Los productos de la fisión nuclear son los fragmentos atómicos que quedan después de que un núcleo atómico grande se fisiona. Normalmente, un núcleo grande como el del uranio se fisiona dividiéndose en dos núcleos más pequeños, junto con unos pocos neutrones y una liberación de energía en forma de calor (energía cinética del núcleo) y rayos gamma. Los dos núcleos más pequeños son los "productos de la fisión". Ver productos de la fisión (por elemento).

La fisión terciaria, aproximadamente entre el 0,2% y el 0,4% de las fisiones, también producen un tercer núcleo ligero tal como el helio-4 (90%) o tritio (7%).

Los productos de la fisión generados por la fisión a menudo por sí mismos son inestables (radiactivos), debido a ser relativamente ricos en neutrones para su número atómico, y muy pronto realizan una desintegración beta, liberando energía adicional en la forma de partículas beta, antineutrinos y rayos gamma adicionales. Es por esto que los eventos de fisión son fuentes (indirectas) normales de radiación beta y de antineutrinos, incluso aunque estas partículas no son producidas directamente en el evento de fisión propiamente tal.

Muchos de estos isótopos tienen una vida media muy corta y por lo tanto liberan enormes cantidades de radiación. Por ejemplo, el Estroncio-90, 89 y 94 son todos productos de la fisión, ellos son producidos en cantidades similares y en cada uno de ellos el núcleo se desintegra liberando una partícula beta (electrón). Pero el Sr-90 tiene una vida media de 30 años, el Sr-89 una vida media de 50,5 días y el Sr-94 una vida media de 75 segundos. Cuando se encuentran recién creados, el Sr-89 dispersará partículas beta 10.600 veces más rápido que el Sr-90 y el Sr-94 lo hará a 915 millones de veces más rápido. Son estos isótopos de corta vida media los que hacen al combustible gastado tan peligroso, adicionalmente a generar muchísimo calor, inmediatamente después de que el reactor nuclear propiamente tal ha sido apagado. En todo caso los elementos más peligrosos desaparecen rápidamente; después de 50 días, el Sr-94 ha pasado por 58.000 vidas medias y por lo tanto ha desaparecido; el Sr-89 está a la mitad de su cantidad original, pero el Sr-90 está allí al 99,99% de su cantidad original. Como hay cientos de diferentes isótopos creados, la alta radiación inicial se desvanece rápidamente, pero nunca termina por desaparecer completamente.F. William Walker, Dr. George J. Kirouac, Francis M. Rourke. 1977. Chart of the Nuclides, twelfth edition. Knolls Atomic Power Laboratory, General Electric Company.

Formación y desintegración La suma de los pesos atómicos de los dos átomos producidos por la fisión de un átomo fisible es siempre menos que le peso atómico del átomo original. Esto se debe a que algo de la masa es perdida como neutrones libres y una vez que la energía cinética de los productos de la fisión ha sido gastada (por ejemplo, los productos han sido enfriados para extraer el calor generado por la reacción), entonces la masa asociada con esta energía también es perdida para el sistema y así no es mostrada en los productos de la fisión enfriados.

Dado que los núcleos que pueden ser fácilmente sometidos a fisión son particularmente ricos en neutrones (por ejemplo el 61% de los nucleones del uranio-235 son neutrones), los productos iniciales de la fisión son casi siempre más ricos en neutrones que los núcleos estables de la misma masa como producto de la fisión (por ejemplo el rutenio-100 estable tiene un 56% de neutrones; el xenón-134 estable tiene un 60% de neutrones). Por lo tanto los productos iniciales de la fisión pueden ser inestables y normalmente se desintegran hacia un núcleo estable, convirtiendo un neutrón en un protón con cada emisión beta (los productos de la fisión no emiten partículas alfa).

Unos pocos productos iniciales de la fisión ricos en neutrones y de corta vida se desintegraran por efecto de la desintegración beta ordinaria (esto es la fuente de una vida media perceptible, normalmente desde unas pocas décimas de segundo hasta unos pocos segundos), seguido inmediatamente por la emisión de un neutrón por el producto hijo excitado. Este proceso es la fuente de los así llamados neutrones retrasados, que juegan un papel importante en el control de un reactor nuclear.

Las primeras desintegraciones beta son rápidas y pueden liberar partículas beta de alta energía o radiación gamma. Sin embargo, a medida que los productos de la fisión se aproximan a condiciones nucleares estables, la última o dos últimas desintegraciones pueden tener una larga vida media y liberan menos energía. Existen unas pocas excepciones con relativamente largas vidas medias y alta energía de desintegración, tales como: Estroncio-90 (alta energía beta, vida media de 30 años) Cesio-137 (alta energía gamma, vida media de 30 años) Estaño-126 (incluso más alta energía gamma, pero con una larga vida media de 230.000 años que significa una lenta tasa de liberación de radiación, lo que da que el rendimiento de este nucleido por fisión es muy bajo)

Radiactividad a través del tiempo

Los productos de la fisión tienen vidas medias de 90 años (Samario-151) o menos, excepto por siete productos de la fisión de vida larga que tienen vidas medias de 211.100 años (tecnecio-151) y más. Por lo tanto la radiactividad total de una mezcla de productos de la fisión pura disminuye rápidamente durante los primeros varios cientos de años (controlada por los productos de vida corta) antes de estabilizarse a un nivel más bajo que cambia poco por centenares de miles de años (controlada por los siete productos de vida larga).

Este comportamiento de los productos de la fisión puros con los actínidos removidos, se contrasta con la desintegración del combustible que aún contiene actínidos. Este combustible es producido en los llamados ciclos de combustible nuclear "abiertos" (sin reprocesamiento nuclear). Varios de estos actínidos tienen vidas medias en el rango vacío de aproximadamente entre los 100 a 200.000 años, causando algunas dificultades con los planes de almacenaje en este rango de tiempo para los combustibles no reprocesados de ciclo abierto.

Los partidarios de los ciclos de combustible nuclear que apuntan al consumo de todos sus actínidos por la fisión, tales como el Reactor Rápido Integral y del reactor de sal fundida, usan este hecho para decir que dentro de 200 años, sus desechos de combustible no son más radiactivos que el mineral de uranio original.An Introduction to Argonne National Laboratory's INTEGRAL FAST REACTOR (IFR) PROGRAM (en inglés)

Los productos de la fisión emiten radiación beta, mientras que los actínidos emiten principalmente radiación alfa. También muchos de estos emiten radiación gamma.

Rendimiento

thumb|350px|Rendimiento de los productos de la fisión ordenados por masa para la fisión del neutrón térmico del U-235, Pu-239, una combinación de dos típicos reactores nucleares de potencia actuales, y del U-233 usados en el ciclo del torio. Cada fisión de un átomo padre produce un diferente conjunto átomos productos de la fisión. Sin embargo, mientras que la fisión individual no es predecible, los productos de la fisión son estadísticamente predecibles. Las cantidades de cualquier isótopo producido por fisión es conocida como su rendimiento, normalmente expresado como un porcentaje por fisión originadora; por lo tanto, el rendimiento se totaliza a 200% no un 100%.

Mientras que los productos de la fisión incluyen cada elemento desde el zinc a los lantánidos, la mayoría de los productos de la fisión ocurren en dos picos. Un pico ocurre a aproximadamente entre el estroncio y el rutenio (expresados por sus números atómicos) mientras que el otro pico está aproximadamente entre el telurio y el neodimio. El rendimiento es algo dependiente del átomo padre y también de la energía del neutrón que inicia la fisión.

En general mientras más alta es la energía del estado cuando se produce la fisión nuclear, más probable es que los dos productos de la fisión tengan una masa similar. De ahí que a medida que la energía del neutrón se incrementa y/o la energía del átomo fisible se incrementa, el valle entre los dos picos se hace menos profundo.The Fission of Thorium with Alpha-Particles (en inglés) Por ejemplo, la curva de rendimiento contra la masa para el Pu-239 tiene un valle menos profundo que el observado para el U-235 cuando los neutrones son neutrones térmicos. Las curvas para la fisión de los últimos actínidos tiende a producir valles incluso menos profundos. En casos extremos tales como el 259Fm, se puede ver sólo un pico.

La figura adyacente muestra una distribución típica de los productos de la fisión del uranio. Nótese que en los cálculos usados para construir este gráfico, la activación de los productos de la fisión fue ignorada y la fisión se asumió que ocurría en un solo momento más que en un periodo de tiempo. En este gráfico los resultados son mostrados para diferentes tiempos de enfriamiento - medidos desde la fisión. Debido a la estabilidad del núcleo con cantidad par de protones y/o neutrones, la curva de rendimiento contra el elemento no es una curva suave sino que tiende a alternar. Nótese que la curva contra el número de masa es suave.

Producción Pequeñas cantidades de productos de la fisión son formados naturalmente como el resultado de ya sea la fisión espontánea del uranio natural, la que ocurre a una baja tasa, o como el resultado de los neutrones de la desintegración radiactiva o de las reacciones con las partículas de los rayos cósmicos. La huellas microscópicas dejadas por estos productos de la fisión en algunos minerales naturales (principalmente apatita y circón) son usadas en la datación por trazas de fisión para encontrar las edades de enfriamiento de las rocas naturales. La técnica tiene un rango de datación efectiva de 0,1 Ma a >1,0 Ga dependiendo del mineral utilizado y de la concentración de uranio en ese mineral.

Aproximadamente hace 1.500 millones de años atrás en un cuerpo de mineral de uranio en África, un reactor nuclear natural de fisión funcionó por unos pocos centenares de miles de años y produjo aproximadamente unas 5 toneladas de productos de la fisión. Estos productos de la fisión fueron importantes en proporcionar una prueba de que el reactor nuclear si había ocurrido. Los productos de la fisión son producidos en las explosiones de las armas nucleares, las cantidades de estos dependen del tipo de arma. La fuente más grande de productos de la fisión son los reactores nucleares. En los actuales reactores de energía nuclear de potencia, aproximadamente el 3% del uranio del uranio contenido en el combustible es convertido en productos de la fisión como subproducto de la generación de energía. La mayoría de estos productos de la fisión permanecen en el combustible a menos que exista una falla del elemento de combustible o un accidente nuclear, o que el combustible sea reprocesado.

Reactores nucleares de potencia

En un reactor nuclear de potencia, las principales fuentes de radiactividad son los productos de la fisión, los actínidos y los productos de la activación. Los productos de la fisión son la fuente más grande de radiactividad durante los primeros centenares de año, mientras que los actínidos son los dominantes durante aproximadamente ente 103 a 105 años después de usar el combustible.