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小贴士:核反应中的各种反应
核裂变
当易裂变核素与中子反应时发生核裂变反应。以下反应是一个典型的核裂变反应:
可发生类似反应的核素成为易裂变核素。在核反应堆中会发生多种类似的裂变反应,生成质量数为70-160的裂变产物(FP),大部分裂变产物质量数在97和137附近。FP具有放射性,衰变形成具有不同半衰期的稳定核素。以下为一个典型的FP放射性衰变链:
核裂变反应产生了多种放射性裂变产物。
核反应堆中的易裂变原子不能完全燃烧,因为在核反应过程中产生的大多数FP为中子毒物,FP会吸收中子,继而抑制链反应的发生。因此需要在所有易裂变材料完全燃烧前从反应堆中卸出燃料。在快堆等一些类型的反应堆中,虽然裂变产物不能吸收像热堆中那么多的中子,但是作为分开冷却剂和燃料组分的屏障的结构材料强度的降低使得燃料的能力提取受限。因为从反应堆中卸出的辐照燃料其实并不是乏燃料,因为它内部含有未燃烧的核燃料和新形成的易裂变核素,故乏燃料后处理致力于回收辐照燃料中的有用组分。
裂变核素的转换
在核反应堆中,裂变反应过程中产生一个以上中子的裂变核素可保持链式反应并生产可用的能源。235U,233U2和239Pu是常见的几种能进行链式反应的核素。在以上三种核素中,235U是唯一一个自然界中存在的核素,而其他233U和239U是在反应堆中通过吸收中子发生反应产生的:
233U和239U可与所有能量范围内的中子发生与235U类似的裂变反应。239Pu在于高能中子发生裂变反应时可产生更多的中子,这种性质有利于238U在快堆中进行转化。
因为天然铀中只有0.7%可提供中子的235U,其余均为238U,因此以上反应大幅提高了天然铀/钍产生能源的潜力。将238U和232Th转化为易裂变原子的过程称为增殖。
重锕系元素的形成
除了裂变反应,重核素也可以吸收中子,并转化为更高质量数的锕系元素,通常称为次锕系(MA)。以下为239Pu94的一个反应:
此类具有更高质量数的锕系元素通常是中子吸收物质,因此从核燃料角度来看,可认为是中子毒物。同时这些锕系元素具有放射性,通常具有很长的半衰期。因此在废物处置中值得关注。
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