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日获取锆93核散裂反应基础数据

2017-09-13 10:01 来源:科技日报

  一个由日本九州大学、理化学研究所等机构49位科学家组成的联合研究小组,利用重离子加速器“RI射束工厂”(RIBF),提取放射性核素锆93(93Zr,原子序号40、质量数93、半衰期153万年)的不稳定核束,首次成功获取了其核散裂反应的基础数据。他们所采用的核转变新方法有助于降低核废料放射性并实现资源回收再利用。

  核电站等产生的放射性核废料处理是世界性难题。这些放射性核素可分为铀燃料中子俘获生成的“次锕系元素”和铀核裂变生成的“裂变产物”两大类别。次锕系元素经过多年研究已积累了基础和系统性的反应数据,而裂变产物的相关反应数据几乎没有掌握,导致降低其放射性的基础技术停滞不前。

  此次,研究小组选择裂变产物锆93进行试验。锆合金被用于燃料棒被覆管,而锆氧化物常用作燃料电池及氧气传感器的材料。在核燃料燃耗的能量为33千兆瓦的情况下,1吨核废料中含有3.4公斤锆,其中约30%(约1公斤)为锆93,其他剩余的锆同位素(锆90、锆91、锆92、锆94、锆96)可作为资源回收利用。而为降低提取出的锆93放射性,需要对其进行核转变。

  研究小组把提取的锆93作为高速射束撞击质子和氘核,观察锆93核散裂反应。结果发现,具有153万年半衰期的锆93生成的核素,稳定核素约39%,半衰期1年以下的核素约57%,半衰期1年至30年约为0.1%,超过30年的不到5%。

  内阁府革新性研究开发推进计划负责人藤田玲子说,该研究首次成功获得了长寿裂变产物锆93的核散裂反应数据。利用加速器实现高放射性核废料核转变的新方法,为核废料回收利用提供了新的途径。该研究成果向减弱高放射核废料和资源再生迈出了一大步。

  相关论文于近日发表在日本在线科学杂志《理论与实验物理进展》上。

(责任编辑:王蔚)

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