核裂变产物
核裂变产物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。原子弹以及核电站的能量来源都是核裂变。早期原子弹应用（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。
特点与种类
编辑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。
放射性危害
编辑
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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，也是很幸运的是，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”。
第一类强放射性的裂变产物中，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和锶-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。[注 1]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：
| 核素 | 裂变产额 | 半衰期 | 衰变产物 | 衰变能 | 生物体 相似物 |
富集于器官 | 传播 | 对策 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 碘-131 | ~3% | 8.02天 | β氙 | 971 keV | 碘-127 | 甲状腺 | 大气水体 | 服用碘化钾片 |
| 铯-137 | 6.3% | 30.2年 | β钡 | 1174 keV | 钾 | 肝、肾、肌肉 | 大气水体 | 深耕、钾肥 普鲁士蓝 |
| 铯-134 | <6.8%[注1] | 2.06年 | β钡 | 1548 keV | ||||
| 锶-90 | 4.5% | 27.7年 | ββ锆 | 2826 keV | 钙 | 骨骼，无法排出 | 尘埃 | 土壤中撒石灰 |
| 锶-89 | ~3% | 50.5天 | β钇 | 982 keV |
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-、TcO4-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。[注 2]
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。
注释
编辑参考文献
编辑- ^ 虽然镭不是锕系元素，但它紧接在锕系元素锕之前，且有半衰期超过4年，可被列入此表中的同位素，因此镭也被列入其中。
- ^ 此表列出的是热中子轰击235U的裂变产额。
- ^ Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248. Nuclear Physics. 1965, 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4.
- ^ 是所有半衰期超过四年的同位素中最重的
- ^ 半衰期远长于232Th，基本可视为稳定的衰变产物被排除在外，如半衰期8×1015年的113Cd。