海军工程大学核能科学与工程系
4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.3 结构材料和腐蚀产物的活化
3.结构材料原子核的活化
如能量为2.5MeV的中子与结构材料作用时，很容易形 成 58Co；在以不锈钢材料为主的反应堆中，结构材料原 子核活化形成的放射性核素主要是54Mn，58Co和60Co。
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半衰期
27.8天
生成反应
50Cr(n,γ)51Cr 58Fe(n,γ)59Fe
71天 314天
45天 65天
54Mn
54Fe(n，p)54Mn
95Zr
94Zr(n,γ)95Zr
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4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.3 结构材料和腐蚀产物的活化
2.沉积物的活化 由沉积物活化产生的放射性与沉积物增长速度成正比。 而影响核素和腐蚀产物沉积的因素有： ①溶解度：溶解度越小，核素的沉积越厉害。稀土元 素和Zr等裂变产物最易沉积。 ②金属表面状况：裂变产物在不锈钢表面的沉积率较 在碳钢表面的高、在未氧化表面的沉积率又比在氧化表 面高。 ③冷却剂的温度和pH。
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4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.2 燃料元件中裂变产物的释放
1.裂变产物在氧化物燃料中的状态 裂变产物的存在状态及其挥发性决定了其从燃料中释 放的速率。一般说来： 具有最大挥发性而又不和任何元素化合的惰性气体的 释放速度最大； 碱金属和卤素由于氧化物不稳定且元素态的蒸气压较 高，故具有较高的释放速率； 其它的元素的释放速率取决于其元素态或氧化态挥发 性以及形成氧化物的自由能的大小。
4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.2 燃料元件中裂变产物的释放
2.裂变产物从燃料中逸出 （2）扩散
800℃以上时，扩散是裂变核释放的主导因素。稳定、 长寿命的裂变产物主要通过扩散从燃料中逸出。 缺陷阱迁移模型：裂变产物进入燃料缺陷（原有的 或反冲核造成的）或烧结时生成的密闭孔中，这些缺陷 或孔称为捕阱，进入捕阱的裂变气体可以从这些捕阱中 逸出。
18O(n，γ)19O；18O(p，n)18F； 2H(n，γ)3H

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4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.1 冷却剂及其中杂质和添加物的活化
添加剂的核反应 可溶性中子吸收剂的核反应：10B(n，2α )3H
pH调节剂的核反应：6Li(n，α )3H
杂质的活化 随补水或首次充满反应堆的水带入的杂质的活化。
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4.2 水溶液中裂变产物
4.2.2 惰性气体裂变产物
冷却剂中主要的惰性气体裂变产物为长半衰期的85Kr （T1/2=10.8年）和半衰期较长的133Xe（T1/2=5.27年）。溶 解在冷却剂中的惰性气体不与其它物质相互作用，对器壁 也没有吸附作用。当系统中有自由液面存在时，惰性气体 会从冷却剂中缓慢逸出。
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4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.2 燃料元件中裂变产物的释放
3.裂变产物从燃料包壳缺陷的释放
dN L rN f N L K d N L dt
Nf、NL——燃料和冷却剂中的核素数目； λ——衰变常数； Kd——核素在冷却剂中的减少率（核素在离子交换剂上的吸附、 设备表面的沉积或泄漏等引起的减少）； r——逃逸率系数，定义为单位时间内裂片核由燃料包壳缺陷中 释放出来的份额，单位为1/s。
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4.1.2 燃料元件中裂变产物的释放
2.裂变产物从燃料中逸出 （1）裂变反冲
自身释放：靠近燃料表面的反冲核藉 助本身的反冲能量脱离燃料基体。
击穿释放：燃料深处的反冲核使晶 体破坏，将晶格中残存的挥发性裂变产 物带出。
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4.1.2 燃料元件中裂变产物的释放
2.裂变产物从燃料中逸出 （3）短半衰期核素的逸出 短半衰期核素可能在到达燃料表面之前就已经衰变 成了其它元素。半衰期约短，逸出率越小。但由于短半 衰期核素所站的放射性份额较大，因此估算期逸出率具 有重要意义。 实验证明：扩散系数相同的挥发性核素的逸出率与 衰变常数的平方根成反比。
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4.2 水溶液中裂变产物
4.2.3 其它裂变产物
裂变产物的衰变。 裂变产物的净化去除。
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惰性气体裂变产物 核素
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4.1.3 结构材料和腐蚀产物的活化
1.腐蚀产物的活化 由腐蚀产生的产物被活化后转移到冷却剂中而导致冷
却剂放射性增加。
核素
60Co 58Co
半衰期
5.28年
生成反应
59Co(n,γ)60Co 58Ni(n，p)58Co
核素
51Cr 59Fe
4.1 压水堆放射性物质的来源
冷却剂及其中杂质和添加物的活化
燃料元件中裂变产物的释放 结构材料和腐蚀产物的活化
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4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.1 冷却剂及其中杂质和添加物的活化
冷却剂自身的核反应
16O(n，p)16N； 16O(p，α)13N；17O(n，p)17N；
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4.1 压水堆放射性物质的来源
4.1.2 燃料元件中裂变产物的释放
3.裂变产物从燃料包壳缺陷的释放 影响裂变产物释放的因素主要有两个方面： （1）元件破损数量和元件破损程度。 元件破损数量越多和破损程度越严重，裂变产物释放越 厉害。 （2）堆功率，即与燃料温度有关。 温度引起裂变产物的扩散速度。在温度变化过程中，穿 过包壳缺陷进入的水分又夹带裂变产物返回冷却剂中。
4.2 水溶液中裂变产物
4.2.1 水溶液中的放射性碘
放 射 防 护 规 定 ： 131I 在 露 天 水 源 中 的 限 制 浓 度 为
6×10-10Ci/L ，在放射性工作场所空气中的最大允许
浓度为9×10-12Ci/L。 碘在气液两相间的分配与溶液的 pH 、碘的浓度、碘 的形态（有机碘的挥发要比元素碘大得多）和溶液 温度等有关。