锕系元素和裂变产物的半衰期查论编
依衰变链分类的锕系元素[1]
半衰期范围
依裂变产额(英语:Fission product yield)分类的裂变产物[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
↑中等寿命裂变产物没有半衰期为100年至21万年的裂变产物↓长寿命裂变产物
241Am
251Cf ƒ[4]
400~1000年
226Ra
247Bk
1000~2000年
240Pu
229Th
246Cm
243Am
2000~8000年
245Cm ƒ
250Cm
239Pu ƒ
8000~3万年
230Th
231Pa
3~10万年
236Np ƒ
233U ƒ
234U
10~30万年
99Tc
126Sn
248Cm
242Pu
30~140万年
135Cs
79Se
237Np
140~700萬年
93Zr
107Pd
236U
247Cm ƒ
700~3000萬年
129I
244Pu
3000万~1亿年
也没有半衰期超过2000万年的裂变产物[5]
232Th
238U
235U ƒ
1~150億年
ƒ 易裂变材料þ 中子毒物(热中子截面超过3000靶恩)
中等寿命裂变产物
项:单位:
t½a
产额%
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“中寿命核分裂产物”,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。[註 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。它们被水稀释后,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。[註 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。