Alai

Reactoarele nucleare de putere1 sunt alimentate cu uraniu ușor îmbogățit în izotopurul 235.2 Acest izotop este capabil să întrețină o reacție nucleară în lanț controlată care este necesară pentru producerea de energie electrică. Reacția în lanț are ca rezultat producerea de neutroni care induc radioactivitate în combustibil, în apa de răcire și în componentele structurale ale reactorului.

Radioactivitatea este indusă în principal prin procese care implică captarea neutronilor de către atomii de uraniu din combustibil. Fisiunea are loc atunci când nucleul unui atom de uraniu-235 (și mai rar al unui atom de uraniu-238)captează un neutron, devine instabil și se divide în doi și (rareori)trei3ternuclee ușoare; aceste nuclee sunt denumite produse de fisiune.Fisiunea uraniului produce o distribuție bimodală a masei produselor de fisiune, prezentată în figura D.1. Cei mai răspândiți produse de fisiune au numere de masă în jur de 90 și 137 (de exemplu, stronțiu-90 și cesiu-137).

Produsele de fisiune produse într-un reactor nuclear se întind pe o perioadă variabilă. Ei includ:

• Gaze nobile, de exemplu, kripton-85 și xenon-133.
• Halogeni, de exemplu, iodură-131.

FIGURA D.1Distribuțiile de masă rezultate în urma fisiunii uraniului-235 prin neutroni termici.

SURSA: Data from Joint Evaluated Fission and Fusion File,Incident-neutron data, http://www-nds.iaea.org/exfor/endf00.htm, 2 octombrie 2006; vezi http://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c1.htm.

• Metale alcaline, de exemplu, cesiu-137.
• Metale alcalino-pământoase, de exemplu, stronțiu-90.
• Mai rar, hidrogenul-3, mai frecvent denumit astrițiu (T), provenit din fisiunea ternară a atomilor de uraniu.

Captura neutronică poate, de asemenea, să inducă radioactivitate printransmutarea unui element chimic în altul. Procesul detransmutare are ca rezultat emiterea de particule nucleare (de exemplu, protoni) și radiații din nucleu. Unele reacții de transmutație și produse cu importanță în reactoarele de putere includ următoarele:

• Producția de azot-16 prin captarea unui neutron de către nucleul unui atom de oxigen: oxigen-16 + neutron-> azot-16 + proton (abreviat ca16O(n, p)16N). Azotul-16 are un timp de înjumătățire scurt (7 secunde) și reprezintă în primul rând un pericol pentru lucrătorii de la centralele nucleare.
• Producția de carbon-14 prin captarea neutronilor de către nucleul atomilor de azot, oxigen sau carbon: 14N(n,p)14C; 13C(n,y)14C;17O(n,a)14C.
• Producția de tritiu (T) prin captarea unui neutron de către nucleul unui atom de bor: 10B(n,2a)T. Aceasta este o reacție importantă în reactoarele cu apă sub presiune, care folosesc borul în apa de răcire pentru a controla reactivitatea.
• Producția de tritiu prin captarea unui neutron de către un atom de deuteriu care este prezent în mod natural în apa de răcire a unui reactor.

Capturarea neutronilor poate, de asemenea, să inducă radioactivitate prin inactivare. Captarea unui neutron excită nucleul, care se dezintegrează rapid într-o stare mai puțin energetică prin emisie de radiații. Unele reacții de activare și produse importante în reactoarele de putere includ următoarele:

• Producția de cobalt-60 din cobalt-59 prin reacția59Co(n, y)60Co.
• Producția de fier-55 din fier-54 prin reacția54Fe(n, y)55Fe.

Cobaltul-60 și fierul-55 sunt produse de activare comune în componentele structurale ale reactoarelor.

Izotopii produși prin aceste procese de captare a neutronilor sunt aproape întotdeaunaradioactivi. Dezintegrarea lor implică emisia de radiații alfa, beta și gammar, pentru a produce atât produse de dezintegrare radioactive, cât și neradioactive. O reacție de dezintegrare deosebit de importantă în reactoarele nucleare de putere este următoarea:

Această reacție produce plutoniu-239 prin captarea neutronilor de uraniu-238 urmată de două dezintegrări beta.

Particulele și alte radiații emise în timpul captării neutronilor pot interacționa cu atomii din combustibil, lichidul de răcire și structurile reactorului pentru a produce radioactivitate suplimentară. De exemplu, interacțiunea electronilor energetici cu materialele din reactor duce la emiterea de fotoni cunoscuți sub numele de bremsstrahlung. Această radiație apare sub forma unei străluciri albastre slabe atunci când electronii interacționează cu apa de răcire din reactor și cu bazinele de combustibil uzat.

.