¿Por qué el Xenón actúa como retroalimentación positiva en una reacción en cadena de fisión?

Lo que su libro está tratando de explicar es que Xe-135 tiene un bajo rendimiento de fisión independiente y, en su lugar, se produce principalmente de forma acumulativa por la descomposición de otros productos de fisión en masa de 135 como I-135 (cuya vida media es de 6.7 horas). Una consecuencia de esto es que un aumento rápido de la potencia de neutrones “quemará” Xe-135 mediante la captura de neutrones más rápido de lo que puede reponerse de la cadena de descomposición de la masa-135 aguas arriba , lo que lleva a una reactividad positiva transitoria. Si el coeficiente de reactividad de potencia local o general se vuelve positivo en parte a través de este efecto, puede ocurrir inestabilidad de control y es posible una excursión de potencia, y eso es probablemente lo que su texto implica al llamar al efecto “no deseable”.

Si se lleva a cabo una disminución o apagado de energía, en lugar de aumentar, Xe-135 deja de quemarse inmediatamente, pero sus precursores (yodo y teluro) continúan decayendo, lo que hace que su concentración aumente. El reactivo transitorio que lo acompaña, el “pozo de yodo”, es negativo en este caso y puede, de hecho, evitar que el reactor se reinicie o forzar la operación de una naturaleza peligrosa (es decir, desacreditar la criticidad en los extremos de bajo flujo del núcleo, retirada de absorbentes negros permanentes con un aumento en el coeficiente de reactividad vacío, etc.

El xenón es algo desagradable en un reactor. Al principio se acumula y aumenta durante horas, y absorbe los neutrones proporcionalmente a su concentración. Entonces, la salida del reactor baja y baja y los controladores tienen que seguir tirando de las barras de control hacia afuera y afuera. Después de unos días, la cantidad de xenón ha alcanzado una meseta, donde se está creando la misma cantidad que se está destruyendo. Ahora, si baja el nivel de potencia insertando algunas barras de control, el Xenón comienza a decaer más rápido de lo que se está creando, por lo que la cantidad neta de neutrones absorbidos disminuye y la potencia del reactor aumenta.

Por lo tanto, no desea realizar cambios rápidos de potencia en un reactor. Hacer un cambio rápido fue lo que metió en problemas al reactor de Chernobyl. Eso y las barras de control locas que usaron, que aumentan la reactividad cuando se presionan por primera vez, todo eso llevó a una explosión bastante grande.

Me estoy animando al 100% de potencia yk = 1, soy crítico. Aproximadamente el 3% de mi balance de neutrones se está gastando en absorciones de xenón 135. Estoy en equilibrio de tal manera que cada uno de estos átomos xe135 que absorbe un neutrón es reemplazado por una desintegración de I135.

Luego aumento la potencia un poco.

La tasa de descomposición de I135 no cambia de inmediato: el inventario de I135 se ha acumulado en las últimas 30 o 40 horas. En consecuencia, la tasa de átomos de Xe135 producidos por las desintegraciones de I135 es un poco “pegajosa”. Al principio no cambia mucho (la constante de desintegración no cambia y el número de átomos de I135 no cambia).

Pero, la absorción de Xe135 aumenta de inmediato. En consecuencia, comenzamos inmediatamente a reducir el número de átomos de Xe135: estamos absorbiendo más pero produciendo el mismo número.

Digamos que mantenemos el nivel de potencia basado en el movimiento de la barra de control con la nueva potencia, ligeramente más alta. Eventualmente, el inventario de I135 aumentará hasta que alcancemos un nuevo equilibrio; eventualmente, el número de I135 aumentará, la tasa de descomposición a Xe135 aumentará y el núcleo alcanzará un nuevo equilibrio a un nivel más alto de I135 y un nivel más alto de Xe135.

Por lo tanto, la retroalimentación Xe135 a corto plazo es positiva pero a largo plazo es negativa.

Esto puede conducir a una oscilación, si lo piensa, si no usa otra cosa para controlar el núcleo.

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