Štěpné produkty (podle prvků) - Fission products (by element)

Hmotnostní výtěžek štěpného produktu pro tepelný neutron štěpení U-235 a Pu-239 (dva typické pro současné jaderné reaktory) a U-233 (používá se v thoriový cyklus )

Tato stránka pojednává o každém z hlavních prvků v směs štěpných produktů produkovaný jaderné štěpení společného jaderná paliva uran a plutonium. The izotopy jsou seřazeny podle prvků v pořadí podle protonové číslo.

Zachycení neutronů jaderným palivem v jaderné reaktory a atomové bomby také vyrábí aktinidy a transuranové prvky (zde není uveden). Ty se nacházejí ve směsi s produkty štěpení v vyhořelé jaderné palivo a jaderný spad.

Zachytávání neutronů materiály jaderného reaktoru (stínění, opláštění atd.) Nebo prostředí (mořská voda, půda atd.) Produkuje aktivační produkty (zde není uveden). Ty se nacházejí v použitých jaderných reaktorech a jaderném spadu.

Germanium -72, 73, 74, 76

Arsen -75

Selen -77, 78, 79, 80, 82

Se-79, poločas 327 tisíc let, je jedním z štěpné produkty s dlouhou životností.

Bróm -81

Krypton -83, 84, 85, 86

Krypton-85 Poločas rozpadu 10,76 let je tvořen štěpným procesem s výtěžkem štěpení asi 0,3%. Pouze 20% z štěpné produkty o hmotnosti 85 ⁸⁵Kr sám; zbytek prochází krátkodobým jaderný izomer a poté do stáje ⁸⁵Rb. Pokud je ozářeno palivo reaktoru přepracováno, tento radioaktivní krypton se mohou uvolnit do vzduchu. Toto uvolňování kryptonu lze detekovat a použít jako prostředek k detekci tajného jaderného přepracování. Přesně řečeno, detekovanou fází je rozpuštění použité jaderné palivo v kyselina dusičná, protože právě v této fázi se kryptonu a dalších štěpných plynů líbí více xenon jsou uvolněny.

Zvýšení o štěpení plyny nad určitou mez mohou vést k bobtnání palivového kolíku a dokonce k jeho propíchnutí, takže měření štěpného plynu po vypuštění paliva z reaktoru je nejdůležitější pro provedení výpočtů vyhoření, pro studium povahy paliva uvnitř reaktoru, chování s kolíkem materiály, pro efektivní využití paliva a také bezpečnost reaktoru.

Rubidium -85, 87

Stroncium -88, 89, 90

The stroncium radioizotopy jsou velmi důležité, protože stroncium je a vápník napodobenina, která je začleněna do růstu kostí, a proto má velkou schopnost škodit lidem. Na druhou stranu to také umožňuje ⁸⁹Sr pro použití v otevřeném zdroji radioterapie z kostní nádory. To má tendenci být používáno v zmírňující bolest péče o snížení bolesti v důsledku sekundární nádory v kosti.

Stroncium-90 je silný beta emitor s a poločas rozpadu 28,8 let. Své výtěžek štěpného produktu klesá s hmotností štěpitelný nuklid se zvyšuje. Mapa ⁹⁰Kontaminace Sr kolem Černobylu byl publikován IAEA.^[1]

Yttrium -89

Jediná stabilní yttrium izotop, ⁸⁹Y, bude nalezen s výtěžkem o něco menším než 1% ve směsi produktů štěpení, které bylo ponecháno stárnout měsíce nebo roky, protože ostatní izotopy mají poločasy 106,6 dnů nebo méně.

⁹⁰Sr se rozpadá na ⁹⁰Y, což je emitor beta s poločasem 2,67 dne.⁹⁰Y se někdy používá pro lékařský účely a lze je získat buď aktivace neutronů stáje ⁸⁹Y nebo pomocí zařízení podobného a techneciová kráva.

Zirkonium -90 až 96

Významné množství zirkonium je tvořen štěpným procesem; některé z nich jsou krátkodobé radioaktivní látky (⁹⁵Zr a ⁹⁷Zr, které se rozpadají na molybden ), zatímco téměř 10% směsi produktů štěpení po letech rozkladu tvoří pět stabilních nebo téměř stabilních izotopů zirkonia plus ⁹³Zr s poločasem 1,53 milionu let, což je jeden ze 7 hlavních štěpné produkty s dlouhou životností.

v PUREX rostliny zirkonium někdy tvoří a třetí fáze což může být v rostlině narušení. Třetí fáze je termín v extrakci rozpouštědlem daný třetí vrstvě (např pěna a / nebo emulze), která se tvoří ze dvou vrstev v procesu extrakce rozpouštědlem. Zirkonium tvoří třetí fázi tvorbou malých částic, které stabilizují emulze což je třetí fáze.

Niob -95

Niob-95 s poločasem rozpadu 35 dnů je zpočátku přítomen jako štěpný produkt. Jediný stabilní izotop niob má hmotnostní číslo 93 a štěpné produkty o hmotnosti 93 se stávají relativně stabilním zirkoniem-93 (poločas rozpadu 1,53 Ma).

Molybden -95, 97, 98, 99, 100

Štěpná produktová směs obsahuje významné množství molybden.

Technecium -99

⁹⁹Tc, poločas rozpadu 211 000 let, se vyrábí s výnosem asi 6% na štěpení; viz také hlavní štěpné produkty strana.

Ruthenium -101 až 106

Štěpením vzniká spousta radioaktivního ruthenia-103, ruthenia-106 a stabilního ruthenia. Ruthenium v Rafinát PUREX může oxidovat za vzniku těkavých látek oxid ruthenitý který tvoří fialovou páru nad povrchem vodného louhu. Oxid ruthenitý je velmi podobný oxid osmičelý; sloučenina ruthenia je silnější oxidant, který jí umožňuje vytvářet usazeniny reakcí s jinými látkami. Tímto způsobem je ruthenium v ​​přepracovacím zařízení velmi mobilní, obtížně stabilizovatelné a lze jej najít na zvláštních místech. Říká se tomu extrémně problematické^[2] a má pověstnou reputaci jako obzvláště obtížně zpracovatelného produktu během přepracování.^[3]

Navíc ruthenium v ​​PUREXu rafinovat tvoří velké množství nitrosyl komplexy, díky nimž je chemie ruthenia velmi složitá. The ligand směnný kurz na ruthenium a rhodium má tendenci být dlouhý, a proto může trvat dlouho, než zareaguje ruthenium nebo rhodium.

Na Černobylu během požáru se ruthenium stalo těkavým a chovalo se odlišně od mnoha jiných produktů štěpení kovů. Některé částice emitované ohněm byly velmi bohaté na ruthenium.

Bylo navrženo, aby se jako zdroj kovů používalo ruthenium a palladium v ​​rafinátu PUREX.^[4][5]

Rhodium -103, 105

I když se tvoří méně rhodia než ruthenia a palladia (výtěžek kolem 3,6%), směs štěpných produktů stále obsahuje významné množství tohoto kovu. Vzhledem k vysokým cenám ruthenia rhodium a palladium byly provedeny určité práce na separaci těchto kovů, aby bylo možné je použít později. Vzhledem k možnosti kontaminace kovů radioaktivními izotopy nejsou kovy vhodné pro výrobu spotřebního zboží, jako je např šperky ale tento zdroj kovů by mohl být použit pro katalyzátory v průmyslových zařízeních, jako jsou petrochemické závody.^[6]

Strašný příklad lidí vystavených záření z kontaminovaných šperků se objevil ve Spojených státech, kde se předpokládá, že zlato semena, která byla zvyklá obsahovat radon byly recyklovaný do šperků. Zlato obsahovalo radioaktivní produkty rozpadu ²²²Rn.^[7][8]

Palladium -105 až 110

Velká část palladium se tvoří během štěpného procesu. v jaderné přepracování ne všechny štěpné palladium se rozpouští; také některé palladium, které se nejprve rozpustí, vyjde z roztoku později. Jemné částice rozpouštědla bohaté na palladium se často odstraňují, protože interferují s procesem extrakce rozpouštědlem stabilizací třetí fáze.

Štěpné palladium se může oddělit během procesu, ve kterém Rafinát PUREX je kombinován s sklenka a zahřívá se, aby se vytvořilo finále vysoce aktivní odpad formulář. Palladium tvoří slitina s štěpným telurem. Tato slitina se může oddělit od skla.

¹⁰⁷Pd je jediný radioaktivní izotop s dlouhou životností mezi produkty štěpení a jeho rozpad beta má dlouhý poločas a nízkou energii, což umožňuje průmyslové využití extrahovaného palladia bez separace izotopů.^[9]

stříbrný -109

Kadmium -111 až 116

Indium -115

Cín -117 až 126

Antimon -121, 123, 124, 125

Telur -125 až 132

Tellur-128 a -130 jsou v zásadě stabilní. Pouze se rozpadají dvojitý rozpad beta, s poločasy> 10²⁰ let. Představují hlavní část přirozeného výskytu telur na 32, respektive 34%.Tellurium-132 a jeho dcera ¹³²Já jsou důležité v prvních dnech po kritičnosti. To bylo zodpovědné za velkou část dávky způsobené pracovníkům v Černobylu v prvním týdnu.

The isobar tváření ¹³²Te /¹³²Já jsem: Cín-132 (poločas rozpadu 40 s) se rozpadá na antimon-132 (poločas rozpadu 2,8 minuty) rozpadající se na telur-132 (poločas rozpadu 3,2 dne) rozpadající se na jód-132 (poločas rozpadu 2,3 ​​hodiny), který se rozpadá na stabilní xenon-132.

Vytvoření telur-126 je zpožděn o dlouhý poločas (230 k let) z cín-126.

Jód -127, 129, 131

¹³¹Já, s biologickým poločasem 8 dnů, představuje nebezpečí z jaderný spad protože jód se koncentruje v štítná žláza. Viz také Účinky záření z jaderné katastrofy Fukušima Daiiči # Jód-131 aDownwinders # Nevada.

Společné s ⁸⁹Sr, ¹³¹Používám se k léčbě rakovina. Malá dávka ¹³¹Lze použít při testu funkce štítné žlázy, zatímco velkou dávku lze použít ke zničení rakoviny štítné žlázy. Toto ošetření také normálně vyhledá a zničí všechny sekundární nádor který vznikl z rakoviny štítné žlázy. Velká část energie z beta emise z ¹³¹Budu absorbován ve štítné žláze, zatímco gama paprsky je pravděpodobné, že budou schopny uniknout ze štítné žlázy a ozařovat jiné části těla.

Velké množství ¹³¹Byl jsem propuštěn během experimentu s názvem Zelený běh^[10] ve kterém se palivo, které se nechalo ochladit jen krátkou dobu po ozáření, přepracovalo v továrně, která neměla v provozu pračku jódu.

¹²⁹Já, s téměř miliardkrát kratším poločasem rozpadu, je štěpný produkt s dlouhou životností.

¹²⁷Já je stabilní, jediný z izotopy jódu to je neradioaktivní. Tvoří jen asi¹⁄₆ jódu ve vyhořelém palivu, s I-129 asi⁵⁄₆.

Xenon -131 až 136

V palivu reaktoru je produkt štěpení xenon má tendenci migrovat do formy bubliny v palivu. Protože cesium 133, 135 a 137 je tvořeno beta částice rozpad odpovídajících izotopů xenonu, to způsobí, že se cesium fyzicky oddělí od většiny paliva oxidu uranu.

Protože ¹³⁵Xe je silný jaderný jed s velkým průřez pro neutron absorpce, nahromadění ¹³⁵Xe v palivu uvnitř energetického reaktoru může snížit reaktivita velmi. Pokud je energetický reaktor odstaven nebo ponechán v chodu na nízké úrovni výkonu, pak velké množství ¹³⁵Xe se může vybudovat rozpadem ¹³⁵I.Při opětovném spuštění reaktoru nebo výrazném zvýšení nízké úrovně výkonu ¹³⁵Xe bude rychle spotřebováno zachycení neutronů reakce a reaktivita jádra se zvýší. Za určitých okolností nemusí být řídicí systémy schopny reagovat dostatečně rychle, aby zvládly náhlý nárůst reaktivity při sestavování ¹³⁵Xe shoří. Má se za to otrava xenonem byl jedním z faktorů, které vedly k přepětí, které poškodilo Černobylu jádro reaktoru.

Cesium -133, 134, 135, 137

Cesium-137 s poločasem 30 let je hlavní středně štěpný produkt štěpení spolu se Sr-90. CS-137 je primárním zdrojem pronikání gama záření od vyhořelého paliva do 300 a více let po vybití. Je to nejvýznamnější radioizotop, který zbyl v okolí Černobylu.^[11]

Cesium-134 se nachází v vyhořelé jaderné palivo ale nevyrábí se jaderná zbraň exploze, protože je tvořen pouze zachycení neutronů na stabilní Cs-133, kterou vyrábí pouze rozpad beta Xe-133 s poločasem 3 dny. CS-134 má poločas rozpadu 2 roky a může být hlavním zdrojem gama záření v prvních několika letech po vybití.

Cesium-135 je štěpný produkt s dlouhou životností s mnohem slabší radioaktivitou. Zachycení neutronů uvnitř reaktoru přeměňuje velkou část xenon-135 který by se jinak rozpadl na Cs-135.

Baryum -138, 139, 140

Hodně baryum je tvořen štěpným procesem. Krátkodobý izotop barya byl některými časnými pracovníky zaměňován s radiaem. Bombardovali uran neutrony ve snaze vytvořit nový prvek. Místo toho ale způsobili štěpení, které v cíli generovalo velké množství radioaktivity. Vzhledem k tomu, že chemie baria a radia by tyto dva prvky mohly být odděleny například srážením s síran anionty. Kvůli této podobnosti jejich chemie si první pracovníci mysleli, že velmi radioaktivní frakce, která byla oddělena na „radiovou“ frakci, obsahuje nový izotop radia. Některé z těchto raných prací provedl Otto Hahn a Fritz Strassmann.

Lanthanidy (lanthan-139, cer-140 až 144, neodym-142 až 146, 148, 150, promethium-147 a samarium-149, 151, 152, 154)

Schéma ukazující izotopové podpisy přírodního neodymu (modrý) a štěpného produktu neodymu z uranu-235, který byl vystaven tepelným neutronům (červený)

Hodně zapalovače lanthanoidy (lanthan, cer, neodym, a samarium ) vznikají jako štěpné produkty. v Afrika, na Oklo Kde přírodní jaderný štěpný reaktor provozovaná před více než miliardou let není izotopová směs neodymu stejná jako „normální“ neodym, má izotopový vzorec velmi podobný neodymu vytvořenému štěpením.

V důsledku kritické nehody, úroveň ¹⁴⁰La se často používá ke stanovení výtěžku štěpení (z hlediska počtu jader, která prošla štěpením).

Samarium-149 je druhý nejdůležitější neutronový jed ve fyzice jaderných reaktorů. Samarium-151, produkovaný s nižšími výnosy, je třetí nejhojnější středně štěpný produkt štěpení ale vyzařuje jen slabě beta záření. Oba mají vysoké průřezy absorpce neutronů, takže většina z nich produkovaných v reaktoru je tam později zničena absorpcí neutronů.

externí odkazy

• Živý graf nukleotidů - IAEA Barevná mapa výnosů štěpných produktů a podrobná data kliknutím na nuklid.
• Periodická tabulka s izotopovými rozpadovými řetězovými displeji. Kliknutím na prvek a poté číslem hmotnosti izotopu zobrazíte rozpadový řetězec (odkaz na uran 235 ).

Reference