Jodgrop , eller xenon-grop , är tillståndet i en kärnreaktor efter att den stängts av eller dess effekt minskat, kännetecknad av ackumuleringen av den kortlivade xenonisotopen 135 Xe ( halveringstid 9,14 timmar), till följd av det radioaktiva sönderfall av jodisotopen 135 I ( halveringstid 6,57 timmar). Denna process leder till det tillfälliga utseendet av betydande negativ reaktivitet , vilket i sin tur gör det omöjligt att få reaktorn till sin designkapacitet under en viss period (ca 1-2 dagar).
Jodgropen är en av manifestationerna av den så kallade "förgiftningen" av en kärnreaktor , vilket är en av de största svårigheterna som gör det problematiskt att driva ett kärnkraftverk i ett ständigt föränderligt effektläge. Driften av reaktorn under xenonförgiftning var en av de faktorer som påverkade utvecklingen av Tjernobylolyckan . För att arbeta i ett växlingsläge i samband med ett kärnkraftverk är det möjligt att bygga ett pumpkraftverk , som till exempel vid det sydukrainska energikomplexet .
I processen för klyvning av urankärnor , under driften av en kärnreaktor, bland andra klyvningsprodukter , bildas en radioaktiv isotop av jod 135 I. Som ett resultat av β-sönderfall med en halveringstid på 6,57 timmar, vänder den in i xenonisotopen 135 Xe. Denna isotop är också radioaktiv, men dess halveringstid är längre - 9,14 timmar. 135 Xe absorberar neutroner mycket bra. De neutroner som absorberas av den kan uppenbarligen inte delta i kedjereaktionen av uranklyvning, så närvaron av 135 Xe minskar reaktorns reaktivitetsmarginal. I en reaktor som arbetar med hög effekt bestäms förlusten av 135 Xe av dess radioaktiva sönderfall och "utbränning" som ett resultat av neutronfångst.
| 235 U eller 239 Pu | → | 135 Te | → | 135 I | → | 135 xe | → | 135Cs _ | → | 135 Ba |
| division (6,4 %) | β (19,2 s) | β (6,53 h) | β (9,17 h) | β (2,6 miljoner år) |
eller
| 135 xe | → | 136 Xe |
| σ ≈ 3 10 6 barn (för termiska neutroner ) |
Efter att reaktorn stängts av blir neutronflödestätheten φ i härden praktiskt taget lika med noll. Förändringen i koncentrationen av 135Xe i den aktiva zonen av avstängningsreaktorn bestäms av skillnaden i hastigheterna för β-sönderfall av 135I och 135Xe . Under 1 s uppträder λ I N I i 1 m³ kärnbränsle och λ Xe N Xe av 135 Xe kärnor sönderfaller . Om aktiviteten av 135I är större än aktiviteten av 135Xe ( λ I N I > λ Xe N Xe ), så ökar koncentrationen av 135 Xe i kärnan, och vice versa.
Jämviktskoncentrationen av jod-135 N 0I i en arbetsreaktor är proportionell mot värdet på φ , medan jämviktskoncentrationen av xenon-135 N 0Xe beror lite på den vid φ > 10 17 neutroner/(m²·s) . Som ett resultat, vid en flödestäthet φ > 10 17 neutroner/(m²·s), blir värdet på N 0I större än N 0Xe . Eftersom avklingningskonstanten λ I > λ Xe , sedan i ett visst tidsintervall efter avstängningen av reaktorn λ I N I > λ Xe N Xe . Därför växer koncentrationen av 135Xe i den stoppade reaktorn initialt tills aktiviteterna av 135I och 135Xe blir lika (det vill säga tills det sekulära jämviktsvillkoret är uppfyllt). Därefter kompenserar förfallet av 135 I inte längre förlusten av 135 Xe, och koncentrationen av den senare börjar minska tillsammans med jod.
Figuren visar förändringen i koncentrationen N Xe ( t ) och reaktiviteten ρ för avstängningsreaktorn, om flödestätheten φ i den arbetande reaktorn före avstängningen var lika med 1018 neutroner/(m²·s). Den maximala förgiftningen , som inträffar 11 timmar efter avstängningen av reaktorn, ökar med en ökning av neutronflödestätheten φ .
Reaktiviteten hos avstängningsreaktorn sjunker först, når ett minimum vid maximal xenonkoncentration och ökar sedan. Reaktivitetskurvan har formen av en brunn, och ökningen av förgiftning efter avstängning av reaktorn är förknippad med ackumuleringen av 135 I i den arbetande reaktorn. Därför kallas effekten av förgiftning på reaktiviteten hos en avstängd reaktor en jodgrop . Det observeras inte i reaktorer med en neutronflödestäthet φ < 10 17 neutroner/(m²·s) .
Vid konstruktion av en reaktor beaktas effekten av jodgropen. Höga värden på specifik effekt kräver en ytterligare ökning av kärnbränslebelastningen för att kompensera för jodgropen. Annars kommer avstängningsreaktorn att vara omöjlig att få till makten (särskilt i slutet av kampanjen ) under flera tiotals timmar, tills nästan fullständigt förfall av 135 Xe i härden inträffar.