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據顯示，發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℃才發生相變，且相變前后均為各向同性結構，所以輻照穩定性較好。在熱中子反應堆中利用釷-鈾循環可得到接近1：1轉換比，但這種循環技術復雜，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定，在自然狀態下不斷進行衰變，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，會持續釋放出比γ射線更危險的β射線，造成內部過量輻射，誘發骨癌、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、神經系統損傷，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，立即服用穩定性碘制劑，含穩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錒系核素將是一個關系到核能能否大規模發展的緊要問題。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，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。 （國家能源局能源節約和科技裝備司）