Самарій-149 - сильний шлак першої групи. Його стандартний мікропереріз радіаційного захоплення σаоSm = 40800 барн, а період напіврозпаду T1/2Sm = 13.84 року, тобто практично він стабільний. Чому ж у такому разі про нього заходить мова в розмові про отруєння реактора?
Так, самарій - шлак, але річ у тому, що накопичення його в твелах реактора має деякі особливості, які роблять процеси зміни концентрації самарію-149 якісно схожими на процеси отруєння реактора ксеноном. На відміну від решти шлаків, самарій може не тільки накопичуватися в працюючому реакторі, але й, маючи великий переріз поглинання, досить інтенсивно розстрілюватися нейтронами, а отже, втрати реактивності, пов'язані з накопиченням самарію, можуть не тільки однозначно збільшуватися, але й зменшуватися за рахунок інтенсивного його розстрілу на великих рівнях потужності реактора. Це, певне, і стало приводом для того, щоб процес накопичення самарію-149 називати не шлакуванням, а отруєнням.
Безпосередньо як продукт реакції поділу 149Sm у реакторі практично не утворюється (величина його питомого виходу γSm< 10-5). Тому практично все утворення 149Sm пов'язане з його одержанням унаслідок β-розпаду іншого продукту реакції поділу - прометію-149 (149Pm). Прометій як безпосередній уламок поділу також утворюється досить слабко (хоча й помітно: його питомий вихід γPm ≈ 10-4), основним каналом його утворення є β-розпад неодиму-149 (149Nd) - уламка поділу з великим питомим виходом (γNd = 0.011). Таким чином, процеси утворення й убутку зазначених продуктів поділу схематично можна подати так (рис.20.1)
Так, самарій - шлак, але річ у тому, що накопичення його в твелах реактора має деякі особливості, які роблять процеси зміни концентрації самарію-149 якісно схожими на процеси отруєння реактора ксеноном. На відміну від решти шлаків, самарій може не тільки накопичуватися в працюючому реакторі, але й, маючи великий переріз поглинання, досить інтенсивно розстрілюватися нейтронами, а отже, втрати реактивності, пов'язані з накопиченням самарію, можуть не тільки однозначно збільшуватися, але й зменшуватися за рахунок інтенсивного його розстрілу на великих рівнях потужності реактора. Це, певне, і стало приводом для того, щоб процес накопичення самарію-149 називати не шлакуванням, а отруєнням.
Безпосередньо як продукт реакції поділу 149Sm у реакторі практично не утворюється (величина його питомого виходу γSm< 10-5). Тому практично все утворення 149Sm пов'язане з його одержанням унаслідок β-розпаду іншого продукту реакції поділу - прометію-149 (149Pm). Прометій як безпосередній уламок поділу також утворюється досить слабко (хоча й помітно: його питомий вихід γPm ≈ 10-4), основним каналом його утворення є β-розпад неодиму-149 (149Nd) - уламка поділу з великим питомим виходом (γNd = 0.011). Таким чином, процеси утворення й убутку зазначених продуктів поділу схематично можна подати так (рис.20.1)
Зображення
Логіка послідовності окремих фізичних процесів і порівняння характеристик фізичних процесів дають змогу істотно спростити розрахункову схему загального процесу отруєння реактора самарієм-149:
а) Оскільки питомий вихід прометію-149 з реакції поділу малий (γPm < 10-4), каналом прямого утворення прометію можна знехтувати.
б) З огляду на те, що період напіврозпаду неодиму-149 істотно менший за період напіврозпаду прометію-149, можна, навпаки, вважати, що прометій-149 є прямим продуктом реакції поділу з питомим виходом, рівним фактичному питомому виходу неодиму-149.
Таким чином, з урахуванням зроблених припущень, розрахункова схема утворення й убутку самарію та супровідних йому продуктів виглядатиме так:
а) Оскільки питомий вихід прометію-149 з реакції поділу малий (γPm < 10-4), каналом прямого утворення прометію можна знехтувати.
б) З огляду на те, що період напіврозпаду неодиму-149 істотно менший за період напіврозпаду прометію-149, можна, навпаки, вважати, що прометій-149 є прямим продуктом реакції поділу з питомим виходом, рівним фактичному питомому виходу неодиму-149.
Таким чином, з урахуванням зроблених припущень, розрахункова схема утворення й убутку самарію та супровідних йому продуктів виглядатиме так:
Зображення
Відповідно до цієї схеми диференціальне рівняння швидкості зміни концентрації самарію-149 запишеться так:
Зображення
І оскільки розв'язок (20.1) невизначений через наявність у ньому двох невідомих функцій (NPm(t) і NSm(t)), для того, щоб замкнути його, додається диференціальне рівняння для швидкості зміни концентрації прометію-149:
Зображення
Вважаючи в першому наближенні, що Ф(t) = idem = Ф0, спробуймо знайти розв'язок цієї системи диференціальних рівнянь отруєння реактора самарієм.