Produkty rozszczepienia (według pierwiastków)
Na tej stronie omówiono każdy z głównych pierwiastków w mieszaninie produktów rozszczepienia powstających w wyniku rozszczepienia jądrowego wspólnych paliw jądrowych uranu i plutonu . Izotopy są wymienione według pierwiastków, w kolejności według liczby atomowej .
Wychwytywanie neutronów przez paliwo jądrowe w reaktorach jądrowych i bombach atomowych powoduje również wytwarzanie aktynowców i pierwiastków transuranowych (nie wymienionych tutaj). Występują one zmieszane z produktami rozszczepienia w wypalonym paliwie jądrowym i opadach jądrowych .
Wychwytywanie neutronów przez materiały reaktora jądrowego (osłony, okładziny itp.) lub środowisko (woda morska, gleba itp.) wytwarza produkty aktywacji (nie wymienione tutaj). Można je znaleźć w używanych reaktorach jądrowych i opadach jądrowych. Niewielka, ale istotna część zdarzeń rozszczepienia wytwarza nie dwa, ale trzy produkty rozszczepienia (nie licząc neutronów ani cząstek subatomowych). To rozszczepienie trójskładnikowe zwykle wytwarza bardzo lekkie jądro, takie jak hel (około 80% rozszczepień trójskładnikowych wytwarza cząstkę alfa ) lub wodór (większość pozostałych wytwarza tryt lub w mniejszym stopniu deuter i prot ) jako trzeci produkt. Jest to główne źródło trytu z reaktorów lekkowodnych. Innym źródłem trytu jest hel-6 , który natychmiast rozpada się do (stabilnego) litu-6 . Lit-6 wytwarza tryt po uderzeniu neutronami i jest jednym z głównych źródeł trytu produkowanego komercyjnie lub wojskowo. Jeśli pierwszym lub jedynym etapem ponownego przetwarzania jądrowego jest roztwór wodny (jak ma to miejsce w przypadku PUREX ), stwarza to problem, ponieważ zanieczyszczenia trytem nie można usunąć z wody inaczej niż przez kosztowną separację izotopów. Co więcej, niewielka część wolnych neutronów zaangażowanych w działanie reaktora jądrowego rozpada się na proton i cząstkę beta , zanim będą mogły oddziaływać z czymkolwiek innym. Biorąc pod uwagę, że protony z tego źródła są nie do odróżnienia od protonów z rozszczepienia trójskładnikowego lub radiolizy wody chłodzącej, ich ogólny udział jest trudny do oszacowania.
| 145 Gd | < 1 dzień |
| 149 Gd | 1–10 dni |
| 146 Gd | 10–100 dni |
| 153 Gd | 100 dni – 10 a |
| 148 Gd | 10–10 000 za |
| 150 Bd | 10 ka – 103 Ma |
| 152 Gd | > 700 mA |
| 158 Gd | Stabilny |
German -72, 73, 74, 76
| 72 Rdz | 73 Rdz | 74 Rdz | 76 Rdz |
Jeżeli powstaje german-75, szybko rozkłada się on na arsen. German-76 jest zasadniczo stabilny, rozpada się jedynie poprzez bardzo powolny podwójny rozpad beta do 76
Se .
Arsen -75
| 75 Jak |
podczas gdy arsen nie stanowi zagrożenia radiologicznego, jest wyjątkowo toksyczny chemicznie. Jeśli chce się pozbyć arsenu (bez względu na jego pochodzenie), neutronami termicznymi jedynego stabilnego izotopu 75
As da krótkotrwały 76
As , który szybko rozpada się do stabilnego 76
Se . Jeśli arsen zostanie napromieniowany wystarczającą ilością szybkich neutronów, aby spowodować znaczące reakcje „nokautowe” (n,2n) lub nawet (n,3n), zamiast tego zostaną wyprodukowane izotopy germanu .
Selen -77, 78, 79, 80, 82
| 77 se | 78 se |
79 se |
80 se | 82 se |
Se-79, którego okres półtrwania wynosi 327 tys. lat, jest jednym z długowiecznych produktów rozszczepienia . Biorąc pod uwagę stabilność jego kolejnych lżejszych i cięższych izotopów oraz duży przekrój poprzeczny, jaki te izotopy wykazują w różnych reakcjach neutronowych, jest prawdopodobne, że stosunkowo niska wydajność wynika ze znacznego zniszczenia Se-79 w reaktorze.
Brom -81
| 81 br |
Drugi stabilny izotop 79
Br jest „w cieniu” długiego okresu półtrwania jego bogatszego w neutrony izobaru 79
Se .
Krypton -83, 84, 85, 86
| 83 Kr | 84 Kr |
85 Kr |
86 Kr |
Krypton-85 , którego okres półtrwania wynosi 10,76 lat, powstaje w procesie rozszczepienia z wydajnością rozszczepienia około 0,3%. Tylko 20% produktów rozszczepienia o masie 85 staje się samym 85 Kr; reszta przechodzi przez krótkotrwały izomer jądrowy , a następnie do stabilnego 85 Rb. Jeśli napromieniowane paliwo reaktora zostanie ponownie przetworzone , ten radioaktywny krypton może zostać uwolniony do powietrza. To uwolnienie kryptonu można wykryć i wykorzystać jako środek do wykrywania tajnego przetwarzania jądrowego. Ściśle mówiąc, wykrywany etap to rozpuszczanie zużytego paliwa jądrowego w kwasie azotowym , ponieważ na tym etapie uwalniany jest krypton i inne gazy rozszczepialne, takie jak występujący w większej ilości ksenon . Pomimo zastosowań przemysłowych Kryptonu-85 i stosunkowo wysokich cen zarówno Kryptonu, jak i ksenonu, nie są one obecnie wydobywane ze zużytego paliwa jądrowego w zauważalnym stopniu, mimo że Krypton i ksenon stają się stałe w temperaturze ciekłego azotu i mogą w ten sposób zostać wychwycone w wymrażalniku , gdyby gazy spalinowe z procesu utleniania były chłodzone ciekłym azotem.
Wzrost stężenia gazów rozszczepialnych powyżej pewnej granicy może prowadzić do pęcznienia, a nawet przebicia kołka paliwowego, dlatego pomiar gazu rozszczepialnego po wyrzuceniu paliwa z reaktora jest najważniejszy do wykonywania obliczeń wypalania, badania charakteru paliwa wewnątrz reaktora, zachowania się z materiałami kołków, dla efektywnego wykorzystania paliwa, a także bezpieczeństwa reaktora. Oprócz tego są uciążliwe w reaktorze jądrowym, ponieważ są truciznami neutronowymi , choć nie w takim samym stopniu jak izotopy ksenonu, innego gazu szlachetnego wytwarzanego w wyniku rozszczepienia.
Rubid -85, 87
| 85 zł | 87 Rb |
Rubid-87 ma tak długi okres półtrwania, że jest zasadniczo stabilny (dłuższy niż wiek ziemi). Rubid-86 szybko rozpada się do stabilnego strontu-86, jeśli jest wytwarzany bezpośrednio, poprzez reakcje (n,2n) w rubidzie-87 lub poprzez wychwytywanie neutronów w rubidzie-85.
Stront -88, 89, 90
|
t ½ ( rok ) |
Wydajność ( % ) |
Q ( keV ) |
βγ | |
|---|---|---|---|---|
| 155 UE | 4.76 | 0,0803 | 252 | βγ |
| 85 Kr | 10.76 | 0,2180 | 687 | βγ |
| 113m Cd | 14.1 | 0,0008 | 316 | β |
| 90 st | 28,9 | 4.505 | 2826 | β |
| 137 Cs | 30.23 | 6.337 | 1176 | βγ _ |
| 121m Sn | 43,9 | 0,00005 | 390 | βγ |
| 151 Sm | 88,8 | 0,5314 | 77 | β |
| 88 Sr | 89 Sr | 90 st |
Radioizotopy strontu są bardzo ważne, ponieważ stront jest naśladowcą wapnia , który jest włączany do wzrostu kości i dlatego ma wielką zdolność szkodzenia ludziom. Z drugiej strony pozwala to również 89 Sr w otwartej radioterapii nowotworów kości . Jest to zwykle stosowane w opiece paliatywnej w celu zmniejszenia bólu spowodowanego wtórnymi guzami kości .
Stront-90 jest silnym emiterem beta o okresie półtrwania wynoszącym 28,8 lat. Wydajność produktu rozszczepienia maleje wraz ze wzrostem masy nuklidu rozszczepialnego - rozszczepienie 233
U daje więcej 90
Sr niż rozszczepienie 239
Pu z rozszczepieniem 235
U w środku. Mapa 90 Sr wokół Czarnobyla została opublikowana przez MAEA . Ze względu na bardzo mały poprzeczny absorpcji neutronów , stront-90 słabo nadaje się do transmutacji jądrowej indukowanej neutronami termicznymi jako sposobu na jego pozbycie się.
Stront-90 był w przeszłości używany w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych (RTG) ze względu na jego stosunkowo wysoką gęstość mocy (0,95 W cieplnie / g dla metalu, 0,46 W cieplnie / g dla powszechnie stosowanego obojętnego perowskitu w postaci tytanianu strontu ) oraz ponieważ jest łatwo ekstrahowany ze zużytego paliwa (zarówno rodzimy stront metaliczny, jak i tlenek strontu reagują z wodą tworząc rozpuszczalny wodorotlenek strontu ). Jednak zwiększona dostępność energii odnawialnej do zastosowań poza siecią, obsługiwanych wcześniej przez RTG, a także troska o źródła osierocone doprowadziły do niemal całkowitego porzucenia 90
Sr w RTG. Nieliczne (głównie kosmiczne) zastosowania RTG, które nadal istnieją, są w dużej mierze dostarczane przez 238
Pu pomimo wyższych kosztów, ponieważ ma on wyższą gęstość mocy, dłuższy okres półtrwania i jest łatwiejszy w ekranowaniu, ponieważ jest emiterem alfa , podczas gdy Stront-90 jest emiter beta.
Itr -88 do 91
88 Y |
89 Y |
90 lat |
91 Y
|
Jedyny stabilny izotop itru , 89 Y, zostanie znaleziony z wydajnością nieco mniejszą niż 1% w mieszaninie produktów rozszczepienia, która została pozostawiona do starzenia przez miesiące lub lata, ponieważ następne najdłużej żyjące izotopy itru mają okres półtrwania tylko 107 dni ( 88 Y) lub 59 dni ( 91 Y). Jednak niewielka ilość itru-90 zostanie znaleziona w świeckiej równowadze z jego macierzystym strontem-90, chyba że te dwa pierwiastki zostaną od siebie oddzielone.
90 Sr rozpada się na 90 Y, który jest emiterem beta z okresem półtrwania 2,67 dnia. 90 Y jest czasami używany do celów medycznych i można go uzyskać albo przez aktywację neutronową stabilnego 89 Y, albo za pomocą urządzenia podobnego do krowy technetu .
Ponieważ okres półtrwania niestabilnych izotopów itru jest niski ( 88
Y jest najdłuższy i wynosi 106 dni), itr wyekstrahowany z wypalonego paliwa jądrowego wolnego od strontu ma znikomą radioaktywność. 90Sr
Jednak silny emiter promieniowania gamma 90Y
nuklid będzie obecny tak długo, jak długo będzie obecny jego macierzysty . Jeśli pożądana jest nieradioaktywna próbka itru, należy dołożyć starań, aby usunąć wszelkie ślady strontu i zapewnić wystarczająco dużo czasu, aby umożliwić krótkotrwały rozpad Y-90 (okres półtrwania 64 godziny), zanim produkt będzie mógł zostać użyty.
Cyrkon -90 do 96
90 Zr |
91 Zr | 92 Zr | 93 Zr | 94 Zr | 95 Zr | 96 Zr |
Znaczna ilość cyrkonu powstaje w procesie rozszczepienia; część z nich składa się z radionuklidów krótkotrwałych ( 95 Zr i 97 Zr, które rozkładają się do molibdenu ), podczas gdy prawie 10% mieszaniny produktów rozszczepienia po latach rozpadu składa się z pięciu stabilnych lub prawie stabilnych izotopów cyrkonu plus 93 Zr z okresem półtrwania 1,53 miliona lat, który jest jednym z 7 głównych długowiecznych produktów rozszczepienia . Cyrkon jest powszechnie stosowany w okładzinach prętów paliwowych ze względu na mały przekrój poprzeczny neutronów . Jednak niewielka część tego cyrkonu wychwytuje neutrony i przyczynia się do ogólnego wykazu radioaktywnych izotopów cyrkonu. z cyrkonu nie jest powszechnie używana ponownie, podobnie jak cyrkon będący produktem rozszczepienia, który mógłby być stosowany w okładzinach, ponieważ jego stosunkowo słaba radioaktywność nie stanowiłaby większego problemu w reaktorze jądrowym. Pomimo wysokiej wydajności i długiej żywotności, Zr-93 generalnie nie jest uważany za poważny problem, ponieważ nie jest mobilny chemicznie i emituje niewiele promieniowania.
W roślinach PUREX cyrkon (niezależnie od źródła lub izotopu) czasami tworzy trzecią fazę , która może być zaburzeniem w roślinie. Trzecia faza to termin w ekstrakcji rozpuszczalnikowej nadawany trzeciej warstwie (takiej jak pianka i/lub emulsja), która tworzy się z dwóch warstw w procesie ekstrakcji rozpuszczalnikowej. Cyrkon tworzy trzecią fazę, tworząc małe cząsteczki, które stabilizują emulsję , która jest trzecią fazą.
Cyrkon-90 powstaje głównie w wyniku kolejnych rozpadów beta ze strontu-90 . Próbkę nieradioaktywnego cyrkonu można wyekstrahować ze zużytego paliwa jądrowego poprzez ekstrakcję strontu-90 i pozostawienie wystarczającej jego ilości do rozpadu (np. w RTG). Cyrkon można następnie oddzielić od pozostałego strontu, pozostawiając bardzo czystą izotopowo próbkę Zr-90.
Niob -95
| 95 Uwaga |
Niob-95, którego okres półtrwania wynosi 35 dni, jest początkowo obecny jako produkt rozszczepienia. Jedyny stabilny izotop niobu ma liczbę masową 93, a produkty rozszczepienia o masie 93 najpierw rozpadają się na długożyciowy cyrkon-93 (okres półtrwania 1,53 mA). Niob-95 rozpadnie się na molibden-95, który jest stabilny.
Molibden -95, 97, 98, 99, 100
| 95 pn | 97 pn | 98 pn | 99 pn | 100 mies |
Mieszanina produktów rozszczepienia zawiera znaczne ilości molibdenu . Molibden-99 cieszy się ogromnym zainteresowaniem medycyny nuklearnej jako macierzysty nuklid 99m
Tc , ale jego krótki okres półtrwania oznacza, że zwykle ulega rozkładowi na długo przed ponownym przetworzeniem wypalonego paliwa jądrowego. 99
Mo można wytwarzać zarówno przez rozszczepienie, po którym następuje natychmiastowe ponowne przetwarzanie (zwykle wykonywane tylko w reaktorach badawczych na małą skalę ) lub w akceleratorach cząstek . Ponieważ Molibden-100 rozpada się bardzo powoli poprzez podwójny rozpad beta (o połowę dłuższy niż wiek wszechświata ), zawartość molibdenu w wypalonym paliwie jądrowym będzie zasadniczo stabilna po upływie kilku dni, aby umożliwić rozpad Molibdenu-99.
Technet -99
| Nuklid | t 1 / 2 | Dawać | Q | βγ |
|---|---|---|---|---|
| ( mama ) | (%) | ( keV ) | ||
| 99 Tc | 0,211 | 6.1385 | 294 | β |
| 126 Sn | 0,230 | 0,1084 | 4050 | βγ _ |
| 79 se | 0,327 | 0,0447 | 151 | β |
| 93 Zr | 1,53 | 5,4575 | 91 | βγ |
| 135 Cs | 2.3 | 6.9110 | 269 | β |
| 107 Pd | 6.5 | 1,2499 | 33 | β |
| 129 I | 15.7 | 0,8410 | 194 | βγ |
|
99 Tc
|
99 Tc , okres półtrwania 211 tys. lat, jest wytwarzany z wydajnością około 6% na rozszczepienie; zobacz także główną produktów rozszczepienia . Jest również produkowany (poprzez krótkotrwały izomer jądrowy technet-99m ) jako produkt rozpadu molibdenu-99. Technet jest szczególnie mobilny w środowisku, ponieważ tworzy ujemnie naładowane nadtechnecjanowe i stanowi największe zagrożenie radiologiczne wśród długożyciowych produktów rozszczepienia. Pomimo tego, że jest metalem, technet zwykle nie tworzy dodatnio naładowanych jonów, ale istnieją halogenki technetu, takie jak sześciofluorek technetu . TcF 6 jest uciążliwy we wzbogacaniu uranu , ponieważ jego temperatura wrzenia (328,4 K (55,3 ° C; 131,4 ° F)) jest bardzo zbliżona do temperatury wrzenia sześciofluorku uranu (329,6 K (56,5 ° C; 133,6 ° F)). Problem ten jest znany zakładom zajmującym się wzbogacaniem, ponieważ spontaniczne rozszczepienie daje również niewielkie ilości technetu (który będzie w świeckiej równowadze z jego macierzystymi nuklidami w naturalnym uranie), ale jeśli lotność fluoru zostanie wykorzystana do ponownego przetwarzania, znaczna część frakcji „uranu” z destylacja frakcyjna zostanie zanieczyszczona technetem, co będzie wymagało dalszego etapu separacji.
Technet-99 nadaje się do transmutacji jądrowej przez wolne neutrony, ponieważ ma wystarczający przekrój poprzeczny neutronów termicznych i nie ma znanych stabilnych izotopów. Pod wpływem promieniowania neutronowego Tc-99 tworzy Tc-100, który szybko rozpada się na stabilne 100
Ru , cenny metal z grupy platynowców .
Ruten -101 do 106
| 101 ru | 102 ru | 103 ru | 104 ru | 105 ru | 106 ru |
Wiele radioaktywnego rutenu-103, rutenu-106 i stabilnego rutenu powstaje w procesie rozszczepienia. Ruten w rafinacie PUREX może ulec utlenieniu, tworząc lotny tetratlenek rutenu , który tworzy fioletową parę nad powierzchnią ługu wodnego. Czterotlenek rutenu jest bardzo podobny do tetratlenku osmu ; związek rutenu jest silniejszym utleniaczem, który umożliwia tworzenie osadów w reakcji z innymi substancjami. W ten sposób ruten w zakładzie przetwórczym jest bardzo mobilny, trudny do ustabilizowania i można go znaleźć w dziwnych miejscach. Został nazwany wyjątkowo kłopotliwym i ma niesławną reputację jako produkt szczególnie trudny w obsłudze podczas ponownego przetwarzania. Utlenianie połączone z wychwytywaniem gazów spalinowych w pułapce zimnej może odzyskać lotny tetratlenek rutenu, zanim stanie się on uciążliwy w dalszym przetwarzaniu. Po rozpadzie radioaktywnych izotopów, odzyskany ruten mógłby być sprzedawany po stosunkowo wysokiej wartości rynkowej.
Ponadto ruten w rafinacie PUREX tworzy dużą liczbę kompleksów nitrozylowych , co sprawia, że chemia rutenu jest bardzo złożona. Szybkość ligandów na ruten i rod jest zwykle długa, dlatego reakcja związku rutenu lub rodu może zająć dużo czasu. [ ilościowo ]
W Czarnobylu podczas pożaru ruten stał się lotny i zachowywał się inaczej niż wiele innych metalicznych produktów rozszczepienia. Niektóre z cząstek, które zostały wyemitowane przez ogień, były bardzo bogate w ruten.
Ponieważ najdłużej żyjący radioaktywny izotop ruten-106 ma okres półtrwania wynoszący zaledwie 373,59 dni, zasugerowano, że ruten i pallad w rafinacie PUREX powinny być używane jako źródło metali po umożliwieniu rozpadowi izotopów promieniotwórczych. Po upływie dziesięciu cykli półtrwania ponad 99,96% dowolnego radioizotopu jest stabilne. Dla Ru-106 jest to 3735,9 dni lub 10 lat i 84 dni.
Rod -103, 105
103 Rh |
105 Rh
|
Chociaż powstaje mniej rodu niż rutenu i palladu (wydajność około 3,6%), mieszanina produktów rozszczepienia nadal zawiera znaczne ilości tego metalu. Ze względu na wysokie ceny rutenu, rodu i palladu podjęto pewne prace nad oddzieleniem tych metali, aby umożliwić ich późniejsze wykorzystanie. Ze względu na możliwość zanieczyszczenia metali izotopami promieniotwórczymi nie nadają się one do wytwarzania produktów konsumenckich, takich jak biżuteria . Jednak to źródło metali może być wykorzystywane jako katalizatory w zakładach przemysłowych, takich jak zakłady petrochemiczne.
Tragiczny przykład narażenia ludzi na promieniowanie ze skażonej biżuterii miał miejsce w Stanach Zjednoczonych. Uważa się, że złota , które kiedyś zawierały radon, zostały przetworzone na biżuterię. Złoto rzeczywiście zawierało radioaktywne produkty rozpadu 222 Rn.
Niektóre inne izotopy rodu istnieją jako „stany przejściowe” rozpadu rutenu przed dalszym rozpadem w kierunku stabilnych izotopów palladu. Jeśli niski poziom radioaktywności palladu (patrz poniżej) zostanie uznany za nadmierny - na przykład do wykorzystania jako inwestycja lub biżuteria - każdy z jego poprzedników można wydobyć ze stosunkowo „młodego” wypalonego paliwa i pozwolić mu się rozłożyć przed wydobyciem stabilnego produktu końcowego z serii rozpadu.
Pallad -105 do 110
| 105 Pd | 106 Pd |
107 Pd |
108 Pd | 109 Pd | 110 szt |
Wiele form palladu podczas procesu rozszczepienia. Podczas ponownego przetwarzania jądrowego nie cały pallad z rozszczepienia rozpuszcza się; również część palladu, który rozpuszcza się na początku, później wychodzi z roztworu. Bogate w pallad drobne cząstki (cząsteczki) rozpuszczacza są często usuwane, ponieważ zakłócają proces ekstrakcji rozpuszczalnikiem poprzez stabilizację trzeciej fazy .
Pallad z rozszczepienia może zostać oddzielony podczas procesu, w którym rafinat PUREX jest łączony ze szkłem i podgrzewany, aby utworzyć ostateczną postać odpadów wysokoaktywnych . Pallad tworzy stop z tellurem z rozszczepienia. Stop ten może oddzielić się od szkła.
107 Pd jest jedynym długożyciowym radioaktywnym izotopem wśród produktów rozszczepienia, a jego rozpad beta ma długi okres półtrwania i niską energię, co pozwala na przemysłowe wykorzystanie wyekstrahowanego palladu bez rozdzielania izotopów.
Pallad-109 najprawdopodobniej rozpadnie się do stabilnego srebra-109 do czasu ponownego przetworzenia. Przed osiągnięciem srebra-109 zostanie osiągnięty izomer jądrowy ; 109m
Ag . Jednak w przeciwieństwie do 99m
Tc nie ma obecnie zastosowania dla 109m
Ag .
Srebro -109
109 Ag |
111 Ag
|
Podczas gdy produkowane radioaktywne izotopy srebra szybko zanikają, pozostawiając tylko stabilne srebro, wydobycie go do użytku nie jest ekonomiczne, chyba że jest produktem ubocznym ekstrakcji metali z grupy platynowców .
Kadm -111 do 116
111 Cd |
112 Cd |
113 Cd |
114 Cd |
115 Cd |
116 Cd |
Kadm jest silną trucizną neutronową iw rzeczywistości pręty kontrolne są często wykonane z kadmu, co powoduje, że gromadzenie się kadmu w paliwie ma szczególne znaczenie dla utrzymania stabilnej gospodarki neutronowej . Kadm jest również chemicznie trującym metalem ciężkim, ale biorąc pod uwagę liczbę absorpcji neutronów wymaganych do transmutacji, nie jest celem o wysokim priorytecie dla celowej transmutacji.
Ind -115
|
115 w
|
Chociaż ind-115 jest bardzo słabo radioaktywny, jego okres półtrwania jest dłuższy niż wiek wszechświata i rzeczywiście typowa próbka indu na Ziemi będzie zawierała więcej tego „niestabilnego” izotopu niż „stabilnego” indu-113.
Cyna -117 do 126
117 Sn |
118 Sn |
119 Sn |
120 Sn |
121 Sn |
122 Sn |
123 Sn |
124 Sn |
125 Sn |
126 Sn |
W normalnym reaktorze termicznym cyna-121m ma bardzo niską wydajność produktu rozszczepienia ; w związku z tym izotop ten nie wnosi znaczącego wkładu w odpady jądrowe . Szybkie rozszczepienie lub rozszczepienie niektórych cięższych aktynowców da 121 m Sn przy wyższych wydajnościach. Na przykład jego wydajność z U-235 wynosi 0,0007% na rozszczepienie termiczne i 0,002% na szybkie rozszczepienie.
Antymon -121, 123, 124, 125
| 123 ks | 125 ks |
Antymon-125 rozpada się z okresem półtrwania wynoszącym ponad dwa lata do 125 m
Te , który sam rozpada się z okresem półtrwania wynoszącym prawie dwa miesiące poprzez przejście izomeryczne do stanu podstawowego. Podczas gdy jego stosunkowo krótki okres półtrwania i znaczne emisje promieniowania gamma (144,77 keV) jego pochodnego nuklidu sprawiają, że zastosowanie w RTG jest mniej atrakcyjne, Sb-125 może zapewniać stosunkowo wysoką gęstość mocy 3,4 W termicznie / g .
Lotność fluorków może odzyskać antymon jako lekko lotny (ciało stałe w temperaturze pokojowej) trifluorek antymonu lub bardziej lotny (temperatura wrzenia 422,6 K (149,5 ° C; 301,0 ° F)) pentafluorek antymonu .
Tellur -125 do 132
125 Te |
126 Te |
127 Te |
128 Te |
129 Cz |
130 Te |
131 Te |
132 Te |
Tellur-128 i -130 są zasadniczo stabilne. Rozpadają się tylko przez podwójny rozpad beta , z okresem półtrwania >10 20 lat. Stanowią one główną frakcję naturalnie występującego telluru w ilości odpowiednio 32 i 34%. Tellurium-132 i jego córka 132 I są ważne w pierwszych dniach po krytyczności. Był odpowiedzialny za dużą część dawki wyrządzonej pracownikom w Czarnobylu w pierwszym tygodniu.
Izobara tworząca 132 Te/ 132 I to: Cyna-132 (okres półtrwania 40 s) rozpada się na antymon-132 ( okres półtrwania 2,8 minuty) rozpada się na tellur-132 (okres półtrwania 3,2 dnia) rozpada się na jod-132 ( półtrwania 2,3 godziny), który rozpada się na stabilny ksenon-132.
Tworzenie telluru-126 jest opóźnione przez długi okres półtrwania (230 tys. lat) cyny -126 .
Jod -127, 129, 131
| 127 I | 129 I | 131 I |
131 I , z okresem półtrwania wynoszącym 8 dni, jest zagrożeniem ze strony opadu jądrowego , ponieważ jod koncentruje się w tarczycy . Zobacz także skutki promieniowania z katastrofy nuklearnej Fukushima Daiichi#Iodine-131 i Downwinders#Nevada .
Podobnie jak 89 Sr, 131 I jest stosowany w leczeniu raka . Mała dawka 131 I może być użyta w teście czynności tarczycy, podczas gdy duża dawka może być użyta do zniszczenia raka tarczycy. To leczenie zwykle wyszukuje i niszczy każdy wtórny guz , który powstał z raka tarczycy. Znaczna część energii z beta z 131I zostanie wchłonięta przez tarczycę, podczas gdy promienie gamma prawdopodobnie będą w stanie uciec z tarczycy i napromieniować inne części ciała.
Duże ilości 131 I zostały uwolnione podczas eksperymentu zwanego Green Run, w którym paliwo, któremu pozwolono ostygnąć tylko przez krótki czas po napromieniowaniu, zostało ponownie przetworzone w zakładzie, w którym nie działała płuczka jodowa.
129 I , z okresem półtrwania prawie miliard razy dłuższym, jest długotrwałym produktem rozszczepienia . Jest jednym z najbardziej uciążliwych, ponieważ gromadzi się w stosunkowo małym narządzie (tarczycy), gdzie nawet jego stosunkowo niska dawka promieniowania może spowodować ogromne szkody, ponieważ ma długi biologiczny okres półtrwania . Z tego powodu często rozważa się transmutację jodu pomimo obecności stabilnego 127
I w wypalonym paliwie. W widmie neutronów 129I
termicznych więcej jodu-129 jest niszczone niż nowo tworzone, ponieważ jod-128 jest krótkotrwały, a stosunek izotopów jest na korzyść . W zależności od konstrukcji aparatu transmutacyjnego należy zachować ostrożność, ponieważ ksenon, produkt rozpadu beta jodu, jest zarówno silną trucizną neutronową, jak i gazem, którego chemiczne „utrwalenie” w związkach stałych jest prawie niemożliwe, więc albo ucieknie na zewnątrz lub wywrzeć ciśnienie na naczynie zawierające cel transmutacji.
127 I jest stabilny, jedyny z izotopów jodu , który nie jest radioaktywny. Stanowi tylko około 1 ⁄ 6 jodu w wypalonym paliwie, z I-129 około 5 ⁄ 6 .
Ksenon -131 do 136
131 Xe |
132 Xe |
133 Xe |
134 Xe | 135 Xe | 136 Xe |
ksenon będący produktem rozszczepienia ma tendencję do migracji, tworząc pęcherzyki w paliwie. Ponieważ cez 133, 135 i 137 powstają w wyniku cząstek beta odpowiednich izotopów ksenonu, powoduje to fizyczne oddzielenie cezu od większości paliwa tlenku uranu.
Ponieważ 135 Xe jest silną trucizną jądrową o największym przekroju absorpcji neutronów termicznych , nagromadzenie 135 Xe w paliwie wewnątrz reaktora energetycznego może znacznie obniżyć reaktywność . Jeśli reaktor energetyczny zostanie wyłączony lub pozostawiony włączony przy niskim poziomie mocy, wówczas duże ilości 135 Xe mogą nagromadzić się w wyniku zaniku 135 I. Gdy reaktor zostanie ponownie uruchomiony lub niski poziom mocy znacznie wzrośnie, 135 Xe zostanie szybko zużywane w reakcjach wychwytu neutronów , a reaktywność rdzenia wzrośnie. W pewnych okolicznościach systemy sterowania mogą nie być w stanie zareagować wystarczająco szybko, aby poradzić sobie z nagłym wzrostem reaktywności, gdy zabudowany 135 Xe się wypala. Uważa się, że zatrucie ksenonem było jednym z czynników, które doprowadziły do skoku napięcia, który uszkodził rdzeń reaktora w Czarnobylu .
Cez -133, 134, 135, 137
| 133 Cs |
134 Cs |
135 Cs |
137 Cs |
Cez-134 znajduje się w wypalonym paliwie jądrowym , ale nie jest wytwarzany w wyniku eksplozji broni jądrowej , ponieważ powstaje tylko w wyniku wychwytywania neutronów na stabilnym Cs-133, który jest wytwarzany tylko w wyniku rozpadu beta Xe-133 z okresem półtrwania wynoszącym 3 dni. Cs-134 ma okres półtrwania wynoszący 2 lata i może być głównym źródłem promieniowania gamma w ciągu pierwszych 20 lat po wyładowaniu.
Cez-135 to długotrwały produkt rozszczepienia o znacznie słabszej radioaktywności. Wychwytywanie neutronów wewnątrz reaktora powoduje transmutację większości ksenonu-135 , który w innym przypadku uległby rozpadowi do Cs-135.
Cez-137 , którego okres półtrwania wynosi 30 lat, jest głównym średniowiecznym produktem rozszczepienia , wraz z Sr-90. Cs-137 jest głównym źródłem przenikającego promieniowania gamma z wypalonego paliwa jądrowego od 10 do około 300 lat po wyładowaniu. Jest to najbardziej znaczący radioizotop pozostawiony w okolicach Czarnobyla .
Bar -138, 139, 140
| 138 Ba | 139 Ba | 140 Ba |
Bar powstaje w dużych ilościach w procesie rozszczepienia. Krótkożyciowy izotop baru był mylony z radem przez niektórych wczesnych pracowników. Bombardowali uran neutronami, próbując utworzyć nowy pierwiastek. Ale zamiast tego spowodowały rozszczepienie, które wygenerowało dużą ilość radioaktywności w celu. Ze względu na skład chemiczny baru i radu oba pierwiastki można było rozdzielić np. przez wytrącanie siarczanowymi . Z powodu tego podobieństwa chemii pierwsi robotnicy myśleli, że bardzo radioaktywna frakcja, która została wydzielona na frakcję "radu" zawierała nowy izotop radu. Niektóre z tych wczesnych prac wykonali Otto Hahn i Fritz Strassmann .
Lantanowce (lantan-139, cer-140 do 144, neodym-142 do 146, 148, 150, promet-147 i samar-149, 151, 152, 154)
| 139 Ł | 140 La | ||||||||||||||||||||||
| 140 n.e | 141 n.e | 142 n.e | 143 n.e | 144 n.e | |||||||||||||||||||
| 141 par | 143 par | ||||||||||||||||||||||
| 143 Nd | 144 Nd | 145 Nd | 146 Nd | 147 Nd | 148 Nd | 149 Nd | 150 Nd | ||||||||||||||||
| 147 godz | 149 godz | 151 godz | |||||||||||||||||||||
| 147 sm | 149 Sm | 151 Sm | 152 sm | 153 sm | 154 Sm | ||||||||||||||||||
| 153 Ue |
154 Ue |
155 UE | 156 Ue | ||||||||||||||||||||
| 155 Gd | 156 Gd | 157 Gd | 158 Gd | 159 Gd | 160 Gd | ||||||||||||||||||
| 159 Tb | 161 Tb | ||||||||||||||||||||||
| 161 Dz |
Wiele lżejszych lantanowców ( lantan , cer , neodym i samar ) powstaje jako produkty rozszczepienia. W Afryce , w Oklo , gdzie ponad miliard lat temu działał naturalny reaktor rozszczepienia jądrowego , mieszanina izotopowa neodymu nie jest taka sama jak „normalny” neodym, ma wzór izotopowy bardzo podobny do neodymu powstałego w wyniku rozszczepienia.
W następstwie wypadków krytycznych poziom 140 La jest często używany do określenia wydajności rozszczepienia (pod względem liczby jąder, które uległy rozszczepieniu).
Samar-149 jest drugą najważniejszą trucizną neutronową w fizyce reaktorów jądrowych. Samar-151 , wytwarzany z mniejszą wydajnością, jest trzecim najbardziej rozpowszechnionym produktem rozszczepienia o średniej długości życia , ale emituje jedynie słabe promieniowanie beta . Oba mają wysokie przekroje poprzeczne absorpcji neutronów, tak że wiele z nich wytwarzanych w reaktorze jest później niszczonych tam przez absorpcję neutronów.
Lantanowce stanowią problem w ponownym przetwarzaniu jądrowym, ponieważ są chemicznie bardzo podobne do aktynowców , a większość ponownego przetwarzania ma na celu oddzielenie niektórych lub wszystkich aktynowców od produktów rozszczepienia lub przynajmniej trucizn neutronowych wśród nich.
Linki zewnętrzne
-
Żywy wykres nuklidów – MAEA Kolorowa mapa wydajności produktów rozszczepienia i szczegółowe dane po kliknięciu nuklidu. - Układ okresowy z wyświetlaniem łańcuchów rozpadu izotopów. Kliknij pierwiastek, a następnie liczbę masową izotopu, aby zobaczyć łańcuch rozpadu (odnośnik do uranu 235 ).
