Kisebb aktinidák
A minor vagy junior aktinidák a plutóniumtól eltérő transzurán elemek , amelyek egy atomreaktor működése során keletkeznek . Gyakorlati jelentőséggel bírnak a neptunium , americium és a kúrium izotópjai, az erőművi reaktorokban más elemek elenyésző mennyiségben képződnek (de speciális, nagy neutronfluxussűrűségű kutatóreaktorokban is előállíthatók).
Az SNF körülbelül egy nagyságrenddel kevesebb kisebb aktinidot tartalmaz, mint a plutónium (a fajlagos tartalom és összetétel erősen függ az égési mélységtől és a neutronspektrumtól). Egy tonna VVER SNF 4%-os égésnél körülbelül 10 kg plutónium izotópot, 500-700 g neptúniumot, 600 g americium-241-et (10 év expozíció után), 120 g americium-243-at, legfeljebb 60 g-ot tartalmaz. g kúrium (beleértve a rövid életű kúrium-242-t is) [2] [3] .
Sok kisebb aktinid alfa-sugárzó nagyon hosszú felezési idejű (több száz, több ezer, sőt millió év), ami hosszú távon (200-300 év múlva) a kiégett nukleáris fűtőelemek egyik legveszélyesebb összetevőjévé teszi őket. a hasadási töredékek radioaktivitása ezerszeresére csökken) .
Neptunium
Az atomreaktorban a fő reakció az urán-235 neutronok általi hasadása . De az esetek körülbelül 15%-ában, amikor egy neutront befognak, nem hasadás történik, hanem urán-236 atommag keletkezik. Ezenkívül az urán-236 neutronokat is képes elnyelni, rövid élettartamú béta-radioaktív urán-237 képződésével ( T ½ = 6,75 nap), amely bomláskor neptunium-237-et ad :
![{\displaystyle {\ce {^{236}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{237}_{92}U ->[\beta^-][6,75 \ {\ ce {d}}] ^{237}_{93}Np}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/715b075b6498142c091e5575910faff5e0984a7b)
Ezenkívül a neptunium-237 képes befogni a neutronokat, és plutónium-238-dá alakulni (ez a Pu-238 felhalmozódásának fő forrása az SNF-ben, és a Pu-238 előállításának fő módja az RTG -k számára ):
![{\mathrm {^{{237}}_{{93}}Np}}({\mathrm {n}},\gamma ){\mathrm {^{{238}}_{{93}}Np}} \ {\xrightarrow[ {2,117\ {\mathrm {d}}}]{\beta ^{-}\ 1,292\ {\mathrm {MeV}}}}\ {\mathrm {^{{238}}_{{ 94}}Pu}}.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00a9754c9f35de06cf8b2d3a443a159fc910256a)
A T½ neptunium -237 2,1 millió év. A hosszú felezési idő miatt radiotoxicitása viszonylag alacsony (fajlagos aktivitása 26 MBq/g).
Americius
Az atomreaktor működése során plutónium-239 képződik urán-238-ból egy neutron befogásával és két béta-bomlás útján:
![{\displaystyle {\ce {{}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n -> {}^{239}_{92}U ->[\beta^- ][23,5\ {\ce {min}}] {}^{239}_{93}Np ->[\beta^-][2,356\ {\ce {d}}] {}^{239}_{ 94}Pu}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/15bb66867a3b931a990a4b1de2b7a1f3692701e0)
Továbbá a neutronok befogásával a Pu-239 egymás után Pu-240, 241, 242 és 243-má alakul. A plutónium-241 viszonylag rövid életű ( T ½ = 14 év), és a béta-bomlás során amerícium-241-té alakul T ½ - vel. = 432 év, és rövid életű plutónium-243 ( T ½ = 5 óra) - amerícium-243-ba, T ½ = 7364 év [4] . Létezik egy hosszú élettartamú Am-242m nukleáris izomer is, melynek T ½ = 140 év, de ennek igen nagy termikus neutronhasadási keresztmetszete van (6200 barn [5] ), így reaktorban nem állítják elő jelentős mennyiségben.
Curium
Az Americium 241 és 243 rövid élettartamú 242 és 244 izotópokat képez neutronbefogással. A T ½ = 16 órás periódusú Americium-242 béta-bomlás során 83%-os valószínűséggel kúrium-242-vé alakul (a maradék 17 % elektronbefogás plutónium-242). Az americium-244 T½ = 10 óra időtartammal kúrium -244-vé bomlik. A kúrium -242 felezési ideje T½ = 163 nap. Képes befogni egy neutront és kúrium-243-má alakul, T ½ = 29 év, de a rövid felezési idő és az alacsony befogási keresztmetszet miatt sokkal valószínűbb az alfa-bomlás plutónium-238-ra. A kúrium -244 felezési ideje T½ =18 év. Továbbá a kúrium-244 a neutronokat befogva kúrium-245-té alakulhat ( T ½ = 8250 év), a nehezebbek pedig kúrium-248-ig, de ez a folyamat nagyon lassú a hagyományos erőművi reaktorokban.
Kalifornia
Hagyományos teljesítményreaktorban rendkívül kis mennyiségben képződnek 244-nél nehezebb kúrium-izotópok, tk. még a kúrium izotópjainak is kicsi a befogási keresztmetszete [6] (10 13 n / (cm² • sec) nagyságrendű erőreaktorokra jellemző neutronfluxusokkal ), a kúrium-244 legfeljebb néhány százaléka reagál a kampány során, és a frakciók a kúrium-246 és 248 százaléka), és a páratlan izotópok nagy valószínűséggel hasadnak egy neutron befogásakor (a termikus neutronok általi hasadás valószínűsége a kúrium-245 esetében 85%, a kúrium-247 esetében pedig 64%). Ha azonban americium vagy kúrium célpontjait speciálisan kialakított nagy fluxusú reaktorokban, például SM -ben sugározzák be , ahol a neutronfluxusok elérik az 5 x 10 15 n/(cm² • sec) értéket, a reagált kúrium aránya nagyságrendekkel magasabb, így a kúrium egy része rövid élettartamú béta-radioaktív kúrium-249-té alakul, amely T½ = 64 perc alatt berkelium -249-té , T½ = 330 nap alatt kalifornium-249 -vé alakul (vagy berkélium-249 lehet befognak egy neutront, berkélium-250-vé alakulva, amely 3 órás felezési idővel kalifornium-250-vé bomlik. Továbbá a 250, 251 és 252 kalifornium izotópok neutronbefogással jönnek létre. Ez utóbbi nagyon erős neutronforrásként talált alkalmazásra (a rövid felezési idő T ½ \u003d 2,6 év és a spontán hasadás nagy valószínűsége miatt - 3 %, neutron háttere milliárdszor nagyobb, mint a plutónium-240, és több száz billiószor több, mint az urán-238: egy mikrogramm kalifornium-252 2,3 millió neutront bocsát ki másodpercenként). Évente több tíz milligramm kalifornium-252-t szintetizálnak a világon.
Jegyzetek
- ↑ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (2004. április). „Az LWR nagy égésű UO2 és MOX kiégett fűtőelemek neutron- és gammasugárforrásának értékelése”. Journal of Nuclear Science and Technology . 41 (4): 448-456. DOI : 10.3327/jnst.41.448 .
- ↑ Archivált másolat . Letöltve: 2021. március 31. Az eredetiből archiválva : 2022. március 3.
- ↑ Termikus reaktorokból származó kiégett nukleáris üzemanyag . Letöltve: 2021. március 31. Az eredetiből archiválva : 2021. május 15.
- ↑ Archivált másolat . Letöltve: 2021. március 31. Az eredetiből archiválva : 2021. augusztus 9..
- ↑ A neutronrezonanciák atlasza, termikus keresztmetszetek és rezonanciaintegrálok . Letöltve: 2021. március 31. Az eredetiből archiválva : 2021. május 7..
- ↑ A neutronrezonanciák atlasza, termikus keresztmetszetek és rezonanciaintegrálok . Letöltve: 2021. március 31. Az eredetiből archiválva : 2021. május 7..