Pu-239与U-235裂变后的元素质量数分布
核反应堆主要采用U235做核原料,U235裂变生成锕系元素和其他裂变元素。质量数介于70-160之间,其中以92-144之间的元素分布密度最大,包括Ag、Cd、Nb、Mo、Pd、Rh、Ru、Tc等,但不产生Pt、Ir、Os、Au元素。因此核裂变产生的Pd、Rh、Ru通常被称为裂变假铂(fissionplatinoids,FPs)。
核电站反应堆中,含3% U235的燃料棒裂变产生能量后,还定期更换出大量核废料(称为“乏燃料”),除含铀 0.85%及钚(Pu)放射性元素外,还含许多裂变放射性元素,如镉(Cd)、铌(Nb)、钼(Mo)、碲(Te)、碘(I)、铯(Cs)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)等。目前,世界上约有12万吨核废料(美国约5万吨,欧、亚各约3.5万吨),而且每年还以7200 t的速度增长。中国的核电站每年产生400多吨乏燃料,预计到2020年可达上万吨,60年后将达8万吨以上。乏燃料能否安全处理及防止放射性物质污染,是核电发展道路上遇到的挑战,是人类不分国界需共同面对的严肃问题。
全世界每年排出的乏燃料中含Ru22.5t、Rh 3.7t、Pd 15t。预计到2030年,乏燃料中积存的Ru、Rh、Pd量可达2000t、340t、1000t,分别相当于已探明矿产资源储量的62%、44%、11%,合计价值数百上千亿元人民币。成为特殊的铂族金属潜在资源。能否研究安全高效的冶金新工艺和产业化装备将其转化为财富,开发能安全利用的特种功能材料,是铂族金属冶金工作者面临的新课题。