このページでは、一般的な核燃料であるウランとプルトニウムの核分裂によって生成される核分裂生成物の混合物に含まれる主要な元素それぞれについて説明します。同位体は元素ごとに原子番号順に列挙されています。
原子炉や原子爆弾における核燃料による中性子捕獲によっても、アクチノイド元素や超ウラン元素（ここには記載されていません）が生成されます。これらは、使用済み核燃料や放射性降下物中に核分裂生成物と混ざって存在します。
原子炉の材料（遮蔽材、被覆管など）や環境（海水、土壌など）による中性子捕獲により、放射化生成物（ここには記載されていません）が生成される。これらは、使用済みの原子炉や核降下物に見られる。小さいながらも無視できない割合の核分裂イベントでは、2つではなく3つの核分裂生成物（中性子や素粒子は数に入れない）が生成される。この三元核分裂では通常、3番目の生成物としてヘリウム（三元核分裂の約80％でアルファ粒子が生成される）や水素（残りの大部分でトリチウム、またはより少ない割合で重水素と陽子が生成される）などの非常に軽い原子核が生成される。これが軽水炉からのトリチウムの主な発生源である。トリチウムのもう1つの発生源はヘリウム6で、これはすぐに（安定した）リチウム6に崩壊する。リチウム6は中性子の照射を受けるとトリチウムを生成し、商業的または軍事的に生産されるトリチウムの主な供給源の一つです。核燃料再処理の最初または唯一の工程が水溶液である場合（PUREXの場合のように）、トリチウム汚染は高価な同位体分離以外には水から除去できないため、問題が発生します。さらに、原子炉の運転に関与する自由中性子のごく一部は、他のものと反応する前に陽子とベータ粒子に崩壊します。この供給源からの陽子は、三元核分裂や冷却水の放射線分解から生成される陽子と区別がつかないため、その全体的割合を定量化することは困難です。
| 210アット | 1日未満 |
| 222ルン | 1～10日 |
| 258メリーランド州 | 10～100日 |
| 252 Es | 100日–10 |
| 226ラ | 1万～1万 |
| 97 Tc | 1万年前～7億年前 |
| 238ウ | > 7億年前 |
| 12 ℃ | 安定した |
ゲルマニウム-72、73、74、76
| 72ゲ | 73ゲ | 74ゲ | 76ゲ |
ゲルマニウム75が生成されると、すぐにヒ素に崩壊します。ゲルマニウム76は本質的に安定しており、非常に遅い二重ベータ崩壊によってのみヒ素に崩壊します。76
Se。
砒素-75
| 75 As |
ヒ素は放射線による危険性はないものの、化学的には非常に有毒です。ヒ素（その起源を問わず）を除去したい場合、唯一の安定同位体である熱中性子照射が効果的です。75
短命をもたらすだろう76
すぐに安定状態に崩壊する76
Se . ヒ素に十分な高速中性子を照射して顕著な「ノックアウト」（n,2n）反応、さらには（n,3n）反応を引き起こすと、代わりにゲルマニウム同位体が生成される。
セレン-77、78、79、80、82
| 77セ | 78セ | 79セ |
80セ | 82セ |
半減期が32万7千年であるSe-79は、長寿命核分裂生成物の一つです。Se-79の次に軽い同位体と重い同位体の安定性、そしてそれらの同位体が様々な中性子反応に対して示す高い断面積を考慮すると、Se-79の比較的低い収率は、原子炉内でSe-79が相当程度破壊されたためであると考えられます。
臭素-81
| 81ベッドルーム |
もう一つの安定同位体79
Brは、より中性子に富む同重体の長い半減期によって「影を落とされる」。 79
Se。
クリプトン-83、84、85、86
| 83クローネ | 84クローネ | 85クローネ |
86クローネ |
半減期が 10.76 年のクリプトン 85 は、約 0.3% の核分裂収率で核分裂プロセスによって生成されます。質量 85 の核分裂生成物のうち、 85 Kr 自体になるのは 20% だけで、残りは短寿命の核異性体を経て安定した85 Rb になります。照射を受けた原子炉燃料が再処理されると、この放射性クリプトンが空気中に放出される可能性があります。このクリプトンの放出は検出可能であり、秘密裏に行われている核再処理を検出する手段として使用できます。厳密に言えば、検出されるのは使用済み核燃料が硝酸に溶解する段階であり、この段階でクリプトンや、より豊富なキセノンなどの他の核分裂ガスが放出されるからです。クリプトン85の工業的利用とクリプトンおよびキセノンの比較的高い価格にもかかわらず、クリプトンとキセノンは両方とも液体窒素の温度で固体になり、揮発酸化プロセスの排気ガスを液体窒素で冷却すればコールドトラップで捕捉できるにもかかわらず、現在、使用済み燃料からクリプトンとキセノンを十分に抽出することはできません。
核分裂ガスが一定量を超えると、燃料ピンの膨張や穿孔につながる可能性があります。そのため、原子炉から燃料を排出した後の核分裂ガス測定は、燃焼計算、原子炉内の燃料の性質、ピン材料との挙動、燃料の有効利用、そして原子炉の安全性の研究において非常に重要です。さらに、核分裂ガスは中性子毒物であるため、原子炉内では厄介な存在です。ただし、核分裂によって生成される別の希ガスであるキセノンの同位体ほどではありません。
ルビジウム-85、87
| 85ルーブル | 87ルーブル |
ルビジウム87は半減期が非常に長く、本質的に安定しています（地球の年齢よりも長い）。ルビジウム86は、ルビジウム87の(n,2n)反応によって直接生成される場合、またはルビジウム85の中性子捕獲によって生成される場合、速やかに安定なストロンチウム86に崩壊します。
ストロンチウム-88、89、90
| 核種 | t 1 ⁄ 2 | 収率 | Q [a 1] | βγ |
|---|---|---|---|---|
| （あ） | （％）[a 2] | （keV） | ||
| 155ユーロ | 4.74 | 0.0803 [a 3] | 252 | βγ |
| 85クローネ | 10.73 | 0.2180 [a 4] | 687 | βγ |
| 113m CD | 13.9 | 0.0008 [a 3] | 316 | β |
| 90シニア | 28.91 | 4.505 | 2826 [a 5] | β |
| 137セシウム | 30.04 | 6.337 | 1176 | β γ |
| 121m Sn | 43.9 | 0.00005 | 390 | βγ |
| 151スモール | 94.6 | 0.5314 [a 3] | 77 | β |
| 88シニア | 89シニア | 90シニア |
ストロンチウム放射性同位体は非常に重要です。ストロンチウムはカルシウム類似体であり、骨の成長過程に取り込まれるため、人体に大きな害を及ぼす可能性があります。一方、これによりストロンチウム89は骨腫瘍のオープンソース放射線治療にも利用できるようになります。これは、骨の二次腫瘍による疼痛を軽減するための緩和ケアによく用いられます。
ストロンチウム90は、半減期が28.8年である強力なベータ線放出核種である。その核分裂生成物収率は、核分裂性核種の質量が増加するにつれて減少する。233
Uはより多くを生産する90
Srの核分裂よりも239
Puの核分裂235
中央のU。チェルノブイリ周辺のストロンチウム90汚染地図がIAEAによって公開されている。[1]ストロンチウム90は中性子吸収断面積が非常に小さいため、熱中性子誘起核変換による処分には適していない。
ストロンチウム90は、比較的高い出力密度（金属ストロンチウムでは0.95 W/g、一般的に使用される不活性ペロブスカイト型チタン酸ストロンチウムでは0.46 W / g）と、使用済み燃料からの抽出が容易であること（天然ストロンチウム金属と酸化ストロンチウムは水と反応して可溶性水酸化ストロンチウムを形成する）から、過去に放射性同位体熱電発電機（RTG）に使用されてきた。しかし、かつてRTGが供給していたオフグリッド用途での再生可能エネルギーの利用可能性が高まり、また、孤立エネルギー源への懸念から、RTGはほぼ完全に放棄されている。90
RTGのSr。現在も存在するRTGの用途は少数（主に宇宙ベース）で、主に238
Pu はコストが高いにもかかわらず、出力密度が高く、半減期が長く、アルファ線放射体であるのに対しストロンチウム 90 はベータ線放射体であるため遮蔽が容易です。
イットリウム-89から91
89歳 |
90歳 |
91歳
|
唯一安定なイットリウム同位体である89 Yは、核分裂生成物の混合物を数ヶ月から数年熟成させた場合、その収率は1%をわずかに下回る程度です。次に長寿命のイットリウム同位体の半減期はわずか107日（88 Y）または59日（91 Y）です。しかし、イットリウム90とストロンチウム90を分離しない限り、少量のイットリウム90が親元素であるストロンチウム90と永年平衡状態にあります。
90 Sr は、半減期が 2.67 日のベータ線放出核種である 90 Y に崩壊します。 90 Y は医療目的で使用されることもあり、安定した89 Yの中性子放射化によって、またはテクネチウム カウに類似した装置を使用することによって得られます。
不安定なイットリウム同位体の半減期は短いため（88
Yは106日で最も長い）であるが、ストロンチウムを含まない中程度に劣化した使用済み燃料から抽出されたイットリウムの放射能は無視できるほどである。しかし、強いガンマ線放出核種である90
Yは親核種が存在する限り存在する90
Srはイットリウムの非放射性サンプルを採取する必要がある場合は、ストロンチウムの痕跡をすべて除去し、半減期が短いY-90（半減期64時間）の崩壊に十分な時間を置いてから使用する必要があります。
ジルコニウム-90から96
90 Zr |
91 Zr | 92 Zr | 93 Zr | 94 Zr | 95 Zr | 96 Zr |
核分裂プロセスでは大量のジルコニウムが生成されます。その一部は短寿命放射性核種（モリブデンに崩壊する95 Zr と97 Zr ）で構成され、何年も崩壊した後の核分裂生成物混合物の約10%は、ジルコニウムの5つの安定またはほぼ安定な同位体と、7つの主要な長寿命核分裂生成物の1つである半減期が153万年の93 Zrで構成されます。ジルコニウムは中性子断面積が小さいため、燃料棒の被覆管によく使用されます。ただし、このジルコニウムの少量は中性子を捕獲し、放射性ジルコニウム同位体の総量に寄与します。ジルカロイ被覆管は通常再利用されませんが、比較的弱い放射能が原子炉内で大きな問題にならないため、被覆管に使用できる核分裂生成物のジルコニウムも同様です。 Zr-93 は、その高い収量と長寿命にもかかわらず、化学的に移動性がなく、放射線をほとんど放出しないため、一般的に大きな懸念があるとは考えられていません。
PUREXプラントでは、ジルコニウム（起源や同位体を問わず）が第三相を形成することが時々あり、これがプラントに悪影響を及ぼす可能性があります。第三相とは、溶媒抽出において、溶媒抽出プロセスにおいて二層から形成される第三層（泡状層やエマルジョン層など）を指します。ジルコニウムは、第三相であるエマルジョンを安定化させる微粒子を形成することで第三相を形成します。
ジルコニウム90は、主にストロンチウム90の逐次ベータ崩壊によって生成されます。使用済み燃料から非放射性のジルコニウム試料を抽出するには、ストロンチウム90を抽出し、十分な量を崩壊させる（例えばRTG）必要があります。その後、ジルコニウムを残りのストロンチウムから分離し、同位体純度の高いジルコニウム90試料を得ることができます。
ニオブ-95
| 95 NB |
半減期が35日のニオブ95は、最初は核分裂生成物として存在します。ニオブの唯一の安定同位体は質量数93であり、質量数93の核分裂生成物はまず長寿命のジルコニウム93（半減期153万年）に崩壊します。ニオブ95は安定なモリブデン95に崩壊します。
モリブデン-95、97、98、99、100
| 95か月 | 97か月 | 98か月 | 99か月 | 100ヶ月 |
核分裂生成物の混合物には、かなりの量のモリブデンが含まれています。モリブデン99は、核医学において、核分裂生成物の親核種として非常に重要な意味を持っています。99メートル
Tcですが、半減期が短いため、通常は使用済み燃料が再処理されるずっと前に崩壊します。99
Moは、核分裂反応とその後の即時再処理（通常は小規模研究炉でのみ行われる）または粒子加速器によって生成することができる。モリブデン100は二重ベータ崩壊（半減期は宇宙の年齢よりも長い）によって極めてゆっくりと崩壊するため、モリブデン99が崩壊するまで数日経過すると、使用済み燃料中のモリブデン含有量は実質的に安定する。
テクネチウム-99
| 核種 | t 1 ⁄ 2 | 収率 | Q [a 1] | βγ |
|---|---|---|---|---|
| （ま） | （％）[a 2] | （keV） | ||
| 99テクネチウム | 0.211 | 6.1385 | 294 | β |
| 126スン | 0.23 | 0.1084 | 4050 [a 3] | β γ |
| 79セ | 0.33 | 0.0447 | 151 | β |
| 135セシウム | 1.33 | 6.9110 [a 4] | 269 | β |
| 93 Zr | 1.61 | 5.4575 | 91 | βγ |
| 107パド | 6.5 | 1.2499 | 33 | β |
| 129私 | 16.1 | 0.8410 | 194 | βγ |
99テクネチウム
|
99 Tc（半減期211 ka）は、核分裂1回あたり約6%の収率で生成されます。核分裂生成物の主要ページも参照してください。また、モリブデン99の崩壊生成物としても（短寿命の核異性体である テクネチウム99mを介して）生成されます。テクネチウムは、負に帯電した過テクネチウム酸イオン（ TcO）を形成するため、環境中での移動性が特に高くなっています。−4（過マンガン酸アニオンに類似）であり、長寿命核分裂生成物の中で最も大きな放射線障害を引き起こす。テクネチウムは金属であるにもかかわらず、通常は正電荷を帯びたイオンを形成しないが、六フッ化テクネチウムのようなハロゲン化テクネチウムが存在している。TcF 6は、その沸点（328.4 K（55.3 °C; 131.4 °F））が六フッ化ウラン（329.6 K（56.5 °C; 133.6 °F））に非常に近いため、ウラン濃縮においては厄介な存在である。この問題は濃縮施設では知られている。なぜなら、自発核分裂によって少量のテクネチウムも生成されるからである（テクネチウムは天然ウランの親核種と永年平衡状態にある）。しかし、再処理にフッ化物揮発性物質を使用すると、分留によって分離された「ウラン」のかなりの部分がテクネチウムで汚染され、さらなる精製ステップが必要となる。
テクネチウム99は、十分な熱中性子断面積を持ち、既知の安定同位体がないため、低速中性子による核変換に適しています。中性子照射下では、テクネチウム99はテクネチウム100を形成し、これは急速に安定同位体に崩壊します。 100
Ru は貴重な白金族金属です。
ルテニウム-101から106
| 101ル | 102ル | 103ル | 104ル | 105ル | 106ル |
核分裂プロセスによって、多量の放射性ルテニウム 103、ルテニウム 106、および安定ルテニウムが生成されます。PUREXラフィネート中のルテニウムは酸化されて揮発性の四酸化ルテニウムになり、水溶液の表面上に紫色の蒸気を形成します。四酸化ルテニウムは四酸化オスミウムに非常に似ています。ルテニウム化合物はより強力な酸化剤であり、他の物質と反応して沈殿物を形成できます。このように、再処理工場内のルテニウムは非常に移動性が高く、安定させることが難しく、予期しない場所に存在する可能性があります。これは非常に厄介であると言われており[2]、再処理中に特に取り扱いが難しい製品として悪名高いです[3] 。揮発酸化と排ガスのコールドトラップ収集を組み合わせることで、揮発性の四酸化ルテニウムが次の処理で問題になる前に回収することができます。放射性同位体が崩壊する時間が経った後、回収されたルテニウムは比較的高い市場価格で販売できる可能性があります。
さらに、PUREXラフィネート中のルテニウムは多数のニトロシル錯体を形成するため、ルテニウムの化学的性質は非常に複雑です。ルテニウムとロジウムの配位子交換速度は遅い傾向があるため、ルテニウムまたはロジウム化合物の反応には長い時間がかかります。[定量]
チェルノブイリでは、火災発生時にルテニウムが揮発性となり、他の多くの金属核分裂生成物とは異なる挙動を示しました。火災によって放出された粒子の中には、ルテニウムを非常に多く含むものもありました。
最も長寿命の放射性同位体であるルテニウム106の半減期はわずか373.59日であるため、PUREXラフィネート中のルテニウムとパラジウムは、放射性同位体を崩壊させた後にこれらの金属源として利用することが提案されています。[4] [5]半減期の10サイクルを経過すると、あらゆる放射性同位体の99.96%以上が安定します。ルテニウム106の場合、これは3,735.9日、つまり約10年です。
ロジウム-103、105
103ロジウム |
105 Rh
|
ロジウムの生成量はルテニウムやパラジウムに比べて少ないものの（収率約3.6%）、核分裂生成物の混合物には依然として相当量のロジウムが含まれています。ルテニウム、ロジウム、パラジウムは価格が高いため、これらの金属を分離し、後日再利用するための研究が行われています。これらの金属は放射性同位元素に汚染されている可能性があるため、宝飾品などの消費財の製造には適していません。しかし、この金属源は石油化学プラントなどの工業プラントの触媒として利用できる可能性があります。 [6]
汚染された宝飾品によって人々が放射線に被曝した悲惨な事例が米国で発生しました。ラドンを封じ込めるために使用された金の種子が宝飾品に再利用されたと考えられています。確かに、その金にはラドン222の放射性崩壊生成物が含まれていました。[7] [8]
ロジウムの他の同位体は、ルテニウムの「遷移状態」として存在し、パラジウムの安定同位体へと崩壊する前に崩壊します。パラジウムの低レベル放射能（下記参照）が過剰と判断される場合（例えば、投資や宝飾品として使用する場合）、比較的「若い」使用済み燃料からその前駆物質のいずれかを抽出し、崩壊させてから、崩壊系列の安定した最終生成物を抽出することができます。
パラジウム-105から110
| 105パド | 106パド | 107パド |
108パド | 109パド | 110パルド |
核分裂過程では多くのパラジウムが生成されます。原子力再処理では、核分裂生成パラジウムの全てが溶解するわけではなく、最初に溶解したパラジウムの一部は後に溶解から出てきます。パラジウムを多く含む溶解槽微粒子（粒子）は、第三相を安定化させることで溶媒抽出プロセスを妨げるため、しばしば除去されます。
PUREXラフィネートをガラスと混合し、加熱して最終的な高レベル廃棄物を形成する過程で、核分裂パラジウムが分離することがあります。パラジウムは核分裂テルルと合金を形成し、この合金はガラスから分離します。
107 Pdは核分裂生成物の中で唯一の長寿命放射性同位体であり、そのベータ崩壊は半減期が長くエネルギーが低いため、同位体分離なしで抽出されたパラジウムを工業的に利用することができます。[9]
再処理が行われる頃には、パラジウム109は安定な銀109に崩壊している可能性が高い。銀109に達する前に、核異性体が形成される。109メートル
Ag。しかし、99メートル
Tc現在使用されていない109メートル
Ag。
銀-109、111
109 Ag |
111 Ag
|
生成される放射性銀同位体はすぐに崩壊して安定した銀だけが残りますが、白金族金属の抽出の副産物としてでない限り、それを抽出して使用するのは経済的ではありません。
カドミウム-111から116
111カドミウム |
112カドミウム | 113カドミウム |
114カドミウム | 115カドミウム |
116カドミウム |
カドミウムは強力な中性子毒であり、実際、制御棒はしばしばカドミウムで作られているため、燃料中のカドミウムの蓄積は、安定した中性子経済の維持にとって特に懸念される。カドミウムは化学的に有毒な重金属でもあるが、核変換に必要な中性子吸収数を考慮すると、意図的な核変換の優先度は高くない。
インジウム-115
115インチ
|
インジウム 115 はわずかに放射性がありますが、その半減期は宇宙の年齢よりも長く、実際、地球上の典型的なインジウムのサンプルには、「安定した」インジウム 113 よりもこの「不安定な」同位体が多く含まれています。
錫-117から126
117スン |
118スン | 119スン |
120スン | 121スン |
122スン | 123スン |
124スン | 125スズ |
126スン |
通常の熱中性子炉では、スズ121mの核分裂生成物収率は非常に低いため、この同位体は核廃棄物の大きな発生源にはなりません。高速核分裂、あるいは一部の重アクチニドの核分裂では、より高い収率でスズ121mが生成されます。例えば、ウラン235からの収率は、熱中性子炉では0.0007%、高速核分裂では0.002%です。[10]
アンチモン-121、123、124、125
| 123スラブ | 125スラブ |
アンチモン125は半減期が2年以上で崩壊し、125メートル
Te自体は、基底状態への異性体遷移を経て、ほぼ2ヶ月の半減期で崩壊します。比較的短い半減期と、その娘核種からのガンマ線放出量（144.77 keV）が大きいため、RTGでの使用は魅力的ではありませんが、Sb-125は3.4 W Thermal /gという比較的高い電力密度を実現できます。
フッ化物の揮発性により、アンチモンは、弱揮発性の（室温で固体の）三フッ化アンチモン、またはより揮発性の高い（沸点 422.6 K（149.5 °C; 301.0 °F））五フッ化アンチモンとして回収できます。
テルル-125から132
125テ |
126テ | 127テ |
128テ |
129テ |
130テ | 131テ |
132テ |
テルル128と130は本質的に安定しており、二重ベータ崩壊によってのみ崩壊し、半減期は10～20年を超えます。これらは天然テルルの大部分を占め、それぞれ32%と34%を占めています。 テルル132とその娘核種である132 Iは、臨界後の最初の数日間において重要な役割を果たします。チェルノブイリ原発事故後1週間に作業員が受けた被ばく線量の大部分は、これらの元素によるものでした。
132 Te/ 132 Iを形成する同重体は、スズ 132 (半減期 40 秒) からアンチモン 132 (半減期 2.8 分)に崩壊し、さらにテルル 132 (半減期 3.2 日)に崩壊し、さらにヨウ素 132 (半減期 2.3 時間) に崩壊し、さらに安定したキセノン 132 に崩壊します。
テルル 126の生成は、スズ 126の半減期が長い (23 万年) ため遅れます。
ヨウ素-127、129、131
| 127私 | 129私 | 131私 |
半減期が8日のヨウ素131は、甲状腺に濃縮されるため、放射性降下物による危険物質です。福島第一原子力発電所事故による放射線影響#ヨウ素131と 風下住民#ネバダ州も参照してください。
89 Srと同様に、 131 Iは癌治療に用いられます。少量の131 Iは甲状腺機能検査に用いられ、大量投与は甲状腺癌の破壊に用いられます。この治療は通常、甲状腺癌から生じた二次腫瘍を探し出し、破壊します。131 Iからのベータ線放出エネルギーの多くは甲状腺で吸収されますが、ガンマ線は甲状腺から放出され、体の他の部位に照射される可能性があります。
グリーンラン[11]と呼ばれる実験では、照射後に短時間だけ冷却された燃料が、ヨウ素スクラバーが稼働していない工場で再処理され、 大量の131 Iが放出されました。
129 Iは半減期がほぼ10億倍も長い長寿命核分裂生成物です。比較的小さな臓器（甲状腺）に蓄積するため、最も厄介な核分裂生成物の一つです。生物学的半減期が長いため、比較的低い放射線量でも大きな損傷を引き起こす可能性があります。このため、安定同位体が存在するにもかかわらず、ヨウ素はしばしば核変換に利用されます。127
使用済み燃料中のヨウ素129。熱中性子スペクトルでは、ヨウ素128の寿命が短く、同位体比がヨウ素129に有利であるため、新たに生成されるヨウ素129よりも破壊されるヨウ素129の方が多い。129
I . 変換装置の設計によっては、ヨウ素のベータ崩壊生成物であるキセノンが強力な中性子毒であると同時に、固体化合物に化学的に「固定」することがほぼ不可能なガスであるため、外気中に放出されるか、変換対象物を含む容器に圧力をかけることになるため、注意が必要です。
ヨウ素127は安定しており、ヨウ素同位体の中で唯一非放射性です。使用済み燃料中のヨウ素の約1 ⁄ 6を占め、ヨウ素129は約5 ⁄ 6を占めます。
キセノン-131から136
131キセノン |
132キセノン | 133キセノン |
134キセノン | 135キセノン | 136キセノン |
原子炉燃料では、核分裂生成物であるキセノンが燃料中に移動して泡を形成する傾向があります。セシウム133、135、137は、対応するキセノン同位体のベータ粒子崩壊によって生成されるため、セシウムはウラン酸化物燃料の大部分から物理的に分離されます。
135 Xeは熱中性子吸収断面積が最も大きい強力な核毒物であるため、原子炉内の燃料中に135 Xeが蓄積すると反応度が大幅に低下する可能性があります。原子炉が停止したり、低出力で運転されたりすると、135 Iの崩壊によって大量の135 Xeが蓄積される可能性があります。原子炉が再起動したり、低出力レベルが大幅に上昇したりすると、135 Xeは中性子捕獲反応によって急速に消費され、炉心の反応度が上昇します。状況によっては、蓄積された135 Xeが燃え尽きる際に、制御システムが反応度の急激な上昇に十分に対応できない場合があります。チェルノブイリ原子炉の炉心 を損傷した出力サージを引き起こした要因の一つは、キセノン中毒であったと考えられています。
セシウム-133、134、135、137
| 133セシウム | 134セシウム |
135セシウム |
137セシウム |
セシウム134は使用済み核燃料中に存在しますが、核兵器の爆発によって生成されるのではなく、安定なセシウム133の中性子捕獲によってのみ生成されます。安定なセシウム133は、半減期が3日であるキセノン133のベータ崩壊によってのみ生成されます。セシウム134の半減期は2年で、放出後20年間はガンマ線の主要な発生源となる可能性があります。
セシウム135は長寿命の核分裂生成物で、放射能ははるかに弱い。原子炉内の中性子捕獲により、本来ならセシウム135に崩壊するはずだったキセノン135の多くが変換される。
セシウム137は半減期が30年で、ストロンチウム90と並んで主要な中寿命核分裂生成物である。セシウム137は、廃棄後10年から約300年にわたり、使用済み燃料から透過性ガンマ線の主な発生源となる。チェルノブイリ周辺地域に残存する最も重要な放射性同位元素である。[12]
バリウム-138、139、140
| 138バ | 139バ | 140バ |
バリウムは核分裂反応によって大量に生成されます。初期の研究者の中には、短寿命のバリウム同位体をラジウムと混同した人もいました。彼らはウランに中性子を照射して新しい元素を生成しようとしていましたが、実際には核分裂反応を引き起こし、標的に大量の放射能が発生しました。バリウムとラジウムの化学的性質により、例えば硫酸陰イオンとの沈殿によってこれら二つの元素を分離することができました。この化学的類似性から、初期の研究者たちは、「ラジウム」分画に分離された放射性分画そのものに、ラジウムの新しい同位体が含まれていると考えました。こうした初期の研究の一部は、オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンによって行われました。
ランタノイド（ランタン139、セリウム140～144、ネオジム142～146、148、150、プロメチウム147、サマリウム149、151、152、154）
| 139ラ | 140ラ | ||||||||||||||||||||||
| 西暦140年 | 西暦141年 | 西暦142年 | 西暦143年 | 西暦 144年 | |||||||||||||||||||
| 141 Pr | 143 Pr | ||||||||||||||||||||||
| 143 Nd | 144 Nd | 145 Nd | 146 Nd | 147 Nd | 148 Nd | 149 Nd | 150 Nd | ||||||||||||||||
| 午後1時47分 | 午後149時 | 午後151時 | |||||||||||||||||||||
| 147スモール | 149スモール | 151スモール | 152スモール | 153スモール | 154スモール | ||||||||||||||||||
| 153ユーロ | 154ユーロ |
155ユーロ | 156ユーロ | ||||||||||||||||||||
| 155ガド | 156ガド | 157ガド | 158ガド | 159ガド | 160 Gd | ||||||||||||||||||
| 159テラバイト | 161テラバイト | ||||||||||||||||||||||
| 161 Dy |
より軽いランタノイド（ランタン、セリウム、ネオジム、サマリウム）の多くは核分裂生成物として生成されます。アフリカのオクロでは、 10億年以上前に天然の核分裂炉が稼働していましたが、ネオジムの同位体組成は「通常の」ネオジムとは異なり、核分裂によって生成されるネオジムと非常によく似た同位体パターンを示しています。
臨界事故の後に、核分裂収量（核分裂を起こした原子核の数として）を決定するために 140 Laのレベルがよく使用されます。
サマリウム149は、原子炉物理学において2番目に重要な中性子毒です。サマリウム151は、生成量が低く、中半減期の核分裂生成物としては3番目に多く存在しますが、放出するベータ線は弱いです。どちらも中性子吸収断面積が大きいため、原子炉内で生成されたものの多くは、後に中性子吸収によって破壊されます。
ランタニドは化学的にアクチニドと非常に類似しており、ほとんどの再処理は核分裂生成物または少なくともその中の中性子毒からアクチニドの一部またはすべてを分離することを目的としているため、核再処理において問題となります。
外部リンク
核種のライブチャート – IAEA核分裂生成物収量のカラーマップ、および核種をクリックすると詳細データが表示されます。- 同位体崩壊系列を表示した周期表。元素をクリックし、同位体質量数をクリックすると崩壊系列が表示されます（ウラン235へのリンク）。
参考文献
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- ^ Fang, Shengqiang; Fu, Lian; Pang, Changang (1996年2月). 「使用済み核燃料の基礎再処理廃棄物からのパラジウム回収」. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry . 203 (1): 143– 149. Bibcode :1996JRNC..203..143F. doi :10.1007/BF02060389. S2CID 95393714.
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- ^ “1944-1951: 727,900 curies of radioactive iodine released, John Stang, Tri-Cty Herald, 1999”. 2006年5月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2006年3月12日閲覧。
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