裂變產物（fission product） 又稱裂片核素（fession-debris nuclides），是235U、239Pu等在中子的轟擊下發生裂變生成的具有不同物理半衰期的許多种放射核素。它可以通過不同方式造成環境污染，並可直接吸入或者通過各種食物鏈進入人體內引起不同程度的內污染惑損傷效應。
通常指原始裂變產物即裂變碎片及由它衰變和吸收中子而得到的子體和產物。裂變碎片是由重核在中子作用下裂變分裂產生，它們的原子序數和質量都不相同。原始裂變產物只有少數幾種是穩定的，其餘均為巨放射性核素。原始裂變產物共有60多種核素，可分為輕組和重組。輕組質量數為66～117，重組為119～172。
2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，裂變產物在一類致癌物清單中。
基本介紹
- 中文名：裂變產物
- 外文名：fission product
- 別稱：裂片核素
介紹,套用,組分,危害,裂變產物信息,
介紹
裂變產物包括從鋅(原子序數30)到釓(原子序數64)35種元素，約300多個核素，質量數分布在72～160範圍內。燃耗深度為33000MWd/t(以鈾計)的壓水堆乏燃料，約含有裂變產物35kg/t。隨冷卻時間不同，其化學組成不同。通常乏燃料在冷卻150天后才處理，此時除氚、85Kr和129I外，氣體放射性裂變產物已衰變成穩定核素，131I也降低到允許水平。隨著冷卻期的增加，大多數裂變產物化學元素量變化不大。對於長半衰期裂片如137Cs，3H，147Pm，90Sr、99Tc要很長的冷卻期，它們的放射性才會有所下降。在冷卻10年後，氙、鋯、鉬、釹、銫和釕的數量約占裂變產物總量的70%。
有人提出用高斯分布函式來描述裂變產物衰變鏈上電荷為Z(A固定)的碎片相對生成機率P(Z)(即分獨立產額):上式中ZP為該鏈中具有最高獨立產額的核的電荷數，C為經驗常數。低能中子誘發裂變和絕大多數自發裂變的質量分布曲線呈雙峰狀，兩峰分別位於中子數N為幻數50和82附近。非對稱分裂的機率大，對稱分裂的機率很小。高能粒子誘發裂變和“冷裂變”的質量分布曲線呈單峰狀，即對稱分裂占優勢。
套用
核子彈爆炸時，裂變產物形成放射性塵埃，對生物有危害。反應堆內的某些裂變產物可以作為放射源，在工農業、醫學和科學研究中套用。裂變產物在工業、農業和醫學中的用途廣泛，如氪-85用作β放射源和自發光燈的能源；銫-137是γ放射源；鍶-90是β放射源；鎝-99m在核醫學上用於臨床診斷。
組分
早期混合裂變產物：一般將核爆炸新形成不久者成為早期混合裂變產物，因為其很快地局部沉降，又稱早期落下灰。
晚期混合裂變產物：將存放或在空中飄浮年月較久的混合裂變產物稱為晚期混合裂變產物，也稱延遲性落下灰。
在混合裂變產物中，由於一些短半衰期放射性核素的不斷衰變，長半衰期的放射性核素在混合裂變產物總活度中占的比例逐漸增大。裂變產物的組成、產額、總活度等與冷卻時間有關，與反應堆類型、核燃料種類、輻照時間等因素有關。
危害
裂變產物中有四种放射性同位素是對人體比較有危險的：碘-131、銫-137、鍶-90、鈽-239。這四种放射性同位素中，碘-131是最為危險的。
碘-131：因為它可以在最短的時間內讓人體細胞癌化，尤其是針對甲狀腺細胞，甲狀腺吸收後造成損傷。但放射性碘（I-131）的半衰期（半衰期是放射性核素因放射性衰變而使其活度降低到原來的一半所經過的時間）是8.3天。這就意味著，大約3個月後，幾乎所有的放射性碘將衰變完而消失。碘-131與人體天然所需的物質(如碘)基本一致，通過攝入或吸入進入人體。在日本核電站周圍檢測到放射性物質碘131。
銫-137：次危險，但潛伏人體達30年。危險性僅次於碘131，潛入身體內部，可以隱藏在人們骨頭中很多年，銫會造成肝癌和腎癌等，銫137的半衰期約為30年。根據沉降灰中放射性物質的總量，可能需要採取一些去污和必要的減少輻射措施（如農業，林業等）。在日本核電站周圍檢測到放射性物質銫137。
鍶-90：潛伏人體29年，易致白血病，危險性僅次於碘,物理半衰期長達29.1年，在化學性質上與鈣相似，趨於進入人的骨骼和牙齒。鍶-90也可以通過食物和水進入人體，大量攝入鍶-90可能會導致骨髓抑制、骨癌或白血病。核電站事故一般不會釋放特別大量的鍶-90,在日本核電站周圍暫未檢測到鍶-90。
鈽-239：會引發肺癌。最令人頭痛的便是鈽-239，鈽是燃料棒主要的構成物質，毒性十分的強烈,它能通過呼吸傳播，因而會引發肺癌。在日本核電站周圍暫未檢測到鈽-239。
裂變產物信息
放射性核素 | 半衰期 | 衰變類型 | 鈾-235熱中子 裂變產額ν/% |
氪-85 氙-133 銫-137 鍶-89 鍶-90 釔-91 鈰-141 鈰-144 釹-147 鉕-147 鋯-95 鉬-99 鎝-99 碘-131 釕-103 釕-106 | 10.76a 5.25d 30.17a 50.5d 28.5a 58.5d 32.5d 284.8d 10.98d 2.62a 64.0a 66.0h 2.1×105a 8.02d 39.35a 368d | β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- | 1.33 6.76 6.26 4.81 5.90 5.91 5.86 5.44 2.25 2.25 6.50 6.13 6.13 2.82 3.10 0.391 |
核素的放射性活度(居里)及產率(%)
20天后總放射性活度為9.4×106居里 | 1年後的總放射性活度3.1×104居里 | ||||
核 素 | 放射性活度(居里) (105) | 產率(%) | 核 素 | 放射性活度(居里) (103) | 產率(%) |
140La | 13.6 | 13.9 | 144Ce—144Pr | 164 | 52.8 |
140Ba | 11.8 | 12.0 | Nb | 45.6 | 14.7 |
145Pr | 11.8 | 12.0 | Zr | 22.4 | 7.2 |
141Ce | 9.5 | 9.7 | 147Pm | 17.7 | 5.7 |
133Xe | 6.2 | 6.3 | 91Y | 11.8 | 3.8 |
95Zr | 5.8 | 5.9 | 89Sr | 8.4 | 2.7 |
Y | 5.5 | 5.6 | 106Ru—106Rh | 15.2 | 4.9 |
131I | 5.5 | 5.6 | 90Sr-90Y | 11.5 | 3.7 |
89Sr | 4.9 | 5.0 | |||
147Nd | 4.9 | 5.0 | 137Cs—137Ba | 9.0 | 2.9 |
103Ru | 4.3 | 4.4 | |||
Nb | 4.1 | 4.2 | 103Ru | 2.5 | 0.8 |
144Ce | 2.3 | 2.3 | 103Rh | 2.5 | 0.8 |
144Pr | 2.6 | 2.6 | |||
Mo | 1.3 | 1.3 | |||
