L'enverinament per xenó és un fenomen que passa durant el funcionament dels reactors nuclears que afecta la reactivitat del reactor i, en conseqüència, la seva seguretat i eficiència.
Aquest concepte està íntimament relacionat amb els processos nuclears interns del reactor, en particular amb la formació i la desintegració de certs isòtops generats durant la fissió nuclear.
Què és l'enverinament per xenó?
L'enverinament per xenó es refereix a l'acumulació de xenó-135 (¹³⁵Xe) al nucli del reactor.
Aquest isòtop és un producte secundari de la fissió nuclear i té una capacitat extremadament alta per absorbir neutrons, cosa que redueix la reactivitat del reactor. La reactivitat, en aquest context, mesura la capacitat del reactor per sostenir una reacció en cadena.
Quan s'acumula massa xenó-135, pot arribar a "enverinar" el nucli en absorbir neutrons que altrament impulsarien la reacció nuclear.
El xenó-135 té una secció eficaç (una mesura de la seva propensió per capturar neutrons) d'aproximadament 2 milions de barns, fet que el converteix en un dels absorbents de neutrons més potents coneguts.
Aquesta propietat fa que fins i tot petites quantitats de xenó-135 puguin tenir un impacte significatiu a l'operació del reactor.
Com es genera el xenó-135
El xenó-135 es forma a través de dos camins principals:
- Desintegració del iode-135 Durant la fisíó nuclear, es produeixen isòtops com el iode-135 (¹³⁵I), que té una vida mitjana d'aproximadament 6,57 hores. Aquest isòtop es desintegra mitjançant emissió beta per formar xenó-135.
- Producció directa Una petita fracció del xenó-135 es produeix directament durant la fisíó del combustible nuclear.
Un cop generat, el xenó-135 pot seguir dos camins:
- Absorbir un neutró i convertir-se en xenó-136, un isòtop estable.
- Desintegrar-se mitjançant emissió beta amb una vida mitjana de 9,2 hores per formar cesio-135 (¹³⁵Cs).
La concentració de xenó-135 al reactor depèn d'un equilibri complex entre la seva producció i eliminació.
Efectes de l'enverinament per xenó a l'operació del reactor
L'enverinament per xenó té diversos efectes importants en l'operació del reactor:
- Reducció de la reactivitat Quan la concentració de xenó-135 augmenta, l'absorció de neutrons incrementa, la qual cosa disminueix la reactivitat. Això pot dificultar el control del reactor, especialment durant canvis a la potència.
- Efecte de post-parada : Després que un reactor s'apaga, la concentració de xenó-135 augmenta a causa de la desintegració del iode-135 residual. Aquest augment pot impedir que el reactor es reiniciï immediatament, un fenomen conegut com a “verí transitori”.
- Oscil·lacions de potència En reactors de grans dimensions, com els reactors d'aigua en ebullició (BWR), l'enverinament per xenó pot causar oscil·lacions de potència a diferents regions del nucli, cosa que planteja problemes per mantenir una operació estable.
Dinàmica de l'enverinament per xenó
El comportament del xenó-135 en un reactor està influenciat per diversos factors:
- Potència del reactor A potències altes, la producció de xenó-135 s'accelera a causa de l'augment de la taxa de fisíó. No obstant això, també s'elimina més ràpidament en absorbir neutrons.
- Apagat del reactor Quan el reactor s'apaga, la producció de xenó-135 cessa, però la seva concentració segueix augmentant temporalment a causa de la desintegració del iode-135.
- Reinici del reactor Durant el reinici, l'alta concentració de xenó-135 pot absorbir tants neutrons que dificulti l'assoliment d'una reacció en cadena sostinguda.
Estratègies per manejar l'enverinament per xenó
El maneig de l'enverinament per xenó és una tasca crítica en l'operació de reactors nuclears.
Algunes estratègies inclouen:
- Control de barres : Les barres de control es poden ajustar per compensar els canvis en la reactivitat causats pel xenó-135.
- Planificació operativa : Els operadors planifiquen les parades i canvis de potència tenint en compte el comportament del xenó-135 per minimitzar-ne l'impacte.
- Reactors de disseny avançat Alguns reactors moderns utilitzen dissenys que redueixen els efectes de l'enverinament per xenó, com l'ús de materials de moderació que afecten la captura de neutrons.
Importància de l'enverinament per xenó a la seguretat nuclear
Des d'una perspectiva de seguretat, l'enverinament per xenó és un fenomen que els operadors han de monitoritzar constantment.
L'acumulació inesperada de xenó-135 pot portar a condicions operatives perilloses, com ara la incapacitat de controlar la reactivitat o reiniciar el reactor després d'una parada.
A més, les oscil·lacions de potència causades pel xenó poden generar distribucions de calor desiguals al nucli, augmentant el risc de danys al combustible.
Exemples històrics
L'enverinament per xenó ha jugat un paper en incidents nuclears històrics.
Per exemple, en el desastre de Txernòbil el 1986, el maneig inadequat de l'enverinament per xenó va contribuir a la inestabilitat que va portar a l'explosió del reactor. Tot i que aquest no va ser l'únic factor, il·lustra la importància de comprendre i gestionar adequadament aquest fenomen.