首页 >
中子毒物
✍ dations ◷ 2025-06-06 11:46:44 #中子毒物
中子毒物(英语:Neutron poison)是一种具有大中子吸收截面的物质,由于会对连锁反应造成负面影响,而被称为“毒物”,常应用于反应堆物理计算中。在反应堆中,我们尽可能希望中子由可裂变物质吸收,使之发生核分裂。然而,一些物质具有强烈的中子捕获现象,会导致降低反应器运转的反应性。有些毒物会在反应器运转过程中吸收中子而消耗掉,但有些则保持不变。中子被短半衰期的核分裂产物吸收称为“反应堆中毒”;中子被长半衰期或稳定的核分裂产物吸收称为“反应器结渣”。一些在核分裂产生的分裂产物具有高中子吸收能力,如:135Xe(微观中子吸收截面σ=2,000,000 b)与149Sm(微观中子吸收截面σ=74,500 b)。因为这两个物质在反应器内大量吸收中子,进而影响热利用率与核反应度。尤其在反应器炉心的影响更为明显,严重的话会使连锁反应缺乏足够中子而停止。其中,135Xe在反应器中具有最显著的影响。当反应器要再重新启动时,由于分裂产物的衰变,使135Xe的累积增加(约在反应器关闭后10小时后达到最大值),会使反应器在一段时间内无法立即重启,这段期间被称作“死机时间(英语:reactor deadtime)”。在稳定运转期间,以恒定的中子通量来看,135Xe浓度达到长期平衡所需时间约40到50小时。当反应器功率增加时,因为燃烧度随着功率增加而上升,使得中子产生数目增加,135Xe浓度下降。因此,135Xe的浓度变化代表的是一种反应度的正向反馈,由其是在大型反应器中更显重要。因为95%的135Xe是来自于135I(半衰期约6到7小时)的衰变产物,所以135Xe的浓度会保持恒定,此时135Xe的浓度会维持在最低值。当反应器功率增加到较高功率时,135Xe浓度也会移动到新的平衡。反应器功率下降时则相反。因为149Sm并不具有放射性,所以不会被衰变消耗掉,它会产生与135Xe不大相同的问题。149Sm浓度会在反应器运转超过500小时(约3个礼拜)后达到平衡,之后在运转期间便不再变化,保持恒定。另一个中子毒物157Gd的微观中子吸收截面σ=200,000 b。有许多核分裂产物都会吸收中子对反应器造成一定影响。个别来看,它们不会有特别的影响,但累积在一起时则有显著的效应发生。这些物质被称为“团块核分裂产物”,在反应器中以每次分裂产生50靶恩的速率累积。核分裂产物毒物最终会使核燃料的使用效率下降,甚至导致核反应不稳定。在实务上,毒物累积会让核燃料的可用活期缩短,造成连锁反应减缓。这就是为什么燃料再处理十分重要的原因,使用过的核燃料中仍包含约97%的可裂变材料,经过化学的方法分离出来后,与新燃料混和即可再投入反应器中使用,可以节省成本,但有核扩散的疑虑。其他去除裂变产物方法,如:固态多孔燃料可以让气态的裂变产物散逸,或使用气态、液态的燃料(熔融盐反应器、可溶水匀相反应器)。这些方法可减轻毒物累积,但会造成安全移除与废料储存问题。其他具有高中子吸收截面的核分裂产物有:83Kr、95Mo、143Nd、147Pm。在这些元素的原子量以上,就算是偶数质量数,其放射性同位素仍有较大的吸收截面,允许核种连续地吸收不同能量的中子。较重的锕系元素在核分裂反应后,会有较多的分裂产物落在镧系元素的范围,所以其总中子吸收截面较高。在快反应器中,分裂产物毒物的情形较不一样,那是因为中子吸收截面在快中子与热中子之间并不相同。在铅铋共晶的铅冷式快反应堆中,吸收中子而裂变的分裂产物会较总分裂产物多出5%。如:在炉心中,133Cs、101Ru、103Rh、99Tc、105Pd和107Pd;在增殖层中,149Sm取代107Pd。除了中子毒物,在反应器中其他的材料也会吸收中子造成衰变,例如:3H吸收中子衰变为3He。原本氚的半衰期长达12.3年,衰变时间长,对反应器较没有显著影响。然而,当反应器停机几个月后,仍留在炉中的氚可能会吸收中子而衰变为氦-3,造成反应度的负面影响增强。任何在这段期间产生的氦-3,会被随后的中子—质子变换中反应掉。在运转中的反应器中,燃料会以单调函数递减。假如反应器已运转了很长一段时间,就必须更换燃料以达到临界质量。而额外燃料所超出的正反应度,必须与中子吸收材料产生的负反应度相抵消。含有中子吸收材料的可移动控制棒是控制反应的一种方法,但并不是所有反应器炉心都适用,要视其形状而定。可燃并非指在空气下可以燃烧,而是在核反应中可被消耗掉的意思。为了控制大量超出的燃料正反应度,在没有控制棒的情况下,可燃毒物会被装入炉心。可燃毒物是具有高中子吸收截面的物质,吸收中子后会衰变为低中子吸收截面的新物质。由于毒物的持续衰变,其负反应度影响会逐渐减弱。理想上,它的减弱速率会与燃料消耗速率一致。固定型可燃毒物通常会以硼或钆的化合物形式出现,被作成针状或盘状,甚至是直接添加在燃料内部。因为他们可以分布的较控制棒均匀,所以对功率的影响较小。固定型可燃毒物也可能被离散在炉心中的特定位置,用以控制中子通量,避免某些区块的通量或功率较大,但现多用固定型的不可燃毒物取代。不可燃毒物是一种在炉心周期内持续维持负反应度的物质。当然,并没有真正的不可燃毒物,但在某些条件下可视为不可燃,例如:铪。铪其中一种同位素在吸收中子后衰变为另一种中子吸收剂,并持续5个衰变反应都是类似的情形。这种反应产生的长半衰期可燃毒物即可视为不可燃毒物。可溶毒物在溶于冷却剂水后,会均匀分布在空间中。商用压水式反应堆中最常见的可溶毒物是硼酸。硼酸会降低热利用因子,使反应度下降。利用不同的硼酸浓度(析出或溶解),可以容易地调整反应度变化。假如浓度上升,冷却剂或减速剂会吸收更多中子,产生负反应度。反之则中子吸收下降,反应度上升。但这种浓度变化缓慢,主要是作为辅助方式使用。这种方法可以减少控制棒的使用,使中子通量维持在恒定状态。所有美制的压水式反应器都有使用这项系统,美国海军的反应器与沸水式反应堆则不使用。可溶毒物也被用于紧急停机安全系统中。在紧急停机时,操作员会直接注入含有可溶毒物的冷却剂于炉心内部。像是四硼酸钠和硝酸钆(Gd(NO3)3·xH2O)。2011年3月16日,韩国宣称应日本政府要求运送了53吨的硼酸前往日本,防止炉心熔毁发生。
相关
- 简单疱疹病毒Herpes simplex virus 1 (HSV-1) Herpes simplex virus 2 (HSV-2)单纯疱疹病毒(英语:herpes simplex virus; HSV) 1 和 2 (HSV-1 和 HSV-2),也叫人类单纯疱疹病毒 1 和 2 (HHV
- 实验室实验室是进行科学研究与实验的场所。一般有控制实验条件的实验设备等。由于研究对象不同,实验室的设备和布置等也会有很大的不同。有些学术机构或研究单位也会冠以“实验室”
- 结膜炎结膜炎(英语:Conjunctivitis,亦称Pink Eye),俗称红眼症,是一种发生在结膜的炎症,也会发生在眼睑内侧表面,会让眼睛泛红或带有粉红色,可能会很痒、疼痛、有灼热感或搔痒感,罹患结膜炎的
- 免疫豁免免疫豁免(英语:Immune privilege)在免疫学中是指由于解剖和免疫屏障的存在,有些自身抗原位于免疫豁免部位,自身反应性淋巴细胞不能接触到它们。如果屏障遭到破坏,自身抗原暴露,就能
- 第一代头孢菌素(法语:Cephalosporine、英语:Cephalosporin),又名先锋霉素,是一系列属于β内酰胺类的抗生素。与头霉素一并细分为头孢烯。头孢菌素化合物最初是于1948年,由意大利科学家Giu
- 空气质量空气质量指数(英语:Air Quality Index, AQI)是定量描述空气质量状况的非线性无量纲指数。其数值越大、级别和类别越高、表征颜色越深,说明空气污染状况越严重,对人体的健康危害也
- 菌丝菌丝(英语:hypha pl: hyphae)是丝状真菌(英语:filamentous fungus)或称霉菌(英语:mold)中的一种长、支链丝状结构,它是大多数真菌的结构单位,而部分原核生物如放线菌同样存在菌丝
- 碱基对碱基对是形成核酸DNA、RNA单体以及编码遗传信息的化学结构。组成碱基对的碱基包括腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)。在DNA或某些双链RNA分子结构中,由于碱基
- 自置居所房地产自有率(home-ownership rate),中国大陆称住房自有率。各地差异,由于世界各地的差异,每个地区对于房地产自有率都有不同的定义, 因素也不一样见。在美国,房地产自有率是美
- 内脏内脏,一般是统称人和动物胸腔和腹腔内部的器官。具体主要包括心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏、胃、胆、肠、子宫、卵巢等。各内脏可组成不同系统,包括循环系统、神经系统及呼吸系