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ヨウ素129（129I）は、自然界にも存在する長寿命の放射性同位体であるが、人工核分裂生成物として、放射性汚染物質となる可能性を秘めているため、より注目されている。しかし、その長い半減期と相まって、ヨウ素129は、その生成とは無関係な環境プロセスを追跡するためのトレーサーとしても利用できる。
129Iは、7つの長寿命核分裂生成物の1つです。これは主に原子炉内でのウランとプルトニウムの核分裂によって生成されます。 1950年代と1960年代の核兵器実験、原子炉事故、そして何よりも使用済み核燃料の（軍事用と民間用両方の）再処理によって、かなりの量が大気中に放出されました。[ 3 ]
また、天然ウランの自発的核分裂、大気中の微量のキセノンの宇宙線による核破砕、および宇宙線ミューオンがテルル-130に衝突することによって、少量ながら自然に生成される。[ 4 ] [ 5 ]
129 I は半減期1614 万年で崩壊し、低エネルギーのベータ線とガンマ線を放出して安定なキセノン 129 ( 129 Xe) になる。[ 6 ]
129Iは、かなりの量で生成される7つの長寿命核分裂生成物の1つです。その収率は235Uの核分裂あたり0.706%です。[ 7 ] 131Iなどの他のヨウ素同位体の割合は高くなりますが、これらはすべて半減期が短いため、冷却された使用済み核燃料中のヨウ素は約5/6が129I 、1/6が唯一の安定ヨウ素同位体である127Iで構成されています。
ヨウ素129は寿命が長く、環境中での移動性も比較的高いため、使用済み核燃料の長期管理において特に重要です。未処理の使用済み燃料を地層処分する深地層処分場においては、ヨウ素129は崩壊する前に処分場から漏出する可能性があるため、超長期的な懸念事項として最も重要視される放射性核種です。
129Iは中性子吸収断面積が30バーンと控えめであり[ 8 ]、同じ元素の他の同位体によって比較的希釈されていないため、中性子による再照射[ 9 ]またはガンマ線照射[ 10 ]による核変換による処分が研究されている。
使用済み燃料に含まれる129Iの大部分は、再処理中に使用済み燃料が最初に細かく砕かれ、沸騰硝酸に溶解されるときに気相に放出されます。[ 3 ]少なくとも民生用再処理プラントでは、排気が環境に放出される前に、特殊なスクラバーが吸着によってヨウ素の 99.5% (またはそれ以上) を保持することになっています。[ 3 ]しかし、北東部放射線保健研究所 (NERHL) は、ニューヨーク州西部でNuclear Fuel Services, Inc. (NFS)が運営していた米国初の民生用再処理プラントでの測定中に、「溶解した燃料から利用可能な129Iの総量の 5 ～ 10% 」が排気スタックに放出されていることを発見しました。[ 3 ]さらに、同研究所は「これらの値は予測出力 (表 1) よりも大きい。これは、監視対象の溶解サイクル中にヨウ素スクラバーが稼働していなかったため、予想されたことである」と述べています。[ 3 ]
北東部放射線保健研究所は、測定システムの限界により、実際の129Iの放出量はさらに高かった可能性があると述べています。「煙突とサンプラー間の配管やダクトで[ 129I ] の損失 [吸着による] が起こった可能性が高い」ためです。 [ 3 ]さらに、NERHL が使用したサンプル採取システムには、ヨウ素トラップの前にガスサンプルのトリチウム含有量を測定するためのバブラートラップがありました。NERHL はサンプルを採取した後になって初めて、「バブラートラップが採取した129Iの 60 ～ 90% を保持していた」ことを発見しました。[ 3 ] NERHL は次のように結論付けました。「イオン交換器の上流に配置されたバブラーは、イオン交換サンプラーに到達する前に、ガス状の129Iの大部分を除去しました。バブラーのヨウ素除去能力は予想されていましたが、実際に発生した規模は予想外でした。」 「溶解燃料から利用可能な全129Iの5〜10％ 」 [ 3 ]が放出されたという記録は、これら2つの測定上の欠陥については修正されていません。
使用済み燃料からプルトニウムを軍事的に分離した際にも、129Iが大気中に放出された。「ハンフォードの分離プラントの煙突からは、操業開始後最初の3年間で68万5000キュリー以上のヨウ素131が放出された。」[ 11 ] 129Iと131Iは物理的および化学的性質が非常に似ており、ハンフォードでは同位体分離が行われなかったため、マンハッタン計画中に129Iも大量に放出されたに違いない。ハンフォードでは、わずか数か月前に原子炉で照射された「ホット」燃料を再処理していたため、放出された半減期がわずか8日の短寿命131Iの放射能は、長寿命129Iの放射能よりもはるかに高かった。しかし、マンハッタン計画中に放出された131Iは現在までにすべて崩壊しているのに対し、 129Iの99.999%以上は依然として環境中に存在している。
ベルン大学がアルプス山脈のフィッシャーホルン氷河（標高3950m）で取得した氷のボーリング孔データによると、129Iの沈着率（図では実線で示されている）は時間とともにやや着実に増加している。特に、1983年と1984年に得られた最高値は、1961年の大気圏核実験期間中に測定された最大値の約6倍である。大気圏核実験の終了後にこの急激な増加が見られたことから、それ以降、核燃料の再処理が大気中のヨウ素129の主な発生源となっていることがわかる。これらの測定は1986年まで続いた。[ 12 ]
129Iは、実用的な目的で意図的に生成されるものではありません。しかし、その長い半減期と環境中での比較的高い移動性により、さまざまな年代測定用途に利用されています。これには、存在する天然の129I（またはその崩壊生成物である129Xe）の量に基づいて古い地下水を特定することや、1960年代以降の人為的な129Iレベルの増加によって新しい地下水を特定することなどが含まれます。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
1960年、物理学者のジョン・H・レイノルズは、特定の隕石に129キセノンの過剰という同位体異常が存在することを発見した。彼は、これは長期間崩壊した放射性同位体129ヨウ素の崩壊生成物であると推測した。この同位体は、自然界では超新星爆発でのみ大量に生成される。129ヨウ素の半減期は天文学的に見て比較的短いため、これは超新星爆発から隕石が固化して129ヨウ素を閉じ込めるまでの時間が短かったことを示している。これらの2つの出来事（超新星爆発とガス雲の固化）は、太陽系の初期の歴史の中で起こったと推測されている。129ヨウ素同位体は太陽系が形成される前に生成された可能性が高いが、それほど前ではなく、太陽ガス雲の同位体に別の供給源からの同位体をもたらしたと考えられる。この超新星源は、太陽ガス雲の崩壊も引き起こした可能性がある。[ 16 ] [ 17 ]