Hasadási termék

A hasadási termékek olyan kémiai anyagok származó hasadási egy atommag hasadó  : minden egyes mag a hasadóanyag áteső hasadási szünetek két (kivételes esetben három) darab, amelyek stabilizált formájában új atomok . A hasadási termékek statisztikai eloszlás szerint képződnek (amely gyengén függ a hasadó magtól), és számos létező kémiai elemnek vannak izotópjai . Ezek a nukleáris reakció „hamvai”, amelyek a végső radioaktív hulladékot képezik .

A kezdetben képződő hasadási termékek többnyire nagyon instabil izotópok  : nagyon erősen radioaktívak , erős hőt bocsátanak ki , és gyakran nagyon energikus (és ezért veszélyes) gammasugarak :

• a hasadási termékek felelősek a reaktorokból kilépő besugárzott tüzelőanyagok gyakorlatilag teljes radioaktivitásáért. A radioaktív hasadási termékek túlnyomó része rövid élettartamú ( öt évnél rövidebb periódus ) vagy közepes (száz évnél rövidebb periódus);
• egy atomreaktorban a hasadási termékek által felszabadított energia (a reaktor hőteljesítményének 6,5% -ának nagyságrendjében közvetlenül a leállítás után) hűtést kell fenntartani a leállítás után néhány napig, hogy elkerülhető legyen a mag megolvadása . Ezt a hőteljesítményt nevezzük a reaktor maradványteljesítményének . Néhány nap múlva a radioaktivitás eléggé csökkent ahhoz, hogy az üzemanyag a medencébe kerülhessen. Néhány év medencében eltöltött idő után a radioaktivitás elég alacsony szintet ért el ahhoz, hogy az anyagot ki tudják üríteni vagy újrafeldolgozni, vagy akár egyszerűen szárazon tárolni, míg az előző két megoldás egyikére várnak;
• ezen hasadási termékek radioaktivitása nagyon fontos sugárvédelmet tesz szükségessé a besugárzott nukleáris üzemanyag kezeléséhez és a nukleáris ciklusban végbemenő összes feldolgozáshoz  : nukleáris tárolás , a kiégett nukleáris üzemanyag kezelése és a radioaktív hulladék végleges elhelyezése .

Bevezetés

Példa hasadásra

Egy atomreaktorban , amikor az urán 235 vagy egy másik nehéz atom magja hasad egy neutron abszorpciójával , két (kivételesen három) új instabil mag képződik: a hasadási termékek (PF), valamint két vagy három neutron amely nukleáris láncreakcióval más hasadásokat vált ki . A nukleonok teljes száma konzerválódik a reakcióban, de az előállított atomok és részecskék tömegének összege mindig kisebb, mint az eredeti atomé. Ezt azzal magyarázzák, hogy a tömeg egy része energiává alakul át (lásd E = mc 2 ).

Például egy ilyen hasadás lehetséges képlete:

92235U+01nem→3693.Kr+56140Bnál nél+3 01nem+E{\ displaystyle \ mathrm {{} _ {92} ^ {235} U + {} _ {0} ^ {1} n \ rightarrow {} _ {36} ^ {93} Kr + {} _ {56} ^ {140} Ba + 3 \ {} _ {0} ^ {1} n + E}}

ahol E jelentése a felszabaduló energia a reakció, ami körülbelül 200  MeV (azaz 3,2 × 10 -11  J ).

Ebben a példában a két hasadási termékben a 93-os kriptonban és a bárium 140-ben neutronfelesleg van: a legnehezebb stabil kripton 86 Kr (hét felesleges neutron), a legnehezebb stabil bárium pedig 138 Ba (két felesleges neutron). Ennek eredményeként a radionuklidok instabilak és ezért radioaktívak: a felesleges neutronok protonokká és elektronokká alakulnak át, amelyek a magból béta- kevesebb sugárzás formájában kilökődnek . Mielőtt stabil állapotba kerülne, a fenti példának megfelelő két bomlási lánc összesen hét elektront fog kinyomni:

• kripton 93 bomlási lánc: (stabil)3693.Kr →1,286 sβ- 3793.Rb →5.,84. sβ- 3893.Sr →7,423 ménnemβ- 3993.Y →10.,18. hβ- 4093.Zr →1,53×10.6. nál nélβ- 4193.NEMb{\ displaystyle \ mathrm {^ {93} _ {36} Kr \ {\ xrightarrow [{1,286 \ s}] {\ beta ^ {-}}} {{} _ {37} ^ {93} Rb \ {\ xrightarrow [{5.84 \ s}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {38} ^ {93} Sr \ {\ xrightarrow [{7,423 \ min}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {39} ^ {93} Y \ {\ xrightarrow [{10.18 \ h}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {40} ^ {93} Zr \ {\ xrightarrow [{1 , 53 \ alkalommal 10 ^ {6} \ a}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {41} ^ {93} Nb}}
• 140 bárium bomlási lánc: (stabil) 56140Bnál nél →12.,7527 jβ-  57140Lnál nél →1,67855 jβ-  58140VSe{\ displaystyle \ mathrm {{} _ {\ 56} ^ {140} Ba \ {\ xrightarrow [{12.7527 \ j}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {\ 57} ^ {140} A \ {\ xrightarrow [{1,67855 \ j}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {\ 58} ^ {140} This}}

Túl sok neutron és radioaktivitás

Általánosságban elmondható, hogy a hasadó urán 235 atom és a hasadást okozó neutron eredetileg 92 protont és 144 ( 143 + 1 ) neutronot tartalmazott, amelyeknek átlagosan két és fele szinte azonnal kibomlik a hasadás során. A többi, átlagosan 92 proton és 141,5 neutron eloszlik a képződött két (vagy ritkán három) instabil atom között. Mindegyik átlagosan a felét, vagyis 46 protont és 71 neutront, vagy további 117 nukleont vesz fel (míg a palládium , Z = 46 , stabilan stabil, 56-60 neutron esetében).

A kialakult két nuklid neutronfeleslege a stabilitási völgy által képviselt átlóhoz képest jellemzően három és öt neutron között van. Ezt a felesleget újra fel kell szívni a neutron protonokká történő átalakításával, amely béta-sugárzást eredményez. Bármi legyen is a végső elosztása a neutronok és a protonok, az eredmény az lesz instabil: a hasadási termékek (FP) instabilak és pusztulás egy többé-kevésbé hosszú felezési . Miután elhaladtak az első hasadást követő pillanatok, amikor az úgynevezett " késleltetett  " neutronok  kibocsáthatók (a hasadás után néhány másodperccel), a hasadás során képződő instabil testek egymást követő elektronemisszióval (béta-sugárzás) fokozatosan visszatérnek a stabilitási helyzetbe ), amelyet elektromágneses sugárzás ( gammasugarak ) kísérnek, amelyek megfelelnek a gerjesztett energia különböző szintjeinek áthaladásának a mag alapvető szintjén , valamint az említett atomok elektronikus folyamatának átrendeződésének .

A hasadási termékek általában β-radioaktivitást mutatnak, vagy ritkábban, amikor a protonhiány még nagyobb, elég gyorsan lebomlanak egy neutron kiűzésével, amely része lesz a reakció késleltetett neutronjainak. A hasadás során azonnal képződő testfeleslegű neutronok miatt a hasadási termékek többsége béta- és gamma-kibocsátó. A ritka alfa-emitterek ( α részecskék ) de facto kvázi stabil testek, amelyeket akkor kapunk, amikor a neutronfelesleget felszívja a másodlagos elektronkibocsátás és a neutronok protonokká történő átalakítása.

A stabil helyzet felé vezető rally során, miután az elődök kibocsájtották a késleltetett neutronokat, a kezdetben képződött instabil atomok nukleonjainak teljes száma nem változik, kivéve a rendkívül ritka eseteket; csak a protonok száma növekszik a neutronból a protonba történő egymást követő átalakulásokkal, minden alkalommal elektronkibocsátással és gamma-sugárzás formájában történő energiakibocsátással.

Ezek a megfontolások magyarázzák, miért vannak a hasadási termékek:

• nagyon általában béta-kibocsátók;
• nagyon gyakran gamma-kibocsátók;
• ritkán alfa-kibocsátók, és csak a béta-kibocsátók felbomlása eredményeként egy kvázi stabil testhez vezet, amely már létezik a természetben, maga pedig alfa-kibocsátó.

A hasadási termékek kezdeti forgalmazása

A hasadási termékek eloszlási görbéjét, amelynek általános alakja ellentétes, két dudorja miatt „teve-hátnak” nevezzük. A hasadások többségében a két képződött atomnak különböző a nukleonjainak száma, tipikusan nagy 133–144 és kisebb, 90–100. Azok a hasadások, amelyek két azonos tömegű atomot adnak (116 vagy 117 nukleonnal) vagy záródnak (például 108 nukleon és egy 125 atomból álló atom), csak a teljes hasadás körülbelül 0,3% -át teszik ki.

A háromfázisú hasadásokat (amelyek a hasadások 0,2–0,4% nagyságrendjét képviselik) tartalmazza ez a görbe; számuk kicsi és nem változtatnak általános megjelenésükön. Ez a görbe megadja a hasadási termék hozamát  ; Ezen háromfázisú hasadások miatt az integrálja valamivel magasabb, mint 200%, mert száz hasadás esetén a képződött magok száma valamivel magasabb, mint 200. A hozamokat el kell osztani ezzel az integrállal, hogy kifejezzük az egyes atomalakok arányát .

A hasadási termékek pontos statisztikai eloszlása ​​több tényezőtől függ: az üzemanyag izotópos összetételétől ( plutónium jelenléte a MOX üzemanyagban , vagy a szerelvény égési sebességének eredményeként ), a spektrumtól és a neutronfluxustól, az üzemanyag-dúsítás ( gyors neutronreaktorhoz ) stb.

PWR típusú nagynyomású vizes reaktor esetén, a 235. izotóppal dúsított természetes urán felhasználásával a hasadási termékek tömegszáma a következőképpen oszlik meg:

• az atomok aránya egyrészt 90 és 100 közötti, másrészt 133 és 144 közötti nukleonszám mellett nagyon közel van, és körülbelül 2,9-3,3% nagyságrendű. Ezek az atomok alkotják a hasadási termékek legnagyobb részét. Az eloszlási görbe tehát két 90–100 és 133–144 nukleont tartalmazó „kvázi-fennsíkot” mutat, a képződött atomok hozzávetőlegesen (11 + 12) × 3,1% = 71,3% -ára;
• az arányok e két kvázi fennsíkon túl meredeken és nagyjából szimmetrikusan csökkennek: 84 nukleon esetében ~ 0,5%; 105 nukleon esetében ~ 0,4%; 129 nukleon esetében ~ 0,5%; 149 nukleon esetében ~ 0,6%;
• az arányok 0,005% és 0,006% közötti nagyságrendűek a 112 és 121 közötti nukleonok számánál, amelyek alacsony értékű „kvázi-fennsíkot” jelentenek a két azonos vagy hasonló tömegű atomot létrehozó hasadások esetén;
• Az FP 97,85% -a egyrészt 84 és 105, másrészt 129–149 nukleon között van;
• Az FP 99,90% -a egyrészt 76 és 109, másrészt 124–155 nukleon között van.

A háromkomponensű hasadások szintén könnyű atomot hoznak létre: ezekből a hasadásokból 90% 4-es héliumot , 7% tríciumot és 1% hélium-6-ot termel, amely gyorsan átalakul lítiummá 6 .

A hasadás után és a reaktor leállítása előtt a képződött atomok eloszlása ​​a nukleonok számában meglehetősen marginálisan módosul a neutronfluxussal reagálva, ami a nukleonok számának növekedéséhez vagy a kialakult testek transzmutációjához vezethet. Ezenkívül ezen idő alatt - amely egy évig vagy tovább is eltarthat - a béta és a gamma radioaktív bomlása következik be (a nukleonok számának változása nélkül). A hasadási termékek végső eloszlása ​​tehát a hasadási termékek reaktorban történő inkubációs idejétől (a neutronoknak való kitettség időtartamától) függ. Ezenkívül a 238 urán reaktoraiban képződött plutónium 239 hasadásai nem hozzák létre pontosan a különböző elemek atomjainak arányát, mint az urán 235 esetében , még akkor sem, ha a nagyságrendek nagyjából megegyeznek.

Ezek a megfontolások megmagyarázzák, miért gyakran nagyon nehéz egyszerűen felmérni a hasadással képződő radionuklidok jellegét és különösen azok mennyiségét az összes reaktorban és a felhasznált tüzelőanyagok összes energiájára (vagy kopására) vonatkozóan. Ehhez meglehetősen összetett modellezésekre van szükség.

Radioaktív bomlás

Tábornok

Közvetlenül a hasadás után a hasadási termékek főleg szilárd oxid állapotban találhatók ( cézium 137 , stroncium 90 ), de lehetnek gáz halmazállapotúak is, feloldódva az oxid mátrixban (például a Xenon Xe 133, Xe 134 vagy Xe izotópjai Vagy a kripton 85 ). A nukleáris hulladék újrafeldolgozása során salétromsav- oldatban találhatók , amelynek végén főleg szilárd oxidok formájában találhatók meg; a gáznemű elemek ezután elszöknek.

A hasadási termékek radiotoxikusak . Hozzájárulnak a nukleáris üzemanyag által termelt nagy aktivitású nukleáris hulladék rövid és középtávú radioaktivitásához .

A figyelembe veendő jellegzetes időtartam a medencékben tárolt hasadási termékek sorsának nagyságrendje egy év, a végleges tárolásra szánt termékek esetében pedig egy évszázad. A radioaktív hulladékban a legproblematikusabb tényezők nagymértékben az elem felezési idejétől függenek . Ugyanannyi képződött atom esetében egy T idő elteltével az az elem, amelynek radioaktivitása túlsúlyban van (összehasonlítva más testek radioaktivitásával), felezési ideje T / log (2) , vagy nagyjából ennek a késésnek 1,44-szerese :

• az alacsonyabb felezési (vagy felezési idejű) hasadási termékek eredetileg a leginkább hozzájárulnak a hulladékkeverék általános radioaktivitásához, de sokkal gyorsabban elolvadnak, és hamarosan nem jelentenek problémát (hacsak bomlási láncuk nem fed fel más radioaktív elemeket). Ez a csökkenés exponenciális: a T / 10 felezési idejű anyagok a kezdeti radioaktivitásuk ezerszerét vesztették; azok, akiknek felezési ideje T / 20, elvesztették kezdeti radioaktivitásuk milliószorosát;
• a hosszabb felezési idejű hasadási termékek hosszú távon jobban megmaradnak, de mivel természetüknél fogva kevésbé radioaktívak, kezdetben kevéssé járulnak hozzá a hulladékkeverék általános radioaktivitásához. Ez a gyengébb radioaktivitás azonban csak a felezési idővel arányosan változik: ha minden más dolog egyenlő, akkor tízszer hosszabb felezési idő kell ahhoz, hogy tízszer alacsonyabb radioaktivitáshoz jussunk.

Megjegyezhetjük, hogy nincs olyan radioaktív hasadási termék (kezdetben hasadással vagy csökkenéssel képződött), amelynek időtartama 100 év (93 év a 15-es szamárium esetében) és 100 000 év (126. ón esetében) között van, mivel a radioaktív hasadási termékek tekintetében :

• ez a hasadási termékek geológiai tárolásának (és ezért a nagyon hosszú távú bezárásának) valódi problémáját csak az alábbi bekezdésben felsorolt ​​hét izotópra írja le: „Nagyon hosszú élettartamú hasadási termékek, a történelmi léptékeken kívül” ( kisebb aktinidák) által generált neutronbefogásos és melyek nem hasadási termékek, szintén el kell kezelni);
• az azonosított radionuklidok alacsony száma lehetővé teszi az út elképzelését, amely abból áll, hogy megtalálják az elválasztásukra szolgáló eszközöket és rövidebb életű testekké alakítják át őket.

Hosszú távon elhanyagolható radioaktivitási hasadási termékek

A hasadási termékek két kategóriája nem befolyásolja a hosszú távú radiotoxicitást:

• egyrészt stabil vagy radioaktív atomok, nagyon rövid élettartammal (középtávon nem radioaktívak): a hasadás során képződött összes atomok 71,0% -ának bomlási lánca van , amely vagy leszármazottakból áll, vagy stabilak, vagy kevesebb, mint periódusúak. tíz év alatt, gyorsan stabil nuklidokat eredményezve. Nem járulnak hozzá a hosszú távú radiotoxicitáshoz. Listájuk hosszú és nem itt készült. Rövid életű radioaktív hasadási termékre mutat példát a 106 ruténium , amelynek felezési ideje közel egy év, amely béta-emisszióval bomlik le stabil palládium 106-ba;
• másrészt rendkívül hosszú élettartamú, természetes állapotban létező radioaktív testek: a hasadás során képződött teljes atomok 11,8% -ának leszármazottai vannak, amelyek radioizotópok (a természetben már jelen vannak), hosszabb időtartam 100 milliárd év (tehát sok nagyobb, mint a Föld kora , sőt az Univerzum ). Ezek de facto stabilnak tekinthető szervek. Noha ezek a testek némelyike ​​alfa-kibocsátó, nagyon hosszú felezési idejük miatt veszélyességük sokkal alacsonyabb, mint a rövid élettartamú hulladéké. A hő és a hélium (alfa radioaktivitás) felszabadulása szintén elhanyagolható.

A kezdetben hasadással képződött atomok arányában kifejezett mennyiségek:

• a cirkónium 96-ról 2,96% -ra, béta-emitter (2 x 10 ~ 19  év közötti időszak );
• a cérium 142-től 2,91% -ig terjedő béta-kibocsátó (időtartam> 5 x 10 16  év);
• a neodímium 144-től 2,71% -ig terjedő alfa-kibocsátóig (2,29 x 10 15  éves periódus );
• a Rubidium 87-1,38%, béta emitter (4,92 x 10 periódus 10  év);
• a szamárium 147, 1,23%, alfa-kibocsátó (1,06 x 10 11  éves időszak );
• a szamárium 149-től 0,59% -ig terjedő alfa-kibocsátóig (időszak> 2 x 10 15  év);
• a kadmium 113, nagyon kis mennyiségben: 0,0059%, béta-emitter (7,7 x 10 15  éves időszak ).

Történelmileg kezelhető közepes élettartamú radioaktív hasadási termékek

A hasadás során képződött teljes atomok 6,8% -ának olyan leszármazottai vannak, amelyek 10 évnél hosszabb és 100 évnél rövidebb átlagos élettartamú radioizotópok. A kezdetben hasadással képződött atomok arányában kifejezett mennyiségek:

• a cézium-137 , béta- és gamma-emisszió, felezési ideje 30,15 év, 3,06%;
• a stroncium 90 , tiszta béta-kibocsátó, felezési ideje 28,79 év - 2,86%;
• a kripton-85 , a béta-emitter felezési ideje 10,76 év, 0,69%; a kripton nemesgáz, amely kémiailag nem könnyen kötődik össze; nem található meg a geológiai tárolóban, hanem elválasztja és üríti a la hágai újrafeldolgozó üzemben . A Krypton 85 oxidált állapotban stabil és szilárd rubídium 85-t eredményez ;
• a szamárium 151 béta-kibocsátója 93 éves felezési ideje 0,22%;
• végül, hogy teljes legyünk, meg kell említenünk:
  • az ón 121 metastabil , gamma-emitteres felezési ideje 43,9 év, legfeljebb 0,0064%,
  • a kadmium 113 metastabil , gammasugárzó, felezési ideje 14,1 év, 0,0059% -ra.

E hat test közül csak a cézium 137 (béta- és gamma-kibocsátó) és kisebb mértékben a stroncium 90 (tiszta béta-kibocsátó) okoz igazán gondot. A cézium 137 az a radionuklid, amely jellemzi a környezet szennyeződését olyan balesetek során, mint Csernobil vagy Fukusima.

Ezeket a hasadási termékeket „történelmileg kezelhetőnek” lehet minősíteni, mivel radioaktivitásuk csak néhány évszázadon át dominál, amely alatt a történelmi emlék megőrződhet. Például, ha a cézium 137-et 1200 évvel ezelőtt Nagy Károly irányításával állították volna elő, a felezési ideje negyvenszerese után ma a fennmaradó rész csak a kezdeti tevékenység 10–12 (egymilliomodmilliomod része) lenne, ami már nem felel meg jelentős tevékenység.

Csak a szamárium 151, az eredetileg kialakult atomok 0,22% -ára és a felezési ideje 93 év, a menedzsment határán van történelmi léptékben.

A csernobil és a fukusimai balesetek tapasztalatai alapján a cézium 137 gammasugárzása miatt ( 660  keV gamma sugárzás , ezért alacsonyabb, mint az emberi testben lévő 40 káliumé, miközben azonos sorrendben van) mint a környezet radiológiai kockázatának kezelésében valódi gyakorlati jelentőségű egyetlen hasadási termék. A környezetben lévő cézium kémiai kombinálásának kényelmes képessége így hatékonyan hozzájárulhat a balesetek radiológiai következményeinek konkrét csökkentéséhez.

Nagyon hosszú élettartamú radioaktív hasadási termékek, a történelmi léptékeken kívül

A hasadás során képződött teljes atomok 10,4% -ának leszármazottai vannak, amelyek nagyon hosszú élettartamú mesterséges radioizotópok, amelyek valóban képviselik a hasadási termékek miatt a hosszú távú maradék radioaktivitást. Hét van belőlük. A kezdetben hasadással képződött atomok arányában kifejezett mennyiségek a bőség sorrendjében vannak:

• a cézium- 135, a béta-emitter felezési ideje 2,3 millió év, 3,45% -ra
• a cirkónium- 93 béta-emitter felezési ideje 1,53 millió év - 3,06%, tudva, hogy kisebb (kb. 5%) további mennyiséget képeznek a neutronbefogásos cirkóniumhüvelyek 92 (reakció (n, γ)), amelynek apró része (a nyírási bírságokat) a hasadási termékekhez adják a burkolat nyírási folyamata miatt, amelyet a la hágai üzemben hajtottak végre;
• a technécium-99 , béta-emitter, felezési ideje 211 100 év, 3,06% -ra;
• a jód- 129, a béta-emitter felezési ideje 15,7 millió év, 0,64% -ra
• a palládium- 107 béta-emitter felezési ideje 6,5 millió év, 0,09% -ra;
• az ón 126, béta-kibocsátó, felezési ideje 100 000 év, 0,03% -ra;
• a szelén 79 béta-emitter felezési ideje 280 000 év, 0,025% -kal.

A 36-os klór (301 000 éves periódus), amelyet helytelenül hosszú élettartamú hasadási terméknek neveznek, nyomokban jelen van a PF-ben.

Ezekre a testekre, amelyek élettartama nincs összefüggésben a történelmi időskálákkal, jelenleg nincs végleges megoldás.

• Az általánosan alkalmazott megoldás abból áll, hogy megfelelő mátrixba zárják őket (összekeverik a fenti fenti hasadási termékekkel és a kisebb aktinidokkal ), és mély geológiai rétegben tárolják őket.
• Gazdasági tanulmányok és értékelések folynak annak megvizsgálására, hogy milyen körülmények között lehet ezt a hét testet rövidebb életűvé alakítani; mint neutron besugárzás révén egy reaktorban.

Összefoglaló táblázatok

Minden hasadási termék és aktinid

Aktinidek bomlási lánc által				Periódus a	Hasadási termékek a termelés bősége szerint
4 n	4 n +1	4 n +2	4 n +3
						2,25-3,5%	0,015-0,7%	<0,0065%
228 Ra № 0				4–6	†		155 Eu þ 0
244 cm 1	241 Pu ƒ 1	250 Vö. 1	227 Ac № 1	10–29		90 Sr 1	85 Kr 1	113m Cd þ 1
232 U ƒ 1		238 Pu 1	243 Cm ƒ 1	29–97		137 Cs 1	151 Sm þ 1	121m Sn 1
	249 Vö. Ƒ 2	242m Am ƒ 2		141–351	Nem hasadási termék egy felezési között 100 és 100.000 évvel
	241 2. módosítás		251 Vö. Ƒ 2	430–900
		226 Ra № 3	247 Bk 3	1,3k - 1,6k
240 Pu 3	229 Th 3	246 cm 3	243 3. módosítás	4.7k - 7.4k
	245 Cm ƒ 3	250 Cm 3		8,3k - 8,5k
			239 Pu ƒ 4	24.11k
		230 Th № 4	231 Pa № 4	32k - 76k
236 Np ƒ 5	233 U ƒ 5	234 U № 5		100k - 250k	‡	99 Tc ₡ 5	126 Sn 5
248 cm 5		242 Pu 5		280k - 375k			79 Se ₡ 5
				1,53M		93 Zr 6
	237 Np 6			2,1–6,5 M		135 Cs ₡ 6	107 Pd 6
236 U 7			247 Cm ƒ 7	15–24			129 I ₡ 7
244 Pu № 7				80M	15,7 Ma felett nincs atom
232 Th № 9		238 U № 9	235 U ƒ№ 9	0,703G - 14G
Legend ₡ hatékony eifogórész tartományban 8-50 pajta ƒ Fissile m Metastabil №  természetes izotóp  (in) þ Poison neutron (keresztmetszet felső rögzítési 3000 istálló) † Beach 4-97  rendelkezik  : átlagos élettartam hasadási termék ‡ felett 100  ka  : hosszú életű hasadási termék a = Julián év = 365,25 nap pontosan

A hulladékban lévő hasadási termékek és aktinidek

Aktinidek bomlási lánc által				Periódus a	Hasadási termékek a termelés bősége szerint
4 n +0	4 n +1	4 n +2	4 n +3
					Őrnagy 2,25-3,5%	Másodlagos 0,015-0,7%	Nyomok <0,0065%
				4–6		155 Eu þ 0
244 Cm 1 nyom	241 Pu ƒ 1 nyom			10–22		85 Kr 1	113m Cd þ 1
			243 Cm ƒ 1	28-31	90 Sr 1
					137 Cs 1
232 U ƒ 1 nyom		238 Pu 1 nyom		43-93		151 Sm þ 1	121m Sn 1
		242m Am ƒ 2		141–351	Nincs hasadási termék egy felezési között 100 és 100.000 évvel
	241 2. módosítás			430–900
		226 Ra № 3 nyomok		1,3k - 1,6k
240 Pu 3 nyom	229 | Th 3 nyom		243 3. módosítás	4.7k - 7.4k
	245 Cm ƒ 3			8,3k - 8,5k
			239 Pu ƒ 4 nyom	24.11k
		230 Th № 4 nyomok	231 Pa № 4 nyomok	32k - 76k
236 Np ƒ 5	233 U ƒ 5 nyom	234 U № 5 nyomok		100k - 250k	99 Tc ₡ 5	126 Sn 5
		242 Pu 5 nyom		280k - 375k		79 Se ₡ 5
				1,53M	93 Zr 6
	237 Np 6			2,1–6,5 M	135 Cs ₡ 6	107 Pd 6
236 U 7 nyom			247 Cm ƒ 7	15–24		129 I ₡ 7
					15,7 Ma felett sem
232 Th № 9 nyomok		238 U № 9 nyomok	235 U № 9 nyomok	0,7G - 14G
Jelmagyarázat: ₡ A hőfogás keresztmetszete a 8–50 pajta tartományban. ƒ Metastabil m hasadó № Természetes izotóp þ Neutronméreg (a befogási keresztmetszet meghaladja a 3000 istállót) † 4a - 97a tartomány: kezelhető, történelmi élettartamú hasadási termék 100 100 ka felett   : hosszú élettartamú hasadási termék

A hasadási termékek kezelése

Szerint a Network Sortir du nukleáris , egyetlen ország a világon, megoldotta a problémát, hogy mi történik a hasadási termékek és senki sem tudja garantálni a megbízhatóságát hulladéklerakó hosszú időn át .

A nukleáris reaktorok működése során

A nukleáris reaktorok (különösen a generátorok) normál üzemeltetési folyamatában a hasadási termékeket nukleáris reakció hulladékként kezelik . Abban az esetben, Franciaország, ők kívánják helyezni a mélységi geológiai elhelyezés a Bure .

A hasadással képződött palládium és ródium hipotetikus értékelése

A nukleáris ipar egyes szereplői szerint további fejleményként a hasadási termékek egészének vagy egy részének hasznosítása hozzájárulhat a radioaktív hulladék kezeléséhez. A geológiai tárház hosszú távú maradék radioaktivitása így csökken, anélkül azonban, hogy a teljes radioaktivitás megváltozna.

A hasadással képződött atomok (tehát 70 és 150 közötti atomszámú testek) közül csak a palládium és a ródium tűnik érdemlegesnek. A hasadással képződő többi anyag piaci értéke alacsony, mint az ezüstfém esetében, amelyet szintén büntet az ezüst 110, egy erős gamma-kibocsátó.

Palládium kinyerése / kivonása hasadási termékekből

A palládium nagyon magas költsége vonzóvá teheti kémiai elválasztását és visszanyerését:

• a hasadással keletkező palládiumban a radioaktív 107 palládium tömegaránya a többi képződött stabil izotóp (105, 106, 108 és 110) 15% -ának felel meg. A Palladium 107 egy 33  keV-os (csak „puha” béta-sugárzás) bétát bocsát ki, 6,5 Ma periódussal  , ezért mérsékelt aktivitással. A Palladium 107 tehát alacsony radiotoxicitású radionuklid, kivéve, ha lenyelik. Ezek a jellemzők összeegyeztethetőnek tűnnek az ipari felhasználásokkal;
• a nukleáris reaktorok által előállított palládium különböző izotópjainak mennyisége nagyjából becsülhető pusztán a hasadási hozamok alapján, az összes hasadási termék 0,3 tömegszázalékának, azaz körülbelül 180  kg palládiumnak Franciaországban;
• a palládium ára 15 k € / kg körül van  (az arany árának a fele). A forgalom tehát 2,5  millió EUR / év nagyságrendű lenne , de a nemesfémek árának ingadozásától függ, ami a műveletet a priori veszteségessé teszi Franciaország esetében;
• azonban az FP-kben jelen lévő palládium mennyiségének teljesebb értékelése, különös tekintettel a működés közbeni neutronbefogásokra, lényegesen magasabb becsléshez és 10 M € / év forgalomhoz vezet  .

Ródium visszanyerése / kivonása hasadási termékekből

A ródium esete különösen érdekesnek tűnik; valóban :

• egyrészt a ródium ára nagyon magas: 15 000  € / kg  ;
• másrészt a ródiumnak csak három izotópja van:
  • stabil ródium 103,
  • a két radioaktív izotóp, amelyeknek rövid a felezési ideje.

Ez azt jelenti, hogy a többi FP-től kémiailag elválasztott ródium nem radioaktív.

A ródium mennyisége megközelíti a hasadási termékek tömegének 1,1 tömeg% -át, vagyis körülbelül 660  kg ródiumot termel évente az 58 francia reaktor.

Baleset esetén

Nukleáris balesetek, például a csernobili vagy fukusimai katasztrófa vagy a tookaurai baleset során nagy mennyiségű hasadási termék szabadulhat fel a légkörbe és a vízbe. Ezután a fertőtlenítési műveletek a leginkább szennyezett talaj zsákokban történő összegyűjtését jelentik, amelyeket a helyszínen tárolnak.

Kapcsolódó cikkek

• Hosszú életű hasadási termék

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

1. Néhány meglehetősen ritka esetben léteznek úgynevezett ternáris hasadások, amelyekben három és nem kettő új mag képződik. A 3 e  képződött atom jellemzően alacsony nukleonszámmal rendelkezik.
2. Például stroncium 94 vagy kripton 93.
3. Például a xenon 140 vagy a bárium 140.
4. Szigorúan véve a 10–7- nél kisebb hasadási hozamok esetén a testek percenkénti mennyiségben képződnek a 60–70 és 164–180 nukleon tartományban, különösen a 239-es plutónium hasadás esetén .
5. A test radioaktivitását általában elhanyagolhatónak tekintik, ha felezési ideje meghaladja az egymilliárd évet.
6. Ez a neodímium alfa-radioaktív izotópja, amely a gaboni Oklo bányából származó uránércben található, a Föld más helyein található neodímium izotópos összetételének növekedésével arányosan, a természetes reaktorok működésének bizonyítéka .
7. Krypton 85 gázhalmazállapotú kibocsátás a la hágai üzemből. Mint ilyen, meglehetősen nagy számú pontos vizsgálatnak és a hasadással és a felszabaduló mennyiségnek a mérésével foglalkoztak. A hasadási hozamok szerint a hasadás során eredetileg előállított kripton 85 mennyisége körülbelül 68 000  kg / év × 0,7% (a kripton 85 bősége FP-ben) × 85 (a kripton 85 atomtömege) / 116,8 (az FP átlagos atomtömege) = 346  kg / év . A kezelés utáni gázkibocsátások regisztrálása nem teszi teljessé ezt az értékelést, mivel a hűtőmedencében a köztes tartózkodás időtartama a felezési idejéhez hasonló nagyságrendű, és a kezdeti termelésnek csak egy jelentősen csökkent részét képezi.
8. A felezési ideje, 65 000 év régi értéke nemrégiben "mérséklődött" További mérések eredményeként.
9. Az üzemanyagban jelen lévő klór-szennyeződés nyomainak neutronfelvételével jön létre. A hasadással történő képződés csak hármas hasadásból származhat, és csak közvetlenül, mivel a neutronokat meghaladó, 36 nukleont tartalmazó mag béta-bomlása 36-os kénhez vagy stabil argon-36-hoz vezet.
10. A transzmutációs reaktor a hét eset nagy részében nehéznek tűnik (kémiai szétválasztás nehézsége, parazita előállítás radioaktív anyagok stb.), De lehetséges a technécium 99 esetében. A technécium 99 fontos része időtartamú aktivitása a benne lévő hét izotóp között való bősége és más testekénél rövidebb felezési ideje miatt.
11. transzmutáció csökkenti a mennyiségeket és a radiotoxicitást, de nem szünteti meg a hosszú távú tárolás szükségességét.
12. Összehasonlításképpen : az emberi testben jelen lévő 40 kálium 40 béta-sugárzásának energiája 1300 és 1500 keV között van.

Hivatkozások

1. Rövid életű hasadási termékek , a laradioactivite.com oldalon
2. „Hosszú életű hasadási termékek” , a laradioactivite.com oldalon
3. Radionuklid lap: Szelén 79 és a környezet , IRSN, 2002. október 15. [PDF]
4. "  Újrahasznosíthatjuk-e a nukleáris hulladékot?"  » [PDF] , a Sortir du nukleáris hálózaton ,2009. január(megtekintés : 2015. augusztus 21. ) .

Függelékek

Kapcsolódó cikkek

• Aktiváló termék
• Nukleáris hulladék
• A radioaktív hulladék kezelése Franciaországban
• Bomlási lánc
• Izotópok táblázata

Külső linkek

• „Kibocsátás és szennyvíz” , a laradioactivite.com oldalon
• "Hulladékkezelés" , francia atomenergia-társaság
• Christian Bataille és Robert Gálya, Országgyűlési Hivatal értékelése tudományos és technológiai választások , vége a nukleáris ciklus ( "Battle Report") ( n o  612) 1997-1998 ( online olvashatók )