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核分裂產物

錒系元素和分裂產物的半衰期閱論編

依衰變鏈分類的錒系元素[1]

半衰期範圍

依分裂產額(英語:Fission product yield)分類的分裂產物[2]

4n

4n + 1

4n + 2

4n + 3

4.5–7%

0.04–1.25%

<0.001%

228Ra

4~10年

155Eu þ

244Cm

241Pu ƒ

250Cf

227Ac

10~29年

90Sr

85Kr

113mCd þ

232U ƒ

238Pu

243Cm ƒ

29~100年

137Cs

151Sm þ

121mSn

248Bk[3]

249Cf ƒ

242mAm ƒ

100~400年

↑中等壽命分裂產物沒有半衰期為100年至21萬年的分裂產物↓長壽命分裂產物

241Am

251Cf ƒ[4]

400~1000年

226Ra

247Bk

1000~2000年

240Pu

229Th

246Cm

243Am

2000~8000年

245Cm ƒ

250Cm

239Pu ƒ

8000~3萬年

230Th

231Pa

3~10萬年

236Np ƒ

233U ƒ

234U

10~30萬年

99Tc

126Sn

248Cm

242Pu

30~140萬年

135Cs

79Se

237Np

140~700萬年

93Zr

107Pd

236U

247Cm ƒ

700~3000萬年

129I

244Pu

3000萬~1億年

也沒有半衰期超過2000萬年的分裂產物[5]

232Th

238U

235U ƒ

1~150億年

ƒ 易分裂材料þ 中子毒物(熱中子截面超過3000靶恩)

中等壽命分裂產物

項:單位:

t½a

產額%

Q*KeV

βγ*

155Eu

4.76

.0803

252

βγ

85Kr

10.76

.2180

687

βγ

113mCd

14.1

.0008

316

β

90Sr

28.9

4.505

2826

β

137Cs

30.23

6.337

1176

βγ

121mSn

43.9

.00005

390

βγ

151Sm

90

.5314

77

β

由於核子反應爐存在核洩露的隱患,因此放射性分裂產物受到廣泛關注。事實上,也是很幸運的是,沒有半衰期為百年至二十萬年之間的分裂產物,因此放射性分裂產物可以分成兩類,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分裂原料,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」。

第一類強放射性的分裂產物中,絕大多數半衰期很短,在洩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「中壽命核分裂產物」,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),而且分裂產額都較高(產量很大),這兩種原子核是分裂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,這兩種中長期放射線主力核素,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。[註 1]以上五個核素正是分裂產物洩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

分裂產額

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

肝、腎、肌肉

大氣水體

深耕、鉀肥普魯士藍

銫-134

<6.8%[注1]

2.06年

β鋇

1548 keV

鍶-90

4.5%

27.7年

ββ鋯

2826 keV

骨骼,無法排出

塵埃

土壤中撒石灰

鍶-89

~3%

50.5天

β釔

982 keV

第二類分裂產物放射性很低,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。它們被水稀釋後,放射線量遠低於自然界的放射線背底,不對人體健康造成影響,而且即使多量攝入也很容易排出。[註 2]

此外,核洩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,它們不屬於核分裂產物。

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