[科普中国]-钐中毒

对反应堆影响

在所有的裂变产物中,钐-149 对堆的影响仅次于氙-135对能量为0.025 电子伏的中子,钐-149 的吸收截面为40800 靶。钐-149 的无限稀释共振积分为3400靶。钐-149 是从钕-149 经过二次β-衰变而来的。钕-149 的裂变额为0.0113，半衰期为2 小时。钕-149 的半衰期与钷-149 的半衰期（54 小时）相比可忽略不计。所以可以认为钷-149 是在裂变是直接产生的，因而略去钕-149 的中间作用。2

分类钐中毒可分为反应堆启动和停堆后两种。

反应堆启动时钐中毒反应堆在刚起动时，钐-149 浓度及中毒随时间变化的情况

反应堆在刚起动时，到钷-149 和钐-149 随时间变化关系式如下：

当t 足够大时，上述两式中的指数项都趋近零，这样就可得钷-149 和钐-149 的

平衡浓度，分别以和 来表示：

由此可知，钷-149 的平衡浓度与反应堆的热中子通量密度有关，而钐-149 的平衡浓度与热中子通量密度无关（即与功率无关）。把上述两个公式化简，可近似地求得平衡钐-149 浓度所引起反应性变化值，称为平衡钐中毒。

虽然平衡钐浓度与热中子通量密度无关，但是达到平衡浓度所需要的时间却与中子通量密度有密切的关系。

即使对于运行在高中子通量密度情况下的反应堆，到达平衡钐的时间至少要几百小时以上。这与到达平衡浓度的时间相比要大得多。其主要原因是由于氙-135 的吸收截面远远地大与钐-149 的吸收截面，而且氙-135 还由于放射性衰变而消失，所以它很快就达到了饱和值。2

反应堆停堆后钐中毒假设反应堆在停堆前已经运行了相当长时间，堆内的钷-149 和钐-149 的浓度都已经达到了平衡值。然后在t=0 时突然停堆。停堆后钷-149 和钐-149 的浓度随时间变化为：

其中，φ 为停堆前稳态运行时的热中子通量密度，t 为由停堆时刻开始起算的时间。

由上述公式可以看出，停堆后钐-149 的浓度将随时间而增加。式中第一项为停堆前钐-149 的浓度。

若中子/米2·秒，则停堆后钐-149 的最大停堆前平衡浓度的二倍左右。当反应堆再次启动后，这些多余的钐-149 很快就被消耗，平衡钐状况又将恢复。若停堆前中子通量密度比较低，则第二则值也比较小，这时停堆后的钐-149 浓度基本上保持不变。

在不同运行通量密度φ 下，停堆后钐-149 的积累以及新开堆后钐-149 的烧损。2