Bei der Kernspaltung entstehen aus den Atomen Uran oder Plutonium unterschiedliche Radionuklide (Spaltprodukte). Diese radioaktiven Spaltprodukte können sich erheblich in ihrer Halbwertszeit unterscheiden. Die Halbwertszeit kann von wenigen Sekundenbruchteilen bis zu mehreren Milliarden Jahren reichen. Während des Betriebes eines KKW finden ständig Kernreaktionen statt, bei denen sowohl kurzlebige als auch langlebige Spaltprodukte erzeugt werden.                                 

Bei einem Brennstab unterscheidet man zwischen den Pellets, in denen der Kernbrennstoff enthalten ist und dem Spaltgasraum, der dazu dient, die bei der Kernspaltung erzeugten Spaltgase aufzunehmen. Typische Spaltprodukte, die sich dort sammeln sind u. a. Cäsium-137 (Cs-137), Jod-131 (I-131) und Edelgase. Cäsium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren und Jod-131 hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Tagen. Daher ist direkt nach dem Abschalten eines Kernreaktors zunächst der Anteil von Jod-131 größer, als derjenige von Cäsium-137; aber bereits einige Wochen später ist der Anteil von Jod-131 geringer als der des Cäsiums-137.

Einige Spaltprodukte sind so kurzlebig, dass sie bereits wenige Tage nach Abschalten des Reaktors komplett zerfallen sind. Bedingt durch die unterschiedlichen Halbwertzeiten ändert sich die Zusammensetzung der Spaltprodukte. Zum Beispiel ist Jod-134 mit einer Halbwertszeit von 52 Minuten nicht mehr in solchen Brennelementen enthalten, die mehr als einige Tage im Lagerbecken gestanden haben. Die Zusammensetzung der Spaltprodukte im Spaltgasraum und den Pellets ist in der Abbildung beispielhaft dargestellt.

Einige Spaltprodukte sind bei den vorherrschenden Temperaturen gasförmig. Diese können bei Hüllrohrschäden freigesetzt werden. Andere wiederum können erst bei höheren Temperaturen, z. B. bei einem Brand oder einer Kernschmelze austreten.
Die Wirkung einzelner Spaltprodukte ist aus radiologischer Sicht unterschiedlich zu bewerten. Beispielsweise reichert sich Jod-131 in der Schilddrüse an und kann dort zu hohen Strahlenbelastungen und damit zu Schädigungen des Organs führen. Edelgase (z. B. Xenon-133) können sich auf Grund ihrer chemischen Eigenschaften weder in der Nahrung noch im menschlichen Organismus anreichern. Obwohl sie bei der Spaltung in großer Menge entstehen, sind sie also vor allem durch ihre direkte Strahlung gefährlich.

Inventar und Freisetzung

Die Gesamtheit der in einem Kernreaktor enthaltenen radioaktiven Stoffe nennt man das "radioaktive Inventar".

Dazu gehören die aus der Kernspaltung entstehenden chemischen Elemente (Spaltprodukte) und der Kernbrennstoff (Uran-235 und Plutonium-239). Außerdem entstehen durch den Einfang von Neutronen weitere Elemente. Zum Beispiel wird in Stahl enthaltenes Kobalt durch Neutroneneinfang zu radioaktivem Kobalt-60 (Co-60), und aus dem Kernbrennstoff entstehen durch Neutroneneinfang weitere Elemente wie Neptunium oder Curium.

Durch das Abschalten eines Kernreaktors wird der Prozess der Kernspaltung beendet. Der Prozess des radioaktiven Zerfalls der vorhandenen radioaktiven Stoffe schreitet fort. Da die unterschiedlichen radioaktiven Stoffe mit verschiedenen Halbwertszeiten zerfallen, ändert sich die Zusammensetzung des Inventars mit der Zeit.

Bei einem schweren Schaden des Reaktorkerns, also bei einer Kernschmelze, wird ein bestimmter Teil des radioaktiven Inventars in die Umwelt freigesetzt. Dies geschieht auch, wenn bestrahlte Brennelemente in einem Abklingbecken nicht mehr gekühlt werden können und aufgrund der Wärmeentwicklung die Hüllrohre beschädigt werden. 

Es hängt also stark von den genauen Bedingungen ab, welches Inventar zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem bestrahlten Brennelement enthalten ist und welcher Teil des radioaktiven Inventars bei einem schweren Schaden freigesetzt werden kann. Dennoch lassen sich einige Verallgemeinerungen treffen: Edelgase und radioaktives Jod können beispielsweise bei einem Brand oder einer Kernschmelze vollständig freigesetzt werden, Uran und Plutonium hingegen nur zu einem geringen Anteil.

Beispiele für Inventare und  freisetzbare Mengen:

(Literatur: Petti et al. 1991 / Albrecht 1987 / Neeb 1997)