Actinide minore
Actinidele minore sau minore sunt elemente transuraniu, altele decât plutoniul , formate în timpul funcționării unui reactor nuclear . De importanță practică sunt izotopii de neptuniu , americiu și curiu , alte elemente din reactoarele de putere se formează în cantități neglijabile (dar pot fi produse în reactoare speciale de cercetare cu o densitate mare a fluxului de neutroni).
SNF conține aproximativ un ordin de mărime mai puține actinide minore decât plutoniul (conținutul specific și compoziția depind puternic de adâncimea de ardere și de spectrul neutronilor). O tonă de VVER SNF la o ardere de 4% conține aproximativ 10 kg de izotopi de plutoniu, 500-700 g de neptuniu, 600 g de americiu-241 (după 10 ani de expunere), 120 g de americiu-243, până la 60 g de curiu (inclusiv curium de scurtă durată-242) [2] [3] .
Multe actinide minore sunt emițători alfa cu un timp de înjumătățire foarte lung (sute, mii și chiar milioane de ani), ceea ce le face pe termen lung una dintre cele mai periculoase componente ale combustibilului nuclear uzat (în 200-300 de ani, când radioactivitatea fragmentelor de fisiune va scădea de mii de ori) .
Neptunium
Principala reacție într-un reactor nuclear este fisiunea uraniului-235 de către neutroni . Dar în aproximativ 15% din cazuri, când un neutron este captat, fisiunea nu are loc, ci se formează un nucleu de uraniu-236. În plus, uraniul-236 poate absorbi și neutroni, cu formarea de uraniu-237 beta-radioactiv de scurtă durată ( T ½ = 6,75 zile), care, la degradare, dă neptuniu-237 :
![{\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)
În plus, neptuniul-237 poate capta neutroni și se poate transforma în plutoniu-238 (aceasta este principala sursă de acumulare a Pu-238 în SNF și metoda principală de producere a Pu-238 pentru RTG ):
![{\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)
T ½ neptunium-237 este de 2,1 milioane de ani. Datorită timpului lung de înjumătățire, radiotoxicitatea sa este relativ scăzută (activitate specifică 26 MBq/g).
Americius
În timpul funcționării unui reactor nuclear, plutoniul-239 se formează din uraniu-238 prin captarea unui neutron și a două descompunere beta:
![{\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)
Mai mult, prin captarea neutronilor, Pu-239 se transformă succesiv în Pu-240, 241, 242 și 243. Plutoniul-241 are o durată relativ scurtă ( T ½ = 14 ani), iar prin dezintegrare beta se transformă în americiu-241 cu T ½ = 432 ani și plutoniu-243 de scurtă durată ( T ½ = 5 ore) - în americiu-243 cu T ½ = 7364 ani [4] . Există și un izomer nuclear cu viață lungă Am-242m cu T ½ = 140 de ani, dar are o secțiune transversală de fisiune a neutronilor termici foarte mare (6200 hambare [5] ), deci nu este produs într-un reactor în cantități semnificative.
Curium
Americiul 241 și 243 formează prin captarea neutronilor izotopii de scurtă durată 242 și 244. Americiul 242 cu o perioadă T ½ = 16 ore se transformă în curiu-242 prin dezintegrare beta cu o probabilitate de 83% (restul de 17% este captarea electronilor în plutoniu-242). Americiul-244 cu o perioadă de T ½ = 10 ore se descompune în curiu-244. Timpul de înjumătățire al curium-242 T ½ = 163 de zile. Poate captura un neutron și se transformă în curium-243 cu T ½ = 29 de ani, dar datorită timpului de înjumătățire scurt și a secțiunii transversale reduse de captare, descompunerea alfa la plutoniu-238 este mult mai probabilă. Curium-244 are un timp de înjumătățire T ½ = 18 ani. Mai mult, curium-244 se poate transforma, captând neutroni, în curium-245 ( T ½ = 8250 ani) și mai grele până la curium-248, dar acest proces este foarte lent în reactoarele de putere convenționale.
California
Într-un reactor de putere convențional, izotopi de curiu mai grei decât 244 se formează în cantități extrem de mici, tk. chiar și izotopii de curiu au secțiuni transversale de captare scăzute [6] (cu fluxuri de neutroni caracteristice reactoarelor de putere de ordinul a 10 13 n / (cm² • sec), nu mai mult de câteva procente de curiu-244 reacţionează în timpul campaniei, iar fracții de un procent de curiu-246 și 248), iar izotopii ciudați sunt foarte susceptibili de fisiune la capturarea unui neutron (probabilitatea de fisiune de către neutroni termici este de 85% pentru curium-245 și 64% pentru curium-247). Cu toate acestea, atunci când ținte de americiu sau curiu sunt iradiate în reactoare special concepute cu flux mare, cum ar fi SM , unde fluxurile de neutroni ajung la 5 x 10 15 n/(cm² • sec), proporția de curiu reacţionat este cu ordine de mărime mai mare, deci o parte din curiu este transformată în curiu-249 beta-radioactiv de scurtă durată, care se transformă în berkeliu -249 cu T ½ = 64 minute și se transformă în californiu-249 cu T ½ = 330 de zile (sau, berkeliu-249 poate captează un neutron, transformându-se în berkeliu-250, care apoi cu o perioadă un timp de înjumătățire de 3 ore se va degrada în californiu-250). În plus, prin captarea neutronilor se formează izotopii de californiu 250, 251 și 252. Acesta din urmă și-a găsit aplicație ca sursă foarte puternică de neutroni (datorită timpului scurt de înjumătățire T ½ \u003d 2,6 ani și probabilității mari de fisiune spontană - 3). %, fondul său de neutroni este de miliarde de ori mai mare decât plutoniul-240 și de sute de trilioane de ori mai mult decât uraniu-238: un microgram de californiu-252 emite 2,3 milioane de neutroni pe secundă). Câteva zeci de miligrame de californiu-252 sunt sintetizate anual în lume.
Note
- ↑ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (aprilie 2004). „Evaluarea sursei de neutroni și raze gamma a combustibililor uzați LWR cu consum ridicat de UO2 și MOX”. Jurnalul de știință și tehnologie nucleară . 41 (4): 448-456. DOI : 10.3327/jnst.41.448 .
- ↑ Copie arhivată . Preluat la 31 martie 2021. Arhivat din original la 3 martie 2022.
- ↑ Combustibil nuclear uzat de la reactoare termice . Preluat la 31 martie 2021. Arhivat din original la 15 mai 2021.
- ↑ Copie arhivată . Preluat la 31 martie 2021. Arhivat din original la 9 august 2021.
- ↑ Atlas de rezonanțe neutronice secțiuni transversale termice și integrale de rezonanță . Preluat la 31 martie 2021. Arhivat din original la 7 mai 2021.
- ↑ Atlas de rezonanțe neutronice secțiuni transversale termice și integrale de rezonanță . Preluat la 31 martie 2021. Arhivat din original la 7 mai 2021.