Produtos de fissão (por elemento) - Fission products (by element)

O produto da fissão rende em massa para a fissão de nêutrons térmicos de U-235 e Pu-239 (os dois típicos dos reatores de energia nuclear atuais) e U-233 (usado no ciclo de tório )

Esta página discute cada um dos principais elementos na mistura de produtos da fissão produzidos pela fissão nuclear dos combustíveis nucleares comuns urânio e plutônio . Os isótopos são listados por elemento, em ordem por número atômico .

A captura de nêutrons pelo combustível nuclear em reatores nucleares e bombas atômicas também produz actinídeos e elementos de transurânio (não listados aqui). Estes são encontrados misturados com produtos da fissão no combustível nuclear usado e na precipitação nuclear .

A captura de nêutrons por materiais do reator nuclear (blindagem, revestimento, etc.) ou do ambiente (água do mar, solo, etc.) produz produtos de ativação (não listados aqui). Estes são encontrados em reatores nucleares usados ​​e precipitação nuclear.

Germânio -72, 73, 74, 76

Arsênico -75

Selênio -77, 78, 79, 80, 82

Se-79, meia-vida de 327 mil anos, é um dos produtos de fissão de longa duração .

Bromo -81

Criptônio -83, 84, 85, 86

Krypton-85 , com meia-vida de 10,76 anos, é formado pelo processo de fissão com um rendimento de fissão de cerca de 0,3%. Apenas 20% dos produtos de fissão de massa 85 tornam-se o próprio ⁸⁵ Kr; o resto passa por um isômero nuclear de vida curta e depois para um ⁸⁵ Rb estável . Se o combustível irradiado do reator for reprocessado , esse criptônio radioativo pode ser liberado no ar. Esta liberação de criptônio pode ser detectada e usada como meio de detectar o reprocessamento nuclear clandestino. A rigor, a etapa detectada é a dissolução do combustível nuclear usado em ácido nítrico , pois é nesta etapa que se liberam o criptônio e outros gases de fissão, como o xenônio, mais abundante .

O aumento dos gases de fissão acima de um certo limite pode levar ao inchaço do pino de combustível e até mesmo à perfuração, de modo que a medição do gás de fissão após a descarga do combustível do reator é mais importante para fazer cálculos de queima, para estudar a natureza do combustível dentro do reator, comportamento com materiais de pino, para utilização eficaz de combustível e também segurança do reator.

Rubídio -85, 87

Estrôncio -88, 89, 90

Os radioisótopos de estrôncio são muito importantes, pois o estrôncio é um mimetizador do cálcio incorporado no crescimento ósseo e, portanto, tem grande capacidade de causar danos ao homem. Por outro lado, isso também permite que o ⁸⁹ Sr seja usado na radioterapia de código aberto de tumores ósseos . Isso tende a ser usado em cuidados paliativos para reduzir a dor devido a tumores secundários nos ossos .

O estrôncio-90 é um forte emissor de beta com meia-vida de 28,8 anos. O rendimento do seu produto de fissão diminui à medida que a massa do nuclídeo físsil aumenta. Um mapa da contaminação por ⁹⁰ Sr em torno de Chernobyl foi publicado pela IAEA .

Ítrio -89

O único isótopo de ítrio estável , ⁸⁹ Y, será encontrado com rendimento um pouco menos do que 1% em uma mistura de produto de fissão que foi permitida a envelhecer por meses ou anos, já que os outros isótopos têm meia-vida de 106,6 dias ou menos.

⁹⁰ Sr decai em ⁹⁰ Y, que é um emissor beta com meia-vida de 2,67 dias. ⁹⁰ Y às vezes é usado para fins médicos e pode ser obtido pela ativação de nêutrons do ⁸⁹ Y estável ou usando um dispositivo semelhante a uma vaca com tecnécio .

Zircônio -90 a 96

Uma quantidade significativa de zircônio é formada pelo processo de fissão; parte disso consiste em radioativos de curta duração ( ⁹⁵ Zr e ⁹⁷ Zr que decaem em molibdênio ), enquanto quase 10% da mistura de produtos de fissão após anos de decaimento consiste em cinco isótopos estáveis ​​ou quase estáveis ​​de zircônio mais ⁹³ Zr com meia-vida de 1,53 milhões de anos, que é um dos 7 principais produtos de fissão de longa vida .

Nas plantas PUREX , o zircônio às vezes forma uma terceira fase que pode ser um distúrbio na planta. A terceira fase é o termo na extração por solvente dado a uma terceira camada (como espuma e / ou emulsão) que se forma a partir das duas camadas no processo de extração por solvente. O zircônio forma a terceira fase, formando pequenas partículas que estabilizam a emulsão, que é a terceira fase.

Nióbio -95

Nióbio-95 com meia-vida de 35 dias está inicialmente presente como um produto de fissão. O único isótopo estável do nióbio tem o número de massa 93 e os produtos da fissão com a massa 93 tornam-se o zircônio-93 relativamente estável (meia-vida de 1,53 Ma).

Molibdênio -95, 97, 98, 99, 100

A mistura de produtos da fissão contém quantidades significativas de molibdênio .

Tecnécio -99

⁹⁹ Tc , meia-vida de 211k anos, é produzido com um rendimento de cerca de 6% por fissão; veja também apágina fissão produtos principal.

Rutênio -101 a 106

Abundância de rutênio-103 radioativo, rutênio-106 e rutênio estável são formados pelo processo de fissão. O rutênio no refinado PUREX pode ser oxidado para formar tetróxido de rutênio volátil, que forma um vapor púrpura acima da superfície do licor aquoso. O tetróxido de rutênio é muito semelhante ao tetróxido de ósmio ; o composto de rutênio é um oxidante mais forte que o permite formar depósitos ao reagir com outras substâncias. Desta forma, o rutênio em uma planta de reprocessamento é muito móvel, difícil de estabilizar e pode ser encontrado em lugares estranhos. Foi considerado extremamente problemático e tem uma reputação notória como um produto especialmente difícil de manusear durante o reprocessamento.

Além disso, o rutênio no refinado PUREX forma um grande número de complexos nitrosil , o que torna a química do rutênio muito complexa. A taxa de troca do ligante no rutênio e no ródio tende a ser longa, portanto, pode levar muito tempo para que um composto de rutênio ou ródio reaja.

Em Chernobyl, durante o incêndio, o rutênio tornou-se volátil e se comportou de maneira diferente de muitos dos outros produtos da fissão metálica. Algumas das partículas emitidas pelo fogo eram muito ricas em rutênio.

Foi sugerido que o rutênio e o paládio no refinado PUREX deveriam ser usados ​​como fonte dos metais.

Ródio -103, 105

Enquanto menos ródio do que rutênio e paládio é formado (cerca de 3,6% de rendimento), a mistura de produtos da fissão ainda contém uma quantidade significativa desse metal. Devido aos altos preços do rutênio, ródio e paládio, algum trabalho foi feito na separação desses metais para permitir que eles sejam usados ​​em uma data posterior. Devido à possibilidade de os metais serem contaminados por isótopos radioativos, eles não são adequados para a fabricação de produtos de consumo, como joias . No entanto, essa fonte de metais poderia ser usada para catalisadores em plantas industriais, como plantas petroquímicas.

Um exemplo terrível de pessoas expostas à radiação de joias contaminadas ocorreu nos Estados Unidos. Pensa-se que as sementes de ouro usadas para conter rádon foram recicladas em joalharia. O ouro de fato continha produtos de decaimento radioativo de ²²² Rn.

Paládio -105 a 110

Muito paládio se forma durante o processo de fissão. No reprocessamento nuclear , nem todo o paládio da fissão se dissolve; também algum paládio que se dissolve no início sai da solução depois. Finos de dissolução ricos em paládio (partículas) são freqüentemente removidos, pois interferem no processo de extração por solvente ao estabilizar a terceira fase .

O paládio por fissão pode se separar durante o processo no qual o refinado PUREX é combinado com o vidro e aquecido para formar a forma final de resíduo de alto nível . O paládio forma uma liga com o telúrio de fissão. Esta liga pode se separar do vidro.

^{O 107} Pd é o único isótopo radioativo de vida longa entre os produtos da fissão e seu decaimento beta tem meia-vida longa e baixa energia, o que permite o uso industrial do paládio extraído sem separação do isótopo.

Silver -109

Cádmio -111 a 116

Índio -115

Estanho -117 a 126

Antimônio -121, 123, 124, 125

Telúrio -125 a 132

Telúrio-128 e -130 são essencialmente estáveis. Eles só decaem por decaimento beta duplo , com meia-vida> ^10-20 anos. Eles constituem a maior fração do telúrio de ocorrência natural em 32 e 34%, respectivamente. O telúrio-132 e sua filha ¹³² I são importantes nos primeiros dias após uma criticidade. Foi responsável por uma grande fração da dose infligida aos trabalhadores em Chernobyl na primeira semana.

O isobar formando ¹³² Te / ¹³² I é: Tin-132 (meia-vida 40 s) decaindo para antimônio-132 (meia-vida 2,8 minutos) decaindo para telúrio-132 (meia-vida 3,2 dias) decaindo para iodo-132 ( meia-vida 2,3 horas), que decai para o xenônio-132 estável.

A criação do telúrio-126 é atrasada pela longa meia-vida (230 k anos) do estanho-126 .

Iodo -127, 129, 131

¹³¹ I , com meia-vida de 8 dias, é um risco de precipitação radioativa porque o iodo se concentra na glândula tireoide . Consulte também os efeitos da radiação do desastre nuclear de Fukushima Daiichi # Iodine-131 e Downwinders # Nevada .

Em comum com ⁸⁹ Sr, ¹³¹ I é usado para o tratamento de câncer . Uma pequena dose de ¹³¹ I pode ser usada em um teste de função da tireoide, enquanto uma dose grande pode ser usada para destruir o câncer de tireoide. Normalmente, esse tratamento também buscará e destruirá qualquer tumor secundário originado de um câncer de tireoide. Grande parte da energia da emissão beta do ¹³¹ I será absorvida pela tireoide, enquanto os raios gama provavelmente serão capazes de escapar da tireoide para irradiar outras partes do corpo.

Grandes quantidades de ¹³¹ I foram liberadas durante um experimento denominado Green Run, no qual o combustível, que só esfriou por um curto período de tempo após a irradiação, foi reprocessado em uma planta que não tinha purificador de iodo em operação.

¹²⁹ I , com meia-vida quase um bilhão de vezes mais longa, é um produto de fissão de longa vida .

¹²⁷ I é estável, o único dos isótopos de iodo que é não radioativo. Ele constitui apenas cerca de 1 ⁄ 6 do iodo do combustível usado, com o I-129 cerca de 5 ⁄ 6 .

Xenon -131 a 136

No combustível do reator, o produto da fissão xenônio tende a migrar para formar bolhas no combustível. Como o césio 133, 135 e 137 são formados pelo decaimento da partícula beta dos isótopos de xenônio correspondentes, isso faz com que o césio se torne fisicamente separado da maior parte do combustível de óxido de urânio.

Como o ¹³⁵ Xe é um veneno nuclear potente com uma grande seção transversal para absorção de nêutrons , o acúmulo de ¹³⁵ Xe no combustível dentro de um reator de energia pode diminuir muito a reatividade . Se um reator de energia for desligado ou deixado funcionando em um nível de baixa potência, grandes quantidades de ¹³⁵ Xe podem se acumular através da degradação de ¹³⁵ I. Quando o reator é reiniciado ou o nível de baixa potência é aumentado significativamente, ¹³⁵ Xe será rapidamente consumido por meio de reações de captura de nêutrons e a reatividade do núcleo aumentará. Em algumas circunstâncias, os sistemas de controle podem não ser capazes de responder com rapidez suficiente para gerenciar um aumento abrupto de reatividade conforme o ¹³⁵ Xe acumulado queima. Acredita-se que o envenenamento por xenônio foi um dos fatores que levaram à oscilação de energia que danificou o núcleo do reator de Chernobyl .

Césio -133, 134, 135, 137

O césio-137 , com meia-vida de 30 anos, é o principal produto da fissão de vida média , junto com o Sr-90. O Cs-137 é a principal fonte de radiação gama penetrante do combustível usado até 300 anos ou mais após a descarga. É o radioisótopo mais significativo deixado na área ao redor de Chernobyl .

O césio-134 é encontrado no combustível nuclear usado, mas não é produzido por explosões de armas nucleares , pois é formado apenas pela captura de nêutrons no Cs-133 estável, que só é produzido pelo decaimento beta do Xe-133 com meia-vida de 3 dias. O Cs-134 tem meia-vida de 2 anos e pode ser a principal fonte de radiação gama nos primeiros anos após a alta.

Césio-135 é um produto de fissão de longa duração com radioatividade muito mais fraca. A captura de nêutrons dentro do reator transmuta grande parte do xenônio-135 que, de outra forma, decairia para Cs-135.

Bário -138, 139, 140

O bário é formado em grandes quantidades pelo processo de fissão. Um isótopo de bário de vida curta foi confundido com rádio por alguns dos primeiros pesquisadores. Eles estavam bombardeando urânio com nêutrons na tentativa de formar um novo elemento. Mas, em vez disso, eles causaram fissão que gerou uma grande quantidade de radioatividade no alvo. Por causa da química do bário e do rádio, os dois elementos poderiam ser separados por, por exemplo, uma precipitação com ânions sulfato . Por causa dessa semelhança de sua química, os primeiros pesquisadores pensaram que a própria fração radioativa que foi separada na fração "rádio" continha um novo isótopo de rádio. Parte desse trabalho inicial foi feito por Otto Hahn e Fritz Strassmann .

Lantanídeos (lantânio-139, cério-140 a 144, neodímio-142 a 146, 148, 150, promécio-147 e samário-149, 151, 152, 154)

Um diagrama que mostra as assinaturas isotópicas de neodímio natural (azul) e neodímio produto de fissão do urânio-235 que foi submetido a nêutrons térmicos (vermelho)

Uma grande parte dos lantanídeos mais leves ( lantânio , cério , neodímio e samário ) são formados como produtos da fissão. Na África , em Oklo, onde o reator de fissão nuclear natural operou há mais de um bilhão de anos, a mistura isotópica de neodímio não é a mesma que o neodímio "normal", tem um padrão de isótopo muito semelhante ao neodímio formado pela fissão.

Na sequência de acidentes de criticalidade , o nível de ¹⁴⁰ La é frequentemente usado para determinar o rendimento da fissão (em termos do número de núcleos que sofreram fissão).

Samário-149 é o segundo veneno de nêutron mais importante na física de reatores nucleares. Samário-151 , produzido com rendimentos mais baixos, é o terceiro produto de fissão de vida média mais abundante, mas emite apenas radiação beta fraca . Ambos têm seções transversais de alta absorção de nêutrons, de modo que muitos deles produzidos em um reator são posteriormente destruídos pela absorção de nêutrons.

links externos

• The Live Chart of Nuclides - IAEA Color-map de rendimentos de produtos de fissão e dados detalhados por clique em um nuclídeo.
• Tabela periódica com exibições de cadeia de decaimento de isótopos. Clique no elemento e, em seguida, no número de massa do isótopo para ver a cadeia de decaimento (link para o urânio 235 ).

Referências