裂变产物（fission product） 又称裂片核素（fession-debris nuclides），是235U、239Pu等在中子的轰击下发生裂变生成的具有不同物理半衰期的许多种放射核素。它可以通过不同方式造成环境污染，并可直接吸入或者通过各种食物链进入人体内引起不同程度的内污染惑损伤效应。
通常指原始裂变产物即裂变碎片及由它衰变和吸收中子而得到的子体和产物。裂变碎片是由重核在中子作用下裂变分裂产生，它们的原子序数和质量都不相同。原始裂变产物只有少数几种是稳定的，其余均为巨放射性核素。原始裂变产物共有60多种核素，可分为轻组和重组。轻组质量数为66～117，重组为119～172。
2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，裂变产物在一类致癌物清单中。
基本介绍
- 中文名裂变产物
- 外文名fission product
- 别称裂片核素
介绍
裂变产物包括从锌(原子序数30)到釓(原子序数64)35种元素，约300多个核素，质量数分布在72～160範围内。燃耗深度为33000MWd/t(以铀计)的压水堆乏燃料，约含有裂变产物35kg/t。随冷却时间不同，其化学组成不同。通常乏燃料在冷却150天后才处理，此时除氚、85Kr和129I外，气体放射性裂变产物已衰变成稳定核素，131I也降低到允许水平。随着冷却期的增加，大多数裂变产物化学元素量变化不大。对于长半衰期裂片如137Cs，3H，147Pm，90Sr、99Tc要很长的冷却期，它们的放射性才会有所下降。在冷却10年后，氙、锆、钼、钕、铯和钌的数量约占裂变产物总量的70%。
有人提出用高斯分布函式来描述裂变产物衰变链上电荷为Z(A固定)的碎片相对生成机率P(Z)(即分独立产额):上式中ZP为该链中具有最高独立产额的核的电荷数，C为经验常数。低能中子诱发裂变和绝大多数自发裂变的质量分布曲线呈双峰状，两峰分别位于中子数N为幻数50和82附近。非对称分裂的机率大，对称分裂的机率很小。高能粒子诱发裂变和“冷裂变”的质量分布曲线呈单峰状，即对称分裂占优势。
套用
核子弹爆炸时，裂变产物形成放射性尘埃，对生物有危害。反应堆内的某些裂变产物可以作为放射源，在工农业、医学和科学研究中套用。裂变产物在工业、农业和医学中的用途广泛，如氪-85用作β放射源和自发光灯的能源；铯-137是γ放射源；锶-90是β放射源；鎝-99m在核医学上用于临床诊断。
组分
未分离的混合裂变产物包含有许多化学与物理性质不同的放射性核素。每一种放射性核素都按其固定的衰变规律不断地发生衰变。，混合裂变产物的核素组分，将随着裂变产物的冷却时间儿改变。
早期混合裂变产物一般将核爆炸新形成不久者成为早期混合裂变产物，因为其很快地局部沉降，又称早期落下灰。
晚期混合裂变产物将存放或在空中飘浮年月较久的混合裂变产物称为晚期混合裂变产物，也称延迟性落下灰。
在混合裂变产物中，由于一些短半衰期放射性核素的不断衰变，长半衰期的放射性核素在混合裂变产物总活度中占的比例逐渐增大。裂变产物的组成、产额、总活度等与冷却时间有关，与反应堆类型、核燃料种类、辐照时间等因素有关。
危害
裂变产物中有四种放射性同位素是对人体比较有危险的碘-131、铯-137、锶-90、钸-239。这四种放射性同位素中，碘-131是最为危险的。
碘-131因为它可以在最短的时间内让人体细胞癌化，尤其是针对甲状腺细胞，甲状腺吸收后造成损伤。但放射性碘（I-131）的半衰期（半衰期是放射性核素因放射性衰变而使其活度降低到原来的一半所经过的时间）是8.3天。这就意味着，大约3个月后，几乎所有的放射性碘将衰变完而消失。碘-131与人体天然所需的物质(如碘)基本一致，通过摄入或吸入进入人体。在日本核电站周围检测到放射性物质碘131。
铯-137次危险，但潜伏人体达30年。危险性仅次于碘131，潜入身体内部，可以隐藏在人们骨头中很多年，铯会造成肝癌和肾癌等，铯137的半衰期约为30年。根据沉降灰中放射性物质的总量，可能需要採取一些去污和必要的减少辐射措施（如农业，林业等）。在日本核电站周围检测到放射性物质铯137。
锶-90潜伏人体29年，易致白血病，危险性仅次于碘,物理半衰期长达29.1年，在化学性质上与钙相似，趋于进入人的骨骼和牙齿。锶-90也可以通过食物和水进入人体，大量摄入锶-90可能会导致骨髓抑制、骨癌或白血病。核电站事故一般不会释放特别大量的锶-90,在日本核电站周围暂未检测到锶-90。
钸-239会引发肺癌。最令人头痛的便是钸-239，钸是燃料棒主要的构成物质，毒性十分的强烈,它能通过呼吸传播，因而会引发肺癌。在日本核电站周围暂未检测到钸-239。
裂变产物信息
放射性核素 | 半衰期 | 衰变类型 | 铀-235热中子 裂变产额ν/% |
氪-85 氙-133 铯-137 锶-89 锶-90 钇-91 铈-141 铈-144 钕-147 鉕-147 锆-95 钼-99 鎝-99 碘-131 钌-103 钌-106 | 10.76a 5.25d 30.17a 50.5d 28.5a 58.5d 32.5d 284.8d 10.98d 2.62a 64.0a 66.0h 2.1×105a 8.02d 39.35a 368d | β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- β- | 1.33 6.76 6.26 4.81 5.90 5.91 5.86 5.44 2.25 2.25 6.50 6.13 6.13 2.82 3.10 0.391 |
核素的放射性活度(居里)及产率(%)
20天后总放射性活度为9.4×106居里 | 1年后的总放射性活度3.1×104居里 | ||||
核 素 | 放射性活度(居里) (105) | 产率(%) | 核 素 | 放射性活度(居里) (103) | 产率(%) |
140La | 13.6 | 13.9 | 144Ce—144Pr | 164 | 52.8 |
140Ba | 11.8 | 12.0 | Nb | 45.6 | 14.7 |
145Pr | 11.8 | 12.0 | Zr | 22.4 | 7.2 |
141Ce | 9.5 | 9.7 | 147Pm | 17.7 | 5.7 |
133Xe | 6.2 | 6.3 | 91Y | 11.8 | 3.8 |
95Zr | 5.8 | 5.9 | 89Sr | 8.4 | 2.7 |
Y | 5.5 | 5.6 | 106Ru—106Rh | 15.2 | 4.9 |
131I | 5.5 | 5.6 | 90Sr-90Y | 11.5 | 3.7 |
89Sr | 4.9 | 5.0 | |||
147Nd | 4.9 | 5.0 | 137Cs—137Ba | 9.0 | 2.9 |
103Ru | 4.3 | 4.4 | |||
Nb | 4.1 | 4.2 | 103Ru | 2.5 | 0.8 |
144Ce | 2.3 | 2.3 | 103Rh | 2.5 | 0.8 |
144Pr | 2.6 | 2.6 | |||
Mo | 1.3 | 1.3 | |||