Racun neutron itu apa sih?

Dalam aplikasi seperti reaktor nuklir, sebuah racun neutron (juga disebut sebuah pengisap neutron atau racun nuklir) adalah sebuah zat dengan sebuah penampang pengisapan neutron besar. Dalam aplikasi tersebut, menyerap neutron biasanya merupakan efek yang tidak diinginkan. Namun, bahan penyerap neutron, juga disebut racun, sengaja dimasukkan ke dalam beberapa jenis reaktor untuk menurunkan reaktivitas tinggi dari beban bahan bakar segar awalnya. Beberapa dari racun ini habis karena menyerap neutron selama operasi reaktor, sementara yang lain relatif konstan.

Penangkapan neutron oleh produk fisi paruh pendek dikenal sebagai keracunan reaktor ; Penangkapan neutron oleh produk fisi yang berumur panjang atau stabil disebut slagging reaktor.

Racun produk fisi transien sementara

Beberapa produk fisi yang dihasilkan selama reaksi nuklir memiliki kapasitas penyerapan neutron yang tinggi, seperti xenon-135 (penampang mikroskopis σ = 2.000.000  lumbung (b); hingga 3 juta lumbung dalam kondisi reaktor) dan samarium-149 (σ = 74.500 b). Karena kedua racun produk fisi ini menghilangkan neutron dari reaktor, mereka akan mempengaruhi faktor pemanfaatan termal dan dengan demikian reaktivitasnya. Keracunan inti reaktor oleh produk fisi ini dapat menjadi sangat serius sehingga reaksi berantai terhenti.

Xenon-135 khususnya sangat mempengaruhi pengoperasian reaktor nuklir karena merupakan racun neutron paling kuat yang diketahui. Ketidakmampuan reaktor untuk dihidupkan kembali karena penumpukan xenon-135 (mencapai maksimum setelah sekitar 10 jam) kadang-kadang disebut sebagai start-up yang dicegah xenon. Periode waktu di mana reaktor tidak dapat mengesampingkan efek xenon-135 disebut waktu mati xenon atau pemadaman racun. Selama periode operasi keadaan tunak, pada tingkat fluks neutron konstan, konsentrasi xenon-135 terbentuk hingga kesetimbangannya nilai daya reaktor tersebut dalam waktu sekitar 40 hingga 50 jam. Ketika daya reaktor dinaikkan, konsentrasi xenon-135 awalnya menurun karena pembakaran meningkat pada tingkat daya baru yang lebih tinggi. Dengan demikian, dinamika keracunan xenon penting untuk stabilitas pola fluks dan distribusi daya geometris, terutama dalam reaktor besar secara fisik.

Karena 95% produksi xenon-135 berasal dari peluruhan yodium-135, yang memiliki waktu paruh 6 hingga 7 jam, produksi xenon-135 tetap konstan; pada titik ini, konsentrasi xenon-135 mencapai minimum. Konsentrasi kemudian meningkat ke kesetimbangan untuk tingkat daya baru dalam waktu yang sama, kira-kira 40 sampai 50 jam. Besarnya dan laju perubahan konsentrasi selama periode 4 sampai 6 jam awal setelah perubahan daya tergantung pada tingkat daya awal dan jumlah perubahan tingkat daya; perubahan konsentrasi xenon-135 lebih besar untuk perubahan tingkat daya yang lebih besar. Ketika daya reaktor berkurang, prosesnya dibalik.

Karena samarium-149 tidak bersifat radioaktif dan tidak hilang karena peluruhan, ia menimbulkan masalah yang agak berbeda dari yang dihadapi dengan xenon-135. Konsentrasi kesetimbangan (dan dengan demikian efek keracunan) terbentuk pada nilai kesetimbangan selama operasi reaktor dalam waktu sekitar 500 jam (sekitar tiga minggu), dan karena samarium-149 stabil, konsentrasi pada dasarnya tetap konstan selama operasi reaktor. Isotop bermasalah lainnya yang menumpuk adalah gadolinium-157, dengan penampang mikroskopis σ = 200.000 b.