Jodikuoppa tai ksenonkuoppa on ydinreaktorin tila sen sammuttamisen tai tehon pienentymisen jälkeen, jolle on tunnusomaista lyhytikäisen ksenon -isotoopin 135 Xe ( puoliintumisaika 9,14 tuntia) kertyminen radioaktiivisesta säteilystä. jodin isotoopin 135 I hajoaminen (puoliintumisaika 6,57 tuntia). Tämä prosessi johtaa tilapäiseen merkittävän negatiivisen reaktiivisuuden ilmaantumiseen , mikä puolestaan tekee mahdottomaksi nostaa reaktoria sen suunniteltuun kapasiteettiin tietyksi ajaksi (noin 1-2 päivää).
Jodikuoppa on yksi ydinreaktorin niin kutsutun "myrkytys" ilmenemismuodoista , mikä on yksi suurimmista ongelmista, jotka tekevät ydinvoimalaitoksen käytön ongelmalliseksi jatkuvasti muuttuvassa tehotilassa. Reaktorin toiminta ksenonimyrkytyksen aikana oli yksi Tšernobylin onnettomuuden kehittymiseen vaikuttavista tekijöistä . Työskennelläkseen vaihtotyötilassa ydinvoimalaitoksen yhteydessä on mahdollista rakentaa pumppuvoimalaitos , kuten esimerkiksi Etelä-Ukrainan energiakompleksiin .
Uraaniytimien fissioprosessissa ydinreaktorin toiminnan aikana muodostuu muiden fissiotuotteiden ohella jodin radioaktiivinen isotooppi 135 I. β - hajoamisen seurauksena puoliintumisajalla 6,57 tuntia se kääntyy. ksenon-isotooppiin 135 Xe. Tämä isotooppi on myös radioaktiivinen, mutta sen puoliintumisaika on pidempi - 9,14 tuntia. 135 Xe imee neutroneja erittäin hyvin. Sen absorboimat neutronit eivät tietenkään voi osallistua uraanin fission ketjureaktioon, joten 135 Xe:n läsnäolo pienentää reaktorin reaktiivisuusmarginaalia. Suurella teholla toimivassa reaktorissa 135 Xe:n häviö määräytyy sen radioaktiivisen hajoamisen ja "palamisen" perusteella neutronien sieppaamisen seurauksena.
| 235 U tai 239 Pu | → | 135 te | → | 135 I | → | 135 xe | → | 135Cs _ | → | 135 Ba |
| divisioona (6,4 %) | β (19,2 s) | β (6,53 h) | β (9,17 h) | β (2,6 miljoonaa vuotta) |
tai
| 135 xe | → | 136 Xe |
| σ ≈ 3 10 6 barn ( lämpöneutroneille ) |
Reaktorin sammuttamisen jälkeen sydämessä oleva neutronivuon tiheys φ on käytännössä nolla. Muutos 135 Xe:n pitoisuudessa sammutusreaktorin aktiivisella alueella määräytyy 135 I:n ja 135 Xe:n β-hajoamisnopeuksien erosta. 1 s : ssa λ I N I esiintyy 1 m³ : ssa ydinpolttoainetta ja λ Xe N Xe 135 Xe- ytimessä hajoaa . Jos 135I:n aktiivisuus on suurempi kuin 135Xe:n aktiivisuus ( λ I N I > λ Xe N Xe ), 135 Xe:n pitoisuus ytimessä kasvaa ja päinvastoin.
Jodi-135 N 0I :n tasapainopitoisuus toimivassa reaktorissa on verrannollinen φ :n arvoon , kun taas xenon-135 N 0Xe :n tasapainopitoisuus riippuu siitä vähän, kun φ > 10 17 neutronia/(m²·s) . Tämän seurauksena vuotiheydellä φ > 10 17 neutronia/(m²·s) N 0I :n arvosta tulee suurempi kuin N 0Xe . Koska vaimennusvakio λ I > λ Xe , niin tietyllä aikavälillä reaktorin sammutuksen jälkeen λ I N I > λ Xe N Xe . Siksi135Xe : n pitoisuus pysäytetyssä reaktorissa kasvaa aluksi , kunnes135I : n ja135Xe :n aktiivisuudet ovat yhtä suuret (eli kunnes maallinen tasapainoehto täyttyy). Sen jälkeen 135 I:n hajoaminen ei enää kompensoi 135 Xe:n menetystä, ja jälkimmäisen pitoisuus alkaa laskea jodin mukana.
Kuvassa on esitetty pysäytetyn reaktorin pitoisuuden N Xe ( t ) ja reaktiivisuuden ρ muutos , jos vuontiheys φ toimivassa reaktorissa ennen sammutusta oli 10 18 neutronia/(m²·s). Maksimumyrkytys , joka tapahtuu 11 tuntia reaktorin sammuttamisen jälkeen, kasvaa neutronivuon tiheyden φ kasvaessa .
Sammutusreaktorin reaktiivisuus laskee ensin saavuttaen minimin ksenonin maksimipitoisuudessa ja kasvaa sitten. Reaktiivisuuskäyrä on kaivon muotoinen ja myrkytyksen lisääntyminen reaktorin sammuttamisen jälkeen liittyy 135 I:n kertymiseen toimivaan reaktoriin. Siksi myrkytyksen vaikutusta suljetun reaktorin reaktiivisuuteen kutsutaan jodikuoppaksi . Sitä ei havaita reaktoreissa, joiden neutronivuon tiheys φ < 10 17 neutronia/(m²·s) .
Reaktoria suunniteltaessa otetaan huomioon jodikaivon vaikutus. Korkeat ominaistehon arvot vaativat ydinpolttoainekuormituksen lisäämistä jodikuopan kompensoimiseksi. Muuten sammutettua reaktoria ei voida käynnistää (etenkin kampanjan lopussa ) useiden kymmenien tuntien ajaksi, kunnes 135 Xe:n ytimessä tapahtuu lähes täydellinen hajoaminen.