基本介紹
- 中文名：核裂變產物
- 外文名：Nuclear fission product
- 領域：核物理
簡介,特點與種類,放射性危害,
簡介
核裂變產物即指核裂變過程中生成的產物。核裂變是指由較重的（原子序數較大的）原子，主要是指鈾或鈽，裂變成較輕的（原子序數較小的）原子的一種核反應形式。核子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。早期核子彈套用（以鈾-238製備的）鈽-239為原料製成，而鈾-235裂變在核電廠最常見，由釷-232製備的鈾-233也在實驗堆中使用。
特點與種類
重核原子經中子撞擊後，裂變成為兩個較輕的原子，這就是最初的裂變產物。由於重原子核的中子含量很高，大約60%（如鈽-239含有145箇中子），而輕的穩定原子核中子含量較低（50%~55%），因此裂變產物中都含有過多的中子。這些富含中子的裂變產物都通過系列β衰變（把中子變成質子的反應）最終變成穩定核，這一過程中將產生一系列放射性裂變產物，每個β系列都維持質量數不變，都以一個穩定核為終點。例如 氪-92 → 銣-92 → 鍶-92 → 釔-92 → 鋯-92。
核裂變生成眾多不同產物，可以按照質量數分成不同的β系列，而這些不同系列（即不同質量數）的種類分布也是有規律的。如右圖所示，每個重核都大致裂變成大小兩個輕核，一個質量數在86~107之間（氪、銣、鍶、釔、鋯、鈮、鉬、鎝、釕、銠、鈀、銀、鎘），一個質量數在131-148之間（錫、銻、碲、碘、氙、銫、鋇、鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪）。此外，微量的（0.2~0.4%）三裂式裂變，除了大小兩個輕核外，還產生一個微小的氦-4或氚核。
放射性危害
由於核反應堆存在核泄露的隱患，因此放射性裂變產物受到廣泛關注。事實上，也是很幸運的，沒有半衰期為百年至二十萬年之間的裂變產物，因此放射性裂變產物可以分成兩類，一類放射性強，但是可以在數百年內衰變殆盡；另一類放射性很弱，它們的放射性低於相應裂變原料，即放射性礦物，採用廢料回填礦坑的辦法就能達成“核工業降低地殼的放射性總量”。
第一類強放射性的裂變產物中，絕大多數半衰期很短，在泄露數月內就很快耗盡，但有幾個核素半衰期在數年到數十年之間，列於上表“中壽命核裂變產物”，它們造成的影響將持續數十至數百年。其中最值得關注的是銫-137和鍶-90，它們的半衰期都約為30年（壽命很長），而且裂變產額都較高（產量很大），這兩種原子核是裂變產物放置數年至數百年間放射性的主要來源（因為其它強放射性核或者數年內耗盡，或者含量太低）。如上表所示，銫-137和鍶-90的產額和衰變能都顯著地比其它核素高。不幸的是，這兩種中長期輻射主力核素，恰巧都容易進入生物體內：銫和鍶兩種元素的化學性質分別與鉀和鈣相似，容易被人體吸收，特別是鍶容易代替鈣沉積在骨骼中，因此對銫-137和鍶-90的回收利用或無害化處理十分重要。此外一些極短壽命的放射性產物也頗受關注，特別是碘-131，雖然數個月就能衰變殆盡，但它極易被人體吸收富集；另外，銫-134和鍶-89是另兩個短壽強放射性核素，對人體傷害方式與銫-137和鍶-90相同，只是危害時間更集中。以上五個核素正是裂變產物泄漏造成數次人體傷害事故的主要元兇，相關數據列於下表：
| 核素 | 裂變產額 | 半衰期 | 衰變產物 | 衰變能 | 生物體 相似物 | 富集於器官 | 傳播 | 對策 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
碘-131 | ~3% | 8.02天 | β氙 | 971 keV | 碘-127 | 甲狀腺 | 大氣水體 | 服用碘化鉀片 |
銫-137 | 6.3% | 30.2年 | β鋇 | 1174 keV | 鉀 | 肝、腎、肌肉 | 大氣水體 | 深耕、鉀肥 普魯士藍 |
銫-134 | <6.8% | 2.06年 | β鋇 | 1548 keV | ||||
鍶-90 | 4.5% | 27.7年 | ββ鋯 | 2826 keV | 鈣 | 骨骼，無法排出 | 塵埃 | 土壤中撒石灰 |
鍶-89 | ~3% | 50.5天 | β釔 | 982 keV |
第二類裂變產物放射性很低，卻“太長壽”，最值得關注的是碘-129、鎝-99和銫-135。雖然它們放射性比相應數量的鈾礦原料低，但比鈾礦更容易游離於自然水體之中，它們分別以I、TcO4和Cs形式溶解在水中，而且難以沉積，造成大自然水體的近乎永久性的放射性污染。因此它們的隔絕存放尤為重要。它們被自然水體稀釋後，輻射量遠低於自然界的輻射背底，不對人體健康造成影響，而且即使多量攝入也很容易排出。
此外，核泄漏或核爆炸造成的放射污染還包括鈽鈾等錒系元素的污染，它們不屬於核裂變產物。
