Spaltprodukt

Als Spaltprodukte werden die bei der Kernspaltung entstehenden Atomkerne bezeichnet. Kernspaltungen lassen sich im Labormaßstab mittels Neutronenquellen hervorrufen. In großem Maßstab finden sie in Kernreaktoren statt.

Die unmittelbar entstehenden (sog. primären) Spaltprodukte besitzen einen hohen Neutronenüberschuss; sie sind daher normalerweise instabil (radioaktiv), wandeln sich also unter Aussendung von ionisierender Strahlung in andere Atomkerne um.

Die anfängliche Zusammensetzung des entstehenden Spaltproduktgemisches hängt von Reaktortyp (Spaltmaterial, Neutronen-Energiespektrum) sowie der Verweildauer der Spaltprodukte im Reaktor (Dauer weiterer Neutronenbestrahlung) ab. Nach der Entnahme aus dem Reaktor bestimmen Halbwertszeit und Zerfallsprodukte der einzelnen Spaltprodukte die weitere Zusammensetzung.

Spaltprodukte können gasförmig (z. B. Xenon-133, Krypton-85), flüchtig (z. B. Iod-131) oder fest (z. B. Cäsium-137, Strontium-90) sein.

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Eigenschaften ausgewählter Spaltprodukte

Die häufigsten Spaltprodukte thermischer Leichtwasserreaktoren sind Isotope von Iod, Cäsium, Strontium, Xenon und Barium. Viele Spaltprodukte zerfallen schnell in stabile Isotope, aber ein bedeutender Rest hat Halbwertszeiten von mehr als einem Tag. Einige Isotope vom kurzen bis mittleren Halbwertszeiten finden in der Medizin oder Industrie Verwendung.

Krypton

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 ⁸⁵Kr Krypton (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 geheimgehaltener Bearbeitungen (gewöhnlich zur Herstellung von Atomwaffen) abzuschätzen.

Strontium

Der Anteil von Strontium in den Spaltprodukten ist gering. Da Strontium aber biologisch ähnlich wie Calcium wirkt, ist radioaktives Strontium eines der potentiell gesundheitsschädlichsten Spaltprodukte. 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 wirklich gefährliche am Strontium-90 ist das Tochternuklid Yttrium-90 das ebenfalls zerfällt wobei seine Betastrahlung die vierfache Energie derjenigen des Strontium-90 aufweisst.

Die bevorzugte Aufnahme von Strontium in die Knochen wird bei Knochenkrebs therapeutisch oder palliativ genutzt: Durch die bevorzugte Einlagerung im Knochen kann Strontium-89 zur Bekämpfung von Tochtertumoren eingesetzt werden.

Literatur

J. Hala and J.D. Navratil : Radioactivity, Ionizing Radiation and Nuclear Energy