常见放射性元素包括天然放射性元素和人工放射性元素。我们介绍几种主要的放射性元素。
放射性铯:铯是一种银金色的碱金属元素,化学符号是Cs,原子序数是55,在1860年由德国化学家本生和基尔霍夫发现。铯的熔点低,熔点约为28.44°熔化。在空气中它容易氧化,可用于制造真空件器、光电管等,在化学上还可用做催化剂。
在核电站的乏燃料(燃烧以后的核燃料)的裂变产物中,长半衰期的铯-137的裂变产额较高,是重要的放射性元素。目前已发现的铯放射性同位素有34个。铯-137是裂变产生的最重要的放射性铯同位素,其半衰期约需30年,完全消失则长达300年。由于具有放射毒性,一旦环境中的铯-137被人体吸收,就会对人体产生危害。因此,在核爆炸或者核事故所致的环境污染检测中,铯-137是重点检测的放射性元素。铯作为γ辐射源的半衰期较长,且易造成扩散。目前铯-137源已逐渐被钴-60源取代。
放射性碘:碘也是核电站燃料的主要裂变产物。已表征的碘的同位素有37种。碘-131是核废料中的主要裂变产物之一,由于碘具有易挥发的特点,在核爆炸及反应堆事故中,它是早期污染环境的主要核素。
碘-131半衰期为8天,用铅屏蔽就可以阻隔其放射线。在碘的放射性同位素中,碘-131和碘-125是毒性相对较大的放射性核素。进入血液中的放射性碘,约70%存在于血浆中,30%很快转移到体内各组织器官内,且呈高度不均匀分布,大部分选择性地富集于甲状腺,通常甲状腺内碘浓度可达血浆浓度的25倍,在供碘不足的情况下其浓度可达到血浆浓度的500倍,所以,放射性碘对人体的危害主要表现为甲状腺辐射损伤。医学上也正是利用碘在甲状腺中的富集行为,来利用放射性碘-131治疗甲状腺疾病。
核电站严重事故有可能向环境释放大量放射性碘,但目前已运行的和未来的先进核能循环系统均有较高的安全防护设施,通常会尽量防止放射性碘排放到环境中。以美国三里岛事故为例,反应堆核燃料元件熔化导致大量放射性碘元素释放出来,但均被控制在安全壳内,只有少量放射性碘由于操作失误释放到环境中。类似日本福岛核电站这样的较大规模放射性元素泄漏事件是较为罕见的,同时,也为将来的核电站设计提出了更高安全性的新要求。