长寿命裂变产物

长寿命裂变产物一般指由核裂变反应产生的、半衰期超过20万年的放射性物质。这并非精确的科学定义，比如有人把某些半衰期在20年至100年间的裂变产物也称作长寿命裂变产物。另外的人则主张把这些半衰期在20年-100年间的裂变产物称作中等寿命裂变产物。核废料中含有裂变产物，还含有锕系元素，以及中子活化后的放射性元素（又称为激活产物）。刚出堆的乏燃料在短期内具有极强的放射性，这种放射性大多来源于裂变产物中的短寿命裂变产物，比如碘-131（半衰期=8.0197天）和钡-140（半衰期=12.7523天）。四个月之后，上述两种核素的强放射性基本消失，取而代之的是铈-141、锆-95、铌-95和锶-89。两到三年之后，放射性主要来源于铈-144、镨-144、钌-106、铑-106和钷-147。当反应堆或者乏燃料发生核泄漏时，只会有部分核素外泄。这种泄漏的同位素特征和大气层核爆炸完全不同。乏燃料经过几年的冷却之后，大部分放射性源自铯-137和锶-90。二者在裂变反应中的产额大概都是6%，半衰期都在30年左右。其他半衰期在30年左右的核素要么反应产额低，要么在反应堆中经中子俘获而被转变成其他核素（比如钐-151、铕-155和镉-113m），因此对乏燃料的放射性贡献不大。在几年到几百年的时间里，乏燃料的放射性基本可以认为就是铯-137和锶-90的放射性，可以通过二者指数衰变的叠加来模拟。它们被称为中等寿命裂变产物。氪-85（半衰期=10.76年）也算是中等寿命裂变产物。但它的情形和铯-137和锶-90有所不同。氪-85是一种惰性气体，不会在大气圈、岩石圈或者水圈富集。因此在现有再处理流程中，氪-85可以直接排放到大气中。在美国和其他一些国家，乏燃料在再处理之前一般要经过几十年的冷却。到了再处理的时候，大部分氪-85已经经衰变而消失。当铯-137和锶-90大部分衰变后，乏燃料的放射性主要来源于锕系元素，最重要的有钚-239、钚-240、镅-241、镅-243、锔-245和锔-246。这些元素可以经再处理回收，用作裂变燃料。分离这些元素后，在1,000-100,000年左右乏燃料的放射性会大大降低。钚-239可以直接用于现有的热中子反应堆。量比较小的镅-241和钚-242则可以在快中子反应堆中转化成其他核素。100,000年以后，裂变产物将以七种核素为主，兼有少量镎-237和钚-242。这七种核素的半衰期在20万年到1600万年之间。主要产物锝-99、锆-93和铯-135的产额在6%左右，其衰变能在100-300千电子伏特之间，一部分表现为β辐射，另一部分则以无害的中微子形式释放。锕系元素以α衰变为主，衰变能在4-5兆电子伏特。如果反应堆以铀-235为燃料，在乏燃料中，每单位时间其它六种核素释放出的縂能量是锝-99的10%；如果反应堆以铀-235（65%）和钚-239（35%）为燃料，在乏燃料中，每单位时间其它六种核素释放出的縂能量是锝-99的25%。乏燃料冷却1000年后，中等寿命裂变产物铯-137和锶-90的放射性降低到和长寿裂变产物持平的水平。如果锕系元素没有分离的话，将比中等寿命裂变产物和长寿裂变产物的放射性更强。乏燃料冷却100万年后，锝-99的放射性将首次低于锆-93。300万年后，锆-93的衰变能将低于碘-129。因为锝-99和碘-129对生物危害较大，但同时有较大的中子反应截面，有人正在考虑用核嬗变的方式将它们转化为危害较小的核素以除去。