【正文】 /15 核技術(shù)應(yīng)用 57 1. 高壓倍加加速器 這是最早使用過的用來加速粒子的高壓裝置。 衡量一個(gè) 加速器的性能的指標(biāo) 有兩個(gè)：一是粒子所能達(dá)到的能量；二是粒子流的強(qiáng)度（流強(qiáng)）。近年來， 醫(yī)學(xué)診斷 用貧中子放射性核素的消費(fèi)量逐漸增大，有些核素的作用出現(xiàn)了逐漸取代部分反應(yīng)堆生產(chǎn)的放射性核素的趨勢。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 55 加速器生產(chǎn)反射性核素的發(fā)展簡史 自 1934年人工放射性核素發(fā)現(xiàn)后，回旋加速器就用于放射性核素的制備，使人工放射性核素在短短三年內(nèi)就從 3個(gè)增加到 197個(gè)。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 51 圖 212 IRE裂變同位素99Mo、 131I、 133Xe分離流程圖 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 52 圖 213 純化流程圖 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 53 第三講 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 54 加速器生產(chǎn)放射性核素 用加速器產(chǎn)生的 高速帶電粒子轟擊含有選定的穩(wěn)定核素的靶 ，可制備很多品種的放射性核素。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 50 ② 裂變 131I的提取 裂變 131I是裂變法生產(chǎn) 99Mo時(shí)的 副產(chǎn)物 之一，由于裂變 131I的產(chǎn)額為 %，因此可以從裂變產(chǎn)物中大規(guī)模生產(chǎn)131I。L1的氨水將 99Mo洗提 出來，即為產(chǎn)品。經(jīng)處理后的反萃液加入氧化鋁色譜柱 ， 99Mo被氧化鋁所吸附，然后用 溶解完全后，加入碘的載體以進(jìn)一步除去放射性 131I。L1的硝酸溶解。 冷卻 2d后，一個(gè)靶件將產(chǎn)生 1012Bq99Mo、 1012Bq 131I、 1012Bq 133Xe等裂片元素。s 1， 輻照 4d~7d。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 45 a 235U靶件的制備 圖 29 235U靶件結(jié)構(gòu)圖 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 46 b 235U靶件的輻照及冷卻 輻照條件 ：中子注率量 2 1013cm2裂變 99Mo的提取一般采用 Al2O3色層分離、 HDEHP溶劑萃取或萃取色層分離 、 α安息香肟沉淀分離法等。在 235U、239Pu提取回收后，其它的裂變產(chǎn)物和超鈾元素全部轉(zhuǎn)入廢液中。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 42 3. 裂變產(chǎn)物分離 離子交換分離 溶劑萃取分離 萃取色層分離 沉淀分離法 其它方法 A 裂片元素的分離方法 選擇性好，回收率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作、易于放射性屏蔽 簡便、快速、選擇性高、易于連續(xù)操作和遠(yuǎn)距離控制 對于性質(zhì)相似的元素的分離更能顯示其優(yōu)越性 操作繁雜、程序冗長、回收率和去污率較低 超臨界流體萃取法和采用離子液體為萃取介質(zhì)的方法 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 43 B 長壽命裂片元素及超鈾元素的分離 目前，長壽命裂片核素及超鈾核素主要從核動(dòng)力堆卸出的乏燃料中提取。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 41 圖 28 不同能量的中子誘發(fā) 235U裂變的質(zhì)量 產(chǎn)額圖 裂變產(chǎn)額 是指是指裂變產(chǎn)物的某一種核素或某一質(zhì)量鏈在重核裂變過程中產(chǎn)生的幾率。當(dāng)一個(gè)可裂變物質(zhì)的靶在反應(yīng)堆內(nèi)照射了 T時(shí)間并冷卻 t時(shí)間后，裂片核素 i的放射性 Ai可用下式來表示： ( 1 )iiTtiiA NI Y e e??? ???? 式中 N— 可裂變物質(zhì)的原子核數(shù)； I— 中子能量； σ— 裂變截面； Yi— 核素 i的裂變產(chǎn)額； λi— 核素 i的衰變常數(shù)。采用這種方法生產(chǎn) 125I，不需要制備 124Xe氣體 靶，并且，該生產(chǎn)辦法相對簡單，得到的 125I純度高，生產(chǎn)能力也較 前一種辦法高。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 37 （ 2） 125I循環(huán)回路間歇式生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)方式 生產(chǎn) 125I的主要核反應(yīng) IXenXe 1 2 51 2 51 2 4 ?),( ? 目前有兩種生產(chǎn)方法： A 是將 124Xe封裝在不銹鋼筒內(nèi)制成內(nèi)靶，然后置于高純鋁筒內(nèi)做成輻 照靶件入堆輻照。L1NaOH。第一級(jí)吸收柱容積 50mL，第二級(jí)吸收柱容積 250mL。 干法生產(chǎn)裝置 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 36 ① 加熱蒸餾裝置 由管式加熱電爐（帶溫度控制儀）、純化加熱爐、石英舟皿、石英加熱管組成。 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。 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。L1HCl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 L1氨水中，除去過量氨，用 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 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。 初始條件 t=0時(shí)， 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。s 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 28 產(chǎn)額的計(jì)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。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。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(shí)，通常選用 （ n, γ） 反應(yīng)生產(chǎn)放射性核素。 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。 制備 輻照靶件時(shí)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 。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用 24 （ 2） 靶子物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備 靶件的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括 靶筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 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(jì)。s 1以上 多達(dá)數(shù)十個(gè)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(yùn)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