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核裂变产物

发布时间:2019-06-20 14:57 来源:未知 编辑:admin

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  即指核裂变过程中生成的产物。核裂变是指由较重的(原子序数较大的)原子,主要是指铀或钚,裂变成较轻的(原子序数较小的)原子的一种核反应形式。以及核电站的能量来源都是核裂变。早期应用(以铀-238制备的)钚-239为原料制成,而铀-235裂变在核电厂最常见,由钍-232制备的铀-233也在实验堆中使用。

  即指核裂变过程中生成的产物。核裂变是指由较重的(原子序数较大的)原子,主要是指铀或钚,裂变成较轻的(原子序数较小的)原子的一种核反应形式。以及核电站的能量来源都是核裂变。早期应用(以铀-238制备的)钚-239为原料制成,而铀-235裂变在核电厂最常见,由钍-232制备的铀-233也在实验堆中使用。

  重核原子经中子撞击后,裂变成为两个较轻的原子,这就是最初的裂变产物。由于重原子核的中子含量很高,大约60%(如钚-239含有145个中子),而轻的稳定原子核中子含量较低(50%~55%),因此裂变产物中都含有过多的中子。这些富含中子的裂变产物都通过系列β衰变(把中子变成质子的反应)最终变成稳定核,这一过程中将产生一系列放射性裂变产物,每个β系列都维持质量数不变,都以一个稳定核为终点。例如 氪-92 → 铷-92 → 锶-92 → 钇-92 → 锆-92。

  核裂变生成众多不同产物,可以按照质量数分成不同的β系列,而这些不同系列(即不同质量数)的种类分布也是有规律的。如右图所示,每个重核都大致裂变成大小两个轻核,一个质量数在86~107之间(氪铷锶钇锆铌钼锝钌铑钯银镉),一个质量数在131-148之间(锡锑碲碘氙铯钡镧铈镨钕钷钐铕)。此外,微量的(0.2~0.4%)三裂式裂变,除了大小两个轻核外,还产生一个微小的氦-4或氚核。

  由于核反应堆存在核泄露的隐患,因此放射性裂变产物受到广泛关注。事实上,也是很幸运的,没有半衰期为百年至二十万年之间的裂变产物,因此放射性裂变产物可以分成两类,一类放射性强,但是可以在数百年内衰变殆尽;另一类放射性很弱,它们的放射性低于相应裂变原料,即放射性矿物,采用废料回填矿坑的办法就能达成“核工业降低地壳的放射性总量”。

  的裂变产物中,绝大多数半衰期很短,在泄露数月内就很快耗尽,但有几个核素半衰期在数年到数十年之间,列于上表“中寿命核裂变产物”,它们造成的影响将持续数十至数百年。其中最值得关注的是铯-137锶-90,它们的半衰期都约为30年(寿命很长),而且裂变产额都较高(产量很大),这两种原子核是裂变产物放置数年至数百年间放射性的主要来源(因为其它强放射性核或者数年内耗尽,或者含量太低)。如上表所示,铯-137和锶-90的产额和衰变能都显著地比其它核素高。不幸的是,这两种中长期辐射主力核素,恰巧都容易进入生物体内:铯和锶两种元素的化学性质分别与钾和钙相似,容易被人体吸收,特别是锶容易代替钙沉积在骨骼中,因此对铯-137和锶-90的回收利用或无害化处理十分重要。此外一些极短寿命的放射性产物也颇受关注,特别是碘-131,虽然数个月就能衰变殆尽,但它极易被人体吸收富集;另外,铯-134和锶-89是另两个短寿强放射性核素,对人体伤害方式与铯-137和锶-90相同,只是危害时间更集中。以上五个核素正是裂变产物泄漏造成数次人体伤害事故的主要元凶,相关数据列于下表:

  第二类裂变产物放射性很低,却“太长寿”,最值得关注的是碘-129锝-99和铯-135。虽然它们放射性比相应数量的铀矿原料低,但比铀矿更容易游离于自然水体之中,它们分别以I、TcO

  和Cs形式溶解在水中,而且难以沉积,造成大自然水体的近乎永久性的放射性污染。因此它们的隔绝存放尤为重要。它们被自然水体稀释后,辐射量远低于自然界的辐射背底,不对人体健康造成影响,而且即使多量摄入也很容易排出。

  此外,核泄漏或核爆炸造成的放射污染还包括钚铀等锕系元素的污染,它们不属于核裂变产物。

  Lamm, Steven H.; Braverman, Lewis E.; Li, Feng Xiao; Richman, Kent; Pino, Sam; Howearth, Gregory (1999). Thyroid Health Status of Ammonium Perchlorate Workers: A Cross-Sectional Occupational Health Study. Journal of Occupational & Environmental Medicine. 41 (4): 248–60. doi:10.1097/00040-00006. PMID 10224590.

  Greer, Monte A.; Goodman, Gay; Pleus, Richard C.; Greer, Susan E. (2002). Health Effects Assessment for Environmental Perchlorate Contamination: The Dose Response for Inhibition of Thyroidal Radioiodine Uptake in Humans. Environmental Health Perspectives. 110 (9): 927–37. doi:10.1289/ehp.02110927. PMC 1240994 Freely accessible. PMID 12204829.

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