，氙-135 的濃度將逐漸地減小。
2、影響因素
從停堆前後氙-135 濃度和剩餘反應性隨時間變化的示意圖可知，停堆後氙-135 的濃度先是增加到最大值，然後逐漸地減小；剩餘反應性隨時間變化則與氙-135 濃度的變化剛好相反，先是減小到最小值，然後逐漸增大，通常把這一現象稱為“碘坑”。因為這一現象主要是由於停堆後碘-135 繼續衰變成氙-135所引起的。
從停堆時刻開始到剩餘反應性又回升到停堆時刻的值時所經歷的時間稱為碘坑時間，以t1 表示。在碘坑期內，若剩餘反應性還大於零，則反應堆還能靠移動控制棒來啟動，這段時間稱為允許停堆時間，以tp表示。若過剩反應性小於或等於零，則反應堆無法啟動，這段時間稱為強迫停堆時間。
停堆後氙中毒變化還與停堆方式有關。如果不是採取突然停堆的方式而是採取用逐漸的降低功率的方式來停堆，那末，因為有一部分氙-135 和碘-135 在停堆過程中吸收中子和衰變而消耗掉了，相當於在較低的功率下停堆。所以停堆後的碘坑深度要比突然停堆方式所引起的碘坑深度得多。如果在停堆後還存在大量氙-135 的情況下有重新啟動反應堆，那末，由於中子通量密度突然增加，氙-135 密度將大量被吸收，它的濃度很快地下降，因而氙中毒迅速地減小
這時將出現正的反應性效應，堆內的剩餘反應性很快地增加，原來作為啟動用而提起的控制棒有要插到足夠的深度，以補償由於氙-135 濃度減小而引起的反應性增加。
功率變化時氙中毒
假使反應堆在穩定功率下運行了一段時間，而在某時刻突然改變它的功率，相應熱中子通量密度變化。堆芯內的碘-135 和氙-135 的濃度也要發生改變。
當反應堆功率改變後，碘-135 和氙-135 的濃度與功率變化的中子通量密度值有關。反應堆變化前後碘-135 濃度、氙-135 濃度和剩餘反應性隨時間的變化的曲線形狀與突然停堆的情況很相似，只是在變化程度上有差別。但當功率突然升高，碘-135、氙-135 濃度和剩餘反應性隨時間變化與功率突然下降的情況剛好相反。這時將出現正的反應性引入。
