核分裂生成物収量

核分裂により、ウランやプルトニウムなどの重い原子核が2 つの軽い原子核に分裂します。この原子核は核分裂生成物と呼ばれます。収量とは、1 回の核分裂で生成される核分裂生成物の割合を指します。

利回りは次のように分類できます。

個々の同位体
質量数は異なるが原子番号は同じである複数の同位体にわたる化学元素。
原子番号に関係なく、与えられた質量数の原子核。ベータ崩壊の崩壊系列を表すため、「連鎖収量」として知られています。

同位体と元素の収率は、核分裂生成物がベータ崩壊するにつれて変化しますが、連鎖収率は、少数の中性子過剰初期核分裂生成物（遅延中性子）による中性子放出の完了後は変化せず、半減期は数秒単位で測定されます。

いくつかの同位体は核分裂によって直接生成できますが、ベータ崩壊では生成できません。これは、原子番号が 1 少ない前駆体は安定しており、崩壊しないためです (ベータ崩壊中に原子番号が 1 増加します)。連鎖収率はこれらの「影」同位体を考慮しませんが、元の重い原子核に比べて中性子の豊富さがはるかに少ないため、収率は非常に低くなります (一般的な核分裂生成物の 100 万分の 1 未満)。

収率は、通常、核分裂あたりのパーセンテージで表され、合計収率のパーセンテージは 200% になります。まれに、すべての核分裂生成物のパーセンテージで表され、パーセンテージの合計が 100% になることもあります。核分裂の約 0.2～0.4% を占める三元核分裂でも、ヘリウム 4 (90%) やトリチウム(7%)などの 3 番目の軽い原子核が生成されます。

質量対利回り曲線

現在の原子力発電所で一般的に使用されている 2 つの核種の組み合わせである U-235、Pu-239、およびトリウム燃料サイクルで使用される U-233 の熱中性子核分裂による質量による核分裂生成物収率

核分裂生成物の質量またはモル収率と破片の原子番号のグラフを描くと、ジルコニウムからパラジウムまでの領域とキセノンからネオジムまでの領域に2つのピークが見られます。これは、核分裂によって原子核が非対称に分裂するためです。^[1]魔法数に近い原子核ほど安定します。^[2]

収量対 Z - これはウランの核分裂の典型的な分布です。このグラフを作成するために使用された計算では、核分裂生成物の活性化は無視され、核分裂は一定時間ではなく一瞬で起こると想定されていることに注意してください。この棒グラフでは、さまざまな冷却時間 (核分裂後の時間) の結果が示されています。

陽子および/または中性子の数が偶数である原子核は安定しているため、元素に対する収量の曲線は滑らかな曲線にはなりません。曲線は交互に変化する傾向があります。

一般に、核分裂を起こす状態のエネルギーが高いほど、対称核分裂の可能性が高くなるため、中性子エネルギーが増加するか、または核分裂性原子のエネルギーが増加すると、2 つのピークの間の谷はより浅くなります。たとえば、中性子が熱中性子である場合、 Pu-239の収量対質量曲線はU-235で観測されるものよりも谷が浅くなります^。後期アクチニドの核分裂の曲線は、さらに浅い谷を形成する傾向があります。259 Fm などの極端なケースでは、1 つのピークしか見られません。

収量は通常、核分裂生成物核の数ではなく、核分裂核の数に対して相対的に表されます。つまり、収量の合計は 200% になる必要があります。

次のセクション（「収量順」）の表には、[1] [ permanent dead link ‍ ] から計算された、ウラン235（原子力発電所で一般的）の熱中性子核分裂から生じる、注目すべき放射性（半減期が1年以上、およびヨウ素131）核分裂生成物と^（^最も吸収性の高い少数の^）中性子毒核分裂生成物の収量を示します。

表の収量の合計はわずか 45.5522% で、半減期が 1 年を超える 34.8401% が含まれています。

残りと記載されていない 54.4478% は半減期が 1 年未満で非放射性原子核に崩壊します。

これは、その後の中性子捕獲の影響を考慮する前のものです。例:

¹³⁵ Xeは中性子を捕獲してほぼ安定した¹³⁶ Xeになり、半減期が230万年の放射性物質である¹³⁵ Csに崩壊することはない。
非放射性の¹³³ Csが中性子を捕らえて放射性の¹³⁴ Csになり、半減期は2年です。
¹⁴⁷ Pm、¹⁴⁹ Sm、¹⁵¹ Sm、¹⁵⁵ Euなど、質量が 147 以上の核分裂生成物の多くは、中性子捕獲断面積が大きいため、1 つの重い核分裂生成物原子は、連続して複数の中性子捕獲を受ける可能性があります。

核分裂生成物の他に、他の種類の放射性生成物は

²³⁸ Pu、²³⁹ Pu、²⁴⁰ Pu、²⁴¹ Pu、²⁴² Puを含むプルトニウム、
マイナーアクチニドには、 ²³⁷ Np、²⁴¹ Am、²⁴³ Am、キュリウム同位体、そしておそらくカリホルニウムが含まれる。
²³⁶ Uおよびその他の同位元素を含む再処理ウラン
トリチウム
原子炉や爆弾の構造、あるいは環境による中性子捕獲の放射化生成物

U-235からの核分裂生成物

累積核分裂収量

累積核分裂収率は、核分裂で直接生成された核種、または他の核種の崩壊によって生成された核種の量を示します。

質量数順

崩壊は、たとえ長時間にわたるものであっても、安定した核種にまで及ぶ。

半減期が 1 世紀を超える崩壊には 1 つのアスタリスク (*) が付けられ、半減期が 1 億年を超える崩壊には 2 つのアスタリスク (**) が付けられます。

半減期、崩壊モード、分岐率

^ β ⁻崩壊分岐は Kr-85m に対して 0.9982 ± 0.0002、Kr-85 に対して 0.0018 ± 0.0002 である。
^ ENSDF分岐率：ITでは0.944 ± 0.007、β−では0.056 ± 0.007 ^。
^ β ⁻ 0.0288 ± 0.0002のXe-133mへの崩壊分岐。
^ 分岐率はENSDFデータベースから平均化されました。
^ 分岐率はENSDFデータベースから採用されました。
^ ab 分岐率はLNHBデータから採用されました。

熱中性子吸収断面積順

参考文献

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外部リンク

保障措置のための核データハンドブック: データベース拡張、2008 年 8 月
核種のライブチャート - IAEA核種をクリックすると、核種の収量のカラーマップと詳細データが表示されます。

[11] β ⁻崩壊分岐は Kr-85m に対して 0.9982 ± 0.0002、Kr-85 に対して 0.0018 ± 0.0002 である。

[15] ENSDF分岐率：ITでは0.944 ± 0.007、β−では0.056 ± 0.007 ^。

[16] β ⁻ 0.0288 ± 0.0002のXe-133mへの崩壊分岐。

[17] 分岐率はENSDFデータベースから平均化されました。

[18] 分岐率はENSDFデータベースから採用されました。

[LNHBadopted-19] 分岐率はLNHBデータから採用されました。

[5] "fissionyield". 2007年5月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年6月10日閲覧。

[NatureMagicNumbers-6] Möller, P; Madland, DG; Sierk, AJ; Iwamoto, A (2001 年 2 月 15 日). 「5 次元変形空間における核分裂モードとフラグメント質量非対称性」. Nature . 409 (6822): 785–790. Bibcode :2001Natur.409..785M. doi :10.1038/35057204. PMID 11236985. S2CID 9754793.

[7] Purkayastha, BC、GR Martin。「ウランの自然核分裂および中性子誘起核分裂における129Iの収量」Canadian Journal of Chemistry 34.3 (1956): 293-300。

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[LNHB-13] Laboratoire National Henri Becquerel、推奨データ、http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm Archived 2021-02-13 at the Wayback Machine、2006年1月16日。

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