【正文】 第二章 放射性核素的制備 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 2 主要內(nèi)容 ?放射性核素的來(lái)源 ?反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性核素 ?加速器生產(chǎn)放射性核素 ?放射性核素發(fā)生器 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 3 引 言 核技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)是射線與物質(zhì)的相互作用，這些射線可由反應(yīng)堆、加速器直接提供，也可由放射性同位素衰變獲得。 反應(yīng)堆制備 加速器生產(chǎn) 本章中將主要介紹人工放射性核素的制備方法。 產(chǎn)量大、品種數(shù)量多、生產(chǎn)成本相對(duì)低 生產(chǎn)能力低，但品種多、所生產(chǎn)的核素多為無(wú)載體、比活度高。 目前放射性核素生產(chǎn)最主要的方式之一 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 4 放射性核素的來(lái)源 分 類(lèi) 天然放射性核素 人工放射性核素 從自然界存在的礦石中提取 通過(guò)人工干預(yù)的核反應(yīng)制備 核反應(yīng)堆生產(chǎn)、加速器生產(chǎn)和核素發(fā)生器 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 5 天然放射性核素 天然放射性核素 原生放射性核素 宇生放射性核素 原始存在于自然界中 宇宙射線與大氣和地表中的物質(zhì)相互作用生成 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 6 原生放射性核素 由三個(gè)天然放射性衰變系組成，即釷系 (232Th或 4n系 )，鈾系（ 238U系或 4n+2系），錒系（ 235U系或 4n+3系 ) 共同特點(diǎn) ? 起始都是長(zhǎng)壽命元素，壽命大于或接近地球。 ? 中間產(chǎn)物都有放射性氣體氡。并有放射性淀質(zhì)生成。 ? 最后都生成穩(wěn)定的核數(shù)。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 7 — 4n系 — 4n+2系 4n表示系中各核素的質(zhì)量數(shù)為 4的倍數(shù) 其起始元素是 通過(guò)一系列 α衰變最后生成 208Pb(穩(wěn)定 ) Th23290表示系中各核素的質(zhì)量數(shù)為 4的倍數(shù) +2 其起始元素是 通過(guò)一系列 α 衰變最后生成 206Pb(穩(wěn)定) U238922022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 8 3. 錒系 — 4n+3系 表示衰變系中各核素的質(zhì)量數(shù)為 4的倍數(shù) +3 其起始元素是 235U通過(guò)一系列 α衰變最后生成 207Pb(穩(wěn)定 ) 4. 镎系 — 4n+1系 表示衰變系中各核素的質(zhì)量數(shù)為 4的倍數(shù) +1 其起始元素是 237Np通過(guò)一系列 α 衰變最后生成 209Bi(穩(wěn)定 ) 此系非天然放射性，在 40年代，已通過(guò)各種核反應(yīng)方法合成了這一放射系的所有成員。其衰變子體中無(wú)放射性氣體氡（ Rn） 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 9 宇生放射性核素 表 21 宇生核素示例 核素 半衰期 起源 天然活度 14C 5730a 宇宙射線作用， 14N（ n， p） 14C ～ 15Bqg1 3H 宇宙射線與 N和 O相互作用；宇宙線散裂；6Li（ n， p） 3H ～ 103Bqkg1 7Be 宇宙射線與 N和 O相互作用 ～ kg1 除上述原生放射性核素外，自然界中一些放射性核素如3H、 7Be、 14C和 22Na，它們是宇宙射線與空氣中的 N、 O、 Li等作用在大氣層中生成的。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 10 人工放射性核素 1934年，法國(guó)科學(xué)家約里奧 居里夫婦用 α 粒子轟擊鋁發(fā)生核反應(yīng)獲得了 第一個(gè)人工放射性核素 。之后，人們通過(guò)反應(yīng)堆、加速器等制備了大量的各種人工放射性核素。 目前，已發(fā)現(xiàn)的放射性核素有2022多種，其中人工放射性核素就超過(guò) 1600種。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 11 人工放射性核素主要是通過(guò) 中子和帶電粒子 如質(zhì)子、氘核等轟擊 天然穩(wěn)定核素或 235U等易裂變材料使其產(chǎn)生核反應(yīng)來(lái)制備的。 分 類(lèi) 入射粒子的種類(lèi) 入射粒子的能量 中子核反應(yīng) 帶電粒子核反應(yīng) 光核反應(yīng) 重粒子核反應(yīng) 低能核反應(yīng) （ E50MeV） 中能核反應(yīng)（ 50MeVE1000MeV） 高能核反應(yīng)（ E1000MeV） 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 12 反應(yīng)堆制備 作為人工放射性核素生產(chǎn)的重要設(shè)施之一，反應(yīng)堆可提供不同能譜的中子和較大的輻照空間，具有可同時(shí) 輻照 多種樣品、輻照的樣品量大、靶子制備容易、輻照操作簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。此外，從反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中核燃料因發(fā)生 裂變核反應(yīng)生成的產(chǎn)物 中也可提取大量的放射性核素。 核反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性核素已成為放射性核素的主要來(lái)源。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 13 加速器制備 用加速帶電粒子轟擊各種靶子物，能引起不同的核反應(yīng)，生成多種反應(yīng)堆所不能提供的放射性核素如 18F、 201Tl等。這也是人工放射性核素最重要的來(lái)源之一。加速器能生產(chǎn)的 放射性核素品種較多 ，約占目前已知放射性核素總數(shù)的 60%以上，但它的 產(chǎn)量遠(yuǎn)比反應(yīng)堆生產(chǎn)的小 。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 14 核素發(fā)生器制備 將反應(yīng)堆和加速器生產(chǎn)的某些放射性核素制成放射性核素發(fā)生器，可為遠(yuǎn)離反應(yīng)堆和加速器的地方提供 短壽命放射性核素 。 所謂放射性核素發(fā)生器就是一種可 從較長(zhǎng)半衰期的母體核素 中不斷 分離 出 短半衰期子體核素 的一種裝置。由于放射性子體核素伴隨母體核素的衰變而不斷累積，可每隔一定時(shí)間從母體核素中方便地分離出來(lái)并加以收集。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 15 反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性核素 核反應(yīng)堆上制備放射性核素的方法主要有兩種： （ 1）通過(guò)反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子流照射靶子物，直接生產(chǎn)或通過(guò)簡(jiǎn)單處理生產(chǎn)放射性核素，即 （ n，γ） 法 ； （ 2）從輻照后的 235U等易裂變材料產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物中分離，即 （ n， f） 法 。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 16 中子核反應(yīng)及其特點(diǎn) 中子不帶電，當(dāng)它與原子核作用時(shí)，由于不存在庫(kù)侖勢(shì)壘，因此不同能量的中子均能引發(fā)核反應(yīng)。 最主要的核反應(yīng)類(lèi)型有 （ n， γ）、（ n， p）、（ n， α）、（ n， f）、（ n，2n）， 以及多次中子俘獲。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 17 1.（ n, γ） 反應(yīng) （ n, γ） 是生產(chǎn)放射性核素最重要、最常用的核反應(yīng)，利用 （ n, γ） 反應(yīng)可在反應(yīng)堆上生產(chǎn)大多數(shù)元素的放射性核素。 ① 通過(guò)（ n, γ ）反應(yīng)直接生成所需要的放射性核素 例如 59Co（ n, γ） 60Co、 191Ir（ n, γ） 192Ir、 31P（ n, γ） 32P等。由于（ n, γ） 反應(yīng)直接生成的放射性核素 均為靶元素的同位素 ，不能通過(guò)化學(xué)方法將目標(biāo)核素與其靶子元素進(jìn)行分離，因此，所制備的放射性核素一般都是有載體的。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 18 ② 通過(guò) （ n, γ） 反應(yīng)，再經(jīng) 核衰變 生成所需要的放射性核素 98 99 99( , ) mM o n M o T c? ? T e1 3 05 2 ( n , γ ) T e1 3 15 2 β 1 5 m i n I1 3 15 3 由于靶子元素與目標(biāo)核素 不是同一種元素 ，因此可通過(guò)物理或化學(xué)方法將靶子元素與目標(biāo)核素進(jìn)行 分離 ，獲得比活度、放射化學(xué)純度及放射性核素純度都很高的 無(wú)載體的目標(biāo)核素。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 19 2.（ n, f） 反應(yīng) 235U等易裂變核素俘獲中子發(fā)生 （ n, f）反應(yīng)，生成數(shù)百種裂變?cè)兀虼肆炎儺a(chǎn)物的組成相當(dāng)復(fù)雜。 以 235U為例 ，它在熱中子引起裂變的產(chǎn)物中包括 36種元素的 160多種核素 （ A=72~161）。 通過(guò)化學(xué)分離的辦法可從這些裂變產(chǎn)物中提取在國(guó)防工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有重要應(yīng)用價(jià)值的放射性核素，如 90Sr、95Zr、 99Mo、 131I、 137Cs、 144Ce等。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 20 3.（ n, p） 反應(yīng) 4.（ n, α） 反應(yīng) （ n， p） 反應(yīng)要求中子有較高能量，一般由快中子誘發(fā)。 由于核內(nèi)勢(shì)壘隨原子序數(shù)的增大而增高，因此 ，（ n， p） 反應(yīng)適于制備原子序數(shù)較低的放射性核素，如 14C、 32P、 58Co等。 與 （ n, γ） 反應(yīng)加 β 衰變以及 （ n， p） 反應(yīng)一樣，利用 （ n, α） 反應(yīng)也可以生產(chǎn)無(wú)載體放射性核素。用富集的 6Li生產(chǎn)氚就是采用了該核反應(yīng)方式，即 6Li（ n, α） 3H。 2022/2/15 核技術(shù)