5.1　引言

在铀-钚核燃料循环中，反应堆乏燃料所含Np、Am、Cm 的量与U 和Pu的相比较少，因此Np、Am、Cm 被称为次锕系元素（minor actinides，MA）。尽管MA 的量较少，但无论是对乏燃料后处理而言，还是对于高活度水平放射性废物（简称“高放废物”）处置来讲，它们都至关重要。MA 的重要性与其长半衰期、高毒性以及其他独特的物理化学性质有关。

在已知的镎同位素中，237Np（t1/2=2.144×106a）是寿命最长的。在核反应堆中有两个反应（5-1和5-2）会产生237U，237U 的半衰期为6.75天，237U 衰变生成237Np，这是反应堆乏燃料中237Np的主要来源。

237Np属于极毒放射性核素，是生产238Pu的原料。作为同位素热源，238Pu是制造同位素电池的重要原料，这种电池是深空航天工程不可或缺的。

237Np也是241Am 的α衰变产物。在高放废物地质处置库关闭大约10 000 年之后，237Np将成为放射性毒性的主要贡献者。在约75 000年之后，237Np在高放废物的放射性总剂量中，占比将高达67%。

237Np的半衰期非常长，但与地球的年龄（4.5×109a）相比又显得太短，因此地球上不存在原生的237Np。在一些铀矿中存在的痕量的237Np，主要是由中子与铀同位素反应产生的。

在生物圈中，237Np主要来源于大气核试验。根据估算，约有2 500 kg的237Np沉降在地球表面上，与钚的量相当（约4 200 kg的239Pu和400 kg的240Pu）。全球大气沉降的237Np/239，240Pu的活度比在（1～10）×10-3的量级。如果取平均值5×10-3，则海水中239，240Pu 的比活度约为1.3×10-2m Bq/L，237Np 的比活度约为6.5×10-5m Bq/L。

在锕系元素中，Np化学性质的丰富程度仅次于Pu。Np有从+3到+7的多个氧化态。在水溶液中，虽然Np最稳定的氧化态是以镎酰形式存在的Np（Ⅴ），但是也存在从Np（Ⅲ）到Np（Ⅵ）的各种氧化态。Np不同氧化态之间的标准电极电势相差较小，意味着不同价态Np的物种可能同时存在于同一个体系中。不同价态的Np离子均可发生水解。Np的环境放射化学行为与其氧化态密切相关，Np在环境中常见的氧化态是Np（Ⅳ）和Np（Ⅴ）。其中，Np（Ⅴ）因其吸附性和水解沉淀倾向都相对较弱，具有较明显的环境迁移性。

241Am（t1/2=433 a）和243Am（t1/2=7 380 a）是乏燃料中Am 最重要的同位素。241Am主要来自以下反应链：

243Am 主要来自镅的多中子俘获过程。一座典型的商用动力堆每年产生千克量级的241Am 和243Am。因此，在乏燃料后处理产生的高放废液中，存在较大量的Am。

与U、Np和Pu相比，Am 和Cm 在环境中的氧化态较单一。Am 和Cm 的特征价态是+3价。+3价锕系离子（An3+）与+3价镧系离子（Ln3+）的化学性质相似，在高放废液的进一步分离处理中，Ln3+/An3+分离是个难题。在环境放射化学领域，正是由于Ln3+与An3+的化学相似性，经常用Eu3+作为Am3+和Cm3+的化学类似物开展吸附、扩散和迁移研究。这样做可以避免操作超铀元素所需要的特殊防护措施。使用Eu3+的另一个好处是可以利用其荧光性质，便于推测吸附、扩散和迁移过程中的化学机理。因此，本章也包括了关于Eu3+在吸附、扩散和迁移方面的内容。