Menší aktinidy

Minor , nebo junior actinides , jsou transuranium prvky jiné než plutonium , vytvořený během operace jaderného reaktoru . Praktický význam mají izotopy neptunia , americium a curium , ostatní prvky v energetických reaktorech vznikají v zanedbatelném množství (lze je však vyrábět ve speciálních výzkumných reaktorech s vysokou hustotou toku neutronů).

VJP obsahuje asi o řád méně minoritních aktinidů než plutonium (specifický obsah a složení silně závisí na hloubce vyhoření a spektru neutronů). Tuna VVER VJP při vyhoření 4 % obsahuje přibližně 10 kg izotopů plutonia, 500-700 g neptunia, 600 g americia-241 (po 10 letech expozice), 120 g americia-243, až 60 g kuria (včetně krátkodobého kuria-242) [2] [3] .

Mnoho minoritních aktinidů jsou alfa-zářiče s velmi dlouhým poločasem rozpadu (stovky, tisíce i miliony let), což z nich dělá dlouhodobě jednu z nejnebezpečnějších složek vyhořelého jaderného paliva (za 200-300 let, kdy radioaktivita štěpných fragmentů klesne tisíckrát) .

Neptunium

Hlavní reakcí v jaderném reaktoru je štěpení uranu-235 neutrony . Ale asi v 15% případů, kdy je neutron zachycen, nedojde k štěpení, ale vznikne jádro uranu-236. Dále, uran-236 může také absorbovat neutrony, s tvorbou krátkodobého beta-radioaktivního uranu-237 ( T ½ = 6,75 dne), který po rozpadu dává neptunium-237 :

Dále může neptunium-237 zachytit neutrony a přeměnit se na plutonium-238 (to je hlavní zdroj akumulace Pu-238 v SNF a hlavní způsob výroby Pu-238 pro RTG ):

T ½ neptunia-237 je 2,1 milionu let. Vzhledem k dlouhému poločasu je jeho radiotoxicita relativně nízká (specifická aktivita 26 MBq/g).

Americius

Během provozu jaderného reaktoru vzniká plutonium-239 z uranu-238 zachycením neutronu a dvěma beta rozpady:

Dále, zachycováním neutronů se Pu-239 postupně mění na Pu-240, 241, 242 a 243. Plutonium-241 má relativně krátkou životnost ( T ½ = 14 let) a beta rozpadem se mění na americium-241 s T ½ = 432 let a krátkodobé plutonium-243 ( T½ = 5 hodin) - do americia-243 s T½ = 7364 let [ 4] . Existuje také jaderný izomer Am-242m s dlouhou životností s T ½ = 140 let, ale má velmi velký průřez tepelným štěpením neutronů (6200 barnů [5] ), takže se v reaktoru nevyrábí ve významných množstvích.

Curium

Americium 241 a 243 tvoří záchytem neutronů krátkodobé izotopy 242 a 244. Americium-242 s periodou T ½ = 16 hodin se rozpadem beta s 83% pravděpodobností mění na kurium-242 (zbývajících 17 % tvoří záchyt elektronů do plutonium-242). Americium-244 s periodou T ½ = 10 hodin se rozpadá na curium-244. Poločas rozpadu kuria-242 T ½ = 163 dní. Může zachytit neutron a přeměnit se na curium-243 s T ½ = 29 let, ale kvůli krátkému poločasu rozpadu a nízkému průřezu zachycení je rozpad alfa na plutonium-238 mnohem pravděpodobnější. Curium-244 má poločas rozpadu T ½ = 18 let. Dále se curium-244 může, zachycující neutrony, změnit na curium-245 ( T ½ = 8250 let) a těžší až na curium-248, ale tento proces je v konvenčních energetických reaktorech velmi pomalý.

Kalifornie

V konvenčním energetickém reaktoru se izotopy kuria těžší než 244 tvoří v extrémně malých množstvích, tk. dokonce i izotopy kuria mají nízký záchytný průřez [6] (s neutronovými toky charakteristickými pro energetické reaktory řádově 10 13 n / (cm² • s), během kampaně nereaguje více než několik procent kuria-244 a frakce procenta kuria-246 a 248) a liché izotopy se velmi pravděpodobně štěpí po zachycení neutronu (pravděpodobnost štěpení tepelnými neutrony je 85 % pro curium-245 a 64 % pro curium-247). Když jsou však cíle z americia nebo kuria ozařovány ve speciálně navržených reaktorech s vysokým tokem, jako je SM , kde toky neutronů dosahují 5 x 10 15 n/(cm² • sec), je podíl zreagovaného kuria řádově vyšší, takže část kuria se přemění na krátkodobé beta-radioaktivní kurium-249, které se změní na berkelium -249 s T ½ = 64 minut a změní se na kalifornium-249 s T ½ = 330 dní (neboli berkelium-249 může zachytit neutron, měnící se na berkelium-250, které se pak s poločasem rozpadu 3 hodiny rozpadne na kalifornium-250). Záchytem neutronů dále vznikají izotopy kalifornia 250, 251 a 252. Posledně jmenovaný našel uplatnění jako velmi silný zdroj neutronů (kvůli krátkému poločasu rozpadu T ½ \u003d 2,6 roku a vysoké pravděpodobnosti samovolného štěpení - 3 %, jeho neutronové pozadí je miliardkrát větší než u plutonia-240 a stovky bilionůkrát více než u uranu-238: jeden mikrogram kalifornia-252 emituje 2,3 milionu neutronů za sekundu). Ve světě se ročně syntetizuje několik desítek miligramů kalifornia-252.

Poznámky

  1. ↑ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (duben 2004). „Hodnocení zdroje neutronů a gama záření LWR s vysokým vyhořením UO2 a MOX vyhořelých paliv“. Journal of Nuclear Science and Technology . 41 (4): 448-456. DOI : 10.3327/jnst.41.448 .
  2. ↑ Archivovaná kopie . Získáno 31. března 2021. Archivováno z originálu dne 3. března 2022.
  3. ↑ Vyhořelé jaderné palivo z tepelných reaktorů . Získáno 31. března 2021. Archivováno z originálu dne 15. května 2021.
  4. ↑ Archivovaná kopie . Získáno 31. března 2021. Archivováno z originálu dne 9. srpna 2021.
  5. ↑ Atlas neutronových rezonancí Tepelné průřezy a rezonanční integrály . Získáno 31. března 2021. Archivováno z originálu dne 7. května 2021.
  6. ↑ Atlas neutronových rezonancí Tepelné průřezy a rezonanční integrály . Získáno 31. března 2021. Archivováno z originálu dne 7. května 2021.

Odkazy