А) Отравление самарием

При анализе отравления и шлакования реактора выделяют обычно (наряду с ¹³⁵Хе) накопление стабильного изотопа самария ¹⁴⁹Sm, обладающего высоким сечением поглощения тепловых нейтронов и сравнительно заметным выходом. Накапливается он в результате радиоактивного распада неодима ¹⁴⁹Nd, образующегося при делении урана с вероятностью выхода с p_(Nd)Pm= 0,013. Цепочка, по которой образуется ¹⁴⁹Sm, следующая:

В отличие от ксенона самарий устойчив и по установившейся терминологии должен был бы относится к шлакам. Однако благодаря высокому сечению поглощения тепловых нейтронов при сравнительно больших плотностях потоков [Ф > 10¹³ нейтр/(см²×с)] концентрация его достигает равновесного значения, и в этом смысле действие ¹⁴⁹Sm на реактивность проявляется аналогично ¹³⁵Хе. Поэтому наряду с отравлением ксеноном говорят об отравлении самарием.

Если в указанной цепочке пренебречь наличием неодима, у которого период полураспада мал по сравнению с периодом полураспада прометия, то изменение концентрации последнего определяется уравнением

, (6.11)

где - концентрация ядер ¹⁴⁹Pm, см^-3; p_Pm = 0,013 – выход прометия при делении; - макроскопическое сечение деления ядерного топлива, см^-1; Ф – плотность потока тепловых нейтронов, нейтр/(см²×с).

В (6.1) опущен член, содержащий убыль прометия вследствии поглощения нейтронов, так как мало. Решение уравнения (6.1) приводит к выражению представляющему собой увеличение концентрации ¹⁴⁹Pm после пуска реактора:

(6.12)

При неограниченном увеличении времени t экспонента в (6.12) стремится к нулю, а концентрация принимает равновесное значение, определяемое соотношением

(6.13)

Поскольку = 3,6×10^-6 с^-1, то равновесная концентрация наступает примерно через 10 суток

Изменение концентрации самария определяется следующим выражением:

, (6.14)

в котором первый член в правой части определяет накопление самария за счет радиоактивного распада прометия, второй – убыль самария за счет захвата нейтронов. В (6.14) – концентрация ядер ¹³⁵Sm, см^-3.

Решив данное уравнение, получим следующее выражение для изменения концентрации ¹³⁵Sm:

(6.15)

Поскольку самарий обладает весьма большим сечением поглощения тепловых нейтронов (5×10⁴ б), то при работе реактора со сравнительно высокой плотностью потока нейтронов Ф₀ концентрация самария достигает равновесного значения, равного

, (6.16)

а равновесное отравление самарием определяется выражением

. (6.16)

Равновесное отравление самарием наступает значительно позже, чем равновесное отравление ксеноном, а по абсолютному значению оно приблизительно в 5 раз меньше, чем предельное равновесное отравление ксеноном, что следует из табл. 6.2.

Таблица 6.2. Равновесное отравление самарием и ксеноном

Обогащение x, %	0,714 (природны уран)
	0,0072	0,094	0,0099	0,0112
	0,035	0,045	0,048	0,054