Produto de fissão

Os produtos da fissão são substâncias químicas resultantes da fissão de um núcleo atômico físsil : cada núcleo do material físsil em processo de fissão se divide em duas (excepcionalmente três) partes, que são estabilizadas na forma de novos átomos . Os produtos da fissão são formados de acordo com uma distribuição estatística (que é fracamente dependente do núcleo físsil) e existem isótopos de muitos dos elementos químicos existentes. Estas são as “cinzas” da reação nuclear, que constituem o lixo radioativo final.

Para a maior parte, os produtos de fissão inicialmente formados são isótopos muito instáveis : eles são altamente radioativos , emitem forte calor e, muitas vezes, raios gama muito energéticos (e, portanto, perigosos):

os produtos da fissão são responsáveis por praticamente toda a radioatividade dos combustíveis irradiados que saem dos reatores. A grande maioria dos produtos da fissão radioativa tem vida curta ( período inferior a cinco anos) ou média (período inferior a cem anos);
em um reator nuclear , a energia liberada pelos produtos da fissão (da ordem de 6,5% da energia térmica do reator imediatamente após o desligamento) exige que o resfriamento seja mantido por alguns dias após o desligamento para evitar o derretimento do núcleo . Essa potência térmica é chamada de potência residual do reator. Depois de alguns dias, a radioatividade diminuiu o suficiente para permitir que o combustível seja transferido para a piscina. Depois de alguns anos em uma piscina, a radioatividade atingiu um nível baixo o suficiente para que o material seja evacuado ou reprocessado, ou mesmo simplesmente armazenado seco enquanto espera por uma das duas soluções anteriores;
a radioatividade desses produtos de fissão torna necessária uma proteção contra a radiação muito importante para o manuseio de combustíveis nucleares irradiados e para todo o processamento posterior do ciclo nuclear : armazenamento nuclear , tratamento de combustível nuclear irradiado e descarte final de resíduos radioativos .

Introdução

Exemplo de uma fissão

Em um reator nuclear , quando um núcleo de urânio 235 , ou de outro átomo pesado, fissão por absorção de um nêutron , dois (excepcionalmente três) novos núcleos instáveis são formados: os produtos de fissão (PF), bem como dois ou três nêutrons que irá desencadear outras fissões por reação em cadeia nuclear . O número total de núcleos é conservado na reação, mas a soma das massas dos átomos e partículas produzidas é sempre menor que a do átomo original. Isso é explicado pelo fato de que parte da massa é transformada em energia (ver E = mc 2 ).

Aqui está, por exemplo, uma fórmula possível para tal fissão:

{\ displaystyle \ mathrm {{} _ {92} ^ {235} U + {} _ {0} ^ {1} n \ rightarrow {} _ {36} ^ {93} Kr + {} _ {56} ^ {140} Ba + 3 \ {} _ {0} ^ {1} n + E}}

onde E é a energia liberada pela reação, que é cerca de 200 MeV (ou seja, 3,2 × 10 -11 J ).

Neste exemplo, os dois produtos de fissão criptônio 93 e bário 140 têm um excesso de nêutrons: o criptônio estável mais pesado é 86 Kr (sete nêutrons em excesso) e o bário estável mais pesado é 138 Ba (dois nêutrons em excesso). Como resultado, os radionuclídeos são instáveis e, portanto, radioativos: os nêutrons em excesso são transformados em um próton e um elétron, expelidos do núcleo na forma de radiação sem beta . Antes de atingir um estado estável, as duas cadeias de decaimento correspondentes ao exemplo acima irão expelir um total de sete elétrons:

cadeia de decaimento do criptônio 93: (estável) ${\ displaystyle \ mathrm {^ {93} _ {36} Kr \ {\ xrightarrow [{1.286 \ s}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {37} ^ {93} Rb \ {\ xrightarrow [{5.84 \ s}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {38} ^ {93} Sr \ {\ xrightarrow [{7.423 \ min}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {39} ^ {93} Y \ {\ xrightarrow [{10.18 \ h}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {40} ^ {93} Zr \ {\ xrightarrow [{1 , 53 \ vezes 10 ^ {6} \ a}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {41} ^ {93} Nb}}$
Cadeia de decaimento de bário 140: (estável) ${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {\ 56} ^ {140} Ba \ {\ xrightarrow [{12.7527 \ j}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {\ 57} ^ {140} O \ {\ xrightarrow [{1,67855 \ j}] {\ beta ^ {-}}} \ {} _ {\ 58} ^ {140} Este}}$

Excesso de nêutrons e radioatividade

De um modo geral, o átomo 235 de urânio fissionado e o nêutron causador da fissão continham inicialmente 92 prótons e 144 ( 143 + 1 ) nêutrons, dois e meio dos quais (em média) são emitidos quase instantaneamente durante a fissão. O resto, 92 prótons e 141,5 nêutrons (em média), são distribuídos entre os dois (ou raramente três) átomos instáveis formados. Cada um leva em média a metade, ou 46 prótons e 71 nêutrons, ou outros 117 núcleons (enquanto o paládio , Z = 46 , é estável por 56 a 60 nêutrons).

O excesso de nêutrons dos dois nuclídeos formados em comparação com a diagonal representada pelo vale de estabilidade é normalmente entre três e cinco nêutrons. Esse excesso deverá ser reabsorvido pela transformação do nêutron em próton, produzindo uma emissão de radiação beta. Qualquer que seja a distribuição final de nêutrons e prótons, o resultado será instável: os produtos de fissão (FP) são instáveis e se desintegram com uma meia-vida mais ou menos longa. Uma vez que os primeiros instantes pós-fissão tenham passado, quando os chamados nêutrons " atrasados " podem ser emitidos (alguns segundos após a fissão), os corpos instáveis formados durante a fissão retornarão gradualmente à situação de estabilidade por sucessivas emissões de elétrons (radiação beta ), acompanhada de radiação eletromagnética ( raios gama ) correspondente à passagem dos diferentes níveis de energia excitada ao nível fundamental do próprio núcleo e ao rearranjo da procissão eletrônica dos referidos átomos.

Os produtos da fissão geralmente tendem a exibir radioatividade β ou, mais raramente, quando o déficit de prótons é ainda maior, a decair rapidamente ao expelir um nêutron, que fará parte dos nêutrons atrasados na reação. Devido ao excesso de nêutrons de corpos formados instantaneamente durante a fissão, a maioria dos produtos da fissão são emissores beta e gama. Os raros emissores alfa ( partícula α ) são de fato corpos quase estáveis, obtidos quando o excesso de nêutrons é reabsorvido por emissão secundária de elétrons e transformação de nêutrons em prótons.

Durante o rallying para a situação estável, uma vez que os nêutrons retardados emitidos pelos precursores, o número total de nucleons dos átomos instáveis inicialmente formados não muda, exceto em casos extremamente raros; apenas o número de prótons aumenta por sucessivas transformações de nêutron em próton, com emissão de um elétron a cada vez e liberação de energia na forma de radiação gama.

Essas considerações explicam por que os produtos de fissão são:

muito geralmente emissores beta;
muitas vezes, emissores gama;
raramente emissores alfa e apenas como resultado da decomposição de emissores beta levando a um corpo quase estável, já existente na natureza, ele mesmo um emissor alfa.

Distribuição inicial de produtos de fissão

A curva de distribuição dos produtos da fissão, cuja forma geral é dada ao lado, é chamada de “dorso de camelo” por causa de suas duas saliências. Na maioria das fissões, os dois átomos formados têm diferentes números de núcleos com tipicamente um grande núcleo de 133 a 144 núcleos e um núcleo menor de 90 a 100 núcleons. As fissões que dão dois átomos de massa igual (com 116 ou 117 núcleos) ou próximos (com por exemplo um átomo de 108 núcleos e um de 125) representam apenas cerca de 0,3% das fissões totais.

As fissões ternárias (representando a ordem de 0,2 a 0,4% das fissões) estão incluídas nesta curva; eles são pequenos em número e não mudam sua aparência geral. Esta curva fornece o rendimento do produto da fissão ; devido a essas fissões ternárias, sua integral é um pouco maior que 200%, pois para cem fissões, o número de núcleos formados é um pouco maior que 200. Os rendimentos devem ser divididos por esta integral para expressar a proporção de cada forma de átomo .

A distribuição estatística precisa dos produtos de fissão depende de vários fatores: a composição isotópica do combustível (presença de plutônio no combustível MOX , ou como resultado da taxa de combustão do conjunto), o espectro e o fluxo de nêutrons, o 'enriquecimento de combustível (para um reator de nêutrons rápido ), etc.

No caso de um reator de água pressurizada, do tipo PWR , utilizando urânio natural enriquecido no isótopo 235, os números de massa dos produtos de fissão são distribuídos da seguinte forma:

as proporções de átomos com um número de núcleos variando de 90 a 100 inclusive, por um lado, e de 133 a 144 inclusive, por outro lado, são muito próximas e todas da ordem de aproximadamente 2,9 a 3,3%. Esses átomos constituem a maior parte dos produtos da fissão. A curva de distribuição apresenta, assim, dois “quase-platôs” de 90 a 100 e 133 a 144 nucleons, para aproximadamente (11 + 12) × 3,1% = 71,3% dos átomos formados;
as proporções diminuem acentuadamente além desses dois quase-platôs e aproximadamente simetricamente em relação a eles: para 84 núcleons ~ 0,5%; para 105 nucleons ~ 0,4%; para 129 nucleons ~ 0,5%; para 149 nucleons ~ 0,6%;
as proporções são da ordem de 0,005% a 0,006% para os números de núcleos entre 112 e 121 constituindo um “quase-platô” de baixo valor para as fissões criando dois átomos de massa igual ou semelhante;
97,85% de FP entre 84 e 105 núcleos incluídos por um lado e 129 a 149 núcleons incluídos por outro;
99,90% de FP entre 76 e 109 nucleons incluídos por um lado, e 124 a 155 nucleons incluídos por outro lado.

As fissões ternárias também produzem um átomo leve: dessas fissões, 90% produzem hélio 4 , 7% trítio e 1% hélio 6 que rapidamente se transforma em lítio 6 .

Após a fissão e antes do desligamento do reator, a distribuição em número de núcleos dos átomos formados é modificada bastante marginalmente pela reação com o fluxo de nêutrons que pode levar a capturas aumentando o número de núcleos ou a transmutações dos corpos formados. Além disso, durante esse tempo - que pode durar um ano ou mais - ocorre o decaimento radioativo em beta e gama (sem alteração no número de núcleons). A distribuição final dos produtos da fissão depende, portanto, do tempo de incubação dos produtos da fissão no reator (duração da exposição aos nêutrons). Além disso, as fissões de plutônio 239 formadas em reatores de urânio 238 não produzem exatamente as mesmas proporções de átomos dos diferentes elementos que no caso do urânio 235 , mesmo que as ordens de magnitude sejam aproximadamente as mesmas.

Essas considerações explicam por que muitas vezes é muito difícil simplesmente avaliar a natureza e especialmente as quantidades de radionuclídeos formados por fissão em todos os reatores e para todas as energias (ou desgaste) dos combustíveis usados. Para fazer isso, são necessárias modelizações bastante complexas.

Decaimento radioativo

Em geral

Imediatamente após a fissão, os produtos de fissão são encontrados principalmente no estado de óxido sólido ( césio 137 , estrôncio 90 ), mas também podem estar no estado gasoso dissolvido na matriz de óxido (por exemplo, os isótopos de xenônio Xe 133, Xe 134 ou Xe 136 ou criptônio 85 ). Durante o reprocessamento de resíduos nucleares, eles são encontrados em solução em ácido nítrico, ao final do qual são encontrados principalmente na forma de óxidos sólidos; os elementos gasosos então escapam.

Os produtos da fissão são radiotóxicos . Eles contribuem para a radioatividade de curto e médio prazo de resíduos nucleares de alto nível produzidos por combustível nuclear.

O tempo característico a considerar é da ordem de um ano para o destino dos produtos de cisão armazenados em piscinas e da ordem de um século para aqueles para os quais se prevê o armazenamento definitivo. Em qualquer momento, o que é mais problemático nos rejeitos radioativos depende muito da meia-vida do elemento. Para o mesmo número de átomos formados, após um tempo T , o elemento cuja radioatividade é predominante (em comparação com a radioatividade de outros corpos) é aquele cuja meia-vida é T / log (2) , ou cerca de 1,44 vezes este atraso:

produtos de fissão de meia-vida (ou meia-vida) mais baixa contribuem inicialmente mais para a radioatividade geral da mistura de resíduos, mas eles se extinguem muito mais rápido e rapidamente deixam de ser um problema (a menos que sua cadeia de decomposição revele outros elementos radioativos). Essa diminuição é exponencial: as substâncias com meia-vida T / 10 perderam mil vezes sua radioatividade inicial; aqueles com meia-vida de T / 20 perderam um milhão de vezes sua radioatividade inicial;
os produtos de fissão com meia-vida mais longa se mantêm melhor a longo prazo, mas sendo inerentemente menos radioativos, inicialmente contribuem pouco para a radioatividade geral da mistura de resíduos. No entanto, essa radioatividade mais fraca varia apenas em proporção à meia-vida: todas as outras coisas sendo iguais, leva uma meia-vida dez vezes mais para levar a uma radioatividade dez vezes menor.

Pode-se notar que não há produto de fissão radioativo (inicialmente formado por fissão ou descendente) com um período entre 100 anos (93 anos para samário 151) e 100.000 anos (para estanho 126)., Porque, no que diz respeito aos produtos de fissão radioativos :

isso circunscreve o problema real do armazenamento geológico (e, portanto, do confinamento de muito longo prazo) dos produtos de fissão apenas aos sete isótopos listados no parágrafo abaixo: "Produtos de fissão de vida muito longa, fora da escala histórica" ( actinídeos menores , gerados por captura de nêutrons e que não são produtos de fissão, também devem ser gerenciados);
o baixo número de radionuclídeos identificados permite vislumbrar o caminho que consiste em encontrar meios de separá-los e transmutá-los em corpos de vida curta.

Produtos de fissão de radioatividade insignificantes de longo prazo

Duas categorias de produtos de fissão não afetam a radiotoxicidade de longo prazo:

por um lado, átomos estáveis ou radioativos com vida muito curta (não radioativos a médio prazo): 71,0% do total de átomos formados durante a fissão têm uma cadeia de decaimento formada por descendentes estáveis ou de período inferior dez anos, resultando rapidamente em nuclídeos estáveis. Eles não contribuem para a radiotoxicidade de longo prazo. A lista deles é longa e não está desenhada aqui. Um exemplo de um produto de fissão radioativo de vida curta é fornecido pelo rutênio 106 com meia-vida próxima a um ano que decai por emissão beta em paládio estável 106;
por outro lado, corpos radioativos com vida extremamente longa, existindo no estado natural: 11,8% do total de átomos formados durante a fissão têm descendentes que são radioisótopos (já presentes na natureza) com um período mais longo de 100 bilhões de anos (portanto muito maior que a idade da Terra e até mesmo do Universo ). Eles podem de fato ser considerados como corpos estáveis. Embora alguns desses corpos sejam emissores alfa, sua periculosidade é muito menor do que a dos resíduos de vida curta, devido à sua meia-vida muito longa. A liberação de calor e hélio (radioatividade alfa) também é insignificante.

As quantidades sendo expressas como uma proporção dos átomos inicialmente formados por fissão, são:

o zircônio 96, a 2,96%, emissor beta (período 2 x 10 ~ 19 anos);
o cério 142, com 2,91% de emissor beta (período> 5 x 10 16 anos);
o neodímio 144, a 2,71%, emissor alfa (período 2,29 x 10 15 anos);
o Rubídio 87 a 1,38%, emissor beta (4,92 x 10 período de 10 anos);
o samário 147, a 1,23%, emissor alfa (período 1,06 x 10 11 anos);
o samário 149, a 0,59%, emissor alfa (período> 2 x 10 15 anos);
o cádmio 113, em quantidades muito pequenas: 0,0059%, emissor beta (período 7,7 x 10 15 anos).

Produtos de fissão radioativos de vida média historicamente gerenciáveis

6,8% do total de átomos formados durante a fissão têm descendentes que são radioisótopos com vida média com um período maior que 10 anos e menor que 100 anos. As quantidades sendo expressas como uma proporção dos átomos inicialmente formados por fissão, são:

o césio-137 , emitindo beta e gama com meia-vida de 30,15 anos a 3,06%;
o estrôncio 90 , um emissor beta puro com meia-vida de 28,79 anos a 2,86%;
o criptônio-85 , emissor beta com meia-vida de 10,76 anos a 0,69%; O criptônio é um gás nobre que não é facilmente ligado quimicamente; ele não termina no repositório geológico, mas é separado e descarregado na planta de reprocessamento de La Hague . O Krypton 85 dá rubídio 85 estável e sólido com bastante rapidez no estado oxidado;
o emissor beta de samário 151 com meia-vida de 93 anos de 0,22%;
por fim, para sermos completos, devemos citar:
- o estanho 121 metaestável , emissor gama, meia-vida de 43,9 anos, até 0,0064%,
- o cádmio 113 metaestável , emissor gama com meia-vida de 14,1 anos, a 0,0059%.

Entre esses seis corpos, apenas o césio 137 (emissor beta e gama) e, em menor grau, o estrôncio 90 (emissor beta puro) são realmente problemáticos. O césio 137 é o radionuclídeo que caracteriza a contaminação do meio ambiente durante acidentes como Chernobyl ou Fukushima.

Esses produtos da fissão podem ser qualificados como “historicamente administráveis” porque sua radioatividade é predominante apenas por alguns séculos, durante os quais a memória histórica pode ser preservada. Por exemplo, se o césio 137 tivesse sido produzido sob Carlos Magno, 1200 anos atrás, o restante hoje após quarenta vezes sua meia-vida representaria apenas 10-12 (um milionésimo de um milionésimo) da atividade inicial, o que não corresponde mais a um atividade significativa.

Apenas o samário 151, para 0,22% dos átomos inicialmente formados e com meia-vida de 93 anos, está no limite do manejo em escala histórica.

À luz do feedback da experiência dos acidentes de Chernobyl e Fukushima, o césio 137, devido à sua radiação gama (radiação gama de 660 keV , portanto inferior à do potássio 40 contido no corpo humano, embora seja da mesma ordem), finalmente se mantém fora como o único produto de cisão de real importância prática na gestão do risco radiológico no meio ambiente. A conveniente capacidade de combinar quimicamente o césio presente no meio ambiente poderia, assim, constituir uma contribuição efetiva para a redução concreta das consequências radiológicas dos acidentes.

Produtos de fissão radioativos de vida muito longa, fora da escala histórica

10,4% do total de átomos formados durante a fissão têm descendentes que são radioisótopos artificiais de vida muito longa que realmente representam a radioatividade residual de longo prazo devido aos produtos da fissão. São sete. As quantidades sendo expressas como uma proporção dos átomos inicialmente formados pela fissão, são, em ordem de abundância:

o césio- 135, uma meia-vida de emissor beta de 2,3 milhões de anos, para 3,45%
o emissor beta de zircônio 93 com meia-vida de 1,53 milhão de anos a 3,06%, sabendo-se que a menor quantidade adicional (cerca de 5%) é formada por capas de zircônio de captura de nêutrons 92 (reação (n, γ)), uma pequena parte das quais (os finos de cisalhamento) são adicionados aos produtos da fissão devido ao processo de cisalhamento do revestimento, realizado na fábrica de La Hague;
o tecnécio-99 , emissor beta com meia-vida de 211.100 anos, para 3,06%;
o iodo- 129, uma meia-vida de emissor beta de 15,7 milhões de anos, para 0,64%
o emissor de paládio- 107 beta com meia-vida de 6,5 milhões de anos, a 0,09%;
o estanho 126, emissor beta com meia-vida de 100.000 anos a 0,03%;
o emissor beta de selênio 79 com meia-vida de 280.000 anos por 0,025%.

O cloro 36 (período de 301.000 anos), às vezes incorretamente referido como produto de fissão de longa duração, está presente em níveis residuais entre o FP.

Para esses corpos cuja vida útil não está relacionada às escalas de tempo históricas, atualmente não há uma solução definitiva.

A solução geralmente empregada consiste em confiná-los em uma matriz adequada (misturados com os demais produtos da fissão acima e com os actinídeos menores) e armazená-los em uma camada geológica profunda.
Estudos e avaliações econômicas estão em andamento para examinar em que condições é possível transmutar esses sete corpos em outros corpos de vida mais curta; como via irradiação de nêutrons em um reator.

Tabelas de resumo

Todos os produtos de fissão e actinídeos


Actinídeos por cadeia de decaimento				Período a	Produtos de fissão por abundância de produção
4 n	4 n +1	4 n +2	4 n +3		Produtos de fissão por abundância de produção
4 n	4 n +1	4 n +2	4 n +3			2,25-3,5%	0,015-0,7%	<0,0065%
228 Ra № 0				4-6	†		155 Eu þ 0
244 cm 1	241 Pu ƒ 1	250 Cf 1	227 Ac № 1	10-29		90 Sr 1	85 Kr 1	113m Cd þ 1
232 U ƒ 1		238 Pu 1	243 Cm ƒ 1	29-97		137 Cs 1	151 Sm þ 1	121m Sn 1
	249 Cf ƒ 2	242m Am ƒ 2		141-351	Nenhum produto de fissão tem meia-vida entre 100 e 100.000 anos
	241 Am 2		251 Cf ƒ 2	430-900
		226 Ra № 3	247 Bk 3	1,3k - 1,6k
240 Pu 3	229 Th 3	246 cm 3	243 Am 3	4,7 k - 7,4 k
	245 Cm ƒ 3	250 cm 3		8,3k - 8,5k
			239 Pu ƒ 4	24,11k
		230 Th № 4	231 Pa № 4	32k - 76k
236 Np ƒ 5	233 U ƒ 5	234 U № 5		100k - 250k	‡	99 Tc ₡ 5	126 Sn 5
248 Cm 5		242 Pu 5		280k - 375k			79 Se ₡ 5
				1,53 milhões		93 Zr 6
	237 Np 6			2,1M - 6,5M		135 Cs ₡ 6	107 Pd 6
236 U 7			247 Cm ƒ 7	15M - 24M			129 I ₡ 7
244 Pu № 7				80 milhões	Nenhum átomo acima de 15,7 Ma
232 Th № 9		238 U № 9	235 U ƒ№ 9	0,703G - 14G	Nenhum átomo acima de 15,7 Ma
Legenda ₡ seção de captura efetiva na faixa de 8-50 celeiro ƒ Fissil m Metestável № isótopo natural (in) þ Nêutron venenoso (seção transversal da captura superior 3000 celeiro) † Praia 4-97 tem : produto de fissão de vida média ‡ Acima de 100 ka : produto de fissão de longa duração a = ano juliano = 365,25 dias exatamente

Produtos de fissão e actinídeos presentes nos resíduos


Actinídeos por cadeia de decaimento				Período a	Produtos de fissão por abundância de produção
4 n +0	4 n +1	4 n +2	4 n +3		Produtos de fissão por abundância de produção
4 n +0	4 n +1	4 n +2	4 n +3		Principal 2,25-3,5%	Secundário 0,015-0,7%	Traços <0,0065%
				4-6		155 Eu þ 0
Traços de 244 cm 1	241 Pu ƒ 1 traços			10-22		85 Kr 1	113m Cd þ 1
			243 Cm ƒ 1	28-31	90 Sr 1
				28-31	137 Cs 1
232 U ƒ 1 traços		238 traços de Pu 1		43-93		151 Sm þ 1	121m Sn 1
		242m Am ƒ 2		141-351	Sem produto de fissão tem meia-vida entre 100 e 100.000 anos
	241 Am 2			430-900
		226 Ra № 3 traços		1,3k - 1,6k
240 Pu 3 traços	229 \| Os 3 traços		243 Am 3	4,7 k - 7,4 k
	245 Cm ƒ 3			8,3k - 8,5k
			239 Pu ƒ 4 traços	24,11k
		230 Th № 4 traços	231 Pa № 4 traços	32k - 76k
236 Np ƒ 5	233 U ƒ 5 traços	234 U № 5 traços		100k - 250k	99 Tc ₡ 5	126 Sn 5
		242 Pu 5 traços		280k - 375k		79 Se ₡ 5
				1,53 milhões	93 Zr 6
	237 Np 6			2,1M - 6,5M	135 Cs ₡ 6	107 Pd 6
236 traços U 7			247 Cm ƒ 7	15M - 24M		129 I ₡ 7
					nem acima de 15,7 Ma
232 Th № 9 traços		238 U № 9 traços	235 U ƒ№ 9 traços	0,7G - 14G	nem acima de 15,7 Ma
Legenda: ₡ Seção transversal de captura térmica na faixa de 8–50 celeiro. ƒ M físsil metaestável № Isótopo natural þ Veneno de nêutrons (seção transversal de captura maior que 3.000 celeiro) † Faixa 4a - 97a: produto de fissão de vida histórica gerenciável ‡ Acima de 100 ka : produto de fissão de longa duração

Gestão de produtos de fissão

Segundo a Rede Sortir du nuclear , nenhum país do mundo resolveu o problema dos produtos da fissão e ninguém pode garantir a confiabilidade de um aterro por longos períodos .

Em operação de reatores nucleares

No processo normal de operação de reatores nucleares (especialmente geradores), os produtos da fissão são gerenciados como resíduos da reação nuclear . No caso da França, eles devem ser colocados em depósitos geológicos profundos em Bure .

Avaliação hipotética de paládio e ródio formado por fissão

Como novos desenvolvimentos, de acordo com alguns participantes da indústria nuclear, a recuperação da totalidade ou de parte dos produtos da fissão poderia contribuir para a gestão dos resíduos radioativos. A radioatividade residual de longo prazo do repositório geológico seria assim reduzida, sem, no entanto, a radioatividade total ter mudado.

Entre os átomos formados por fissão (portanto, corpos com número atômico entre 70 e 150), apenas paládio e ródio parecem merecer exame. As outras substâncias formadas por fissão têm um valor de mercado muito baixo, como o metal prateado, que também é penalizado pela prata 110, um poderoso emissor gama.

Recuperação / extração de paládio de produtos de fissão

O custo muito alto do paládio poderia, portanto, tornar sua separação química e recuperação atraente:

a proporção em massa de paládio radioativo 107 no paládio produzido por fissão é da ordem de 15% dos outros isótopos estáveis formados (105, 106, 108 e 110). O paládio 107 emite um beta (puro) de 33 keV (apenas, é radiação beta “suave”), com um período de 6,5 Ma, portanto atividade moderada. O paládio 107 é, portanto, um radionuclídeo de baixa radiotoxicidade, a menos que seja ingerido. Essas características parecem compatíveis com usos industriais;
a quantidade dos vários isótopos de paládio produzidos por reatores nucleares pode ser aproximadamente estimada com base apenas nos rendimentos da fissão em 0,3% em massa de todos os produtos da fissão, ou seja, cerca de 180 kg de paládio por ano na França;
o preço do paládio ronda os 15 k € / kg (metade do preço do ouro). O volume de negócios seria, portanto, da ordem dos 2,5 milhões de euros / ano , mas sujeito às flutuações dos preços dos metais preciosos, tornando a operação a priori não lucrativa no caso da França;
no entanto, uma avaliação mais completa da quantidade de paládio presente nos PF, tendo em conta em particular as capturas de neutrões em operação, conduz a uma estimativa significativamente superior e a um volume de negócios superior a 10 M € / ano .

Recuperação / extração de ródio de produtos de fissão

O caso do ródio parece ser particularmente interessante; na verdade :

por um lado, o preço do ródio é muito alto: € 15.000 / kg ;
por outro lado, o ródio tem apenas três isótopos:
- ródio 103 que é estável,
- os dois isótopos radioativos que têm meia-vida curta.

Isso significa que o ródio, que é quimicamente separado do resto dos FPs, não é radioativo.

A quantidade de ródio é próxima a 1,1% em massa dos produtos da fissão, ou cerca de 660 kg de ródio produzidos a cada ano pelos 58 reatores franceses.

Em caso de acidente

Durante acidentes nucleares, como o desastre de Chernobyl ou Fukushima , ou o acidente de Tokaïmura , grandes quantidades de produtos da fissão podem ser liberados na atmosfera e na água. As operações de descontaminação consistem, então, na coleta do solo mais contaminado em sacos que são armazenados no local.

Notas e referências

Notas

Em alguns casos bastante raros, existem as chamadas fissões ternárias, nas quais três novos núcleos e não dois são formados. Tipicamente, 3 e formado átomo tem um baixo número de núcleos.
Por exemplo, estrôncio 94 ou criptônio 93.
Por exemplo, xenônio 140 ou bário 140.
Estritamente falando, para rendimentos de fissão de menos de 10 -7 , os corpos são formados em quantidades mínimas nos intervalos de 60 a 70 e 164 a 180 nucleons, e especialmente no caso de fissão de plutônio 239 .
A radioatividade de um corpo é geralmente considerada insignificante quando sua meia-vida é superior a um bilhão de anos.
Este isótopo alfa radioativo de neodímio encontrado no minério de urânio da mina Oklo no Gabão em proporção aumentada à composição isotópica do neodímio existente em outros lugares da Terra está na origem das evidências do funcionamento de reatores naturais .
Krypton 85 é uma descarga gasosa da planta de La Hague. Como tal, tem sido objeto de um grande número de estudos precisos e medições das quantidades produzidas pela fissão e liberadas. De acordo com os rendimentos da fissão, a quantidade de criptônio 85 inicialmente produzida durante as fissões é de aproximadamente 68.000 kg / ano × 0,7% (abundância de criptônio 85 em FP) × 85 (massa atômica de criptônio 85) / 116,8 (massa atômica média de FP) = 346 kg / ano . O registro das descargas gasosas após o tratamento não completa esta avaliação, porque a duração da permanência intermediária na piscina de resfriamento é de uma ordem comparável à sua meia-vida e deixa apenas uma fração significativamente reduzida da produção inicial.
O valor antigo de 65.000 anos de sua meia-vida foi recentemente "descartado" resultado de novas medições.
É formado pela captura de nêutrons de vestígios de impurezas de cloro presentes no combustível. A formação por fissão só poderia resultar de fissões ternárias e, além disso, apenas diretamente, uma vez que o decaimento beta de um núcleo de 36 núcleos em excesso de nêutrons leva ao enxofre 36 ou ao argônio estável 36.
O reator de transmutação parece ser difícil na maioria dos sete casos (dificuldade de separação química, produção de substâncias radioativas parasitas, etc.), mas é possível, no caso do tecnécio 99. O tecnécio 99 é uma parte importante por muito tempo. atividade de longo prazo devido à sua abundância entre os sete isótopos envolvidos e sua meia-vida mais curta do que a de outros corpos.
transmutação reduz as quantidades e a radiotoxicidade, mas não elimina a necessidade de armazenamento a longo prazo.
A título de comparação, a energia da radiação beta de potássio 40 presente no corpo humano é de 1300 a 1500 keV.

Referências

Produtos de fissão de curta duração , em laradioactivite.com
“Produtos de fissão de longa duração” , em laradioactivite.com
Folha de radionuclídeo: Selênio 79 e o meio ambiente , IRSN, 15 de outubro de 2002 [PDF]
" Podemos reciclar lixo nuclear?" » [PDF] , em Sortir du nuclear network ,janeiro de 2009(acessado em 21 de agosto de 2015 ) .

Apêndices

links externos

“Descargas e efluentes” , em laradioactivite.com
"Tratamento de resíduos" , empresa francesa de energia nuclear
Christian Bataille e Robert Galley, Gabinete Parlamentar de Avaliação de Desenvolvimento Científico e escolhas tecnológicas , O ciclo nuclear final ( "Relatório Battle") ( n o 612) 1997-1998 ( lido online )