На этой странице обсуждается каждый из основных элементов в смеси продуктов деления, полученных при ядерном делении обычных ядерных топлив урана и плутония . Изотопы перечислены по элементам в порядке атомного номера .
Захват нейтронов ядерным топливом в ядерных реакторах и атомных бомбах также производит актиниды и трансурановые элементы (здесь не перечислены). Они находятся в смеси с продуктами деления в отработанном ядерном топливе и радиоактивных осадках .
Захват нейтронов материалами ядерного реактора (экранирование, оболочка и т. д.) или окружающей средой (морская вода, почва и т. д.) приводит к образованию продуктов активации (здесь они не перечислены). Они встречаются в отработанных ядерных реакторах и радиоактивных осадках. Небольшая, но не пренебрежимо малая доля событий деления приводит к образованию не двух, а трех продуктов деления (не считая нейтронов или субатомных частиц). Это тройное деление обычно приводит к образованию очень легкого ядра, такого как гелий (около 80% тройных делений приводят к образованию альфа-частицы ) или водорода (большинство остальных приводят к образованию трития или, в меньшей степени, дейтерия и протия ) в качестве третьего продукта. Это основной источник трития из легководных реакторов. Другим источником трития является гелий-6 , который немедленно распадается до (стабильного) лития-6 . Литий-6 производит тритий при столкновении с нейтронами 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 не может быть удалено из воды иначе, как путем дорогостоящего разделения изотопов. Кроме того, крошечная часть свободных нейтронов , участвующих в работе ядерного реактора, распадается на протон и бета-частицу, прежде чем они смогут взаимодействовать с чем-либо еще. Учитывая, что протоны из этого источника неотличимы от протонов от тройного деления или радиолиза охлаждающей воды, их общую долю трудно количественно оценить.
145 Гд | < 1 дня |
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 Га | 10 тыс.–700 млн лет назад |
152 Гд | > 700 млн лет назад |
158 Гд | Стабильный |
72 Гэ | 73 Гэ | 74 Гэ | 76 Гэ |
Если производится Германий-75, он быстро распадается на Мышьяк. Германий-76 по сути стабилен, распадаясь только через чрезвычайно медленный двойной бета-распад на76
Сэ .
75 Как |
Хотя мышьяк не представляет радиологической опасности, он чрезвычайно токсичен химически. Если требуется избавиться от мышьяка (независимо от его происхождения), облучение тепловыми нейтронами единственного стабильного изотопа75
Так как даст кратковременный эффект76
Как который быстро распадается до стабильного76
Se . Если мышьяк облучить достаточным количеством быстрых нейтронов, чтобы вызвать заметные реакции «выбивания» (n,2n) или даже (n,3n), вместо этого будут получены изотопы германия .
77 Сэ | 78 Сэ | 79 Сэ | 80 Сэ | 82 Сэ |
Se-79, период полураспада которого составляет 327 тыс. лет, является одним из долгоживущих продуктов деления . Учитывая стабильность его следующих более легких и тяжелых изотопов и высокое поперечное сечение, которое эти изотопы демонстрируют для различных нейтронных реакций, вполне вероятно, что относительно низкий выход обусловлен тем, что Se-79 в значительной степени разрушается в реакторе.
81 бр. |
Другой стабильный изотоп79
Br «затеняется» длительным периодом полураспада своего более богатого нейтронами изобара 79
Сэ .
83 Кр | 84 Кр | 85 Кр | 86 Кр |
Криптон-85 , с периодом полураспада 10,76 лет, образуется в процессе деления с выходом деления около 0,3%. Только 20% продуктов деления с массой 85 становятся самим 85 Kr; остальное проходит через короткоживущий ядерный изомер и затем в стабильный 85 Rb. Если облученное реакторное топливо перерабатывается , этот радиоактивный криптон может быть выброшен в воздух. Этот выброс криптона можно обнаружить и использовать в качестве средства обнаружения тайной ядерной переработки. Строго говоря, стадия, которая обнаруживается, представляет собой растворение использованного ядерного топлива в азотной кислоте , поскольку именно на этой стадии высвобождаются криптон и другие газы деления, такие как более распространенный ксенон . 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 заметном объеме, хотя Криптон и Ксенон становятся твердыми при температуре жидкого азота и, таким образом, могут быть уловлены в холодной ловушке , если дымовой газ процесса волоксидации охлаждать жидким азотом.
Увеличение газов деления выше определенного предела может привести к разбуханию топливных стержней и даже проколу, поэтому измерение газов деления после выгрузки топлива из реактора имеет первостепенное значение для расчета выгорания, изучения природы топлива внутри реактора, поведения с материалами стержней, для эффективного использования топлива, а также безопасности реактора. Кроме того, они являются помехой в ядерном реакторе, поскольку являются нейтронными ядами , хотя и не в такой степени, как изотопы ксенона, другого благородного газа, получаемого при делении.
85 руб. | 87 руб. |
Рубидий-87 имеет такой долгий период полураспада, что он практически стабилен (дольше возраста Земли ). Рубидий-86 быстро распадается до стабильного стронция-86, если он производится либо напрямую, через реакции (n,2n) в рубидии-87, либо через захват нейтронов в рубидии-85.
т ½ ( год ) | Урожай ( % ) | Q ( кэВ ) | βγ | |
---|---|---|---|---|
155 еЭ | 4.76 | 0,0803 | 252 | βγ |
85 Кр | 10.76 | 0,2180 | 687 | βγ |
113м Кд | 14.1 | 0,0008 | 316 | β |
90 Ср | 28.9 | 4.505 | 2826 | β |
137С | 30.23 | 6.337 | 1176 | β γ |
121м Сн | 43,9 | 0.00005 | 390 | βγ |
151 см | 94,6 | 0,5314 | 77 | β |
88 Ср | 89 Ср | 90 Ср |
Радиоизотопы стронция очень важны, так как стронций является имитатором кальция , который включается в рост костей и, следовательно, имеет большую способность наносить вред людям. С другой стороны, это также позволяет использовать 89 Sr в радиотерапии с открытым исходным кодом для лечения опухолей костей . Это, как правило, используется в паллиативной помощи для уменьшения боли, вызванной вторичными опухолями в костях .
Стронций-90 — сильный бета- излучатель с периодом полураспада 28,8 лет. Выход продуктов его деления уменьшается с увеличением массы делящегося нуклида — деление233
U производит больше90
Sr чем деление239
Pu с делением235
U в середине. Карта загрязнения 90 Sr вокруг Чернобыля была опубликована МАГАТЭ . [ 1] Из-за очень малого сечения поглощения нейтронов стронций-90 плохо подходит для ядерной трансмутации, вызванной тепловыми нейтронами , как способа его утилизации.
Стронций-90 использовался в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ) в прошлом из-за его относительно высокой плотности мощности (0,95 Вт тепловой /г для металла, 0,46 Вт тепловой /г для широко используемой инертной перовскитной формы титаната стронция ) и потому, что он легко извлекается из отработанного топлива (как самородный металлический стронций, так и оксид стронция реагируют с водой, образуя растворимый гидроксид стронция ). Однако возросшая доступность возобновляемой энергии для внесетевых приложений, ранее обслуживаемых РИТЭГ, а также беспокойство по поводу бесхозных источников привели к почти полному отказу от90
Sr в RTG. Немногие (в основном космические) приложения для RTG, которые все еще существуют, в основном поставляются238
Несмотря на более высокую стоимость, Pu имеет более высокую плотность мощности, более длительный период полураспада и его легче экранировать, поскольку он является альфа-излучателем , в то время как стронций-90 является бета-излучателем.
89 лет | 90 лет | 91 год |
Единственный стабильный изотоп иттрия , 89 Y, будет обнаружен с выходом несколько менее 1% в смеси продуктов деления, которая выдерживалась в течение месяцев или лет, поскольку следующие по длительности жизни изотопы иттрия имеют период полураспада всего 107 дней ( 88 Y) или 59 дней ( 91 Y). Однако небольшое количество иттрия-90 будет обнаружено в вековом равновесии с его родительским стронцием-90, если только эти два элемента не будут отделены друг от друга.
90Sr распадается на 90Y , который является бета-излучателем с периодом полураспада 2,67 дня. 90Y иногда используется в медицинских целях и может быть получен либо путем нейтронной активации стабильного 89Y , либо с помощью устройства, похожего на технециевую корову .
Поскольку периоды полураспада нестабильных изотопов иттрия малы (88
Y является самым длинным в 106 дней), иттрий, извлеченный из безстронциевого умеренно выдержанного отработанного топлива, имеет незначительную радиоактивность. Однако сильный гамма-излучатель90
Y будет присутствовать до тех пор, пока его родительский нуклид90
Sr is. Если требуется получить нерадиоактивный образец иттрия, необходимо принять меры для удаления всех следов стронция и выждать достаточно времени для распада короткоживущего Y-90 (период полураспада 64 часа), прежде чем продукт можно будет использовать.
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 Zr и 97 Zr, которые распадаются до молибдена ), в то время 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, который является одним из 7 основных долгоживущих продуктов деления . Цирконий обычно используется в оболочках топливных стержней 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 циркалоя обычно не используется повторно, как и цирконий, являющийся продуктом деления, который можно было бы использовать в оболочках, поскольку его относительно слабая радиоактивность не будет представлять серьезной проблемы внутри ядерного реактора. Несмотря на высокую производительность и длительный срок службы, Zr-93, как правило, не считается источником серьезной опасности, поскольку он химически немобилен и испускает мало радиации.
В установках PUREX цирконий (независимо от источника или изотопа) иногда образует третью фазу , которая может быть помехой в установке. Третья фаза — это термин в экстракции растворителем, который дается третьему слою (например, пене и/или эмульсии), который образуется из двух слоев в процессе экстракции растворителем. Цирконий образует третью фазу, формируя небольшие частицы, которые стабилизируют эмульсию , которая является третьей фазой.
Цирконий-90 в основном образуется в результате последовательных бета-распадов стронция-90 . Нерадиоактивный образец циркония может быть извлечен из отработанного топлива путем извлечения стронция-90 и предоставления достаточному его количеству для распада (например, в РТГ). Затем цирконий может быть отделен от оставшегося стронция, оставляя очень изотопно чистый образец Zr-90.
95 Нб |
Ниобий-95 с периодом полураспада 35 дней изначально присутствует как продукт деления. Единственный стабильный изотоп ниобия имеет массовое число 93, и продукты деления с массой 93 сначала распадаются на долгоживущий цирконий-93 (период полураспада 1,53 млн лет). Ниобий-95 распадется на молибден-95, который является стабильным.
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 для99м
Однако его короткий период полураспада означает, что он обычно распадается задолго до того, как отработанное топливо будет переработано.99
Mo может быть получен как путем деления с последующей немедленной переработкой (обычно это делается только в небольших исследовательских реакторах ), так и в ускорителях частиц . Поскольку молибден-100 распадается исключительно медленно посредством двойного бета-распада (период полураспада больше возраста Вселенной ), содержание молибдена в отработанном топливе будет по существу стабильным по прошествии нескольких дней, что позволит распасться молибдену-99.
Нуклид | т 1 ⁄ 2 | Урожай | В [а 1] | βγ |
---|---|---|---|---|
( Ма ) | (%) [а 2] | ( кэВ ) | ||
99 Тс | 0,211 | 6.1385 | 294 | β |
126 Сн | 0.230 | 0,1084 | 4050 [а 3] | β γ |
79 Сэ | 0,327 | 0,0447 | 151 | β |
135 Сс | 1.33 | 6.9110 [а 4] | 269 | β |
93 Зр | 1.53 | 5.4575 | 91 | βγ |
107 Пд | 6.5 | 1.2499 | 33 | β |
129 Я | 16.14 | 0,8410 | 194 | βγ |
|
99 Тс |
99 Tc , период полураспада 211 тыс. лет, производится с выходом около 6% на деление; см. также страницу основных продуктов деления . Он также производится (через короткоживущий ядерный изомер Technetium-99m ) как продукт распада Molybdenum-99. Технеций особенно подвижен в окружающей среде, поскольку он образует отрицательно заряженные ионы pertechnetate , и представляет наибольшую радиологическую опасность среди долгоживущих продуктов деления. Несмотря на то, что Technetium является металлом, он обычно не образует положительно заряженных ионов, но существуют галогениды технеция, такие как гексафторид технеция . TcF 6 является помехой при обогащении урана , поскольку его температура кипения (328,4 K (55,3 °C; 131,4 °F)) очень близка к температуре кипения гексафторида урана (329,6 K (56,5 °C; 133,6 °F)). Эта проблема известна обогатительным предприятиям, поскольку спонтанное деление также приводит к образованию небольших количеств технеция (который будет находиться в вековом равновесии со своими родительскими нуклидами в природном уране), но если для переработки использовать летучесть фторида , значительная доля «урановой» фракции фракционной перегонки будет загрязнена технецием, что потребует дальнейшего этапа разделения.
Технеций-99 подходит для ядерной трансмутации медленными нейтронами, поскольку имеет достаточное сечение тепловых нейтронов и не имеет известных стабильных изотопов. Под действием нейтронного облучения Tc-99 образует Tc-100, который быстро распадается на стабильные100
Ру — ценный металл платиновой группы .
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 фиолетовый пар над поверхностью водного раствора. Тетроксид рутения очень похож на тетроксид осмия ; соединение рутения является более сильным окислителем, что позволяет ему образовывать отложения, реагируя с другими веществами. Таким образом, рутений на заводе по переработке очень подвижен, его трудно стабилизировать, и его можно найти в необычных местах. Его называют чрезвычайно проблемным [2], и он имеет печально известную репутацию как особенно сложный для обращения продукт во время переработки. [3] Вольоксидация в сочетании с улавливанием дымовых газов в холодной ловушке может восстановить летучий тетраоксид рутения до того, как он станет помехой в дальнейшей обработке. После того, как радиоактивные изотопы успеют распасться, восстановленный рутений может быть продан по его относительно высокой рыночной стоимости.
Кроме того, рутений в рафинате PUREX образует большое количество нитрозильных комплексов, что делает химию рутения очень сложной. Скорость обмена лигандов у рутения и родия имеет тенденцию быть большой, поэтому для реакции соединения рутения или родия может потребоваться много времени. [ quantify ]
В Чернобыле во время пожара рутений стал летучим и вел себя иначе, чем многие другие металлические продукты деления. Некоторые из частиц, которые были испущены пожаром, были очень богаты рутением.
Поскольку самый долгоживущий радиоактивный изотоп рутений-106 имеет период полураспада всего 373,59 дня, было предложено использовать рутений и палладий в рафинате PUREX в качестве источника металлов после того, как радиоактивные изотопы распадутся. [4] [5] После того, как пройдут десять циклов полураспада, более 99,96% любого радиоизотопа будет стабильным. Для Ru-106 это составляет 3735,9 дня или около 10 лет.
103 Рс | 105 Рч |
Хотя родия образуется меньше, чем рутения и палладия (выход около 3,6%), смесь продуктов деления все еще содержит значительное количество этого металла. Из-за высоких цен на рутений, родий и палладий была проделана некоторая работа по разделению этих металлов, чтобы позволить использовать их в более поздний срок. Из-за возможности загрязнения металлов радиоактивными изотопами они не подходят для производства потребительских товаров, таких как ювелирные изделия . Однако этот источник металлов может быть использован для катализаторов на промышленных предприятиях, таких как нефтехимические заводы. [6]
Ужасный пример того, как люди подвергались воздействию радиации от зараженных ювелирных изделий, произошел в Соединенных Штатах. Считается, что золотые семена, которые использовались для содержания радона, были переработаны в ювелирные изделия. Золото действительно содержало продукты радиоактивного распада 222 Rn. [7] [8]
Некоторые другие изотопы родия существуют как «переходные состояния» распада рутения перед дальнейшим распадом в сторону стабильных изотопов палладия. Если низкий уровень радиоактивности палладия (см. ниже) считается чрезмерным — например, для использования в качестве инвестиций или ювелирных изделий — любой из его предшественников может быть извлечен из относительно «молодого» отработанного топлива и подвергнут распаду перед извлечением стабильного конечного продукта серии распада.
105 Пд | 106 Пд | 107 Пд | 108 Пд | 109 Пд | 110 Пд |
В процессе деления образуется много палладия . При ядерной переработке не весь палладий, образующийся в результате деления, растворяется; также часть палладия, которая растворяется сначала, позже выходит из раствора. Мелочи (частицы) растворителя, богатые палладием, часто удаляются, поскольку они мешают процессу экстракции растворителем, стабилизируя третью фазу .
Палладий деления может отделиться в процессе, в котором рафинат PUREX соединяется со стеклом и нагревается для формирования конечной формы высокоактивных отходов . Палладий образует сплав с теллуром деления. Этот сплав может отделиться от стекла.
107Pd является единственным долгоживущим радиоактивным изотопом среди продуктов деления, а его бета-распад имеет длительный период полураспада и низкую энергию, что позволяет использовать извлеченный палладий в промышленности без разделения изотопов. [9]
Палладий-109, скорее всего, распадется до стабильного серебра-109 к моменту переработки. До достижения серебра-109 будет достигнут ядерный изомер ;109м
Ag . Однако, в отличие от99м
Так как в настоящее время нет использования для109м
Аг .
109 Аг | 111 Аг |
Хотя образующиеся радиоактивные изотопы серебра быстро распадаются, оставляя только стабильное серебро, его извлечение для дальнейшего использования неэкономично, за исключением случаев, когда оно является побочным продуктом при извлечении металлов платиновой группы .
111 Кд | 112 Кд | 113 Кд | 114 Кд | 115 Кд | 116 Кд |
Кадмий является сильным нейтронным ядом , и фактически стержни управления часто изготавливаются из кадмия, что делает накопление кадмия в топливе особенно опасным для поддержания стабильной нейтронной экономики . Кадмий также является химически ядовитым тяжелым металлом, но, учитывая количество поглощений нейтронов, необходимых для трансмутации, он не является высокоприоритетной целью для преднамеренной трансмутации.
115 В |
Хотя индий-115 весьма слабо радиоактивен, его период полураспада превышает возраст Вселенной , и действительно, типичный образец индия на Земле будет содержать больше этого «нестабильного» изотопа, чем «стабильного» индия-113.
117 Сн | 118 Сн | 119 Сн | 120 Сн | 121 Сн | 122 Сн | 123 Сн | 124 Сн | 125 Сн | 126 Сн |
В обычном термическом реакторе олово-121m 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 даст 121m Sn с более высокими выходами. Например, его выход из U-235 составляет 0,0007% на тепловое деление и 0,002% на быстрое деление. [10]
123 Сб | 125 Сб |
Сурьма-125 распадается с периодом полураспада более двух лет125м
Te , который сам распадается с периодом полураспада почти два месяца через изомерный переход в основное состояние. Хотя его относительно короткий период полураспада и значительные гамма-излучения (144,77 кэВ) его дочернего нуклида делают использование в РИТЭГ менее привлекательным, Sb-125 может обеспечить относительно высокую плотность мощности 3,4 Вт тепловых /г.
Летучесть фторида позволяет восстанавливать сурьму в виде умеренно летучего (твердого при комнатной температуре) трифторида сурьмы или более летучего (температура кипения 422,6 К (149,5 °C; 301,0 °F)) пентафторида сурьмы .
125 Те | 126 Те | 127 Те | 128 Те | 129 Те | 130 Те | 131 Те | 132 Те |
Теллур-128 и -130 по существу стабильны. Они распадаются только путем двойного бета-распада с периодом полураспада >10 20 лет. Они составляют основную часть природного теллура — 32 и 34% соответственно. Теллур-132 и его дочерний элемент 132 I важны в первые несколько дней после критичности. Он был ответственен за большую часть дозы, полученной работниками Чернобыля в первую неделю.
Изобара , образующая 132Te / 132I , следующая: 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.
Образование теллура-126 задерживается из-за длительного периода полураспада (230 тыс. лет) олова-126 .
127 Я | 129 Я | 131 Я |
131 I , с периодом полураспада 8 дней, представляет опасность при ядерных осадках , поскольку йод концентрируется в щитовидной железе . См. также Радиационные эффекты от ядерной катастрофы на Фукусиме-131#Йод-131 и Downwinders#Невада .
Как и 89 Sr, 131 I используется для лечения рака . Небольшая доза 131 I может использоваться в тесте функции щитовидной железы, в то время как большая доза может использоваться для уничтожения рака щитовидной железы. Это лечение также обычно ищет и уничтожает любую вторичную опухоль , которая возникла из рака щитовидной железы. Большая часть энергии от бета- излучения 131 I будет поглощена в щитовидной железе, в то время как гамма-лучи , вероятно, смогут выйти из щитовидной железы, чтобы облучить другие части тела.
Большое количество 131I было выброшено во время эксперимента под названием « Зеленый забег» [11] , в ходе которого топливо, которому дали остыть лишь в течение короткого времени после облучения, перерабатывалось на заводе, на котором не работал йодный скруббер.
129 I , период полураспада которого почти в миллиард раз больше, является долгоживущим продуктом деления . Он является одним из самых проблемных, поскольку накапливается в относительно небольшом органе (щитовидной железе), где даже сравнительно низкая доза облучения может нанести большой ущерб, поскольку имеет длительный биологический период полураспада . По этой причине йод часто рассматривается для трансмутации, несмотря на наличие стабильных127
I в отработанном топливе. В спектре тепловых нейтронов больше йода-129 разрушается, чем вновь образуется, поскольку йод-128 является короткоживущим и соотношение изотопов в пользу129
I. В зависимости от конструкции трансмутационного аппарата необходимо соблюдать осторожность, поскольку ксенон, продукт бета-распада йода, является как сильным нейтронным ядом, так и газом, который практически невозможно химически «зафиксировать» в твердых соединениях, поэтому он либо улетучится в наружный воздух, либо окажет давление на сосуд, содержащий цель трансмутации.
127 I — стабильный, единственный из изотопов йода , который нерадиоактивен. Он составляет всего около 1 ⁄ 6 йода в отработанном топливе, а I-129 — около 5 ⁄ 6 .
131 Хе | 132 Хе | 133 Хе | 134 Хе | 135 Хе | 136 Хе |
В топливе реактора продукт деления ксенон имеет тенденцию мигрировать, образуя пузырьки в топливе. Поскольку цезий 133, 135 и 137 образуются в результате распада бета-частиц соответствующих изотопов ксенона, это приводит к физическому отделению цезия от основной массы топлива из оксида урана.
Поскольку 135 Xe является мощным ядерным ядом с наибольшим сечением поглощения тепловых нейтронов , накопление 135 Xe в топливе внутри энергетического реактора может значительно снизить реактивность . Если энергетический реактор остановлен или оставлен работать на низком уровне мощности, то большие количества 135 Xe могут накопиться за счет распада 135 I. Когда реактор перезапускается или уровень низкой мощности значительно увеличивается, 135 Xe будет быстро израсходован за счет реакций захвата нейтронов , и реактивность активной зоны увеличится. При некоторых обстоятельствах системы управления могут не успеть отреагировать достаточно быстро, чтобы справиться с резким ростом реактивности, поскольку накопленный 135 Xe сгорает. Считается, что отравление ксеноном было одним из факторов, которые привели к скачку мощности, повредившему активную зону реактора Чернобыльской АЭС .
133С | 134 Сс | 135 Сс | 137С |
Цезий-134 содержится в отработанном ядерном топливе , но не образуется при взрывах ядерного оружия , поскольку образуется только при захвате нейтронов стабильным Cs-133, который образуется только при бета-распаде Xe-133 с периодом полураспада 3 дня. Cs-134 имеет период полураспада 2 года и может быть основным источником гамма-излучения в первые 20 лет после выброса.
Цезий-135 — долгоживущий продукт деления с гораздо более слабой радиоактивностью. Захват нейтронов внутри реактора преобразует 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 от отработанного топлива от 10 до примерно 300 лет после выброса. Это наиболее значимый радиоизотоп, оставшийся в районе вокруг Чернобыля . [12]
138 Ба | 139 Ба | 140 Ба |
Барий образуется в больших количествах в процессе деления. Некоторые ранние исследователи путали короткоживущий изотоп бария с радием. Они бомбардировали уран нейтронами в попытке образовать новый элемент. Но вместо этого они вызвали деление, которое генерировало большое количество радиоактивности в мишени. Из-за химии бария и радия эти два элемента могли быть разделены совместно, например, осаждением с сульфатными анионами. Из-за этого сходства их химии ранние исследователи думали, что та самая радиоактивная фракция, которая была разделена на фракцию «радий», содержала новый изотоп радия. Часть этой ранней работы была проделана Отто Ганом и Фрицем Штрассманом .
139 Ла | 140 Ла | ||||||||||||||||||||||
140 CE | 141 н.э. | 142 Се | 143 Се | 144 н.э. | |||||||||||||||||||
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 ПМ | |||||||||||||||||||||
147 см | 149 см | 151 см | 152 см | 153 см | 154 см | ||||||||||||||||||
153 Еу | 154 Эу | 155 еЭ | 156 Эу | ||||||||||||||||||||
155 Гд | 156 Б-г | 157 Б-г | 158 Гд | 159 Б-г | 160 Гд | ||||||||||||||||||
159 Тб | 161 Тб | ||||||||||||||||||||||
161 Дю |
Значительная часть более легких лантаноидов ( лантан , церий , неодим и самарий ) образуются как продукты деления. В Африке , в Окло , где природный ядерный реактор деления действовал более миллиарда лет назад, изотопная смесь неодима не такая же, как «нормальный» неодим, она имеет изотопную структуру, очень похожую на неодим, образованный делением.
В случае аварий с возникновением критичности уровень 140La часто используется для определения выхода деления (по числу ядер, подвергшихся делению).
Самарий-149 является вторым по важности нейтронным ядом в физике ядерных реакторов. Самарий-151 , получаемый с меньшим выходом, является третьим по распространенности среднеживущим продуктом деления , но испускает только слабое бета-излучение . Оба имеют высокие сечения поглощения нейтронов, поэтому многие из них, произведенные в реакторе, впоследствии уничтожаются там же поглощением нейтронов.
Лантаноиды представляют собой проблему при переработке ядерного топлива , поскольку они химически очень похожи на актиниды , и большая часть переработки направлена на отделение некоторых или всех актинидов от продуктов деления или, по крайней мере, от нейтронных ядов среди них.