裂变产物化学

放射化学分支学科

裂变产物化学是以裂变产物（又称裂片元素）为对象，研究其在核能利用中的化学行为的放射化学分支学科。

定义

以裂变产物（又称裂片元素）为对象，研究其在核能利用中的的放射化学分支学科。

20世纪40年代以来，核能利用得到迅速的发展，人们遇到了越来越多的有关裂变产物的化学问题，特别是在核燃料后处理过程中最多。

对核燃料循环来说，核燃料后处理是不可缺少的环节，它的任务是除去裂变产物和回收核燃料物质。目前世界上普遍采用的后处理流程是普雷克斯流程，它是在硝酸介质中以磷酸三丁酯为萃取剂的萃取流程。流程要求对裂变产物有非常高的去除能力，因此研究裂变产物在普雷克斯流程中的化学行为就构成了裂变产物化学的主要内容。

裂变产物

裂变产物是易裂变物质裂变时产生的裂变碎片的混合物，其中包含有稳定核素，大部分是放射性核素。现在已知裂变产物核素约有600多种,质量数从72到166;它们分属37种元素，原子序数从30(锌)到66（镝）。各裂变产物核素的裂变产额不同，它们的半衰期也很悬殊，从小于一秒钟到几百万年直到成为稳定核素（见表）。

裂变产物的组成与反应堆的堆型，燃耗深度及照射、冷却时间有关。在后处理前对乏燃料进行一定时间的冷却很必要，适当冷却的核燃料处理起来比较容易。例如冷却6个月后,裂变产物的放射性将大为下降，其放射性主要由以下核素贡献:锶90、钇91、锆95－铌95、钌103、钌106－铑106、铈141和铈144－镨144。

研究特点

裂变产物大多数具有放射性，由于辐射分解常常带来许多辐射化学问题，使得元素的化学行为更为复杂。例如水经辐射分解生成许多活性自由基，它们可使元素发生反常的氧化还原行为；萃取剂、稀释剂或离子交换树脂的辐射分解产物，有可能与某些元素发生有害的反应。裂变产物在溶液中的浓度通常是非常低的,例如在核燃料溶解液中浓度仅为10-4摩/升左右。对这样低浓度的元素进行化学研究，许多常规方法已不适用；并且由于浓度低，容器的吸附问题变得严重，形成胶体的倾向更加明显。总之，在强辐射场中以低浓度存在的裂变产物的化学行为常常是非常复杂的，有时甚至对它们存在的化学状态都难以确定。

研究状况

裂变产物覆盖了元素周期表三分之一的元素，分布在周期表各个族中。其中相当多的元素由于含量小或者寿命短而很少引起人们注意，只有10余种研究得较多。

氪和氙

裂变产物中氪和氙的同位素，除氪85外寿命都较短。氪85在后处理开始的元件溶解阶段就释放出来，用活性炭低温吸附法可从溶解废气中回收。氪85常用作β辐射源和自发光源。

氪和氙可溶解于一些有机溶剂中，如苯胺、甲苯、二甲苯、煤油等,其溶解度随溶剂的极性增加而降低。它们还能被一些具有较大吸附表面的物质吸附，这些物质包括活性炭、分子筛、沸石、硅胶等；不同的惰性气体在活性炭上的吸附亲合力差别比较大，因而能用于彼此分离。

铯

裂变产物中铯的长寿命同位素是半衰期 30.17年的铯137，它的裂变产额高、寿命长,是一个重要核素。在核燃料后处理过程中，铯137很易去除,它几乎全部包含于高放射性废液中。从废液中提取制备的铯137辐射源，有着广泛的用途。（见铯的放射化学）

锶

裂变产物中长寿命的锶同位素是半衰期50.5天的锶89和28.5年的锶90，它们是纯β-辐射体。锶90的子体钇90的半衰期为64.1小时,也是纯β-辐射体。与铯137相似，锶在核燃料后处理过程中易从铀、钚中去除。从高放射性废液中提取的锶90，可用作β辐射源。锶90是亲骨核素，生物毒性很高，所以锶90的分析测定是环境监测的重要项目。（见锶的放射化学）

铈和钷

在裂变产物中铈的重要的放射性同位素是半衰期32.5天的铈141和284.8天的铈144,后者还有个半衰期17.30分的子体镨144。钷的重要的放射性同位素是半衰期2.62年的钷147。钷147为纯β-辐射体，射线能量较低，只有0.2245兆电子伏，易于屏蔽；因此从裂变产物中提取的钷 147被广泛用于制造发光涂料、心脏起搏器的能源、测厚仪的辐射源等。

铈和钷属于稀土元素，通常显示正三价，其氟化物、草酸盐、氢氧化物、碳酸盐难溶于水。三价铈在强氧化剂作用下,可氧化到四价。四价铈能形成碘酸铈沉淀,而一般三价稀土元素的碘酸盐均易溶于水，利用这一特性可将铈与其他稀土元素分离。

稀土元素和柠檬酸、乳酸、α-羟基异丁酸、乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸等有机酸形成络合物。利用稀土元素络合物稳定性的差别，可将铈和钷与其他稀土元素分离。

锆和铌

在裂变产物中锆的长寿命同位素锆95的半衰期为64.0天,它有一个半衰期34.97天的子体铌95。锆95－铌95的放射性在乏燃料中占有较大份额，因此是核燃料后处理流程中重点去污核素。（见锆和铌的放射化学）

钌

在裂变产物中钌有两个长寿命同位素，半衰期39.35天的钌103和368天的钌106，后者有一个半衰期30秒的子体铑106。在核燃料的后处理流程中,钌不易去除，因此对它开展了许多研究工作，了解其在过程中的化学行为，以提高后处理流程除钌的效率。（见钌的放射化学）

参考书目

F.S.Martin and G.L.Miles,Chemical Processingof Nuclear Fuels,Butterworths, London, 1958.

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