„Spaltprodukt“ – Versionsunterschied

[[Datei:Fission product-en.svg|miniatur|rechts|Spaltung durch thermische Neutronen: Schematische Häufigkeitsverteilung der Spaltprodukte (senkrecht) als Funktion der Spaltprodukt-[[Massenzahl]] ''A'' (waagerecht). Da vorzugsweise zwei Spaltstücke verschiedener Massenzahl entstehen, hat die Kurve zwei [[Peak]]s („Höcker“).]]

[[FileDatei:Actinidesvsfissionproducts uncomp DE.png|miniatur|Einige [[ActinideActinoide]] und ihre wichtigsten Spaltprodukte. Die durch thermische Neutronen gut spaltbaren ActinideActinoide sind '''Fettfett''' geschrieben. Die Isotope sind nach der Zugehörigkeit zurzu [[Zerfallsreihe]]n und/oder [[Halbwertszeit|HWZ]] sortiert.]]

Die unmittelbar entstehenden (sog. ''primären'') Spaltprodukt-Atomkerne oder ''Spaltfragmente'' besitzenhaben einen hohen [[Neutronenüberschuss]]; sie sind daher instabil ([[Radioaktivität|radioaktiv]]) und wandeln sich durch aufeinander folgende [[Betazerfall|Beta-Minus-Zerfälle]] in andere Atomkerne um. Da beim Betazerfall die Massenzahl des Atomkerns gleich bleibt, bilden die nacheinander entstehenden Nuklide sogenannte [[Isobar (Kernphysik)|Isobarenkette]]n. Jede dieser Zerfallsketten setzt sich fort bis zu einem stabilen Nuklid. Im Wesentlichen handelt es sich bei diesen Endprodukten der Kernspaltung um Metalle mit Massenzahlen um 90 (im [[Periodensystem]] von Zirkon bis Palladium) und einige Elemente mit Massenzahlen um 140 (Tellur bis Samarium; mit Ausnahme von Tellur, Iod und Xenon ebenfalls Metalle).

Einige Spaltprodukte haben erheblichen Einfluss auf die Funktionsweise eines Kernreaktors. Insbesondere sind dies Spaltprodukte, die Neutronen erst verzögert freisetzen und es überhauptdeutlich erst ermöglichenerleichtern, einen Reaktor zu [[Kritikalität|regeln]], sowie Nuklide, die Neutronen stark [[Neutronengift|absorbieren]], insbesondere [[Xenonvergiftung|¹³⁵Xe]].

Genaue Zahlenwerte für die Ausbeute der verschiedenen Isobarenketten bei der Spaltung sind in einer Datensammlung der Internationalen Atomenergieorganisation angegeben.<ref>[httphttps://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c1.htm Datensammlung der Internationalen Atomenergieorganisation]</ref>

:<math>\mathrm{^{133}_{\ 52}Te\ \xrightarrow [12{12,}5} \ {\ ,min}]{\beta^{-}} \ {}^{133}_{\ 53}I\ \xrightarrow [20{20,}8} \ {\ ,h}]{\beta^{-}} \ {}^{133}_{\ 54}Xe\ \xrightarrow [5{5,}243} \ {\ ,d}]{\beta^{-}} \ {}^{133}_{\ 55}Cs } </math>

:<math>\mathrm{^{101}_{\ 40}Zr\ \xrightarrow [2{2,}3} \ {\ ,s}]{\beta^{-}} \ ^{101}_{\ 41}Nb\ \xrightarrow [7{7,}1} \ {\ ,s}]{\beta^{-}} \ {}^{101}_{\ 42}Mo\ \xrightarrow [14{14,}61} \ {\ ,min}]{\beta^{-}} \ {}^{101}_{\ 43}Tc\ \xrightarrow [14{14,}22} \ {\ ,min}]{\beta^{-}} \ ^{101}_{\ 44}Ru } </math>

Durch mehrfachen Betazerfall entstehen die stabilen Endprodukte Ru-101 und Cs-133.

Die bei der Spaltung frei gewordenen Neutronen – im Beispiel zwei – werden durch Stöße mit Atomkernen der umgebenden Materie abgebremst und schließlich absorbiert, d. h. in einer [[Kernreaktion]] (meist einem [[Neutroneneinfang]]) "verbraucht"„verbraucht“.

Die häufigsten Spaltprodukte aus [[Leichtwasserreaktor]]en sind [[Isotop]]e von Iod, Cäsium, Strontium, Xenon und [[Barium]]. Viele Spaltprodukte zerfallen schnell in stabile Nuklide, aber ein bedeutender Rest hat Halbwertszeiten von mehr als einem Tag, bis hin zu Millionen Jahren. Einige Nuklide mit kurzen bis mittleren Halbwertszeiten finden in der Medizin oder Industrie Verwendung. Bemerkenswert ist, dass kein einziges der bei der Kernspaltung entstehenden Nuklide eine Halbwertszeit zwischen 100 und 200.000 Jahren hat. Diese Lücke führt dazu, dass die Gesamtaktivität des Gemischs der Spaltprodukte in den ersten Jahrhunderten noch deutlich zurückgeht, im Wesentlichen bis das in diesem Zeitraum dominierende Isotop ¹³⁷Cs zerfallen ist. Danach bleibt die Restaktivität (die freilich um Größenordnungen geringer ist als die Aktivität der kürzerlebigen Nuklide) über historische Zeiträume (viele Jahrtausende) praktisch unverändert. In abgebrannten Brennstäben finden sich allerdings neben den Spaltprodukten auch [[Transurane]], die diese "Lücke"„Lücke“ in den Halbwertszeiten schließen.

Radioaktives [[Krypton]] entsteht in geringen Mengen in Kernreaktoren. Während einer [[Wiederaufarbeitung]] abgebrannten Spaltmaterials, etwa zur Extraktion von Plutonium und verbleibendem Uran, wird das relativ langlebige Kryptonisotop ⁸⁵Kr (Halbwertszeit 10,756 Jahre) freigesetzt und entweicht in die Atmosphäre. Die Menge an radioaktivem Krypton in der Erdatmosphäre gibt daher einen Anhaltspunkt über die Menge an bearbeitetem Spaltmaterial. Die Differenz zwischen dem aus bekannten Bearbeitungen entstandenen und gemessenem Krypton erlaubt es, die Menge geheim gehaltener Bearbeitungen (gewöhnlich zur Herstellung von [[AtomwaffenKernwaffe]]n) abzuschätzen.

Da [[Strontium]] biologisch ähnlich wie [[Calcium]] wirkt, ist das radioaktive Strontiumisotop ⁹⁰Sr eines der potentiell gesundheitsschädlichsten Spaltprodukte, denn es lagert sich nach Aufnahme in den Organismus in den Knochen ab und verbleibt bis zu seinem Zerfall im Körper. Da die Halbwertszeit etwa 30 Jahre beträgt, trägt man das Strontium für den Rest des Lebens in sich. Das eigentlich Gefährliche am ⁹⁰Sr ist das Tochternuklid ⁹⁰Y, das ebenfalls zerfällt, wobei seine Betastrahlung die vierfache Energie derjenigen des ⁹⁰Sr aufweist.

Die bevorzugte Aufnahme von Strontium in die Knochen wird bei [[Knochenkrebs]] therapeutisch oder [[Palliation|palliativ]] genutzt: Durch die bevorzugte Einlagerung im Knochen kann Strontium ⁸⁹Sr (Halbwertszeit 50,5 Tage) zur Bekämpfung von [[Tochtertumor|Tochtertumoren]]en eingesetzt werden.

Bei der Kernspaltung entstehen in unterschiedlichen Mengen die [[Iod]]-Isotope ¹²⁷I (0,12 % aller Spaltungen bei der Spaltung von ²³⁵U in einem thermischen Reaktor<ref>[httphttps://atom.kaeri.re.kr/tonnuchart/nuc6.html Nuklidtabelle], [[Nuklidkarte]]</ref>), ¹²⁹I (0,7 %) und ¹³¹I (2,9 %). ¹²⁷Iod ist nicht radioaktiv (natürliches Iod besteht ausschließlich aus¹²⁷I); ¹²⁹Iod ist wegen seiner langen Halbwertszeit (15,7 Mio. Jahre) nur schwach radioaktiv. Eine besondere Gefahr geht hingegen von ¹³¹I aus, da Iod aufgrund seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften in der Umwelt sehr mobil ist – es wird auch bei einem Unfall besonders leicht freigesetzt – und zudem als essentielles Spurenelement vom menschlichen Organismus aktiv aufgenommen wird. Vor allem die [[Schilddrüse]] enthält hohe Konzentrationen an Iod.

* J. Hala, J. D. Navratil: ''Radioactivity, Ionizing Radiation and Nuclear Energy.'' Konvoj, Brno 2003. ISBN 80-7302-053-X.