Verí nuclear

Un verí nuclear, també cridat un verí de neutrons (Neutron poison en anglés), és una substància en una gran secció eficaç per a l'absorció de neutrons en aplicacions, com els reactors nuclears, en les que esta absorció de neutrons és un efecte indesijable. No obstant, els materials absorbents de neutrons, també cridats verins, són introduïts intencionalmente en alguns tipos de reactors a fi de reduir l'alta reactivitat de la seua càrrega inicial de combustible nuclear. Alguns d'estos verins s'agoten a mida que absorbixen neutrons durant el funcionament del reactor, mentres que uns atres es mantenen relativament constants.

La captura de neutrons per productes de fissió de curt periodo de semidesintegración o vida mija es coneix com a enverinament del reactor, com l'enverinament per xenón. La captura de neutrons per productes de fissió estables o de llarga vida mija es diu 'escoria del reactor'.

Productes de fissió transitoris que actuen com a verins

Artícul principal → Enverinament per xenón.

Alguns dels productes de fissió generats durant una reacció nuclear tenen una capacitat d'absorció de neutrons alta, com el xenón-135 (¹³⁵Xe, 2 000 000 barns) i el samari-149 (¹⁴⁹Sm, 74 500 barns). Degut a que estos dos productes de fissió eliminen neutrons del reactor, són considerats verins que tenen un impacte en l'índex d'utilisació tèrmica i per lo tant sobre la reactivitat. L'enverinament del núcleu del reactor per estos productes de fissió pot aplegar a ser tan greu que la reacció en cadena es detinga.

El xenón-135, en particular, té un trement impacte sobre el funcionament d'un reactor nuclear. L'incapacitat d'un reactor per a reiniciar-se pels efectes del xenón-135 es diu a voltes inici impedit per xenón. El periodo de temps en el que el reactor és incapaç d'anular els efectes del xenón-135 es diu temps mort per xenón o cort per verí. Durant els periodos de funcionament en estat estacionario, a un nivell constant de fluix de neutrons, la concentració de xenón-135 s'acumula fins a aplegar al seu valor d'equilibri per a eixa potència del reactor en unes 40 a 50 hores. Quan la potència del reactor s'incrementa, la concentració inicial de xenón-135 disminuïx degut a que el consum total és major en el nou nivell de potència més alt. Degut a que el 95 % del xenón-135 és producte de la desintegració del yodo-135, que té una vida mija de 6 a 7 hores, la producció de xenón-135 es manté constant; en eixe moment, el xenón-135 alcança un mínim de concentració. La concentració després s'incrementa fins a l'equilibri per al nou nivell de potència en el mateix temps, aproximadament 40 a 50 hores. La magnitut i la taxa de canvi de la concentració durant el periodo inicial de 4 a 6 hores despuix del canvi de potència depén del nivell de potència inicial i de la cantitat de canvi en el nivell de potència; el canvi de la concentració de xenón-135 és major per a un canvi major en el nivell de potència. Quan la potència del reactor es reduïx, el procés s'invertix.

Degut a que el samari-149 no és radiactiu i no s'elimina per radiactivitat, es presenten problemes alguna cosa diferents als trobats en xenón-135. La concentració d'equilibri i (per lo tant l'efecte de l'enverinament) aumenta fins a un valor d'equilibri durant l'operació del reactor en un determini d'al voltant de 500 hores (aproximadament tres semanes), i ya que el samari-149 és estable, la concentració permaneix pràcticament constant durant el funcionament del reactor. Un atre isòtop problemàtic que s'està acumulant és el gadolini-157, en una secció eficaç de 200 000 σ.

Acumulació de verins productes de la fissió

Hi ha molts atres productes de fissió que, com a resultat de la seua concentració i la seua secció eficaç per a l'absorció de neutrons tèrmics, tenen un efecte venenós sobre el funcionament del reactor. Individualment, són de poca importància, pero en conjunt tenen un impacte significatiu. Estan a sovint caracterisats com a verins productes de la fissió en bloc i s'acumulen a una taxa promig de 50 barns per event de fissió en el reactor. L'acumulació de verins productes de fissió en el combustible eventualment conduïx a la pèrdua d'eficiència, i en alguns casos a l'inestabilitat. En la pràctica, l'acumulació de verins en el combustible nuclear del reactor és lo que determina la vida útil de combustible nuclear en un reactor: molt abans de que totes les possibles fissions hagen tingut lloc, l'acumulació de productes de fissió de llarga duració que absorbixen els neutrons amortigua la reacció en cadena. Esta és la raó per la que reprocesamiento del combustible nuclear és una activitat útil: el combustible nuclear sòlit gastat conté aproximadament un 97 % del material fisionable present en el combustible nuclear novament processat. La separació química dels productes de fissió restaura el combustible per a que puga ser utilisat de nou.

Atres possibles enfocaments per a l'eliminació dels productes de fissió inclouen l'ocupació de combustibles sòlits pero porosos que permeten l'escape dels productes de fissió i l'us de combustibles líquits o gaseosos (Reactor de sal fosa, reactor acuoso homogéneu). Estos faciliten el problema de l'acumulació de productes de fissió en el combustible, pero plantegen el problema adicional de l'eliminació segura i l'almagasenament dels productes de fissió.

Atres productes de fissió en una secció eficaç d'absorció relativament alta són ⁸³Kr, ⁹⁵Mo, ¹⁴³Nd, ¹⁴⁷Pm. Per damunt d'esta massa, inclús molts isòtops de número másico parell tenen grans seccions eficaces d'absorció, permetent que un núcleu absorbixca múltiples neutrons un darrere l'atre. La fissió dels actínits pesats produïx més productes de fissió més pesats que entre els lantànits, per lo que la secció eficaç total per a l'absorció de neutrons per productes de fissió és més alta.

En un reactor ràpit la situació d'enverinament per productes de fissió pot variar significativament degut a que la secció eficaç per absorció de neutrons pot diferir entre neutrons tèrmics i neutrons ràpits. En el reactor ràpit refrigerat per plom-bismut RBEC-M, els productes de fissió en neutrons que capturen més del 5 % de les captures totals de productes de fissió són, per orde, ¹³³Cs, ¹⁰¹Ru, ¹⁰³Rh, ⁹⁹Tc, ¹⁰⁵Pd, ¹⁰⁷Pd en el núcleu, en ¹⁴⁹Sm que substituïx a el ¹⁰⁷Pd en el sext lloc en el mant fèrtil.

Vore també

• Reactor nuclear
• Processos nuclears
• Moderador nuclear

Referències

• (Giner de 1993) U.S. Department of Energy (ed.). DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory.