Beispiele für Nuklide
Uran
Uran ist ein natürlich vorkommendes chemisches Element mit der Ordnungszahl 92, was bedeutet, dass es 92 Protonen und 92 Elektronen in der atomaren Struktur gibt. Das chemische Symbol für Uran ist U. Uran kommt häufig in geringen Mengen (einige ppm – parts per million) in allen Gesteinen, Böden, Wasser, Pflanzen und Tieren (einschließlich Menschen) vor. Uran kommt auch im Meerwasser vor und kann aus dem Meerwasser zurückgewonnen werden. Signifikante Konzentrationen von Uran kommen in einigen Substanzen wie Uraninit (das häufigste Uranerz), Phosphatgestein-Lagerstätten und anderen Mineralien vor.
Natürliches Uran besteht hauptsächlich aus dem Isotop 238U (99,28%), daher ist die Atommasse des Uran-Elements nahe der Atommasse des 238U-Isotops (238,03u). Natürliches Uran besteht auch aus zwei anderen Isotopen: 235U (0,71%) und 234U (0,0054%). Die Häufigkeit der Isotope in der Natur wird durch unterschiedliche Halbwertszeiten verursacht. Alle drei natürlich vorkommenden Isotope des Urans (238U, 235U und 234U) sind instabil. Andererseits gehören diese Isotope (außer 234U) zu den primordialen Nukliden, da ihre Halbwertszeit mit dem Alter der Erde vergleichbar ist (~4,5×109 Jahre für 238U).
In Kernreaktoren müssen wir drei künstliche Isotope berücksichtigen, 236U, 233U und 232U. Diese werden durch Transmutation in Kernreaktoren aus 235U und 232Th hergestellt.
Xenon
Xenon ist ein natürlich vorkommendes chemisches Element mit der Ordnungszahl 54, was bedeutet, dass es 54 Protonen und 54 Elektronen in der Atomstruktur gibt. Das chemische Symbol für Xenon ist Xe. Xenon ist ein farbloses, dichtes, geruchloses Edelgas, das in Spuren in der Erdatmosphäre vorkommt.
In der Nuklearindustrie hat vor allem künstliches Xenon 135 einen enormen Einfluss auf den Betrieb eines Kernreaktors. Für Physiker und Reaktorbetreiber ist es wichtig, die Mechanismen zu verstehen, die Xenon erzeugen und aus dem Reaktor entfernen, um vorherzusagen, wie der Reaktor nach Änderungen der Leistung reagiert.
Ein weiteres wichtiges Isotop ist das Xenon 133, das eine Halbwertszeit von 5,2 Tagen hat, und dessen Vorhandensein in einem Reaktorkühlmittel (zusammen mit Xenon 135) auf einen möglichen Defekt der Brennstoffhülle hinweist. Ein neuer Defekt führt oft zu einem schrittweisen Anstieg nur der Xe-133-Aktivität, die im Reaktorkühlmittel gemessen wird. Wenn sich der Defekt vergrößert, steigt die Freisetzungsrate der löslichen, längerlebigen Nuklide, insbesondere I-131, I-134, Cs-134 und Cs-137.
Bor
Bor ist ein natürlich vorkommendes chemisches Element mit der Ordnungszahl 5, was bedeutet, dass es 5 Protonen und 5 Elektronen in der Atomstruktur gibt. Das chemische Symbol für Bor ist B.
Natürliches Bor besteht hauptsächlich aus zwei stabilen Isotopen, 11B (80,1%) und 10B (19,9%). In der Nuklearindustrie wird Bor aufgrund des hohen Neutronenquerschnitts des Isotops 10B häufig als Neutronenabsorber eingesetzt. Sein (n,alpha)-Reaktionsquerschnitt für thermische Neutronen beträgt etwa 3840 Barn (für 0,025 eV Neutron). Isotop 11B hat einen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen von etwa 0,005 barns (für 0,025 eV Neutron). Die meisten (n,alpha)-Reaktionen thermischer Neutronen sind 10B(n,alpha)7Li-Reaktionen, die von 0,48 MeV Gamma-Emission begleitet werden.
Darüber hinaus hat Isotop 10B einen hohen (n,alpha)-Reaktionsquerschnitt entlang des gesamten Neutronen-Energiespektrums. Bei den meisten anderen Elementen wird der Wirkungsquerschnitt bei hohen Energien sehr klein, wie im Fall von Cadmium. Der Querschnitt von 10B nimmt monoton mit der Energie ab. Für schnelle Neutronen liegt sein Wirkungsquerschnitt in der Größenordnung von Scheunen.