特點(diǎn)與種類
重核原子經(jīng)中子撞擊后,裂變成為兩個較輕的原子,這就是最初的裂變產(chǎn)物。由于重原子核的中子含量很高,大約60%(如钚-239含有145個中子),而輕的穩(wěn)定原子核中子含量較低(50%~55%),因此裂變產(chǎn)物中都含有過多的中子。這些富含中子的裂變產(chǎn)物都通過系列β衰變(把中子變成質(zhì)子的反應(yīng))最終變成穩(wěn)定核,這一過程中將產(chǎn)生一系列放射性裂變產(chǎn)物,每個β系列都維持質(zhì)量數(shù)不變,都以一個穩(wěn)定核為終點(diǎn)。例如 氪-92 → 銣-92 → 鍶-92 → 釔-92 → 鋯-92。
核裂變生成眾多不同產(chǎn)物,可以按照質(zhì)量數(shù)分成不同的β系列,而這些不同系列(即不同質(zhì)量數(shù))的種類分布也是有規(guī)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(zhì)量數(shù)在86~107之間(氪、銣、鍶、釔、鋯、鈮、鉬、锝、釕、銠、鈀、銀、鎘),一個質(zhì)量數(shù)在131-148之間(錫、銻、碲、碘、氙、銫、鋇、鑭、鈰、鐠、釹、钷、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(chǎn)生一個微小的氦-4或氚核。
放射性危害
由于核反應(yīng)堆存在核泄露的隱患,因此放射性裂變產(chǎn)物受到廣泛關(guān)注。事實(shí)上,也是很幸運(yùn)的,沒有半衰期為百年至二十萬年之間的裂變產(chǎn)物,因此放射性裂變產(chǎn)物可以分成兩類,一類放射性強(qiáng),但是可以在數(shù)百年內(nèi)衰變殆盡;另一類放射性很弱,它們的放射性低于相應(yīng)裂變原料,即放射性礦物,采用廢料回填礦坑的辦法就能達(dá)成“核工業(yè)降低地殼的放射性總量”。
第一類
強(qiáng)放射性
的裂變產(chǎn)物中,絕大多數(shù)半衰期很短,在泄露數(shù)月內(nèi)就很快耗盡,但有幾個核素半衰期在數(shù)年到數(shù)十年之間,列于上表“中壽命核裂變產(chǎn)物”,它們造成的影響將持續(xù)數(shù)十至數(shù)百年。其中最值得關(guān)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(chǎn)額都較高(產(chǎn)量很大),這兩種原子核是裂變產(chǎn)物放置數(shù)年至數(shù)百年間放射性的主要來源(因?yàn)槠渌鼜?qiáng)放射性核或者數(shù)年內(nèi)耗盡,或者含量太低)。如上表所示,銫-137和鍶-90的產(chǎn)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(jìn)入生物體內(nèi):銫和鍶兩種元素的化學(xué)性質(zhì)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(chǎn)物也頗受關(guān)注,特別是碘-131,雖然數(shù)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(qiáng)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(chǎn)物泄漏造成數(shù)次人體傷害事故的主要元兇,相關(guān)數(shù)據(jù)列于下表:核素 | 裂變產(chǎn)額 | 半衰期 | 衰變產(chǎn)物 | 衰變能 | 生物體 相似物 | 富集于器官 | 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(lán) |
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(chǎn)物放射性很低,卻“太長壽”,最值得關(guān)注的是碘-129、锝-99和銫-135。雖然它們放射性比相應(yīng)數(shù)量的鈾礦原料低,但比鈾礦更容易游離于自然水體之中,它們分別以I、TcO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后,輻射量遠(yuǎn)低于自然界的輻射背底,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钚鈾等錒系元素的污染,它們不屬于核裂變產(chǎn)物。