核裂變產物

核裂變產物即指核裂變過程中生成的產物。核裂變是指由較重的（原子序數較大的）原子，主要是指鈾或鈈，裂變成較輕的（原子序數較小的）原子的一種核反應形式。原子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。早期原子彈應用（以鈾-238製備的）鈈-239為原料製成，而鈾-235裂變在核電廠最常見，由釷-232製備的鈾-233也在實驗堆中使用。

特點與種類

重核原子經中子撞擊後，裂變成為兩個較輕的原子，這就是最初的裂變產物。由於重原子核的中子含量很高，大約60%（如鈈-239含有145個中子），而輕的穩定原子核中子含量較低（50%~55%），因此裂變產物中都含有過多的中子。這些富含中子的裂變產物都通過系列β衰變（把中子變成質子的反應）最終變成穩定核，這一過程中將產生一系列放射性裂變產物，每個β系列都維持質量數不變，都以一個穩定核為終點。例如氪-92 → 銣-92 → 鍶-92 → 釔-92 → 鋯-92。

核裂變生成眾多不同產物，可以按照質量數分成不同的β系列，而這些不同系列（即不同質量數）的種類分佈也是有規律的。如右圖所示，每個重核都大致裂變成大小兩個輕核，一個質量數在86~107之間（氪、銣、鍶、釔、鋯、鈮、鉬、鍀、釕、銠、鈀、銀、鎘），一個質量數在131-148之間（錫、銻、碲、碘、氙、銫、鋇、鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪）。此外，微量的（0.2~0.4%）三裂式裂變，除了大小兩個輕核外，還產生一個微小的氦-4或氚核。

放射性危害

錒系元素和裂變產物的半衰期閱論編
依衰變鏈分類的錒系元素^[1]				半衰期範圍	依裂變產額（英語：Fission product yield）分類的裂變產物^[2]
4n	4n + 1	4n + 2	4n + 3	半衰期範圍	4.5–7%	0.04–1.25%	<0.001%
²²⁸Ra				4～10年		¹⁵⁵Eu ^þ
²⁴⁴Cm	²⁴¹Pu ^ƒ	²⁵⁰Cf	²²⁷Ac	10～29年	⁹⁰Sr	⁸⁵Kr	^113mCd ^þ
²³²U ^ƒ		²³⁸Pu	²⁴³Cm ^ƒ	29～100年	¹³⁷Cs	¹⁵¹Sm ^þ	^121mSn
²⁴⁸Bk^[3]	²⁴⁹Cf ^ƒ	^242mAm ^ƒ		100～400年	↑中等壽命裂變產物沒有半衰期為 100年至21萬年的裂變產物 ↓長壽命裂變產物
	²⁴¹Am		²⁵¹Cf ^ƒ^[4]	400～1000年
		²²⁶Ra	²⁴⁷Bk	1000～2000年
²⁴⁰Pu	²²⁹Th	²⁴⁶Cm	²⁴³Am	2000～8000年
	²⁴⁵Cm ^ƒ	²⁵⁰Cm	²³⁹Pu ^ƒ	8000～3萬年
		²³⁰Th	²³¹Pa	3～10萬年
²³⁶Np ^ƒ	²³³U ^ƒ	²³⁴U		10～30萬年	⁹⁹Tc	¹²⁶Sn
²⁴⁸Cm		²⁴²Pu		30～140萬年	¹³⁵Cs	⁷⁹Se
	²³⁷Np			140～700萬年	⁹³Zr	¹⁰⁷Pd
²³⁶U			²⁴⁷Cm ^ƒ	700～3000萬年		¹²⁹I
²⁴⁴Pu				3000萬～1億年	也沒有半衰期超過 2000萬年的裂變產物^[5]
²³²Th		²³⁸U	²³⁵U ^ƒ	1～150億年	也沒有半衰期超過 2000萬年的裂變產物^[5]
ƒ 易裂變材料 þ 中子毒物（熱中子截面超過3000靶恩）

**中等壽命裂變產物**
項：單位：	t^½ a	產額 %	Q* KeV	βγ *
¹⁵⁵Eu	4.76	.0803	252	βγ
⁸⁵Kr	10.76	.2180	687	βγ
^113mCd	14.1	.0008	316	β
⁹⁰Sr	28.9	4.505	2826	β
¹³⁷Cs	30.23	6.337	1176	βγ
^121mSn	43.9	.00005	390	βγ
¹⁵¹Sm	90	.5314	77	β

由於核反應堆存在核泄露的隱患，因此放射性裂變產物受到廣泛關注。事實上，也是很幸運的是，沒有半衰期為百年至二十萬年之間的裂變產物，因此放射性裂變產物可以分成兩類，一類放射性強，但是可以在數百年內衰變殆盡；另一類放射性很弱，它們的放射性低於相應裂變原料，即放射性礦物，採用廢料回填礦坑的辦法就能達成「核工業降低地殼的放射性總量」。

第一類強放射性的裂變產物中，絕大多數半衰期很短，在泄露數月內就很快耗盡，但有幾個核素半衰期在數年到數十年之間，列於上表「中壽命核裂變產物」，它們造成的影響將持續數十至數百年。其中最值得關注的是銫-137和鍶-90，它們的半衰期都約為30年（壽命很長），而且裂變產額都較高（產量很大），這兩種原子核是裂變產物放置數年至數百年間放射性的主要來源（因為其它強放射性核或者數年內耗盡，或者含量太低）。如上表所示，銫-137和鍶-90的產額和衰變能都顯着地比其它核素高。不幸的是，這兩種中長期輻射主力核素，恰巧都容易進入生物體內：銫和鍶兩種元素的化學性質分別與鉀和鈣相似，容易被人體吸收，特別是鍶容易代替鈣沉積在骨骼中，因此對銫-137和鍶-90的回收利用或無害化處理十分重要。此外一些極短壽命的放射性產物也頗受關注，特別是碘-131，雖然數個月就能衰變殆盡，但它極易被人體吸收富集；另外，銫-134和鍶-89是另兩個短壽強放射性核素，對人體傷害方式與銫-137和鍶-90相同，只是危害時間更集中。^{[註 1]}以上五個核素正是裂變產物泄漏造成數次人體傷害事故的主要元兇，相關數據列於下表：

核素	裂變產額	半衰期	衰變產物	衰變能	生物體相似物	富集於器官	傳播	對策
碘-131	~3%	8.02天	β氙	971 keV	碘-127	甲狀腺	大氣水體	服用碘化鉀片
銫-137	6.3%	30.2年	β鋇	1174 keV	鉀	肝、腎、肌肉	大氣水體	深耕、鉀肥普魯士藍
銫-134	<6.8%^[注1]	2.06年	β鋇	1548 keV	鉀	肝、腎、肌肉	大氣水體	深耕、鉀肥普魯士藍
鍶-90	4.5%	27.7年	ββ鋯	2826 keV	鈣	骨骼，無法排出	塵埃	土壤中撒石灰
鍶-89	~3%	50.5天	β釔	982 keV	鈣	骨骼，無法排出	塵埃	土壤中撒石灰

第二類裂變產物放射性很低，卻「太長壽」，最值得關注的是碘-129、鍀-99和銫-135。雖然它們放射性比相應數量的鈾礦原料低，但比鈾礦更容易游離於自然水體之中，它們分別以I^-、TcO₄^-和Cs⁺形式溶解在水中，而且難以沉積，造成大自然水體的近乎永久性的放射性污染。因此它們的隔絕存放尤為重要。它們被自然水體稀釋後，輻射量遠低於自然界的輻射背底，不對人體健康造成影響，而且即使多量攝入也很容易排出。^{[註 2]}

此外，核泄漏或核爆炸造成的放射污染還包括鈈鈾等錒系元素的污染，它們不屬於核裂變產物。

註釋

^ 銫-134不是直接的裂變產物，它是裂變產物衰變後再次俘獲中子生成的，因此不存在於核爆炸產物中、只存在於反應堆產物中。6.8%的產額指其與俘獲中子的前體銫-133（無放射性）的總產額。（質量數134的β系列產物的衰變終點是穩定的氙-134，無法到達銫-134）
^ 鈾礦中釋放的易游離於水體中的鈁和砹、易游離於大氣中的氡都極其短壽。鈾本身的放射性也很低，但是它能穩定地產生一定比例的較高放射性的中間產物，比如鐳、釙、錒等。

參考文獻

^ 雖然鐳不是錒系元素，但它緊接在錒系元素錒之前，且有半衰期超過4年，可被列入此表中的同位素，因此鐳也被列入其中。
^ 此表列出的是熱中子轟擊²³⁵U的裂變產額。
^ Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248. Nuclear Physics. 1965, 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4.
^ 是所有半衰期超過四年的同位素中最重的
^ 半衰期遠長於²³²Th，基本可視為穩定的衰變產物被排除在外，如半衰期8×10¹⁵年的¹¹³Cd。

[6] 銫-134不是直接的裂變產物，它是裂變產物衰變後再次俘獲中子生成的，因此不存在於核爆炸產物中、只存在於反應堆產物中。6.8%的產額指其與俘獲中子的前體銫-133（無放射性）的總產額。（質量數134的β系列產物的衰變終點是穩定的氙-134，無法到達銫-134）

[7] 鈾礦中釋放的易游離於水體中的鈁和砹、易游離於大氣中的氡都極其短壽。鈾本身的放射性也很低，但是它能穩定地產生一定比例的較高放射性的中間產物，比如鐳、釙、錒等。

[1] 雖然鐳不是錒系元素，但它緊接在錒系元素錒之前，且有半衰期超過4年，可被列入此表中的同位素，因此鐳也被列入其中。

[2] 此表列出的是熱中子轟擊²³⁵U的裂變產額。

[3] Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248. Nuclear Physics. 1965, 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4.

[4] 是所有半衰期超過四年的同位素中最重的

[5] 半衰期遠長於²³²Th，基本可視為穩定的衰變產物被排除在外，如半衰期8×10¹⁵年的¹¹³Cd。

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[註 1]

[註 2]