Продукты деления (по элементам)
На этой странице обсуждается каждый из основных элементов смеси продуктов деления, образующихся в результате ядерного деления обычного ядерного топлива — урана и плутония . Изотопы атомного перечислены по элементам в порядке номера .
Захват нейтронов ядерным топливом в ядерных реакторах и атомных бомбах также приводит к образованию актинидов и трансурановых элементов (здесь не перечислены). Они обнаруживаются в смеси с продуктами деления в отработавшем ядерном топливе и ядерных осадках .
Захват нейтронов материалами ядерного реактора (защита, оболочка и т. д.) или окружающей средой (морская вода, почва и т. д.) приводит к образованию продуктов активации (здесь не перечислены). Они встречаются в использованных ядерных реакторах и ядерных осадках. Небольшая, но немаловажная часть событий деления производит не два, а три продукта деления (не считая нейтронов или субатомных частиц). В результате этого тройного деления обычно образуется очень легкое ядро, такое как гелий (около 80% тройного деления производят альфа-частицу ) или водород (большая часть остальных производит тритий или, в меньшей степени, дейтерий и протий ) в качестве третьего продукта. Это основной источник трития из легководных реакторов. Другим источником трития является гелий-6 , который сразу же распадается на (стабильный) литий-6 . Литий-6 производит тритий при воздействии нейтронов и является одним из основных источников трития, производимого в коммерческих или военных целях. Если первым или единственным этапом ядерной переработки является водный раствор (как в случае с PUREX ), это создает проблему, поскольку загрязнение тритием невозможно удалить из воды, кроме как путем дорогостоящего разделения изотопов. Кроме того, ничтожная часть свободные нейтроны , участвующие в работе ядерного реактора, распадаются на протон и бета-частицу, прежде чем они смогут взаимодействовать с чем-либо еще. Учитывая, что протоны из этого источника неотличимы от протонов тройного деления или радиолиза охлаждающей воды, их общую долю трудно определить количественно.
| 145 Б-г | < 1 день |
| 149 Б-г | 1–10 дней |
| 146 Б-г | 10–100 дней |
| 153 Б-г | 100 дней–10 а |
| 148 Б-г | 10–10 000 а |
| 150 Б-г | 10–700 млн лет назад |
| 152 Б-г | > 700 млн лет назад |
| 158 Б-г | Стабильный |
Германий -72, 73, 74, 76
[ редактировать ]| 72 Ге | 73 Ге | 74 Ге | 76 Ге |
Если производится германий-75, он быстро распадается до мышьяка. Германий-76 по существу стабилен и распадается только в результате чрезвычайно медленного двойного бета-распада до 76
С .
Мышьяк -75
[ редактировать ]| 75 Как |
Хотя мышьяк не представляет радиологической опасности, он чрезвычайно токсичен с химической точки зрения. Если необходимо избавиться от мышьяка (независимо от его происхождения), можно использовать облучение тепловыми нейтронами единственного стабильного изотопа. 75
Как даст недолгий 76
Как который быстро распадается до стабильного 76
Се . Если мышьяк облучается достаточным количеством быстрых нейтронов, чтобы вызвать заметные реакции «нокаута» (n,2n) или даже (n,3n), изотопы германия вместо этого будут производиться .
Селен -77, 78, 79, 80, 82
[ редактировать ]| 77 Се | 78 Се | 79 Се |
80 Се | 82 Се |
Se-79, период полураспада 327 тысяч лет, является одним из долгоживущих продуктов деления . Учитывая стабильность следующих более легких и тяжелых изотопов, а также высокое сечение этих изотопов для различных нейтронных реакций, вполне вероятно, что относительно низкий выход обусловлен тем, что Se-79 в значительной степени разрушается в реакторе.
Бром -81
[ редактировать ]| 81 Бр |
Другой стабильный изотоп 79
Br «затмевается» долгим периодом полураспада его более богатой нейтронами изобары. 79
С .
Криптон -83, 84, 85, 86
[ редактировать ]| 83 НОК | 84 НОК | 85 НОК |
86 НОК |
Криптон-85 с периодом полураспада 10,76 лет образуется в процессе деления с выход деления около 0,3%. Только 20% продуктов деления с массой 85 становятся 85 сам Кр; остальное проходит через короткоживущий ядерный изомер , а затем переходит в стабильный 85 руб. Если облученное реакторное топливо перерабатывать , этот радиоактивный криптон может попасть в воздух. Этот выброс криптона можно обнаружить и использовать в качестве средства обнаружения тайной ядерной переработки. Строго говоря, обнаруженная стадия — это растворение отработанного ядерного топлива в азотной кислоте , поскольку именно на этой стадии криптон и другие газы деления, такие как более распространенный ксенон высвобождаются . Несмотря на промышленное применение Криптона-85 и относительно высокие цены как на Криптон, так и на Ксенон, в настоящее время они не извлекаются из отработанного топлива в сколько-нибудь заметной степени, хотя Криптон и Ксенон оба становятся твердыми при температуре жидкого азота и, таким образом, могут быть уловлены. в холодной ловушке , если дымовые газы процесса волоксидации охлаждались жидким азотом.
Увеличение содержания газов деления выше определенного предела может привести к вздутию и даже проколу твэла, поэтому измерение количества газов деления после выгрузки топлива из реактора наиболее важно для расчета выгорания, изучения природы топлива внутри реактора, поведение с материалами штифтов для эффективного использования топлива, а также безопасности реактора. Кроме того, они мешают работе ядерного реактора, поскольку являются нейтронными ядами , хотя и не в такой степени, как изотопы ксенона, другого благородного газа, образующегося при делении.
Рубидий -85, 87
[ редактировать ]| 85 руб. | 87 руб. |
Рубидий-87 имеет такой длительный период полураспада, что он практически стабилен (дольше возраста Земли ). Рубидий-86 быстро распадается на стабильный стронций-86, если его производить напрямую, посредством (n,2n)-реакций в Рубидии-87 или путем захвата нейтронов в Рубидии-85.
Стронций -88, 89, 90
[ редактировать ]| t ½ ( год ) |
Урожай ( % ) |
вопрос ( кэВ ) |
Выход | |
|---|---|---|---|---|
| 155 Евросоюз | 4.76 | 0.0803 | 252 | Выход |
| 85 НОК | 10.76 | 0.2180 | 687 | Выход |
| 113 м компакт-диск | 14.1 | 0.0008 | 316 | б |
| 90 старший | 28.9 | 4.505 | 2826 | б |
| 137 Cs | 30.23 | 6.337 | 1176 | б с |
| 121 м Сн | 43.9 | 0.00005 | 390 | Выход |
| 151 см | 88.8 | 0.5314 | 77 | б |
| 88 старший | 89 старший | 90 старший |
Радиоизотопы стронция очень важны, поскольку стронций является имитатором кальция , который участвует в росте костей и, следовательно, обладает большой способностью вредить человеку. С другой стороны, это также позволяет 89 Sr будет использоваться в открытой лучевой терапии опухолей костей . Обычно его используют в паллиативной помощи для уменьшения боли, вызванной опухолями костей вторичными .
Стронций-90 является сильным бета- излучателем с периодом полураспада 28,8 лет. его Выход продуктов деления уменьшается с увеличением массы делящегося нуклида - деление 233
Вы производите больше 90
Sr , чем деление 239
Pu с делением 235
Ты посередине. Карта 90 о загрязнении окружающей среды вокруг Чернобыля опубликовало данные МАГАТЭ . [ 1 ] Из-за очень малого сечения поглощения нейтронов стронций-90 плохо подходит для ядерной трансмутации, индуцированной тепловыми нейтронами , как способа его утилизации.
Стронций-90 использовался в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ) в прошлом из-за его относительно высокой удельной мощности (0,95 Вт тепловой энергии /г для металла, 0,46 Вт тепловой энергии /г для обычно используемого инертного перовскита в форме титаната стронция ) и потому, что легко извлекается из отработавшего топлива (как самородный металлический стронций, так и оксид стронция реагируют с водой, образуя растворимый гидроксид стронция ). Однако возросшая доступность возобновляемой энергии для автономных применений, ранее обслуживавшихся ритэгами, а также обеспокоенность по поводу бесхозных источников привели к практически полному отказу от использования возобновляемых источников энергии. 90
Старший в РИТЭГах. Те немногие (в основном космические) приложения для РИТЭГов, которые все еще существуют, в основном поставляются 238
Пу, несмотря на его более высокую стоимость, поскольку он имеет более высокую удельную мощность, более длительный период полураспада и легче экранируется, поскольку является альфа-излучателем , а стронций-90 является бета-излучателем.
Иттрий от -89 до 91
[ редактировать ]89 И |
90 И |
91 И
|
Единственный стабильный изотоп иттрия . 89 Y будет обнаружен с выходом несколько менее 1% в смеси продуктов деления, которой позволили стареть в течение месяцев или лет, поскольку период полураспада следующих по продолжительности жизни изотопов иттрия составляет всего 107 дней ( 88 Y) или 59 дней ( 91 Ю). Однако небольшое количество иттрия-90 будет находиться в вековом равновесии с его исходным стронцием-90, если только эти два элемента не будут отделены друг от друга.
90 Sr распадается на 90 Y представляет собой бета-излучатель с периодом полураспада 2,67 дня. 90 Y иногда используется в медицинских целях и может быть получен либо путем нейтронной активации стабильных 89 Y или с помощью устройства, похожего на технециевую корову .
Поскольку периоды полураспада нестабильных изотопов иттрия невелики ( 88
Y является самым продолжительным и составляет 106 дней), иттрий, извлеченный из не содержащего стронция отработавшего топлива умеренного возраста, имеет незначительную радиоактивность. Однако сильный гамма-излучатель 90
Y будет присутствовать до тех пор, пока его родительский нуклид 90
Сэр есть. Если требуется нерадиоактивный образец иттрия, необходимо позаботиться о том, чтобы удалить все следы стронция, и дать достаточно времени, чтобы позволить короткоживущему распаду Y-90 (период полураспада 64 часа), прежде чем продукт можно будет использовать.
Цирконий от -90 до 96
[ редактировать ]90 Зр |
91 Зр | 92 Зр | 93 Зр | 94 Зр | 95 Зр | 96 Зр |
Значительное количество циркония образуется в процессе деления; часть из них состоит из короткоживущих радионуклидов ( 95 Зр и 97 Zr, который распадается на молибден ), тогда как почти 10% смеси продуктов деления после многих лет распада состоит из пяти стабильных или почти стабильных изотопов циркония плюс 93 Zr с периодом полураспада 1,53 миллиона лет является одним из 7 основных долгоживущих продуктов деления . Цирконий обычно используется в оболочке твэлов из-за его низкого нейтронного сечения . Однако небольшая доля этого циркония захватывает нейтроны и вносит свой вклад в общий запас радиоактивных изотопов циркония. Оболочка из циркаллоя обычно не используется повторно, как и цирконий, полученный в результате деления, который можно было бы использовать в оболочке, поскольку его относительно слабая радиоактивность не будет представлять серьезной проблемы внутри ядерного реактора. Несмотря на высокий выход и долговечность, Zr-93, как правило, не вызывает серьезного беспокойства, поскольку он химически не подвижен и излучает мало радиации.
На установках PUREX цирконий (независимо от источника или изотопа) иногда образует третью фазу , что может вызвать нарушение работы установки. Третья фаза – это период экстракции растворителем, придаваемый третьему слою (например, пене и/или эмульсии), который образуется из двух слоев в процессе экстракции растворителем. Цирконий образует третью фазу, образуя мелкие частицы, которые стабилизируют эмульсию , которая является третьей фазой.
Цирконий-90 в основном образуется в результате последовательных бета-распадов стронция-90 . Образец нерадиоактивного циркония можно извлечь из отработавшего топлива, извлекая стронций-90 и позволяя его достаточному количеству распасться (например, в ритэге). Затем цирконий можно отделить от оставшегося стронция, получив очень изотопно чистый образец Zr-90.
Ниобий -95
[ редактировать ]| 95 Нб |
Ниобий-95 с периодом полураспада 35 дней изначально присутствует в виде продукта деления. Единственный стабильный изотоп ниобия имеет массовое число 93, а продукты деления с массой 93 сначала распадаются на долгоживущий цирконий-93 (период полураспада 1,53 млн лет). Ниобий-95 распадается на стабильный молибден-95.
Молибден -95, 97, 98, 99, 100
[ редактировать ]| 95 Мо | 97 Мо | 98 Мо | 99 Мо | 100 Мо |
Смесь продуктов деления содержит значительные количества молибдена . Молибден-99 представляет огромный интерес для ядерной медицины как исходный нуклид для 99 м
Tc , но его короткий период полураспада означает, что оно обычно распадается задолго до того, как отработанное топливо будет переработано. 99
Мо можно производить как путем деления с последующей немедленной переработкой (обычно это делается только в небольших исследовательских реакторах ), так и в ускорителях частиц . Поскольку молибден-100 распадается очень медленно в результате двойного бета-распада (период полураспада превышает возраст Вселенной ), содержание молибдена в отработанном топливе будет практически стабильным по прошествии нескольких дней, чтобы позволить молибдену-99 распасться.
Технеций -99
[ редактировать ]| Нуклид | т 1 ⁄ 2 | Урожай | вопрос [ а 1 ] | Выход |
|---|---|---|---|---|
| ( И ) | (%) [ а 2 ] | ( кэВ ) | ||
| 99 Тс | 0.211 | 6.1385 | 294 | б |
| 126 Сн | 0.230 | 0.1084 | 4050 [ а 3 ] | б в |
| 79 Се | 0.327 | 0.0447 | 151 | б |
| 93 Зр | 1.53 | 5.4575 | 91 | Выход |
| 135 Cs | 2.3 | 6.9110 [ а 4 ] | 269 | б |
| 107 ПД | 6.5 | 1.2499 | 33 | б |
| 129 я | 15.7 | 0.8410 | 194 | Выход |
| ||||
99 Тс
|
99 Tc , период полураспада 211 тыс. лет, производится с выходом около 6% на деление; см. также главную страницу продуктов деления . Он также производится (через короткоживущий ядерный изомер Технеций-99m ) как продукт распада молибдена-99. Технеций особенно подвижен в окружающей среде, поскольку образует отрицательно заряженные пертехнетат -ионы и представляет наибольшую радиологическую опасность среди долгоживущих продуктов деления. Несмотря на то, что технеций является металлом, он обычно не образует положительно заряженных ионов, но существуют галогениды технеция, такие как гексафторид технеция . TcF 6 мешает обогащению урана , поскольку его температура кипения (328,4 К (55,3 ° C; 131,4 ° F)) очень близка к температуре кипения гексафторида урана (329,6 К (56,5 ° C; 133,6 ° F)). Эта проблема известна обогатительным предприятиям, поскольку в результате спонтанного деления также образуются небольшие количества технеция (который будет находиться в вековом равновесии с его родительскими нуклидами в природном уране), но если для переработки использовать летучесть фторида , значительная доля «урановой» фракции фракционная перегонка будет загрязнена технецием, требующим дальнейшей стадии разделения.
Технеций-99 пригоден для ядерной трансмутации медленными нейтронами, поскольку он имеет достаточное сечение тепловых нейтронов и не имеет известных стабильных изотопов. При нейтронном облучении Tc-99 образует Tc-100, который быстро распадается до стабильного состояния. 100
Ру ценный металл платиновой группы .
Рутений от -101 до 106
[ редактировать ]| 101 Ру | 102 Ру | 103 Ру | 104 Ру | 105 Ру | 106 Ру |
В процессе деления образуется большое количество радиоактивного рутения-103, рутения-106 и стабильного рутения. Рутений в рафинате PUREX может окисляться с образованием летучего тетроксида рутения , который образует пурпурный пар над поверхностью водного раствора. Четырехокись рутения очень похожа на четырехокись осмия ; соединение рутения является более сильным окислителем, что позволяет ему образовывать отложения в результате реакции с другими веществами. Таким образом, рутений на перерабатывающем заводе очень подвижен, его трудно стабилизировать, и его можно найти в самых неожиданных местах. Это назвали чрезвычайно хлопотным [ 2 ] и имеет печально известную репутацию продукта, с которым особенно трудно обращаться во время переработки. [ 3 ] Волокисление в сочетании со сбором дымовых газов в холодную ловушку может помочь восстановить летучий четырехокись рутения до того, как он станет помехой при дальнейшей переработке. После того, как радиоактивные изотопы успели распасться, восстановленный рутений можно было продать по относительно высокой рыночной цене.
Кроме того, рутений в рафинате PUREX образует большое количество нитрозильных комплексов, что делает химический состав рутения очень сложным. Скорость обмена лигандов рутения и родия имеет тенденцию быть продолжительной, поэтому реакция соединения рутения или родия может занять много времени. [ количественно ]
В Чернобыле во время пожара рутений стал летучим и вел себя иначе, чем многие другие металлические продукты деления. Некоторые из частиц, выброшенных огнем, были очень богаты рутением.
Поскольку самый долгоживущий радиоактивный изотоп рутений-106 имеет период полураспада всего 373,59 дней, было предложено использовать рутений и палладий в рафинате PUREX в качестве источника металлов после распада радиоактивных изотопов. [ 4 ] [ 5 ] После прохождения десяти периодов полураспада более 99,96% любого радиоизотопа стабильно. Для Ру-106 это 3735,9 суток или около 10 лет.
Родий -103, 105
[ редактировать ]103 резус |
105 резус
|
Хотя родия образуется меньше, чем рутения и палладия (выход около 3,6%), смесь продуктов деления все же содержит значительное количество этого металла. Из-за высоких цен на рутений, родий и палладий была проделана некоторая работа по разделению этих металлов, чтобы их можно было использовать в дальнейшем. Из-за возможности загрязнения металлов радиоактивными изотопами они не подходят для изготовления потребительских товаров, таких как ювелирные изделия . Однако этот источник металлов можно использовать для катализаторов на промышленных предприятиях, таких как нефтехимические заводы. [ 6 ]
Ужасающий пример того, как люди подвергаются воздействию радиации от загрязненных ювелирных изделий, произошел в Соединенных Штатах. Считается, что золотые семена, содержащие радон, были переработаны в ювелирные изделия. Золото действительно содержало радиоактивные продукты распада 222 Рн. [ 7 ] [ 8 ]
Некоторые другие изотопы родия существуют как «переходные состояния» распада рутения перед дальнейшим распадом на стабильные изотопы палладия. Если низкий уровень радиоактивности палладия (см. ниже) считается чрезмерным - например, для использования в качестве инвестиций или ювелирных изделий - любой из его предшественников можно извлечь из относительно «молодого» отработанного топлива и дать ему разложиться перед извлечением стабильного конечного продукта. ряда распада.
Палладий от -105 до 110
[ редактировать ]| 105 ПД | 106 ПД | 107 ПД |
108 ПД | 109 ПД | 110 ПД |
Большое количество палладия образуется в процессе деления. При ядерной переработке не весь палладий распадается; также некоторая часть палладия, которая растворяется сначала, позже выходит из раствора. Мелкие частицы (частицы) растворителя, богатые палладием, часто удаляются, поскольку они мешают процессу экстракции растворителем, стабилизируя третью фазу .
Палладий деления может отделиться во время процесса, в котором рафинат PUREX объединяется со стеклом и нагревается с образованием конечной формы высокоактивных отходов . Палладий образует сплав с делящимся теллуром. Этот сплав может отделиться от стекла.
107 Pd — единственный долгоживущий радиоактивный изотоп среди продуктов деления, его бета-распад имеет длительный период полураспада и низкую энергию, что позволяет использовать выделенный палладий в промышленности без разделения изотопов. [ 9 ]
К моменту переработки палладий-109, скорее всего, распадется до стабильного серебра-109. Прежде чем достичь серебра-109, ядерный изомер ; будет достигнут 109 м
Аг . Однако, в отличие от 99 м
Tc в настоящее время нет применения для 109 м
В .
Серебро -109
[ редактировать ]109 В |
111 В
|
Хотя образующиеся радиоактивные изотопы серебра быстро распадаются, оставляя только стабильное серебро, его извлечение для использования нерентабельно, за исключением случаев, когда оно является побочным продуктом экстракции металлов платиновой группы .
Кадмий от -111 до 116
[ редактировать ]111 компакт-диск |
112 компакт-диск | 113 компакт-диск |
114 компакт-диск | 115 компакт-диск |
116 компакт-диск |
Кадмий является сильным нейтронным ядом , и фактически стержни управления часто изготавливаются из кадмия, что делает накопление кадмия в топливе особенно важным для поддержания стабильной нейтронной экономики . Кадмий также является химически ядовитым тяжелым металлом, но, учитывая количество поглощений нейтронов, необходимое для трансмутации, он не является приоритетной целью для преднамеренной трансмутации.
Индий -115
[ редактировать ]115 В
|
Хотя Индий-115 очень малорадиоактивен, период его полураспада превышает возраст Вселенной , и действительно, типичный образец Индия на Земле будет содержать больше этого «нестабильного» изотопа, чем «стабильного» Индия-113.
Олово от -117 до 126
[ редактировать ]117 Сн |
118 Сн | 119 Сн |
120 Сн | 121 Сн |
122 Сн | 123 Сн |
124 Сн | 125 Сн |
126 Сн |
В обычном тепловом реакторе олово-121м имеет очень низкий выход продуктов деления ; таким образом, этот изотоп не вносит существенного вклада в ядерные отходы . Быстрое деление или деление некоторых более тяжелых актинидов приведет к образованию 121 м Sn при более высоких выходах. Например, его выход из U-235 составляет 0,0007% на термическое деление и 0,002% на быстрое деление. [ 10 ]
Сурьма -121, 123, 124, 125
[ редактировать ]| 123 Сб | 125 Сб |
Сурьма-125 распадается с периодом полураспада более двух лет до 125 м
Te , который сам распадается с периодом полураспада почти два месяца посредством изомерного перехода в основное состояние. Хотя его относительно короткий период полураспада и значительное гамма-излучение (144,77 кэВ) его дочернего нуклида делают использование в РИТЭГ менее привлекательным, Sb-125 может обеспечить относительно высокую плотность тепловой мощности 3,4 Вт / г.
Летучесть фторида позволяет восстановить сурьму в виде слаболетучего (твердого при комнатной температуре) трифторида сурьмы или более летучего (температура кипения 422,6 К (149,5 ° C; 301,0 ° F)) пентафторида сурьмы .
Теллур от -125 до 132
[ редактировать ]125 Te |
126 Te | 127 Te |
128 Te |
129 Te |
130 Te | 131 Te |
132 |
Теллур-128 и -130 по существу стабильны. Они распадаются только путем двойного бета-распада с периодом полураспада> 10. 20 годы. Они составляют основную долю встречающегося в природе теллура - 32 и 34% соответственно. Теллур-132 и его дочь 132 Я важен в первые несколько дней после критического состояния. На его долю приходится значительная часть дозы, полученной рабочими Чернобыля в первую неделю.
Изобара , образующая 132 / 132 I это: олово-132 (период полураспада 40 с), распадающееся до сурьмы-132 (период полураспада 2,8 минуты), распадающееся до теллура-132 (период полураспада 3,2 дня), распадающееся до йода-132 (период полураспада 2,3 часа), который распадается до стабильного ксенона-132.
Создание теллура-126 задерживается из-за длительного периода полураспада (230 тыс. лет) олова-126 .
Йод -127, 129, 131
[ редактировать ]| 127 я | 129 я | 131 я |
131 I , с периодом полураспада 8 дней, представляет опасность ядерных осадков , поскольку йод концентрируется в щитовидной железе . См. также Радиационные последствия ядерной катастрофы на Фукусиме-131 и Даунвиндерс#Невада .
Совместно с 89 Сэр, 131 Я используется для лечения рака . Небольшая доза 131 I можно использовать при проверке функции щитовидной железы, а большую дозу можно использовать для уничтожения рака щитовидной железы. Это лечение также обычно позволяет обнаружить и уничтожить любую вторичную опухоль , возникшую в результате рака щитовидной железы. Большая часть энергии бета- излучения 131 Я буду поглощен щитовидной железой, в то время как гамма-лучи , вероятно, смогут выйти из щитовидной железы и облучить другие части тела.
Большие количества 131 Меня освободили во время эксперимента под названием « Зеленый забег» . [ 11 ] в котором топливо, которому давали остыть лишь в течение короткого времени после облучения, перерабатывалось на заводе, где не было йодного скруббера.
129 I , период полураспада которого почти в миллиард раз больше, является долгоживущим продуктом деления . Он является одним из самых неприятных, поскольку он накапливается в относительно небольшом органе (щитовидной железе), где даже сравнительно низкая доза радиации может нанести большой ущерб, поскольку он имеет длительный биологический период полураспада . По этой причине йод часто рассматривают для трансмутации, несмотря на наличие стабильных 127
Я в отработанном топливе. В спектре тепловых нейтронов больше йода-129 разрушается, чем вновь образуется, поскольку йод-128 недолговечен, а соотношение изотопов находится в пользу 129
Я. В зависимости от конструкции трансмутационного аппарата необходимо соблюдать осторожность, поскольку ксенон, продукт бета-распада йода, является одновременно сильным нейтронным ядом и газом, который практически невозможно химически «закрепить» в твердых соединениях, поэтому он либо улетучится, либо улетучится. к внешнему воздуху или оказать давление на сосуд, содержащий цель трансмутации.
127 I стабилен, единственный из изотопов йода нерадиоактивен. Это составляет всего около 1/6 129 около йода в отработавшем топливе, при этом И- 5 ⁄ 6 .
Ксенон от -131 до 136
[ редактировать ]131 Машина |
132 Машина | 133 Машина |
134 Машина | 135 Машина | 136 Машина |
, продукт деления, В реакторном топливе ксенон имеет тенденцию мигрировать, образуя пузырьки в топливе. Поскольку цезий 133, 135 и 137 образуется в результате бета- распада соответствующих изотопов ксенона, это приводит к физическому отделению цезия от основной массы оксида урана.
Потому что 135 Xe — мощный ядерный яд с самым большим сечением поглощения тепловых нейтронов , накоплением 135 Xe в топливе внутри энергетического реактора может значительно снизить реактивность . Если энергетический реактор остановить или оставить работать на низком уровне мощности, то большое количество 135 Xe может накапливаться в результате распада 135 I. При перезапуске реактора или значительном повышении уровня низкой мощности, 135 Хе будет быстро расходоваться в результате реакций захвата нейтронов , и реактивность активной зоны увеличится. В некоторых обстоятельствах системы управления могут оказаться не в состоянии отреагировать достаточно быстро, чтобы справиться с резким увеличением реактивности по мере накопления. 135 Ксе сгорает. Считается, что отравление ксеноном стало одним из факторов, приведших к скачку напряжения, повредившему активную зону Чернобыльского реактора.
Цезий -133, 134, 135, 137
[ редактировать ]| 133 Cs | 134 Cs |
135 Cs |
137 Cs |
Цезий-134 содержится в отработавшем ядерном топливе , но не образуется в результате взрывов ядерного оружия , поскольку он образуется только в результате захвата нейтронов стабильного Cs-133, который образуется только в результате бета-распада Xe-133 с периодом полураспада 3. дни. Период полураспада цезия-134 составляет 2 года, и он может быть основным источником гамма-излучения в первые 20 лет после выброса.
Цезий-135 — долгоживущий продукт деления с гораздо более низкой радиоактивностью. Захват нейтронов внутри реактора трансмутирует большую часть ксенона-135 , который в противном случае распался бы до Cs-135.
Цезий-137 с периодом полураспада 30 лет является основным среднеживущим продуктом деления , наряду со Sr-90. Cs-137 является основным источником проникающего гамма-излучения отработавшего топлива в период от 10 до примерно 300 лет после выгрузки. Это самый важный радиоизотоп, оставшийся в районе Чернобыля . [ 12 ]
Барий -138, 139, 140
[ редактировать ]| 138 Нет | 139 Нет | 140 Нет |
Барий образуется в больших количествах в процессе деления. Некоторые первые исследователи путали короткоживущий изотоп бария с радием. Они бомбардировали уран нейтронами, пытаясь образовать новый элемент. Но вместо этого они вызвали деление, которое привело к образованию большого количества радиоактивности в мишени. Из-за химического состава бария и радия эти два элемента можно разделить, например, путем осаждения сульфат- анионов. Из-за этого сходства их химического состава первые исследователи думали, что та самая радиоактивная фракция, которая была выделена в «радиевую» фракцию, содержала новый изотоп радия. Некоторые из этих ранних работ были выполнены Отто Ханом и Фрицем Штрассманом .
Лантаниды (лантан-139, церий-140-144, неодим-142-146, 148, 150, прометий-147 и самарий-149, 151, 152, 154)
[ редактировать ]
| 139 La | 140 | ||||||||||||||||||||||
| 140 Этот | 141 Этот | 142 Этот | 143 Этот | 144 Этот | |||||||||||||||||||
| 141 Пр | 143 Пр | ||||||||||||||||||||||
| 143 Нд | 144 Нд | 145 Нд | 146 Нд | 147 Нд | 148 Нд | 149 Нд | 150 Нд | ||||||||||||||||
| 147 вечера | 149 вечера | 151 вечера | |||||||||||||||||||||
| 147 см | 149 см | 151 см | 152 см | 153 см | 154 см | ||||||||||||||||||
| 153 Евросоюз | 154 Евросоюз |
155 Евросоюз | 156 Евросоюз | ||||||||||||||||||||
| 155 Б-г | 156 Б-г | 157 Б-г | 158 Б-г | 159 Б-г | 160 Б-г | ||||||||||||||||||
| 159 Тб | 161 Тб | ||||||||||||||||||||||
| 161 Те |
Значительное количество более легких лантаноидов ( лантан , церий , неодим и самарий ) образуется в виде продуктов деления. В Африке , в Окло , где более миллиарда лет назад работал естественный ядерный реактор деления , изотопная смесь неодима не такая же, как у «обычного» неодима, она имеет изотопную структуру, очень похожую на неодим, образовавшийся в результате деления.
После аварий с критичностью уровень 140 La часто используется для определения выхода деления (в терминах количества ядер, подвергшихся делению).
Самарий-149 — второй по значимости нейтронный яд в физике ядерных реакторов. Самарий-151 , производимый с более низкими выходами, является третьим по распространенности среднеживущим продуктом деления , но испускает лишь слабое бета-излучение . Оба имеют высокие сечения поглощения нейтронов, поэтому большая часть из них, произведенных в реакторе, позже разрушается там в результате поглощения нейтронов.
Лантаниды представляют собой проблему при ядерной переработке, поскольку по химическому составу они очень похожи на актиниды , и большая часть переработки направлена на отделение некоторых или всех актинидов от продуктов деления или, по крайней мере, от нейтронных поглотителей среди них.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Живая диаграмма нуклидов – Цветная карта МАГАТЭ с выходами продуктов деления и подробные данные по щелчку на нуклиде. - Таблица Менделеева с отображением цепочки распада изотопов. Нажмите на элемент, а затем на массовое число изотопа, чтобы увидеть цепочку распада (ссылка на уран 235 ).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Распределение поверхностного загрязнения почвы стронцием-90, высвободившимся в результате чернобыльской аварии и отложившимся в Белорусской ССР, Российской ССР и Украинской ССР (декабрь 1989 г.) , МАГАТЭ, 1991 г.
- ^ Сингх, Кхушбу; Сонар, Нидерланды; Валсала, TP; Кулкарни, Ю.; Винсент, Тесси; Кумар, Амар (2014). «Очистка рутения от высокоактивных жидких отходов, образующихся при переработке отработавшего топлива». Опреснение и очистка воды . 52 (1–3): 514–525. дои : 10.1080/19443994.2013.848655 .
- ^ «Метод обеззараживания рутением» .
- ^ Электрохимическое отделение продуктов деления редких металлов из высокоактивных жидких отходов отработанного ядерного топлива , Масаки Одзава и Тецуо Икегами, Японский институт развития ядерного цикла, Инженерный центр Ооараи, Япония, 2001 г.
- ^ «Восстановление благородных металлов (палладия, родия, рутения, серебра) из радиоактивных и других отходов» . Архивировано из оригинала 20 декабря 2005 года . Проверено 12 марта 2006 г.
- ^ Потенциальные применения платиноидов деления в промышленности , Зденек Коларик, Platinum Metals Review , 2005, 49 , апрель (2).
- ^ https://www.orau.org/health-physical-museum/collection/health-physical-posters/other/poster-issued-by-the-new-york-department-of-health.html Плакат, выпущенный Департамент здравоохранения Нью-Йорка (ок. 1981–1983 гг.)
- ^ https://web.archive.org/web/20111110135736/http://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull413/article9.pdf ВЫЗОВЫ ВЕКА: ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ РАДИАЦИИ В США, ДЖОЭЛ О. ЛЮБЕНАУ
- ^ Фан, Шэнцян; Фу, Лиан; Панг, Чанган (февраль 1996 г.). «Извлечение палладия из отходов базовой переработки отработавшего ядерного топлива». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 203 (1): 143–149. дои : 10.1007/BF02060389 . S2CID 95393714 .
- ^ М.Б. Чедвик и др., «Файл оцененных ядерных данных (ENDF): ENDF/B-VII.1: Ядерные данные для науки и технологий: сечения, ковариации, выходы продуктов деления и данные о распаде», Nucl. Паспорта 112(2011)2887. (доступ по адресу https://www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm )
- ^ «1944–1951: высвобождение 727 900 кюри радиоактивного йода, Джон Стэнг, Tri-Cty Herald, 1999» . Архивировано из оригинала 8 мая 2006 года . Проверено 12 марта 2006 г.
- ^ Распределение поверхностного загрязнения почвы цезием-137, высвободившимся в результате чернобыльской аварии и отложившимся в Белорусской ССР, Российской ССР и Украинской ССР (декабрь 1989 г.) , МАГАТЭ, 1991 г.