【正文】 應(yīng)用 21 反應(yīng)堆輻照法生產(chǎn)放射性核素 反應(yīng)堆輻照法生產(chǎn)的放射性核素，其產(chǎn)量與產(chǎn)品質(zhì)量不僅受反應(yīng)堆所能提供的 輻照條件與能力 影響，而且與 核反應(yīng)的選擇 、 靶子的制備 、 提取工藝等因素有關(guān)。此外，還必須注意靶件在堆內(nèi)輻照時的 安全性 。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 22 1. 放射性核素生產(chǎn)要求反應(yīng)堆提供的條件 A. 高中子注量率 B. 足夠的輻照時間 C. 反應(yīng)堆運行方式 D. 反應(yīng)堆安全保障 一般 5 1013cm2s 1以上，特殊要求在 1 1015cm2s 1以上 多達(dá)數(shù)十個的輻照孔道 依據(jù)生產(chǎn)放射性核素半衰期的長短設(shè)置不同的運行方式 干孔道采用空氣冷卻靶件，濕孔道采用純凈水冷卻靶件 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 23 2. 靶件的制備 （ 1） 靶子物的選擇與處理 A 選擇適合的靶子物化學(xué)形態(tài) B 盡可能采用高豐度的靶子元素作為靶子物 靶子元素 含量盡量高 、靶子元素的 化學(xué)純度要高 、靶子物輻照后易于處理并轉(zhuǎn)化為所需的化學(xué)形態(tài)、堆內(nèi)輻照時靶件的穩(wěn)定性（化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、輻照穩(wěn)定性）好。 如采用天然或低豐度的靶子元素作靶 ,某些核素要發(fā)生兩次中子俘獲才能生產(chǎn) 。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 24 （ 2） 靶子物的結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備 靶件的 結(jié)構(gòu)設(shè)計 包括 靶筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 、 靶芯的結(jié)構(gòu) （靶子物的形態(tài)）及其在 靶筒內(nèi)的分布方式 設(shè)計。靶件需要根據(jù)反應(yīng)堆所能提供的輻照孔道的參數(shù)（孔道尺寸、中子類型及中子注量率分布）、靶件裝量及發(fā)熱量、靶件輻照管道冷卻方式以及靶件出入堆的抓取工具等條件設(shè)計，以保證輻照時靶件及反應(yīng)堆的安全。 制備 輻照靶件時還要考慮靶子物裝載量、內(nèi)外包裝形式等 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 25 （ 3）輻照 靶件的焊封 輻照靶件必須具有良好的 密封性 ，以保證同位素靶件在反應(yīng)堆輻照過程中 不發(fā)生放射性物質(zhì)泄漏 。 （ 4）輻照 靶件的質(zhì)量控制 靶件需要經(jīng)過靶件 密封性 檢測、 表面污染 等檢測合格后才能入堆輻照。 可采用的辦法有工業(yè) CT、中子照相技術(shù)、 γ譜儀測量等進(jìn)行 無損檢測 ！ 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 26 3. 靶件的輻照 選擇合適的輻照條件和保證輻照過程的安全是至關(guān)重要的。靶件的輻照應(yīng)注意以下幾點： A 選擇適合的核反應(yīng)及中子能譜 適合在反應(yīng)堆上生產(chǎn)放射性核素，一般其原子序數(shù)要求在 20以上。對于原子序數(shù)位于 20和 35之間的放射性核素的生產(chǎn)，可以選用能量高的快中子；當(dāng)原子序數(shù)大于 36時，通常選用 （ n, γ） 反應(yīng)生產(chǎn)放射性核素。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 27 B 盡可能高的中子注量率 C 適合的輻照時間 反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性核素的產(chǎn)額與中子注量率成正比。因此，應(yīng)采用盡可能高的中子注量率，以提高目標(biāo)核素的產(chǎn)額。 某一同位素生產(chǎn)靶件的最佳輻照時間可以根據(jù)靶件的輻照產(chǎn)額公式來計算。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 28 產(chǎn)額的計算 假設(shè) 穩(wěn)定核素 S被入射粒子轟擊生成放射性核素 A，核素 A僅以衰變方式減少并且生成穩(wěn)定核素 B。 ( (sAnS A B??????? ???， ） 穩(wěn) 定 ） 1 / 2(2 3 2 4 2 40 . 5 3 1 4 . 6 6N a N a M g (n b T h? ????? ?????， ） 穩(wěn) 定 ） 例： 在照射時間內(nèi)，核素 A的產(chǎn)率與入射粒子注量率 Ф（ cm2s 1）、 熱中子俘獲截面 σs（ b， 1b=1024cm2） 和靶核數(shù) Ns成正比，即核素 A的生產(chǎn)率為 ФσsNs；同進(jìn)它又隨著 λANA的衰變速率而減少。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 29 因此，核素 A的凈增長率為： A s s A AdN NNdt ? ? ??? 式中 NA為照射時間 t后核素 A的原子數(shù)。 初始條件 t=0時， NA＝ 0，則上述微分的方程的解為： ( ) ( 1 )ss AAN tAN t e?? ?? ??? 其放射性活度為： ( ) ( 1 )A tA A A s sA t N N e ?? ? ? ?? ? ? 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 30 4. 輻照靶件的處理 輻照后的靶件處理包括目標(biāo)放射性物理處理、化學(xué)處理及其進(jìn)一步加工成各種放射性制品。輻照后的靶件一般都需要經(jīng)過化學(xué)處理（目標(biāo)核素的 分離與純化 ）后才能制成滿足用戶需要的放射性核素制品。 化學(xué)處理方法 有溶劑萃取法、沉淀法、離子交換法、蒸（干）餾、電化學(xué)法、熱原子反沖法等。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 31 5. 放射性核素產(chǎn)品的質(zhì)量 放射性核素的產(chǎn)品質(zhì)量是通過物理檢驗、化學(xué)檢驗以及生物檢驗等質(zhì)量檢驗方法予以保證的，其 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 包括：放射性活度、放射性純度、放射化學(xué)純度、化學(xué)純度、載體含量及醫(yī)用制劑的無菌、無熱源檢測等。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 32 6. 某些重要核素的生產(chǎn)工藝 表 22 反應(yīng)堆生產(chǎn)的一些重要放射性核素 核素 半衰期 核反應(yīng) 靶子物 生產(chǎn)方法 3H 6Li（ n， α） 3H LiMg， LiAl 照射后將靶子在真空中加熱至500℃ ～ 600℃ 以分離 14C 5730a 14N（ n， p） 14C Be3N2，硝酸鋇 靶子用 65%的硫酸溶解，加入 H2O2，生成的 14CO2， 14CO， 14CH4等用 N2氣流帶出，通過 750℃ 的 CuO后，生成的 14CO2用 NaOH吸收，再沉淀成 Ba14CO3 32P 32S（ n， p） 32P 蒸餾純化的硫 照射后于 180℃ 下減壓蒸餾除硫，加入 L1HCl和 H2O2，加熱純化 2h得到 H332PO4 60Co 59Co（ n， γ） 60Co 純度＞ 98%的 Co絲 直接可制成各種形式和各種放射性活度的鈷源 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 33 9 9 9 9m T c T c??98Mo（ n， γ） 99Mo β， γ 113mIn?113mIn?112Sn（ n， γ） 113 Sn Ec IT 125I?124Xe（ n， γ） 125Xe β－ 131I?130Te（ n， γ） 131Te β－ 核素 半衰期 核反應(yīng) 靶子物 生產(chǎn)方法 99Mo99mTc 99Mo： 99mTc： MoO3粉末 溶于 10molL1氨水中，除去過量氨，用 L1HCl溶解并調(diào)節(jié)溶液 pH為 34，吸附在氧化鋁柱上，最后用生理鹽水洗脫 99mTc 113Sn113mIn 112Sn： 113mIn： 錫絲， 112Sn富集靶 高中子通量照射一年后，用 6molL1HCl加熱溶解，蒸干，加 Br2水氧化成Sn4+，然后將它吸附在氧化鋯吸附柱上，用 L1HCl洗脫 113mIn 125I 124Xe氣 124Xe氣體靶入堆輻照后，取出、冷卻衰變一星期，然用 NaOH吸收 125I。 131I TeO2 TeO2置于馬弗爐內(nèi)，于 750℃ ～ 800℃下蒸餾，用 NaOH溶液吸收蒸出的 131I 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 34 （ 1） 131I干法生產(chǎn)工藝 A 一種是 （ n， f） 法，即 235U（ n， f） 131I，從輻照后的 235U靶件中分離裂 變產(chǎn)物 131I。但提取率較低，并且從大量的裂變產(chǎn)物中提取裂變 131I會另 外產(chǎn)生大量的放射性廢物。 B 另一種是 （ n， γ） 法，即以單質(zhì)碲或碲的各種化合物為原料，入堆 輻照后，碲經(jīng)過 130Te（ n， γ） 131Te和 β 衰變生成 131I，再將 131I從靶 材料中分離出來。 生產(chǎn)方式 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 35 Ａ — 過濾器， B— 流量計， C— 壓力計， D— 蒸發(fā)爐， E— 純化爐， F— 吸收柱， G— 閥，Ｈ — 活性碳柱，I— 活性碳測量柱， J— 真空泵 圖 25 131I干法生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖 干法生產(chǎn)裝置主要包括加 熱蒸餾 、 堿液吸收 、