Groapa de iod , sau groapa de xenon , este starea unui reactor nuclear după ce acesta este oprit sau puterea sa este redusă, caracterizată prin acumularea izotopului de xenon de scurtă durată 135 Xe ( timp de înjumătățire 9,14 ore), rezultat din radiația radioactivă. degradarea izotopului de iod 135 I (timp de înjumătățire 6,57 ore). Acest proces duce la apariția temporară a unei reactivități negative semnificative , care, la rândul său, face imposibilă aducerea reactorului la capacitatea sa de proiectare pentru o anumită perioadă (aproximativ 1-2 zile).
Groapa de iod este una dintre manifestările așa-numitei „otrăviri” a unui reactor nuclear , care este una dintre principalele dificultăți care fac problematică operarea unei centrale nucleare într-un mod de putere de ieșire în continuă schimbare. Funcționarea reactorului în timpul intoxicației cu xenon a fost unul dintre factorii care au influențat desfășurarea accidentului de la Cernobîl . Pentru a lucra într-un mod de manevră împreună cu o centrală nucleară, este posibilă construirea unei centrale electrice de stocare prin pompare , cum ar fi, de exemplu, la Complexul Energetic din Ucraina de Sud .
În procesul de fisiune a nucleelor de uraniu , în timpul funcționării unui reactor nuclear, printre alți produși de fisiune , se formează un izotop radioactiv de iod 135 I. Ca urmare a descompunerii β cu un timp de înjumătățire de 6,57 ore, se transformă în izotopul xenonului 135 Xe. Acest izotop este, de asemenea, radioactiv, dar timpul său de înjumătățire este mai lung - 9,14 ore. 135 Xe absoarbe neutronii foarte bine. Neutronii absorbiți de acesta, evident, nu pot participa la reacția în lanț a fisiunii uraniului, astfel încât prezența 135 Xe reduce marja de reactivitate a reactorului. Într-un reactor care funcționează la putere mare, pierderea de 135 Xe este determinată de dezintegrarea sa radioactivă și de „ardere” ca urmare a captării neutronilor.
| 235 U sau 239 Pu | → | 135 Te | → | 135 I | → | 135 xe | → | 135Cs _ | → | 135 Ba |
| diviziune (6,4%) | β (19,2 s) | β (6,53 ore) | β (9,17 ore) | β (2,6 milioane de ani) |
sau
| 135 xe | → | 136 Xe |
| σ ≈ 3 10 6 barn (pentru neutroni termici ) |
După oprirea reactorului, densitatea fluxului de neutroni φ în miez devine practic egală cu zero. Modificarea concentrației de 135 Xe în zona activă a reactorului de oprire este determinată de diferența dintre ratele de dezintegrare β a 135 I și 135 Xe. Timp de 1 s , λ I N I apare în 1 m³ de combustibil nuclear și λ Xe N Xe din 135 nuclee Xe se descompune . Dacă activitatea lui 135 I este mai mare decât activitatea lui 135 Xe ( λ I N I > λ Xe N Xe ), atunci concentrația de 135 Xe în miez crește și invers.
Concentrația de echilibru a iodului-135 N 0I într-un reactor de lucru este proporțională cu valoarea lui φ , în timp ce concentrația de echilibru a xenon-135 N 0Xe depinde puțin de aceasta la φ > 10 17 neutroni/(m²·s) . Ca rezultat, la o densitate de flux φ > 10 17 neutroni/(m²·s), valoarea lui N 0I devine mai mare decât N 0Xe . Deoarece constanta de dezintegrare λ I > λ Xe , atunci într-un anumit interval de timp după oprirea reactorului λ I N I > λ Xe N Xe . Prin urmare, concentrația de 135 Xe în reactorul oprit crește inițial până când activitățile lui 135 I și 135 Xe devin egale (adică până când este îndeplinită condiția de echilibru secular). După aceea, dezintegrarea lui 135 I nu mai compensează pierderea lui 135 Xe, iar concentrația acestuia din urmă începe să scadă odată cu iodul.
Figura arată modificarea concentrației N Xe ( t ) și a reactivității ρ a reactorului de oprire, dacă densitatea fluxului φ în reactorul de funcționare înainte de oprire a fost egală cu 10 18 neutroni/(m²·s). Otrăvirea maximă , care are loc la 11 ore după oprirea reactorului, crește odată cu creșterea densității fluxului de neutroni φ .
Reactivitatea reactorului de oprire scade mai întâi, atingând un minim la concentrația maximă de xenon, apoi crește. Curba de reactivitate are forma unui puț, iar creșterea otrăvirii după oprirea reactorului este asociată cu acumularea de 135 I în reactorul de funcționare. Prin urmare, efectul otrăvirii asupra reactivității unui reactor oprit se numește groapă de iod . Nu se observă în reactoare cu o densitate de flux de neutroni φ < 10 17 neutroni/(m²·s) .
La proiectarea unui reactor se ține cont de efectul gropii de iod. Valorile ridicate ale puterii specifice necesită o creștere suplimentară a încărcăturii de combustibil nuclear pentru a compensa groapa de iod. În caz contrar, reactorul de închidere va fi imposibil de adus la putere (mai ales la sfârșitul campaniei ) timp de câteva zeci de ore, până când se va produce dezintegrarea aproape completă a 135 Xe în nucleu.