Em um reator nuclear típico alimentado com urânio-235, a presença do 135Xe como produto de fissão apresenta projetistas e operadores com problemas devido à sua grande seção transversal de nêutrons para absorção. Como a absorção de neutrões pode afetar negativamente a capacidade de um reator nuclear de aumentar a potência, os reatores são projetados para mitigar esse efeito; os operadores são treinados para antecipar e reagir adequadamente a esses transientes. Na verdade, durante a Segunda Guerra Mundial, Enrico Fermi suspeitou do efeito do Xe-135 e seguiu o conselho de Emilio Segrè ao contatar seu aluno Chien-Shiung Wu. O trabalho de Wu, a ser publicado em breve sobre Xe-135, verificou completamente o palpite de Fermi de que ele absorvia os neutrões e perturbava o Reator B que estava sendo usado em seu projeto.

Durante períodos de operação em estado estacionário a um nível constante de fluxo de nêutrons, a concentração de 135Xe se acumula até seu valor de equilíbrio para aquela potência do reator em cerca de 40 a 50 horas. Quando a potência do reator é aumentada, a concentração de 135Xe inicialmente diminui porque a queima é aumentada no novo nível de potência mais alto. Como 95% da produção de 135Xe é de decadência de iodo135, que tem uma meia-vida de 6,57 horas, a produção de 135Xe permanece constante; neste ponto, a concentração de 135Xe atinge um mínimo. A concentração então aumenta para o novo nível de equilíbrio (mais precisamente nível de estado estável) para o novo nível de potência em cerca de 40 a 50 horas. Durante as 4 a 6 horas iniciais após a mudança de potência, a magnitude e a taxa de mudança de concentração depende do nível de potência inicial e da quantidade de mudança no nível de potência; a mudança de concentração de 135Xe é maior para uma mudança maior no nível de potência. Quando a potência do reactor é reduzida, o processo é invertido.

Iodo135 é um produto de fissão de urânio com um rendimento de cerca de 6% (contando também o iodo135 produzido quase imediatamente a partir do decaimento do telúrio-135 produzido por fissão). Este 135I decai com uma semi-vida de 6,57 horas para 135Xe. Assim, em um reator nuclear em operação, o 135Xe está sendo produzido continuamente. O 135Xe tem uma seção transversal de absorção de nêutrons muito grande, portanto, no ambiente de alto fluxo de nêutrons do núcleo de um reator nuclear, o 135Xe logo absorve um nêutron e se torna quase estável 136Xe. Assim, em cerca de 50 horas, a concentração de 135Xe atinge o equilíbrio onde sua criação por 135I decaimento é equilibrada com sua destruição pela absorção de nêutrons.

Quando a potência do reator é diminuída ou desligada pela inserção de barras de controle de absorção de nêutrons, o fluxo de nêutrons do reator é reduzido e o equilíbrio se desloca inicialmente para uma maior concentração de 135Xe. A concentração de 135Xe atinge o pico cerca de 11,1 horas após a energia do reactor ser reduzida. Como 135Xe tem uma meia-vida de 9,2 horas, a concentração de 135Xe diminui gradualmente de volta para níveis baixos durante 72 horas.

O nível temporariamente alto de 135Xe com sua seção transversal de alta absorção de nêutrons torna difícil reiniciar o reator por várias horas. O 135Xe absorvente de neutrões actua como uma barra de controlo, reduzindo a reactividade. A incapacidade de um reator ser reiniciado devido aos efeitos do 135Xe é às vezes chamado de partida com xenônio, e o reator é dito como “envenenado”. O período de tempo em que o reator é incapaz de superar os efeitos do 135Xe é chamado de “tempo morto de xenônio”.

Se houver autoridade suficiente para controlar a reatividade, o reator pode ser reiniciado, mas o transiente de queima de xenônio deve ser cuidadosamente gerenciado. Conforme as hastes de controle são extraídas e a criticidade é atingida, o fluxo de nêutrons aumenta muitas ordens de magnitude e o 135Xe começa a absorver os nêutrons e a ser transmutado para 136Xe. O reactor queima o veneno nuclear. À medida que isso acontece, a reatividade e o fluxo de nêutrons aumenta, e as barras de controle devem ser gradualmente reinseridas para contrariar a perda de absorção de nêutrons pelo 135Xe. Caso contrário, o fluxo de neutrões do reator continuará a aumentar, queimando ainda mais veneno de xenônio, em um caminho para a criticidade fugitiva. A constante de tempo para este transiente de queima depende do projeto do reator, do histórico do nível de potência do reator nos últimos dias e do novo ajuste de potência. Para uma subida típica de 50% para 100% de potência, a concentração de 135Xe cai por cerca de 3 horas.

A falta de antecipação e gestão do envenenamento por xenônio e compensar adequadamente a posterior queima foi um fator que contribuiu para o desastre de Chernobyl; durante uma queda para uma potência inferior, uma combinação de erro do operador e envenenamento por xenônio fez com que a energia térmica do reator caísse para níveis próximos do desligamento. Os esforços resultantes da tripulação para restaurar a energia, incluindo a retirada manual das barras de controle não sob o controle automático do computador da SKALA, colocaram o reator em uma configuração altamente insegura. Um procedimento SCRAM falhado, resultando no bloqueio das hastes de controle em um nível que realmente aumentou a reatividade, causou um transiente térmico e uma explosão de vapor que desfez o reator.

Reatores usando reprocessamento contínuo como muitos projetos de reatores de sal derretido podem ser capazes de extrair 135Xe do combustível e evitar esses efeitos. Os reactores de combustível fluido não podem desenvolver não homogeneidade de xenon porque o combustível é livre de se misturar. Além disso, a Experiência do Reator de Sal derretido demonstrou que a pulverização do combustível líquido como gotículas através de um espaço de gás durante a recirculação pode permitir que o xenônio e o crípton deixem os sais do combustível. No entanto, a remoção do xénon-135 da exposição a neutrões também faz com que o reactor produza mais do produto de fissão de longa duração césio-135.