Alai

Kernekraftreaktorer1 er forsynet med uran, der er let beriget med isotopen uran-235.2 Denne isotop er i stand til at opretholde en kontrolleret nuklear kædereaktion, som er nødvendig for at producere elektrisk energi. Kædereaktionen resulterer i produktion af neutroner, der fremkalder radioaktivitet i reaktorens brændsel, kølevand og strukturelle komponenter.

Radioaktiviteten fremkaldes primært gennem processer, der involverer indfangning af neutroner af uranatomer i brændslet. Spaltning sker, når kernen i et uran-235-atom (og sjældnere et uran-238-atom) indfanger en neutron, bliver ustabil og spaltes i to og (sjældent)tre3 lette kerner; disse kerner kaldes spaltningsprodukter.Uranfission giver en bimodal massefordeling af spaltningsprodukter, som vist i figur D.1. De mest almindelige fissionsprodukter har massetal omkring 90 og 137 (f.eks. strontium-90 og cæsium-137).

De fissionsprodukter, der produceres i en kernekraftreaktor, spænder over den periode, der kan overføres. De omfatter:

• Edelgasser, f.eks. krypton-85 og xenon-133.
• Halogener, f.eks. jod-131.

FIGUR D.1Massefordelinger som følge af spaltning af uran-235 ved termiske neutroner.

KILDE: Data fra Joint Evaluated Fission and Fusion File,Incident-neutron data, http://www-nds.iaea.org/exfor/endf00.htm, 2. oktober 2006; se http://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c1.htm.

• Alkali metaller, f.eks. cæsium-137.
• Alkaline jordarters metaller, f.eks. strontium-90.
• Mindre almindeligt hydrogen-3, mere almindeligt benævnt astritium (T), fra ternær fission af uranatomer.

Neutronindfangning kan også fremkalde radioaktivitet gennem transmutation af et kemisk grundstof til et andet. Transmutationsprocessen resulterer i emission af kernepartikler (f.eks. protoner) og stråling fra kernen. Nogle transmutationsreaktioner og -produkter af betydning i kraftreaktorer omfatter følgende:

• Produktion af nitrogen-16 ved indfangning af en neutron i et oxygenatoms kerne: oxygen-16 + neutron-> nitrogen-16 + proton (forkortet som16O(n, p)16N). Nitrogen-16 har en kort halveringstid (7 sekunder) og er primært en fare for arbejdere på kernekraftværker.
• Produktion af kulstof-14 ved indfangning af neutroner af kernen af nitrogen-, oxygen- eller kulstofatomer: 14N(n,p)14C; 13C(n,y)14C;17O(n,a)14C.
• Produktion af tritium (T) ved indfangning af en neutron af et boratoms nu-cleus: 10B(n,2a)T. Dette er en vigtigreaktion i trykvandsreaktorer, som anvender bor i kølevandet for at kontrollere reaktiviteten.
• Produktion af tritium ved indfangning af en neutron af et deuteriumatom, der er naturligt til stede i områdets kølevand.

Neutronindfangning kan også fremkalde radioaktivitet gennem aktivering. Indfangningen af en neutron exciterer kernen, som hurtigt henfalder til en mindre energirig tilstand gennem udsendelse af stråling. Nogle aktiveringsreaktioner og produkter af betydning i kraftreaktorer omfatter følgende:

• Produktion af kobolt-60 fra kobolt-59 gennem reaktionen59Co(n, y)60Co.
• Produktion af jern-55 fra jern-54 gennem reaktionen54Fe(n, y)55Fe.

Kobolt-60 og jern-55 er almindelige aktiveringsprodukter i strukturkomponenterne i reaktorer.

De isotoper, der produceres ved disse neutronindfangningsprocesser, er næsten altid radioaktive. Deres henfald indebærer emission af alfa-, beta- og gammastråling, hvorved der dannes både radioaktive og ikke-radioaktive henfaldsprodukter. En henfaldsreaktion af særlig betydning i kernekraftreaktorer er følgende:

Denne reaktion producerer plutonium-239 ved neutronindfangning af uran-238 efterfulgt af to beta-henfald.

De partikler og anden stråling, der udsendes under neutronindfangning, kan interagere med atomer i brændsel, kølemiddel og reaktorstrukturer for at producere yderligere radioaktivitet. For eksempel resulterer vekselvirkningen mellem energiske elektroner og materialer i reaktoren i udsendelse af fotoner, kendt som bremsstrahlung. Denne stråling fremstår som en svag blå glød, når elektronerne interagerer med kølevandet i reaktoren og bassinerne for brugt brændsel.