Отравление ксеноном

Многие из вас знают, что ксенон – это тяжелый инертный газ, который используется в медицине в качестве ингаляционного наркоза, анестетика и успокоительного средства. Судя по заголовку, вы, наверное, думаете, что я сейчас буду рассказывать о том, что ксенон – это вредно, и им можно отравиться. На самом деле, как мы знаем, всё лекарство и всё яд – зависит только от дозировки, но отравить человека инертным газом, который не вступает в реакцию ни с чем, а, значит, не токсичен, – довольно сложная задача. Однако отравить ксеноном можно кое-что другое – ядерный реактор.

Да-да, снова здесь выпускник ядерного вуза рассказывает о ядерной физике, но сегодня, 26 апреля, на минуточку, 40-я годовщина аварии на Чернобыльской АЭС, поменявшей взгляд многих людей на этот источник энергии, и последствия которой, возможно, мы разгребаем до сих пор.

Сразу скажу, что рассказывать, что случилось 26 апреля 1986 года на этой станции, я не буду. Зачем мусолить тему, на которую уже сняли много фильмов, написали кучу книг и создали серию популярных игр. Сегодня поговорим об интересном явлении в работе ядерного реактора, которое стало одним из ключевых факторов, приведших к аварии, – о ксеноновом отравлении, или йодной яме.

Мы уже знаем (а если не знаем, то читаем здесь), что при делении ядер урана, которое нужно для производства энергии, образуется два осколка других элементов. Эти элементы могут быть какие угодно, но есть наиболее вероятные из них. Одним из них является изотоп йода-135 (кстати, о йоде и его влиянии на организм при аварии я писал тут). Этот изотоп живет недолго, и примерно через 6,5 часов его половина превращается в изотоп ксенона-135 (назвал период полураспада более простым языком). Образование йода и ксенона идет непрерывно при работе реактора, но проблема в том, что ксенон-135 очень сильно поглощает нейтроны, необходимые для поддержания ядерной реакции и работы реактора.

Когда реактор работает на полную мощность, у него внутри летает много нейтронов, и часть ядер образованного из йода ксенона-135, захватывая их, превращается в стабильный изотоп ксенона-136, который уже поглощает нейтроны гораздо меньше. То есть нейтронов хватает и чтобы делить ядра урана, и чтобы нейтрализовать «вредный» изотоп ксенона. Таким образом, при таком режиме количество образованного из йода-135 «вредного» ксенона-135 при делении урана равно количеству его нейтрализованных ядер – превращенных в «хороший» ксенон-136. И реактор работает нормально.

Но стоит только снизить мощность, как это было в день проведения эксперимента на Чернобыльской АЭС, баланс между хорошим и плохим ксеноном нарушается. При резком снижении мощности реактора, которая достигается путем внесения специальных стержней-поглотителей, количество нейтронов становится сильно меньше, а количество «вредного» ксенона-135, образованного еще во время нормальной работы реактора, остается большим. Нейтроны теперь поглощаются ксеноном в большей степени, чем участвуют в делении ядер урана, и ядерная реакция постепенно гаснет. Это и называется ксеноновым отравлением.

Это отравление обратимо и длится до тех пор, пока большее количество ядер ксенона-135 не распадется и не перестанет поглощать нейтроны (его период полураспада – 9,2 часа), а также пока не перестанет образовываться новый ксенон из большого количества йода-135, образованного на высокой мощности реактора. В естественных условиях это занимает около суток, и, благодаря относительно небольшому периоду полураспада этих элементов, из этой ситуации можно выйти, поэтому она и называется йодной ямой.

Кстати, реакторы типа тех, которые стояли на Чернобыльской АЭС, перестали строить после аварии. Они представляют собой не кастрюлю с горячей водой и топливом, как в современных реакторах, а множество каналов с ним, по которым прокачивается вода. И в этом есть свои нюансы в плане безопасности. Сейчас в России по остаточному принципу такие реакторы работают на трех станциях, построенных еще до аварии, – Курской, Смоленской и Ленинградской.