Xenón-135

Xenón-135
Apariencia del Xenón Tabla completa
General
Nombre, símbolo	Xenón-135, 135Xe
Neutrones	81
Protones	54
Datos del isótopo
Abundancia natural
Periodo de semidesintegración	9,2 horas
Producto de desintegración
Masa del isótopo
Espín
Exceso de energía
Energía de enlace
Modo de degradación	Energía de degradación
Fisión espontánea (SF)
Degradación alfa

El xenón-135, ¹³⁵Xe es un isótopo inestable de xenón con un periodo de semidesintegración de 9,2 horas. El ¹³⁵Xe es producto de la fisión del uranio (6,3 %), siendo el veneno nuclear absorbente de neutrones más poderoso conocido (3 millones de barnes), por lo que tiene un efecto significativo en la operación de un reactor nuclear.

Efectos del ¹³⁵Xe en el reactor

La incapacidad para iniciar un reactor durante los efectos del ¹³⁵Xe suele denominarse inicio impedido por xenón. El período durante el que reactor es incapaz de anular los efectos del ¹³⁵Xe es denominado tiempo muerto xenón. Durante los períodos de funcionamiento en estado estacionario a un nivel constante de flujo de neutrones, la concentración de ¹³⁵Xe se acumula hasta llegar a su valor de equilibrio para esa potencia del reactor en unas 40 a 50 horas. Cuando la potencia del reactor se incrementa, la concentración inicial de ¹³⁵Xe disminuye debido a que el consumo total es mayor en el nuevo nivel de potencia más alto. Debido a que el 95 % del ¹³⁵Xe es producto de la desintegración del ¹³⁵I, el cual posee una vida media de 6 a 7 horas, la producción de ¹³⁵Xe permanece constante; en este punto, la concentración de ¹³⁵Xe alcanza un mínimo. La concentración entonces se eleva hasta el nuevo nivel de equilibrio para el nuevo nivel de potencia en unas 40 a 50 horas. La magnitud y la tasa de cambio de la concentración durante las primeras 4 a 6 horas siguientes al cambio de los niveles de potencia, depende del nivel inicial de potencia sobre la cantidad de cambio del nivel de potencia; el cambio en la concentración de ¹³⁵Xe es mayor para un cambio mayor del nivel de potencia. Cuando la potencia del reactor se reduce, el proceso se invierte.

El ¹³⁵I es un producto de la fisión del uranio con un rendimiento de un 1 %. Este ¹³⁵I decae con una vida media de 6.7 horas a ¹³⁵Xe. De esta forma, en un reactor nuclear en operación, el ¹³⁵Xe es continuamente producido. El ¹³⁵Xe posee una enorme capacidad de absorción de neutrones, por lo que en el ambiente de alto flujo de neutrones del centro de un reactor nuclear, el ¹³⁵Xe prontamente absorbe un neutrón y se convierte en ¹³⁶Xe estable. De esta forma, en 50 horas, la concentración de ¹³⁵Xe alcanza su equilibrio donde su creación por decaimiento del ¹³⁵I es balanceada con su destrucción por absorción de neutrón.

Los altos niveles temporales de ¹³⁵Xe con su gran absorción de neutrones hace difícil el reinicio del reactor durante demasiadas horas. La absorción de neutrones del ¹³⁵Xe actúa como una barra de control reduciendo la reactividad. La incapacidad del reactor para ser reiniciado durante los efectos del ¹³⁵Xe se conoce a veces como inicio impedido por xenón. El período durante el cual el reactor es incapaz de anular los efectos del ¹³⁵Xe es denominado tiempo muerto xenón.

Si se encuentra disponible un control de reactividad el reactor puede ser reiniciado pero un consumo transitorio de xenón debe ser cuidadosamente manejado. Cuando las barras de control son extraídas alcanzando un nivel crítico, el flujo de neutrones se incrementa en varios órdenes de magnitud y el ¹³⁵Xe comienza a absorber neutrones transmutándose en ¹³⁶Xe. El reactor consume el veneno nuclear. Cuando esto ocurre, la reactividad se incrementa y las barras de control deberán ser gradualmente reinsertadas o la potencia del reactor de incrementará. La constante del tiempo de este consumo transitorio depende del diseño del reactor, de los niveles de potencia históricos del reactor en los últimos días, y de la configuración de esta nueva potencia. Para una puesta típica de 50 % de potencia a 100 % de potencia, la concentración de ¹³⁵Xe cae alrededor de 3 horas.​ Fallar en el manejo transitorio de este xenón apropiadamente causó que la potencia del reactor de Chernobyl se disparara aproximadamente a 100 veces lo normal causando una explosión de vapor.​ La tasa de consumo de xenón es proporcional al flujo de neutrones y de esta forma a la potencia del reactor. Si la potencia del reactor se duplica, el consumo de xenón será dos veces más rápido. Una gran tasa de incremento de la potencia del reactor, conlleva a un rápido consumo de xenón y un rápido incremento en la potencia del reactor.

Los reactores que usan continuamente reprocesamiento con diseño similar al Reactor de sal fundida son capaces de extraer ¹³⁵Xe desde el combustible evitando estos efectos.

Decaimiento y productos de la captura

El átomo de ¹³⁵Xe que no captura un neutrón, decae en cesio-135, uno de los 7 productos fisionables de largo periodo de semidesintegración, mientras que el átomo de ¹³⁵Xe que captura un neutrón, se transmuta en ¹³⁶Xe estable. Proporciones estimadas de ¹³⁵Xe durante un operación del reactor en estado "meseta" o estable que captura un neutrón incluye 90 %,​ 39%-91%​ y "esencialmente todo".​

El ¹³⁶Xe proveniente de la captura de un neutrón, acaba como una eventual fisión del xenón, lo cual incluye ¹³⁶Xe, ¹³⁴Xe, ¹³²Xe, y ¹³¹Xe producidos por fisión y desintegración beta, antes de capturar un neutrón.

Los átomos de ¹³³Xe, ¹³⁷Xe, y ¹³⁵Xe que no han capturado un neutrón, decaen por desintegración beta a isótopos de cesio. La fisión produce ¹³³Xe, ¹³⁷Xe, y ¹³⁵Xe en cantidades difícilmente iguales, pero luego de capturar un neutrón, la fisión del cesio contendrá ¹³³Cs más estable (sin embargo puede decaer en ¹³⁴Cs favorecido por una activación neutrónica) y ¹³⁷Cs altamente radioactivo como ¹³⁵Cs.

Más información

• Isótopo estable

Referencias

• "Xenon Poisoning" or Neutron Absorption in Reactors

• Datos: Q6501182