【正文】 ）及其在靶筒內(nèi)的分布方式設(shè)計(jì)。 如，靶材核素 112Sn的天然豐度 %。s 1以上，特殊要求在 1 1015cm2此外，還必須注意靶件在堆內(nèi)輻照時(shí)的 安全性 。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。 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。 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)用概論 22 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。 通過(guò)熱原子效應(yīng)生成一系列新的化合物。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 21 ③ 通過(guò)兩次或兩次以上的 （ n, γ） 反應(yīng)直接生成所需要的放射性核素，或再經(jīng)過(guò)核衰變生成所需要的放射性核素。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)用概論 19 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。中子核反應(yīng)生成的核素通常是豐中子放射性核素，多以 β 形式衰變。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 18 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)。 （ 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。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，這種生產(chǎn)放射性核素的過(guò)程又被比較形象地稱為“擠奶”，因而放射性核素發(fā)生器又稱為“ 母牛 ”。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 16 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 。它們多以軌道電子俘獲或 β+衰變方式衰變，發(fā)射單純的低能 γ射線、 X射線或 β+射線。這也是人工放射性核素最重要的來(lái)源之一。 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。經(jīng)證實(shí)，經(jīng)慢中子誘發(fā) 235U裂變的產(chǎn)物約有 400種。 分 類 入射粒子的種類 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)用概論 13 裂變反應(yīng)堆 回旋加速器 核素發(fā)生器 “母牛 ” 生產(chǎn)人工放射性核素的設(shè)施和裝置 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 14 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)。 約里奧 — 居里和丈夫弗雷德里奧 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。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。該方法自問(wèn)世以來(lái)就被考古學(xué)家、古人類學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家所重視，并得到了廣泛的應(yīng)用。 232Th由于經(jīng)過(guò)快中子轟擊后可生成 233U，因此它將是 235U資源匱乏時(shí)潛在的替代核燃料之一。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 10 在這些天然放射性核素中，存在著一些重要核素如 235U、238U和 232Th等。kg 1 7Be 宇宙射線與 N和 O相互作用 ～ 其衰變子體中無(wú)放射性氣體氡（ Rn） 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 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 ～ 15Bq ? 最后都生成穩(wěn)定的核數(shù)。 ? 中間產(chǎn)物都有放射性氣體氡。 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。第二章 放射性核素的制備 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 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)用概論 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。 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)用概論 4 放射性核素的來(lái)源 分 類 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)用概論 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)用概論 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。并有放射性淀質(zhì)生成。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 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)用概論 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。g 1 3H 宇宙射線與 N和 O相互作用；宇宙線散裂；6Li（ n， α ） 3H ～ 103Bqkg 1 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。 235U和 239Pu（ 238U經(jīng)中子俘獲生成）在熱中子作用下易裂變，而且釋放出巨大的能量（一個(gè) 235U原子裂變可產(chǎn)生200MeV的能量并產(chǎn)生 2～ 3個(gè)中子），已經(jīng)廣泛用于各種放射性核素生產(chǎn)、核能利用等各個(gè)方面。其它一些核素也有著較為重要的作用，如通過(guò)測(cè)古代遺物中 14C的含量可以推斷該遺物所處年代。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 11 人工放射性核素 1934年，法國(guó)科學(xué)家約里奧 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。 1935年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 伊雷娜 約里奧 — 居里 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 12 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。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。原子序數(shù)分布在 30至 65范圍內(nèi)、質(zhì)量數(shù)位于 35和 139左右的裂變產(chǎn)物具有較大的產(chǎn)額，可大量生產(chǎn)。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 15 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。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。靶子物經(jīng)加速器輻照后，通過(guò)分離，可以得到無(wú)載體的放射性核素，但它的產(chǎn)量遠(yuǎn)比反應(yīng)堆生產(chǎn)的小。 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。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 17 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 中子流照射靶材 ，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； 具有生產(chǎn)能力大、品種多、放射性廢物量小、生產(chǎn)成本低廉等特點(diǎn)。 可以提取國(guó)防工業(yè)用 95Zr（ 鋯）、 144Ce（鈰） 等裂片元素，也可大規(guī)模生產(chǎn) 99Mo（鉬） 、 131I（碘） 等軍民兩用放射性核素（主要用于醫(yī)學(xué)診斷、治療）。能量很低的慢中子和中能中子主要引發(fā) （ n， γ） 反應(yīng)，慢中子還能引發(fā) （ n，p） 反應(yīng)和 （ n， α） 反應(yīng) 、（ n， f） 反應(yīng)等；對(duì)于快中子，主要是彈性散射的 （ n， n） 反應(yīng)和非彈性散射的 （ n， n′） 反應(yīng)，其次是 （ n， α） 反應(yīng) 、（ n， p） 反應(yīng)和 （ n， γ） 反應(yīng)；高能中子能引起 （ n， n） 反應(yīng)、 （ n， n′） 反應(yīng) 、（ n， p） 反應(yīng) 、（ n， α） 反應(yīng) 、（ n， 2n） 反應(yīng) 、（ n， 3n） 反應(yīng)等。 最主要的核反應(yīng)類型有 （ n， γ）、（ n， p）、（ n， α）、（ n， f）、（ n， 2n）， 以及多次中子俘獲。 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。 2022/2/15 核技術(shù)應(yīng)用概論 20 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。 W1 8 67 4( n , γ ) w1 8 77 4( n , γ ) W1 8 87 4 R e1 8 87 5ββ2 3 .