Йодная яма и самариевая смерть реактора
Теория управления ядерным реактором сложна.
Начну я, пожалуй, с самого известного - с йодной ямы (она же ксеноновое отравление).
Как вы уже, возможно, знаете, цепная реакция деления заключается в том, что один нейтрон делит ядро топлива, при делении появляется несколько нейтронов, из которых как минимум один должен также поучаствовать в делении, чтобы реакция продолжалась.
Ядро топлива, в которое влетел нейтрон - делится. Делится на 2 части, и делится обычно неравномерно. Не буду писать заумь про двугорбую кривую распределения осколков деления, просто напишу что элементы при делении появляются - самые разные. Как вариант - появится изотоп йода-135. Это нестабильный изотоп, путём испускания электрона он, с периодом полураспада в 6.7 часов, распадается в ксенон-135 . И вот тут у нас возникает проблема. Ксенон-135 является материалом, который очень хорошо поглощает нейтроны, а значит, при его накоплении в реакторе количество бесполезно поглощенных нейтронов увеличивается.
Притом, при работе реактора на постоянной мощности, нарабатывающийся ксенон постоянно расстреливается нейтронами, заставляя нас лишь компенсировать потерю реактивности (а значит, и мощности) небольшим подъемом стержней, образно говоря. Самая засада наступает при значительном снижении мощности или останове реактора, когда реактор уже поработал и наработал много йода и ксенона.
При этом нейтронный поток в реакторе снижается - а значит ксенон выгорает хуже и его становится больше. А вот йода у нас и так запасено с избытком, а значит и ксенона, получающегося из него, со временем станет еще больше. Спустя несколько часов ксенон станет поглощать слишком много нейтронов, стержни поднимать еще выше уже не получится и реактор придется заглушить.
Спасибо природе, что ксенон, в итоге, распадается сам, с периодом полураспада в 9.2 часа. Учитывая, что для более-менее полного распада паразита-ксенона требуется не менее 2-3 периодов полураспада, то реактор мы не сможем запустить около суток-двух. Всё это время реактор, отравленный ксеноном, будет находиться в йодной яме.
Еще у нас в реакторе при делении ядра урана может появиться прометий-149. Он тоже распадается, в самарий-149. И вот с самарием - засада. Он тоже поглощает нейтроны (но не так хорошо как ксенон, хоть на этом спасибо). Но! Самарий не распадается сам по себе. Он стабилен. На мощности, он, конечно, расстреливается нейтронами, но при останове реактора способен натворить делов.
Если реактор поработал, топливо уже подвыгорело и накопились различные шлаки, то при останове реактора накопление самария вполне способно "добить" реактор. Запустить его у нас уже не получится, пока мы не заменим топливо (или часть топлива) на свежее, что позволит нам скомпенсировать влияние накопившегося самария. Это явление называется прометиевый провал , или, что звучит интереснее, самариевая смерть реактора.
Бонусом - красивая картинка того, что скрывается под плитным настилом РБМК. Да, это пробка канала. В ту, что с дырочкой (слева) можно вставить тонкий длинный датчик нейтронного потока, в ту, что справа, соответственно, нельзя :)
