El pozo de yodo , o pozo de xenón , es el estado de un reactor nuclear después de que se apaga o se reduce su potencia, caracterizado por la acumulación del isótopo de xenón de vida corta 135 Xe ( vida media 9,14 horas), resultante de la radiación desintegración del isótopo de yodo 135 I (vida media 6,57 horas). Este proceso conduce a la aparición temporal de una importante reactividad negativa que, a su vez, imposibilita llevar el reactor a su capacidad de diseño durante un período determinado (alrededor de 1-2 días).
El pozo de yodo es una de las manifestaciones del llamado "envenenamiento" de un reactor nuclear , que es una de las principales dificultades que hacen que sea problemático operar una planta de energía nuclear en un modo de potencia de salida en constante cambio. El funcionamiento del reactor durante el envenenamiento por xenón fue uno de los factores que influyeron en el desarrollo del accidente de Chernóbil . Para trabajar en modo de maniobras junto con una planta de energía nuclear, es posible construir una planta de energía de almacenamiento por bombeo , como, por ejemplo, en el Complejo Energético del Sur de Ucrania .
En el proceso de fisión de núcleos de uranio , durante el funcionamiento de un reactor nuclear, entre otros productos de fisión , se forma un isótopo radiactivo de yodo 135 I. Como resultado de la desintegración β con una vida media de 6,57 horas, se convierte en el isótopo de xenón 135 Xe. Este isótopo también es radiactivo, pero su vida media es más larga: 9,14 horas. 135 Xe absorbe muy bien los neutrones. Los neutrones que absorbe, obviamente, no pueden participar en la reacción en cadena de la fisión del uranio, por lo que la presencia de 135 Xe reduce el margen de reactividad del reactor. En un reactor que opera a alta potencia, la pérdida de 135 Xe está determinada por su decaimiento radiactivo y "quemado" como resultado de la captura de neutrones.
| 235U o 239Pu _ | → | 135 Te | → | 135 yo | → | 135 xe | → | 135Cs_ _ | → | 135 Ba |
| división (6,4%) | β (19,2 s) | β (6,53 horas) | β (9,17 horas) | β (2,6 millones de años) |
o
| 135 xe | → | 136 Xe |
| σ ≈ 3 10 6 barn (para neutrones térmicos ) |
Después de que se apaga el reactor, la densidad de flujo de neutrones φ en el núcleo se vuelve prácticamente igual a cero. El cambio en la concentración de 135 Xe en la zona activa del reactor cerrado está determinado por la diferencia en las tasas de desintegración β de 135 I y 135 Xe. Durante 1 s , λ I N I aparece en 1 m³ de combustible nuclear y λ Xe N Xe de 135 núcleos Xe se desintegra . Si la actividad de 135 I es mayor que la actividad de 135 Xe ( λ I N I > λ Xe N Xe ), entonces aumenta la concentración de 135 Xe en el núcleo, y viceversa.
La concentración de equilibrio de yodo-135 N 0I en un reactor en funcionamiento es proporcional al valor de φ , mientras que la concentración de equilibrio de xenón-135 N 0Xe depende poco de él a φ > 10 17 neutrones/(m²·s) . Como resultado, a una densidad de flujo φ > 10 17 neutrones/(m²·s), el valor de N 0I se vuelve mayor que N 0Xe . Dado que la constante de decaimiento λ I > λ Xe , luego en un cierto intervalo de tiempo después de la parada del reactor λ I N I > λ Xe N Xe . Por lo tanto, la concentración de 135 Xe en el reactor detenido crece inicialmente hasta que las actividades de 135 I y 135 Xe se igualan (es decir, hasta que se cumple la condición de equilibrio secular). Después de eso, la desintegración de 135 I ya no compensa la pérdida de 135 Xe, y la concentración de este último comienza a disminuir junto con el yodo.
La figura muestra el cambio en la concentración N Xe ( t ) y la reactividad ρ del reactor en parada, si la densidad de flujo φ en el reactor en funcionamiento antes de la parada era igual a 10 18 neutrones/(m²·s). El envenenamiento máximo , que se produce 11 horas después de la parada del reactor, aumenta con el aumento de la densidad de flujo de neutrones φ .
La reactividad del reactor de parada primero cae, alcanzando un mínimo en la concentración máxima de xenón, y luego aumenta. La curva de reactividad tiene forma de pozo, y el aumento del envenenamiento tras la parada del reactor está asociado a la acumulación de 135 I en el reactor en funcionamiento. Por lo tanto, el efecto del envenenamiento sobre la reactividad de un reactor apagado se denomina pozo de yodo . No se observa en reactores con una densidad de flujo de neutrones φ < 10 17 neutrones/(m²·s) .
Al diseñar un reactor, se tiene en cuenta el efecto del pozo de yodo. Los valores altos de potencia específica requieren un aumento adicional en la carga de combustible nuclear para compensar el pozo de yodo. De lo contrario, será imposible encender el reactor apagado (especialmente al final de la campaña ) durante varias decenas de horas, hasta que se produzca la descomposición casi completa de 135 Xe en el núcleo.