簡介
核裂變產物即指核裂變過程中生成的產物。核裂變是指由較重的(原子序數較大的)原子,主要是指鈾或鈽,裂變成較輕的(原子序數較小的)原子的一種核反應形式。核子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。早期核子彈套用(以鈾-238製備的)鈽-239為原料製成,而鈾-235裂變在核電廠最常見,由釷-232製備的鈾-233也在實驗堆中使用。
特點與種類
重核原子經中子撞擊後,裂變成為兩個較輕的原子,這就是最初的裂變產物。由於重原子核的中子含量很高,大約60%(如鈽-239含有145箇中子),而輕的穩定原子核中子含量較低(50%~55%),因此裂變產物中都含有過多的中子。這些富含中子的裂變產物都通過系列β衰變(把中子變成質子的反應)最終變成穩定核,這一過程中將產生一系列放射性裂變產物,每個β系列都維持質量數不變,都以一個穩定核為終點。例如 氪-92 → 銣-92 → 鍶-92 → 釔-92 → 鋯-92。
核裂變生成眾多不同產物,可以按照質量數分成不同的β系列,而這些不同系列(即不同質量數)的種類分布也是有規律的。如右圖所示,每個重核都大致裂變成大小兩個輕核,一個質量數在86~107之間(氪、銣、鍶、釔、鋯、鈮、鉬、鎝、釕、銠、鈀、銀、鎘),一個質量數在131-148之間(錫、銻、碲、碘、氙、銫、鋇、鑭、鈰、鐠、釹、鉕、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,還產生一個微小的氦-4或氚核。
放射性危害
由於核反應堆存在核泄露的隱患,因此放射性裂變產物受到廣泛關注。事實上,也是很幸運的,沒有半衰期為百年至二十萬年之間的裂變產物,因此放射性裂變產物可以分成兩類,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裂變原料,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 強放射性的裂變產物中,絕大多數半衰期很短,在泄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“中壽命核裂變產物”,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),而且裂變產額都較高(產量很大),這兩種原子核是裂變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,這兩種中長期輻射主力核素,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。以上五個核素正是裂變產物泄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 | 裂變產額 | 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 | 鉀 | 肝、腎、肌肉 | 大氣水體 | 深耕、鉀肥 普魯士藍 |
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、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後,輻射量遠低於自然界的輻射背底,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鈽鈾等錒系元素的污染,它們不屬於核裂變產物。
環境污染相關知識
環境污染,指自然的或人為的向環境中添加某種物質而超過環境的自淨能力而產生危害的行為。主要對環境自然生態系統和人的健康產生危害,即使當時不造成危害,但後續效應有害也算是污染行為。一般污染被分為空氣污染、水污染、固體廢棄物污染、土壤污染和放射性污染。現在污染的範圍越來越大,有船舶污染、光污染、噪音污染、熱污染和過度消費等各種新興污染開始被人們關注。 | |
空氣污染 | 酸雨|鹼雨|北極霾|大氣擴散模式|全球黯化|蚱蜢跳效應|全球變暖|臭氧空洞|氯氟碳化合物|懸浮粒子|霾|氣溶膠 |
水污染 | 富營養化|海洋廢棄物|油外泄|熱污染|城市徑流|水質|死水|生活污水 |
土地污染 | 生物修復|植物修復|除草劑|農藥|重金屬|肥害 |
放射性污染 | 裂變產物|放射性落下灰|急性輻射綜合症 |
其他污染 | 熱島現象|光害|噪音污染|基因污染|工業污染|船舶污染 |
污染控制技術 | 環境監測|資源回收|垃圾分類|污染物排放控制技術|環境污染控制|活性污泥法|SBR污水處理工藝|生物膜法|厭氧法|上流式厭氧污泥床|污水處理|旋風分離|工業發酵|堆填|垃圾焚燒|固體廢棄物的處理與處置|水污染控制 |
對生物的影響 | 生物放大作用|生物累積性|生物濃縮性 |
污染事故 | 台塑仁武廠污染事件|湖南省兒童鉛中毒案|日本四大公害病|愛克森瓦拉茲海難|阿瑪斯號貨輪油污事件|林園事件|2010年墨西哥灣漏油事故|2010年大連新港輸油管道爆炸|2011年中海油渤海灣漏油事故 |
國際公約 | 巴塞爾公約|《蒙特婁議定書》|京都議定書|斯德哥爾摩公約|防止船舶污染國際公約 |
環保組織 | 中華人民共和國環境保護部|香港環境保護署|綠色和平|綠黨|美國環境保護局|歐洲環境署|日本環境省 |