Prodotto di fissione

I prodotti di fissione sono sostanze chimiche risultanti dalla fissione di un nucleo atomico fissile : ogni nocciolo di materiale fissile sottoposto a fissione si rompe in due (eccezionalmente tre) pezzi, che si stabilizzano sotto forma di nuovi atomi . I prodotti di fissione si formano secondo una distribuzione statistica (che è debolmente dipendente dal nucleo fissile) e ci sono isotopi di molti degli elementi chimici esistenti. Queste sono le “ceneri” della reazione nucleare, che costituiscono le ultime scorie radioattive .

Per la maggior parte, i prodotti di fissione inizialmente formati sono isotopi molto instabili : sono molto altamente radioattivi , emanano un forte calore e spesso raggi gamma molto energetici (e quindi pericolosi):

i prodotti di fissione sono responsabili praticamente di tutta la radioattività dei combustibili irraggiati in uscita dai reattori. La stragrande maggioranza dei prodotti di fissione radioattiva è di breve durata ( periodo inferiore a cinque anni) o media (periodo inferiore a cento anni);
in un reattore nucleare , la potenza rilasciata dai prodotti di fissione (dell'ordine del 6,5% della potenza termica del reattore subito dopo lo spegnimento) richiede il raffreddamento da mantenere per alcuni giorni dopo lo spegnimento per evitare una fusione del nocciolo . Questa potenza termica è chiamata potenza residua del reattore. Dopo alcuni giorni, la radioattività è diminuita a sufficienza da consentire il trasferimento del carburante in piscina. Dopo alcuni anni in piscina, la radioattività ha raggiunto un livello sufficientemente basso da consentire l'evacuazione o il ritrattamento del materiale, o anche semplicemente lo stoccaggio all'asciutto in attesa di una delle due soluzioni precedenti;
la radioattività di questi prodotti di fissione rende necessaria una protezione dalle radiazioni molto importante per la manipolazione del combustibile nucleare irraggiato e per tutti i processi a valle del ciclo nucleare : stoccaggio nucleare , trattamento del combustibile nucleare esaurito e smaltimento finale delle scorie radioattive .

introduzione

Esempio di fissione

In un reattore nucleare , quando un nucleo di uranio 235 , o di un altro atomo pesante, si fissione per assorbimento di un neutrone , si formano due (eccezionalmente tre) nuovi nuclei instabili: i prodotti di fissione (PF), nonché due o tre neutroni che innescherà altre fissioni per reazione nucleare a catena . Nella reazione si conserva il numero totale di nucleoni, ma la somma delle masse degli atomi e delle particelle prodotte è sempre inferiore a quella dell'atomo originario. Ciò si spiega con il fatto che parte della massa si trasforma in energia (vedi E = mc 2 ).

Ecco ad esempio una possibile formula per una tale fissione:

{\ displaystyle \ mathrm {{} _ {92} ^ {235} U + {} _ {0} ^ {1} n \ freccia destra {} _ {36} ^ {93} Kr + {} _ {56} ^ {140 } Ba + 3 \ {} _ {0} ^ {1} n + E}}

dove E è l'energia rilasciata dalla reazione, che è di circa 200 MeV (cioè 3,2 × 10 −11 J ).

In questo esempio, i due prodotti di fissione krypton 93 e bario 140 hanno un eccesso di neutroni: il krypton stabile più pesante è 86 Kr (sette neutroni in eccesso) e il bario stabile più pesante è 138 Ba (due neutroni in eccesso). Di conseguenza i radionuclidi sono instabili e quindi radioattivi: i neutroni in eccesso si trasformano in un protone e in un elettrone, espulsi dal nucleo sotto forma di radiazione beta in meno. Prima di raggiungere uno stato stabile, le due catene di decadimento corrispondenti all'esempio sopra espelleranno un totale di sette elettroni:

catena di decadimento krypton 93: (stabile) ${\ displaystyle \ mathrm {^ {93} _ {36} Kr \ {\ xrightarrow [{1,286 \ s}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {37} ^ {93} Rb \ {\ xrightarrow [{5.84 \ s}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {38} ^ {93} Sr \ {\ xrightarrow [{7.423 \ min}] {\ beta ^ {-}} } \ {} _ {39} ^ {93} Y \ {\ xrightarrow [{10.18 \ h}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {40} ^ {93} Zr \ {\ xrightarrow [{1 ,53 \ volte 10 ^ {6} \ a}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {41} ^ {93} Nb}}$
140 catena di decadimento del bario: (stabile) ${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {\ 56} ^ {140} Ba \ {\ xrightarrow [{12.7527 \ j}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {\ 57} ^ { 140} Il \ {\ xrightarrow [{1,67855 \ j}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {\ 58} ^ {140} Questo}}$

Eccesso di neutroni e radioattività

In generale, l'atomo di uranio fissione 235 e il neutrone che causa la fissione contenevano inizialmente 92 protoni e 144 ( 143 + 1 ) neutroni, di cui due e mezzo (in media) vengono emessi quasi istantaneamente durante la fissione. Il resto, 92 protoni e 141,5 neutroni (in media), sono distribuiti tra i due (o raramente tre) atomi instabili formati. Ciascuno prende in media la metà, o 46 protoni e 71 neutroni, o altri 117 nucleoni (mentre il palladio , Z = 46 , è stabile da 56 a 60 neutroni).

L'eccesso di neutroni dei due nuclidi formati rispetto alla diagonale rappresentata dalla valle di stabilità è tipicamente compreso tra tre e cinque neutroni. Questo eccesso dovrà essere riassorbito mediante trasformazione del neutrone in protone producendo un'emissione di radiazione beta. Qualunque sia la distribuzione finale di neutroni e protoni, il risultato sarà instabile: i prodotti di fissione (FP) sono instabili e decadono con un'emivita più o meno lunga. Trascorsi i primi momenti post-fissione in cui possono essere emessi i cosiddetti neutroni " ritardati " (pochi secondi dopo la fissione), i corpi instabili formatisi durante la fissione torneranno gradualmente alla situazione di stabilità per successive emissioni di elettroni (radiazione beta ), accompagnata da radiazione elettromagnetica ( raggi gamma ) corrispondente al passaggio di diversi livelli di energia eccitata al livello fondamentale del nucleo stesso, e al riarrangiamento della processione elettronica di detti atomi.

I prodotti di fissione generalmente tendono a mostrare radioattività , o più raramente, quando il deficit di protoni è ancora maggiore, a decadere abbastanza rapidamente espellendo un neutrone, che farà parte dei neutroni ritardati nella reazione. A causa dell'eccesso di neutroni dei corpi formati istantaneamente durante la fissione, la maggior parte dei prodotti di fissione sono emettitori beta e gamma. I rari emettitori alfa ( particella α ) sono di fatto corpi quasi stabili, ottenuti quando l'eccesso di neutroni è stato riassorbito per emissione secondaria di elettroni e trasformazione di neutroni in protoni.

Durante la corsa verso la situazione stabile, una volta che i neutroni ritardati emessi dai precursori, il numero totale di nucleoni degli atomi instabili inizialmente formati non cambia, se non in casi estremamente rari; solo il numero dei protoni aumenta per successive trasformazioni da neutrone a protone con emissione ogni volta di un elettrone e rilascio di energia sotto forma di radiazione gamma.

Queste considerazioni spiegano perché i prodotti di fissione sono:

molto generalmente beta emettitori;
molto spesso emettitori gamma;
raramente emettitori alfa e solo come risultato di una disintegrazione di emettitori beta che porta ad un corpo quasi stabile, già esistente in natura, esso stesso un emettitore alfa.

Distribuzione iniziale dei prodotti di fissione

La curva di distribuzione dei prodotti di fissione, la cui forma generale è riportata di fronte, è chiamata “camel back” a causa delle sue due protuberanze. Nella maggior parte delle fissioni, i due atomi formati hanno un diverso numero di nucleoni con tipicamente un nucleo grande da 133 a 144 nucleoni e un nucleo più piccolo da 90 a 100 nucleoni. Le fissioni che danno due atomi di uguale massa (con 116 o 117 nucleoni) o vicini (con ad esempio un atomo di 108 nucleoni e uno di 125) rappresentano solo circa lo 0,3% delle fissioni totali.

Le fissioni ternarie (che rappresentano l'ordine dello 0,2-0,4% delle fissioni) sono incluse in questa curva; sono piccoli di numero e non cambiano il loro aspetto generale. Questa curva dà la resa del prodotto di fissione ; a causa di queste fissioni ternarie, il suo integrale è di poco superiore al 200%, poiché per cento fissioni il numero di nuclei formati è di poco superiore a 200. Le rese devono essere divise per questo integrale per esprimere la proporzione di ciascuna forma atomica .

La precisa distribuzione statistica dei prodotti di fissione dipende da diversi fattori: la composizione isotopica del combustibile (presenza di plutonio nel combustibile MOX , o come conseguenza della velocità di combustione dell'assieme), lo spettro e il flusso di neutroni, la l 'arricchimento di combustibile (per un reattore a neutroni veloci ), ecc.

Nel caso di un reattore ad acqua pressurizzata, del tipo PWR , che utilizza uranio naturale arricchito in isotopo 235, i numeri di massa dei prodotti di fissione sono distribuiti come segue:

le proporzioni di atomi con un numero di nucleoni compreso tra 90 e 100 compreso da una parte, e da 133 a 144 compreso dall'altra, sono molto vicine e tutte dell'ordine di circa 2,9-3,3%. Questi atomi costituiscono la maggior parte dei prodotti di fissione. La curva di distribuzione presenta quindi due “quasi plateau” da 90 a 100 e da 133 a 144 nucleoni, per circa (11 + 12) × 3,1% = 71,3% degli atomi formati;
le proporzioni diminuiscono nettamente oltre questi due quasi-plateau e grosso modo simmetricamente rispetto ad essi: per 84 nucleoni ~ 0,5%; per 105 nucleoni ~ 0,4%; per 129 nucleoni ~ 0,5%; per 149 nucleoni ~ 0,6%;
le proporzioni sono dell'ordine dallo 0,005% allo 0,006% per i numeri di nucleoni compresi tra 112 e 121 che costituiscono un “quasi-altopiano” di basso valore per le fissioni che creano due atomi di massa uguale o simile;
97,85% di FP tra 84 e 105 nucleoni inclusi da un lato e 129-149 nucleoni inclusi dall'altro;
99,90% di FP tra 76 e 109 nucleoni inclusi da un lato e da 124 a 155 nucleoni inclusi dall'altro.

Le fissioni ternarie producono anche un atomo leggero: di queste fissioni, il 90% produce elio 4 , il 7% trizio e l'1% elio 6 che si trasforma rapidamente in litio 6 .

Dopo la fissione e prima dello spegnimento del reattore, la distribuzione in numero di nucleoni degli atomi formati viene modificata in modo abbastanza marginale dalla reazione con il flusso di neutroni che può portare a catture all'aumentare del numero di nucleoni oa trasmutazioni dei corpi formati. Inoltre, durante questo periodo - che può durare un anno o più - si verifica il decadimento radioattivo in beta e gamma (senza variazione del numero di nucleoni). La distribuzione finale dei prodotti di fissione dipende quindi dal tempo di incubazione dei prodotti di fissione nel reattore (durata dell'esposizione ai neutroni). Inoltre, le fissioni di plutonio 239 formatesi nei reattori da uranio 238 non producono esattamente le stesse proporzioni di atomi dei diversi elementi come nel caso dell'uranio 235 , anche se gli ordini di grandezza sono grosso modo gli stessi.

Queste considerazioni spiegano perché è spesso molto difficile valutare semplicemente la natura e soprattutto le quantità di radionuclidi formati per fissione in tutti i reattori e per tutte le energie (o usura) dei combustibili utilizzati. Per fare ciò sono necessarie modellizzazioni abbastanza complesse.

Decadimento radioattivo

Generale

Immediatamente dopo la fissione, i prodotti di fissione si trovano principalmente allo stato solido di ossido ( cesio 137 , stronzio 90 ), ma possono essere anche allo stato gassoso disciolto nella matrice di ossido (ad esempio gli isotopi di xeno Xe 133, Xe 134 o Xe 136, o cripto 85 ). Durante il ritrattamento delle scorie nucleari, si trovano in soluzione in acido nitrico al termine del quale si trovano principalmente sotto forma di ossidi solidi; gli elementi gassosi poi fuoriescono.

I prodotti di fissione sono radiotossici . Contribuiscono alla radioattività a breve e medio termine delle scorie nucleari ad alto livello prodotte dal combustibile nucleare.

Il tempo caratteristico da considerare è dell'ordine di un anno per le sorti dei prodotti di fissione stoccati nelle piscine, e dell'ordine di un secolo per quelli per i quali è previsto lo stoccaggio definitivo. In qualsiasi momento, qual è la più problematica a rifiuti radioattivi dipende in larga misura sul dell'elemento emivita . Per lo stesso numero di atomi formati, dopo un tempo T , l'elemento la cui radioattività è predominante (rispetto alla radioattività di altri corpi) è quello la cui emivita è T/log (2) , ovvero circa 1,44 volte questo ritardo:

i prodotti di fissione a bassa emivita (o emivita) inizialmente contribuiscono maggiormente alla radioattività complessiva della miscela di rifiuti, ma si estinguono molto più velocemente e cessano rapidamente di essere un problema (a meno che la loro catena di decadimento non riveli altri elementi radioattivi). Questa diminuzione è esponenziale: le sostanze con un'emivita di T/10 hanno perso mille volte la loro radioattività iniziale; quelli con un'emivita di T/20 hanno perso un milione di volte la loro radioattività iniziale;
i prodotti di fissione con un'emivita più lunga si mantengono meglio a lungo termine, ma essendo intrinsecamente meno radioattivi, inizialmente contribuiscono poco alla radioattività complessiva della miscela di rifiuti. Tuttavia, questa radioattività più debole varia solo in proporzione all'emivita: a parità di altre condizioni, occorre un'emivita dieci volte più lunga per portare a una radioattività dieci volte inferiore.

Si può notare che non esiste un prodotto di fissione radioattivo (formato inizialmente per fissione o discendente) con un periodo compreso tra 100 anni (93 anni per il samario 151) e 100.000 anni (per lo stagno 126). , perché, per quanto riguarda i prodotti di fissione radioattivi :

ciò circoscrive il vero problema dello stoccaggio geologico (e quindi del confinamento a lunghissimo termine) dei prodotti di fissione ai soli sette isotopi elencati nel paragrafo seguente: “Prodotti di fissione molto longevi, fuori scala storica” ( attinidi minori , generati dalla cattura di neutroni e che non sono prodotti di fissione, devono essere gestiti);
il basso numero di radionuclidi individuati permette di prevedere il percorso consistente nel trovare mezzi per separarli e trasmutarli in corpi a vita più breve.

Prodotti di fissione a radioattività trascurabile a lungo termine

Due categorie di prodotti di fissione non influiscono sulla radiotossicità a lungo termine:

da un lato atomi stabili o radioattivi con vita brevissima (non radioattivi a medio termine): il 71,0% del totale degli atomi formati durante la fissione ha una catena di decadimento formata da discendenti stabili o di periodo inferiore a dieci anni, risultando rapidamente in nuclidi stabili. Non contribuiscono alla radiotossicità a lungo termine. La loro lista è lunga e non è tracciata qui. Un esempio di prodotto di fissione radioattivo di breve durata è fornito dal rutenio 106 con un'emivita prossima ad un anno che decade per emissione beta in palladio stabile 106;
dall'altro, corpi radioattivi con una vita estremamente lunga, esistenti allo stato naturale: l'11,8% del totale degli atomi formati durante la fissione ha discendenti che sono radioisotopi (già presenti in natura) con un periodo più lungo a 100 miliardi di anni (quindi molto maggiore dell'età della Terra , e anche dell'Universo ). Essi possono di fatto essere considerati come corpi stabili. Sebbene alcuni di questi corpi siano emettitori alfa, la loro pericolosità è molto inferiore a quella dei rifiuti a vita breve, a causa della loro emivita molto lunga. Anche il rilascio di calore ed elio (radioattività alfa) è trascurabile.

Le quantità essendo espresse come proporzione degli atomi inizialmente formati per fissione, sono:

lo zirconio 96, al 2,96%, emettitore beta (periodo 2 x 10 ~ 19 anni);
il cerio 142, al 2,91% di beta emettitore (periodo > 5 x 10 16 anni);
il neodimio 144, al 2,71%, emettitore alfa (periodo 2,29 x 10 15 anni);
il Rubidio dall'87 all'1,38%, beta emettitore (4,92 x 10 periodo 10 anni);
il samario 147, all'1,23%, emettitore alfa (periodo 1,06 x 10 11 anni);
il samario 149, allo 0,59%, emettitore alfa (periodo > 2 x 10 15 anni);
il cadmio 113, in piccolissime quantità: 0,0059%, beta emettitore (periodo 7,7 x 10 15 anni).

Prodotti di fissione radioattivi a vita media storicamente gestibili

Il 6,8% del totale degli atomi formati durante la fissione ha discendenti che sono radioisotopi con una vita media con un periodo superiore a 10 anni e inferiore a 100 anni. Le quantità essendo espresse come proporzione degli atomi inizialmente formati per fissione, sono:

il cesio-137 , che emette beta e gamma di un'emivita di 30,15 anni al 3,06%;
lo stronzio 90 , un emettitore beta puro con un'emivita di 28,79 anni al 2,86%;
il krypton-85 , beta emettitore di un'emivita di 10,76 anni a 0,69%; il krypton è un gas nobile che non si lega facilmente chimicamente; non si trova nel deposito geologico ma separato e scaricato presso l' impianto di ritrattamento di La Hague . Krypton 85 dà rubidio 85 stabile e solido abbastanza rapidamente allo stato ossidato;
il samario 151 beta emettitore di un'emivita di 93 anni dello 0,22%;
infine, per essere completi, dobbiamo menzionare:
- lo stagno 121 metastabile , emettitore gamma, emivita di 43,9 anni, fino allo 0,0064%,
- il cadmio 113 metastabile , emettitore gamma con un'emivita di 14,1 anni, allo 0,0059%.

Tra questi sei corpi, solo il cesio 137 (emettitore beta e gamma) e in misura minore lo stronzio 90 (emettitore beta puro) sono davvero fastidiosi. Il cesio 137 è il radionuclide che caratterizza la contaminazione dell'ambiente durante incidenti come Chernobyl o Fukushima.

Questi prodotti di fissione possono essere qualificati come “storicamente gestibili” perché la loro radioattività è predominante solo per alcuni secoli, durante i quali se ne conserva la memoria storica. Ad esempio, se il cesio 137 fosse stato prodotto sotto Carlo Magno, 1200 anni fa, il resto oggi dopo quaranta volte la sua emivita rappresenterebbe solo 10 -12 (un milionesimo di milionesimo) dell'attività iniziale, che non corrisponde più a un attività significativa.

Solo il samario 151, per lo 0,22% degli atomi inizialmente formati e con un'emivita di 93 anni, è al limite della gestione su scala storica.

Alla luce dei riscontri dell'esperienza degli incidenti di Chernobyl e Fukushima, il cesio 137, a causa della sua radiazione gamma (radiazione gamma di 660 keV , quindi inferiore a quella del potassio 40 contenuto nel corpo umano pur essendo dello stesso ordine), si pone in definitiva come unico prodotto di fissione di reale importanza pratica nella gestione del rischio radiologico nell'ambiente. La comoda capacità di combinare chimicamente il cesio presente nell'ambiente potrebbe quindi costituire un contributo efficace alla concreta riduzione delle conseguenze radiologiche degli incidenti.

Prodotti di fissione radioattivi molto longevi, fuori scala storica

Il 10,4% degli atomi totali formati durante la fissione ha discendenti che sono radioisotopi artificiali molto longevi che rappresentano realmente la radioattività residua a lungo termine dovuta ai prodotti di fissione. Ce ne sono sette.Le quantità essendo espresse come proporzione degli atomi inizialmente formati per fissione, sono, in ordine di abbondanza:

il cesio- 135, un'emivita dell'emettitore beta di 2,3 milioni di anni, al 3,45%
l' emettitore beta di zirconio 93 con un'emivita di 1,53 milioni di anni al 3,06%, sapendo che una quantità aggiuntiva minore (circa il 5%) è formata da guaine di zirconio a cattura di neutroni 92 (reazione (n, γ)), una piccola parte delle quali (i fini di taglio) viene aggiunto ai prodotti di fissione a causa del processo di taglio del rivestimento, effettuato presso lo stabilimento di La Hague;
il tecnezio-99 , emettitore beta con un'emivita di 211.100 anni, al 3,06%;
lo iodio- 129, un tempo di dimezzamento dell'emettitore beta di 15,7 milioni di anni, allo 0,64%
l' emettitore di palladio- 107 beta con un'emivita di 6,5 milioni di anni, allo 0,09%;
lo stagno 126, emettitore beta con un'emivita di 100.000 anni allo 0,03%;
l' emettitore beta di selenio 79 con un'emivita di 280.000 anni per lo 0,025%.

Il cloro 36 (periodo 301.000 anni), talvolta erroneamente indicato come prodotto di fissione a vita lunga, è presente in tracce tra i PF.

Per questi corpi la cui durata non è correlata alle scale temporali storiche, non esiste attualmente una soluzione definitiva.

La soluzione generalmente impiegata consiste nel confinarli in una opportuna matrice (miscelata con gli altri prodotti di fissione soprastanti e con gli attinidi minori) e conservarli in uno strato geologico profondo.
Sono in corso studi e valutazioni economiche per esaminare a quali condizioni sia possibile trasmutare questi sette corpi in altri corpi a vita più breve; come tramite irraggiamento di neutroni in un reattore.

Tabelle riassuntive

Tutti i prodotti di fissione e attinidi


Attinidi per catena di decadimento				periodo a	Prodotti di fissione per abbondanza di produzione
4 n	4 n +1	4 n + 2	4 n + 3		Prodotti di fissione per abbondanza di produzione
4 n	4 n +1	4 n + 2	4 n + 3			2,25-3,5%	0,015-0,7%	<0,0065%
228 Ra № 0				4–6	†		155 Eu þ 0
244 Cm 1	241 Pu ƒ 1	250 Cf 1	227 Ac № 1	10-29		90 Sr 1	85 Kr 1	113m Cd þ 1
232 U ƒ 1		238 Pu 1	243 Cm ƒ 1	29–97		137 Do 1	151 Sm þ 1	121m Sn 1
	249 Cfr ƒ 2	242m am ƒ 2		141–351	Nessun prodotto di fissione ha un'emivita compresa tra 100 e 100.000 anni
	241 am 2		251 Cfr ƒ 2	430–900
		226 Ra № 3	247 Bk 3	1.3k – 1.6k
240 Pu 3	229 Gi 3	246 Cm 3	243 am 3	4.7k – 7.4k
	245 Cm ƒ 3	250 Cm 3		8.3k – 8.5k
			239 Pu ƒ 4	24.11k
		230 Gi № 4	231 Pa № 4	32k – 76k
236 Np ƒ 5	233 U ƒ 5	234 U № 5		100k – 250k	‡	99 Tc ₡ 5	126 Sn 5
248 Cm 5		242 Pu 5		280k – 375k			79 Se ₡ 5
				1,53 M		93 Zr 6
	237 Np 6			2,1 M – 6,5 M		135 Cs ₡ 6	107 Pd 6
236 U 7			247 Cm ƒ 7	15M – 24M			129 I ₡ 7
244 Pu № 7				80 M	Nessun atomo sopra 15,7 Ma
232 Gi № 9		238 U № 9	235 U ƒ№ 9	0,703 G – 14 G	Nessun atomo sopra 15,7 Ma
Legenda ₡ sezione di cattura effettiva nell'intervallo 8-50 capannone ƒ Fissile m Metastabile № isotopo naturale (in) neutro Neutrone velenoso (sezione d'urto della captazione superiore 3000 capannone ) † La spiaggia 4-97 ha : nella vita media prodotto di fissione ‡ Superiore a 100 ka : prodotto di fissione a lunga vita a = anno giuliano = 365,25 giorni esatti

Prodotti di fissione e attinidi presenti nei rifiuti


Attinidi per catena di decadimento				periodo a	Prodotti di fissione per abbondanza di produzione
4 n +0	4 n +1	4 n + 2	4 n + 3		Prodotti di fissione per abbondanza di produzione
4 n +0	4 n +1	4 n + 2	4 n + 3		Maggiore 2,25-3,5%	Secondario 0,015-0,7%	Tracce <0,0065%
				4–6		155 Eu þ 0
244 Cm 1 tracce	241 Pu ƒ 1 tracce			10–22		85 Kr 1	113m Cd þ 1
			243 Cm ƒ 1	28-31	90 Sr 1
				28-31	137 Do 1
232 U ƒ 1 tracce		238 Pu 1 tracce		43-93		151 Sm þ 1	121m Sn 1
		242m am ƒ 2		141–351	Nessun prodotto di fissione ha un tempo di dimezzamento compreso tra 100 e 100.000 anni
	241 am 2			430–900
		226 Ra № 3 tracce		1.3k – 1.6k
240 Pu 3 tracce	229 \| Th 3 tracce		243 am 3	4.7k – 7.4k
	245 Cm ƒ 3			8.3k – 8.5k
			239 Pu ƒ 4 tracce	24.11k
		230 Gi № 4 tracce	231 Pa № 4 tracce	32k – 76k
236 Np ƒ 5	233 U ƒ 5 tracce	234 U № 5 tracce		100k – 250k	99 Tc ₡ 5	126 Sn 5
		242 Pu 5 tracce		280k – 375k		79 Se ₡ 5
				1,53 M	93 Zr 6
	237 Np 6			2,1 M – 6,5 M	135 Cs ₡ 6	107 Pd 6
236U 7 tracce			247 Cm ƒ 7	15M – 24M		129 I ₡ 7
					né superiore a 15,7 Ma
232 Gi № 9 tracce		238 U № 9 tracce	235 U ƒ№ 9 tracce	0,7 G – 14 G	né superiore a 15,7 Ma
Legenda: ₡ Sezione trasversale della cattura termica nell'intervallo 8–50 stalla. ƒ metastabile m fissile № naturale isotopo þ Neutron veleno (sezione di cattura superiore a 3.000 fienile) † Gamma 4a - 97a: vita gestibile dei prodotti di fissione storico ‡ Sopra 100 ka : prodotti di fissione a lunga durata

Gestione dei prodotti di fissione

Secondo il Network Sortir du nuclear , nessun paese al mondo ha risolto il problema di cosa succede ai prodotti di fissione e nessuno può garantire l'affidabilità di una discarica per lunghi periodi .

In funzione di reattori nucleari

Nel normale processo di funzionamento dei reattori nucleari (soprattutto generatori), i prodotti di fissione sono gestiti come rifiuti di reazione nucleare . Nel caso della Francia, sono destinati ad essere messi in deposito geologico profondo a Bure .

Valutazione ipotetica del palladio e del rodio formati dalla fissione

Come ulteriori sviluppi, secondo alcuni attori dell'industria nucleare, il recupero di tutti o parte dei prodotti di fissione potrebbe contribuire alla gestione delle scorie radioattive. La radioattività residua a lungo termine del deposito geologico verrebbe così ridotta, senza tuttavia che la radioattività totale sia cambiata.

Tra gli atomi formati per fissione (quindi corpi con numero atomico compreso tra 70 e 150), solo il palladio e il rodio sembrano meritare di essere esaminati. Le altre sostanze formate dalla fissione hanno un valore di mercato troppo basso, come per l'argento, anch'esso penalizzato dall'argento 110, un potente emettitore gamma.

Recupero/estrazione di palladio da prodotti di fissione

Il costo molto elevato del palladio potrebbe quindi rendere interessante la sua separazione chimica e il suo recupero:

la proporzione in massa di palladio radioattivo 107 nel palladio prodotto per fissione è dell'ordine del 15% degli altri isotopi stabili formati (105, 106, 108 e 110). Palladium 107 emette un beta (puro) di 33 keV (solo, è radiazione beta “morbida”), con un periodo di 6,5 Ma, quindi attività moderata. Il palladio 107 è quindi un radionuclide a bassa radiotossicità, a meno che non venga ingerito. Queste caratteristiche sembrano compatibili con gli usi industriali;
la quantità dei vari isotopi di palladio prodotti dai reattori nucleari può essere stimata approssimativamente sulla base dei soli rendimenti di fissione allo 0,3% in massa di tutti i prodotti di fissione, cioè circa 180 kg di palladio all'anno in Francia;
il prezzo del palladio si aggira intorno ai 15 k€/kg (metà del prezzo dell'oro). Il fatturato sarebbe quindi dell'ordine di 2,5 milioni di euro/anno , ma soggetto alle oscillazioni dei prezzi dei metalli preziosi, rendendo l'operazione a priori non redditizia nel caso della Francia;
tuttavia, una valutazione più completa della quantità di palladio presente negli FP, tenendo conto in particolare delle catture di neutroni in funzione, porta ad una stima significativamente più alta e ad un fatturato superiore a 10 M€/anno .

Recupero/estrazione del rodio dai prodotti di fissione

Il caso del rodio appare particolarmente interessante; in effeti :

da un lato il prezzo del rodio è molto alto: 15.000 €/kg ;
il rodio invece ha solo tre isotopi:
- rodio 103 che è stabile,
- i due isotopi radioattivi che hanno breve emivita.

Ciò significa che il rodio separato chimicamente dal resto degli FP non è radioattivo.

La quantità di rodio è prossima all'1,1% in massa dei prodotti di fissione, ovvero circa 660 kg di rodio prodotti ogni anno dai 58 reattori francesi.

In caso di incidente

Durante incidenti nucleari come il disastro di Chernobyl o Fukushima o l' incidente di Tokaïmura , grandi quantità di prodotti di fissione possono essere rilasciati nell'atmosfera e nell'acqua. Le operazioni di decontaminazione consistono poi nel raccogliere il terreno più contaminato in sacchi che vengono stoccati in loco.

Note e riferimenti

Appunti

In alcuni casi piuttosto rari si verificano le cosiddette fissioni ternarie in cui si formano tre nuovi nuclei e non due. Tipicamente, 3 e formata atomo ha un basso numero di nucleoni.
Ad esempio, stronzio 94 o krypton 93.
Ad esempio, xeno 140 o bario 140.
rigor di termini, per rese di fissione inferiori a 10 -7 , i corpi si formano in quantità minime negli intervalli da 60 a 70 e da 164 a 180 nucleoni, e specialmente nel caso della fissione del plutonio 239 .
La radioattività di un corpo è generalmente considerato trascurabile quando la sua emivita è maggiore di un miliardo di anni.
Questo isotopo alfa radioattivo del neodimio trovato nel minerale di uranio della miniera di Oklo in Gabon in proporzione maggiore alla composizione isotopica del neodimio esistente in altri luoghi della Terra è all'origine delle prove del funzionamento dei reattori naturali .
Krypton 85 è uno scarico gassoso proveniente dall'impianto di La Hague. Come tale, è stato oggetto di un numero piuttosto elevato di studi precisi e misurazioni delle quantità prodotte dalla fissione e rilasciate. Secondo i rendimenti di fissione, la quantità di krypton 85 inizialmente prodotta durante le fissioni è di circa 68.000 kg / anno × 0,7% (abbondanza di krypton 85 in FP) × 85 (massa atomica di krypton 85) / 116,8 (massa atomica media di FP) = 346 kg/anno . La registrazione degli scarichi gassosi dopo il trattamento non completa questa valutazione, perché la durata della permanenza intermedia nella vasca di raffreddamento è di un ordine paragonabile alla sua emivita e lascia solo una frazione significativamente ridotta della produzione iniziale.
Il vecchio valore di 65.000 anni della sua emivita è stato recentemente "diminuito" risultato di ulteriori misurazioni.
E 'formato da cattura neutronica di tracce di cloro impurità presenti nel carburante. La formazione per fissione potrebbe derivare solo da fissioni ternarie e per di più solo direttamente poiché il decadimento beta di un nucleo di 36 nucleoni in eccesso rispetto ai neutroni porta allo zolfo 36 o all'argon stabile 36.
Il reattore di trasmutazione sembra essere difficile nella maggior parte dei sette casi (difficoltà di separazione chimica, fabbricazione di sostanze radioattive parassitarie, ecc.), ma è possibile, nel caso del tecnezio 99. Il tecnezio 99 è una parte importante a lungo termine attività a causa della sua abbondanza tra i sette isotopi coinvolti e della sua emivita più breve rispetto a quella di altri corpi.
trasmutazione riduce le quantità e la radiotossicità, ma non elimina la necessità di conservazione a lungo termine.
A titolo di confronto, l'energia della radiazione beta del potassio 40 presente nel corpo umano è da 1300 a 1500 keV.

Riferimenti

Prodotti di fissione a vita breve , su laradioactivite.com
“longeva fissione prodotti” , il laradioactivite.com
Scheda Radionuclidi: Selenio 79 e l'ambiente , IRSN, 15 ottobre 2002 [PDF]
" Possiamo riciclare le scorie nucleari?" » [PDF] , sulla rete Sortir du nucleare ,gennaio 2009(consultato il 21 agosto 2015 ) .

Appendici

link esterno

“Scarichi ed effluenti” , su laradioactivite.com
"Trattamento dei rifiuti" , società francese di energia nucleare
Christian Bataille e Robert Galley, Ufficio parlamentare per la valutazione delle scelte scientifiche e tecnologiche , La fine del ciclo nucleare ("Battle Report") ( n o 612) 1997-1998 ( leggi online )