核燃料及核放射性主要術語解析

核燃料及核放射性主要術語解析
www.chinaequip.gov.cn	2011-05-05 來源： 國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司

一、核燃料     核燃料是指在核反應堆中通過裂變放出大量熱量的材料，1千克鈾235完全裂變時產生的能量約相當于2500噸煤。鈾、钚、釷、MOX等都可以作為核燃料。     鈾在自然界中有三種同位素存在，分別是鈾238、鈾235和鈾234，這三種同位素占天然鈾的比例分別99.284%、0.711%和0.0054%，此外，鈾還有12種人工同位素（鈾226-鈾240）。從全球范圍來看，現(xiàn)階段正在運行的核反應堆主要以鈾235為燃料，一般核燃料中鈾的純度為3%。鈾的半衰期較長，例如鈾238的半衰期為45億年，因此，許多放射物質與鈾伴生。鈾能放射出α、β和γ三種射線，對人體有嚴重危害。     钚是一種具放射性的錒系金屬，具有高度易裂變性。易裂變性是指同位素的原子核受到中子撞擊后，能夠產生核分裂，并釋放出足以支持核連鎖反應、進一步促使原子核分裂的中子。目前快堆即是以钚239為燃料。钚239產生裂變反應時放出來的快中子，被鈾238吸收，再變成钚239，而且再生速度高于消耗速度，核燃料會越燒越多，快速增殖。國際原子能機構提供的數(shù)據(jù)顯示，發(fā)展快堆可以將鈾資源利用率提高到60%～70%，但這一技術目前還處于研究階段。     釷吸收中子后可以轉換為易裂變的鈾，它在地殼中的儲量很豐富，所能提供的能量相當于鈾、煤和石油全部儲量的總和。釷的熔點較高，直至1400℃才發(fā)生相變，且相變前后均為各向同性結構，所以輻照穩(wěn)定性較好。在熱中子反應堆中利用釷-鈾循環(huán)可得到接近1：1轉換比，但這種循環(huán)技術復雜，乏燃料后處理困難。     MOX（鈾钚混合氧化物燃料）是通過“燃燒”乏燃料中存留的钚以提供能源和發(fā)電的一種途徑，是氧化钚與氧化鈾的混合燃料。钚在自然界不存在，反應堆乏燃料中存留有約1%的钚。乏燃料中的钚分離出來與貧化鈾混合就可形成新的MOX燃料。MOX優(yōu)勢是增加少量钚，就可提高燃料中易裂變物質濃度，而將鈾濃縮至高水平的鈾235則相對昂貴。但從乏燃料中提取钚239的技術可用來制造核武器，增加了核擴散風險。當前各國所用核燃料的20%為MOX，主要集中在歐洲、日本。     二、放射性元素     放射性元素是指這些元素的原子核不穩(wěn)定，在自然狀態(tài)下不斷進行衰變，同時放射出α、β、γ三種射線。放射性元素按一定的衰變方式進行衰變，且衰變速率也是一定的。某種放射性同位素衰變掉一半所需要的時間，稱為半衰期。對人類影響來看，帶正電荷的α射線是造成對人體內照射危害的主要射線；帶負電荷的β射線能引起細胞化學平衡的改變，造成癌變等；不帶電荷的γ射線是造成人體外照射傷害的主要射線。核電乏燃料中具有較長壽命的放射性元素主要有鈾、鍶、銫、碘、錒系核素等（鈾的放射性見第一部分）。     鍶是鈾235的裂變產物，鍶89半衰期約為50天，鍶90半衰期約29年，一般來自核爆炸或核燃料產物，擴散性不強，一般只停留在核電站50公里內，一些微小的放射性灰塵能懸浮在大氣中。鍶的屬性類似于鈣，容易被人體骨髓吸收，會持續(xù)釋放出比γ射線更危險的β射線，造成內部過量輻射，誘發(fā)骨癌、白血病等疾病。     銫是核爆料和反應堆運行產生的主要裂變產物。銫137的半衰期大約30年左右，可能會引起急性放射病癥，例如：惡心、疲倦、嘔吐及毛發(fā)脫落等，甚至可以引致死亡，進入人體后會積聚在肌肉組織中，并有可能增加患癌癥的風險。人體攝入量小于0.25戈瑞（Gy）屬于安全范圍；超過此值會導致造血系統(tǒng)、神經系統(tǒng)損傷，非正常生育乃至絕育；人體攝入量超過6戈瑞能夠致人死亡。     碘131是元素碘的一種放射性同位素，為人工放射性核素（核裂變產物），半衰期為8.3天。碘131在放射性工作場所的空氣和水源中的最大容許濃度分別為0.33和22貝克勒爾/升，可用于治療甲狀腺功能亢進癥，攝入過量可能引起乏力、食欲減退、惡心等反應。在放射性碘污染事故時，立即服用穩(wěn)定性碘制劑，含穩(wěn)定性碘的化合物可阻止吸入血液的放射性碘進入甲狀腺，減少放射性碘在甲狀腺的吸收與蓄積，提高其排出速率，減少甲狀腺吸收劑量。     錒系核素的毒性和輻射（特別是吸入人體內的α射線）危害較大。對核電站廢物的潛在生物危害性分析表明，核電站廢物的遠期風險主要決定于237Np，241Am，242mAm，243Am，243Cm，244Cm及245Cm等少數(shù)錒系核素，如何妥善處置具有很強放射性毒性和很長放射性半衰期的少數(shù)錒系核素將是一個關系到核能能否大規(guī)模發(fā)展的緊要問題。目前含錒系核素的乏燃料處理方式一是封存，二是后處理。     三、輻射劑量單位     射線與物質發(fā)生作用的程度常用劑量表達，稱輻射劑量。目前使用比較廣泛的輻射劑量單位主要有放射性活度（貝克勒爾）、吸收劑量（戈瑞）、劑量當量（西弗）和照射劑量（庫侖）等。     放射性活度是放射性物質的固有屬性，指放射性元素或同位素每秒衰變的原子數(shù)，用來描述放射源的放射強度。放射性活度用符號A表示，單位為貝克勒爾，符號為Bq。常用到的放射性比活度表示單位質量某種物質的放射性活度，單位是Bq/L（貝克勒爾/升）或Bq/Kg（貝克勒爾/千克）。     吸收劑量是單位質量物質受輻射后吸收輻射的能量，用符號D表示，其國際單位是戈瑞，符號為Gy，1Gy＝1J/Kg。吸收劑量曾用單位是拉德（rad），1rad＝0.01Gy。     劑量當量是指組織中某點處吸收劑量、輻射品質因子和其他一切修正因子的乘積，用符號H表示，其單位是西弗（Sv）。1Sv＝1J/kg，1mSv（毫希）=0.001Sv，1μSv（微希）=0.001mS。劑量當量曾用單位是雷姆（rem），1rem＝0.01Sv。人體每年可接受天然輻射的有效劑量全球平均約為2.4毫希。當輻射劑量低于100毫希時，醫(yī)學上觀察不到明顯組織損傷；當劑量超過4000毫希，有50%的死亡率；當劑量超過6000毫希，則可能致命。     照射劑量指射線對人體的照射能量值，用來度量X射線或γ射線在空氣中電離能力。照射劑量的國際單位是c/kg（庫侖/千克），曾用單位R（倫琴），1R=2.58×10-4c/kg。照射劑量率是指單位時間內的照射量，單位是c/（kg.s）或R/h。 （國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司）