《放射性核素的制備》ppt課件

1、第二章第二章 放射性核素的制備放射性核素的制備主要內(nèi)容主要內(nèi)容放射性核素的來源放射性核素的來源反響堆消費(fèi)放射性核素反響堆消費(fèi)放射性核素加速器消費(fèi)放射性核素加速器消費(fèi)放射性核素放射性核素發(fā)生器放射性核素發(fā)生器引引 言言 核技術(shù)運(yùn)用的根底是射線與物質(zhì)的相互作用，這些射線可由反響核技術(shù)運(yùn)用的根底是射線與物質(zhì)的相互作用，這些射線可由反響堆、加速器直接提供，也可由放射性同位素衰變獲得。堆、加速器直接提供，也可由放射性同位素衰變獲得。 反響堆制備反響堆制備 加速器消費(fèi)加速器消費(fèi) 本章中將主要引見人工放射性核素的制備方法。本章中將主要引見人工放射性核素的制備方法。產(chǎn)量大、種類數(shù)量多、消費(fèi)本錢相對(duì)低產(chǎn)量大、種

2、類數(shù)量多、消費(fèi)本錢相對(duì)低 消費(fèi)才干低，但種類多、所消費(fèi)的核素多消費(fèi)才干低，但種類多、所消費(fèi)的核素多為無載體、比活度高。為無載體、比活度高。目前放射性核素消費(fèi)最主要的方式之一目前放射性核素消費(fèi)最主要的方式之一 2.1 放射性核素的來源放射性核素的來源分分 類類天然放射性核素天然放射性核素人工放射性核素人工放射性核素從自然界存在的礦石中提取從自然界存在的礦石中提取 經(jīng)過人工干涉的核反響制備經(jīng)過人工干涉的核反響制備 核反響堆消費(fèi)、加速器消費(fèi)和核素發(fā)生器核反響堆消費(fèi)、加速器消費(fèi)和核素發(fā)生器 2.1.1 天然放射性核素天然放射性核素天然放射性核素天然放射性核素原生放射性核素原生放射性核素 宇生放射性核素

3、宇生放射性核素 原始存在于自然界中原始存在于自然界中 宇宙射線與大氣和地表中的宇宙射線與大氣和地表中的物質(zhì)相互作用生成物質(zhì)相互作用生成 原生放射性核素原生放射性核素 由三個(gè)天然放射性衰變系組成，即釷系由三個(gè)天然放射性衰變系組成，即釷系(232Th(232Th或或4n4n系系) )，鈾系鈾系238U238U系或系或4n+24n+2系，錒系系，錒系235U235U系或系或4n+34n+3系系) )共同特點(diǎn)共同特點(diǎn)起始都是長(zhǎng)壽命元素，壽命大于或接近地球。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。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

4、核數(shù)。最后都生成穩(wěn)定的核數(shù)。 釷系釷系4n4n系系 鈾系鈾系4n+24n+2系系 4n4n表示系中各核素的質(zhì)量數(shù)為表示系中各核素的質(zhì)量數(shù)為4 4的倍數(shù)的倍數(shù) 其起始元素是其起始元素是 經(jīng)過一系列經(jīng)過一系列衰變最后生成衰變最后生成208Pb(208Pb(穩(wěn)定穩(wěn)定) )Th23290 表示系中各核素的質(zhì)量數(shù)為表示系中各核素的質(zhì)量數(shù)為4 4的倍數(shù)的倍數(shù)+2+2 其起始元素是其起始元素是 經(jīng)過一系列經(jīng)過一系列衰變最后生成衰變最后生成206Pb(206Pb(穩(wěn)穩(wěn)定定) )U23892錒系錒系4n+34n+3系系表示衰變系中各核素的質(zhì)量數(shù)為表示衰變系中各核素的質(zhì)量數(shù)為4 4的倍數(shù)的倍數(shù)+3+3其起始元素是

5、其起始元素是235U235U經(jīng)過一系列經(jīng)過一系列衰變最后生成衰變最后生成207Pb(207Pb(穩(wěn)定穩(wěn)定) )镎系镎系4n+14n+1系系表示衰變系中各核素的質(zhì)量數(shù)為表示衰變系中各核素的質(zhì)量數(shù)為4 4的倍數(shù)的倍數(shù)+1+1其起始元素是其起始元素是237Np237Np經(jīng)過一系列經(jīng)過一系列衰變最后生成衰變最后生成209Bi(209Bi(穩(wěn)定穩(wěn)定) )此系非天然放射性，在此系非天然放射性，在4040年代，已經(jīng)過各種核反響方法合成了這一放年代，已經(jīng)過各種核反響方法合成了這一放射系的一切成員。其衰變子體中無放射性氣體氡射系的一切成員。其衰變子體中無放射性氣體氡RnRn宇生放射性核素宇生放射性核素 表表2-

6、1 宇生核素例如宇生核素例如核素核素半衰期半衰期起源起源天然活度天然活度14C5730a宇宙射線作用，14N（n，p）14C15Bqg-13H12.3a宇宙射線與N和O相互作用；宇宙線散裂；6Li（n，p）3H1.210-3Bqkg-17Be53.28d宇宙射線與N和O相互作用0.01Bqkg-1 除上述原生放射性核素外，自然界中一些放射性核素如除上述原生放射性核素外，自然界中一些放射性核素如3H3H、7Be7Be、14C14C和和22Na22Na，它們是宇宙射線與空氣中的，它們是宇宙射線與空氣中的N N、O O、LiLi等作用在大氣層中生成的。等作用在大氣層中生成的。2.1.2 人工放射性核

7、素人工放射性核素 1934年，法國(guó)科學(xué)家約里奧年，法國(guó)科學(xué)家約里奧居居里夫婦用里夫婦用粒子轟擊鋁發(fā)生核反響粒子轟擊鋁發(fā)生核反響獲得了第一個(gè)人工放射性核素。之獲得了第一個(gè)人工放射性核素。之后，人們經(jīng)過反響堆、加速器等制后，人們經(jīng)過反響堆、加速器等制備了大量的各種人工放射性核素。備了大量的各種人工放射性核素。 目前，已發(fā)現(xiàn)的放射性核素有目前，已發(fā)現(xiàn)的放射性核素有2000多種，其中人工放射性核素就多種，其中人工放射性核素就超越超越1600種。種。 人工放射性核素主要是經(jīng)過中子和帶電粒子如質(zhì)子、氘核等轟擊天然人工放射性核素主要是經(jīng)過中子和帶電粒子如質(zhì)子、氘核等轟擊天然穩(wěn)定核素或穩(wěn)定核素或235U235

8、U等易裂變資料使其產(chǎn)生核反響來制備的。等易裂變資料使其產(chǎn)生核反響來制備的。 分分 類類 入射粒子的種類入射粒子的種類入射粒子的能量入射粒子的能量 中子核反響中子核反響帶電粒子核反響帶電粒子核反響光核反響光核反響重粒子核反響重粒子核反響低能核反響低能核反響E50MeVE50MeV中能核反響中能核反響50MeVE1000MeV50MeVE1000MeVE1000MeV反響堆制備反響堆制備 作為人工放射性核素消費(fèi)的重要設(shè)備之一，反作為人工放射性核素消費(fèi)的重要設(shè)備之一，反響堆可提供不同能譜的中子和較大的輻照空間，具響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

9、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、本錢低廉等優(yōu)點(diǎn)。此外，備容易、輻照操作簡(jiǎn)便、本錢低廉等優(yōu)點(diǎn)。此外，從反響堆運(yùn)轉(zhuǎn)過程中核燃料因發(fā)生裂變核反響生成從反響堆運(yùn)轉(zhuǎn)過程中核燃料因發(fā)生裂變核反響生成的產(chǎn)物中也可提取大量的放射性核素。的產(chǎn)物中也可提取大量的放射性核素。核反響堆消費(fèi)放射性核素已成為放射性核素的主要來源。核反響堆消費(fèi)放射性核素已成為放射性核素的主要來源。 加速器制備加速器制備 用加速帶電粒子轟擊各種靶子物，能引起不用加速帶電粒子轟擊各種靶子物，能引起不同的核反響，生成多種反響堆所不能提供的放射同的核反響，生成多種反響堆所不能提供的放射性核素如性核素如18F18F

10、、201Tl201Tl等。這也是人工放射性核素等。這也是人工放射性核素最重要的來源之一。加速器能消費(fèi)的放射性核素最重要的來源之一。加速器能消費(fèi)的放射性核素種類較多，約占目前知放射性核素總數(shù)的種類較多，約占目前知放射性核素總數(shù)的60%60%以上，以上，但它的產(chǎn)量遠(yuǎn)比反響堆消費(fèi)的小。但它的產(chǎn)量遠(yuǎn)比反響堆消費(fèi)的小。 核素發(fā)生器制備核素發(fā)生器制備 將反響堆和加速器消費(fèi)的某些放射性核素制成放射性核素發(fā)生器，將反響堆和加速器消費(fèi)的某些放射性核素制成放射性核素發(fā)生器，可為遠(yuǎn)離反響堆和加速器的地方提供短壽命放射性核素?？蔀檫h(yuǎn)離反響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

11、期的母所謂放射性核素發(fā)生器就是一種可從較長(zhǎng)半衰期的母體核素中不斷分別出短半衰期子體核素的一種安裝。由于體核素中不斷分別出短半衰期子體核素的一種安裝。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別出來并加以搜集。一定時(shí)間從母體核素中方便地分別出來并加以搜集。2.2 反響堆消費(fèi)放射性核素反響堆消費(fèi)放射性核素核反響堆上制備放射性核素的方法主要有兩種：核反響堆上制備放射性核素的方法主要有兩種： 1 1經(jīng)過反響堆產(chǎn)生的中子流照射靶子物，直經(jīng)過反響堆產(chǎn)生的中子流照射靶子物，直接消費(fèi)或經(jīng)過簡(jiǎn)單處置消費(fèi)放射性核素，即接消費(fèi)

12、或經(jīng)過簡(jiǎn)單處置消費(fèi)放射性核素，即n n，法；法；2 2從輻照后的從輻照后的235U235U等易裂變資料產(chǎn)生的裂變等易裂變資料產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物中分別，即產(chǎn)物中分別，即n n，f f法。法。2.2.1 中子核反響及其特點(diǎn)中子核反響及其特點(diǎn) 中子不帶電，當(dāng)它與原子核作用時(shí)，由中子不帶電，當(dāng)它與原子核作用時(shí)，由于不存在庫侖勢(shì)壘，因此不同能量的中子均于不存在庫侖勢(shì)壘，因此不同能量的中子均能引發(fā)核反響。能引發(fā)核反響。 最主要的核反響類型有最主要的核反響類型有n n，、n n，p p、n n，、n n，f f、n n，2n2n，以及多次中子俘獲。，以及多次中子俘獲。 1.n, 反響反響 n, 是消費(fèi)放射性核素

13、最重要、最常用的是消費(fèi)放射性核素最重要、最常用的核反響，利用核反響，利用n, 反響可在反響堆上消費(fèi)大反響可在反響堆上消費(fèi)大多數(shù)元素的放射性核素。多數(shù)元素的放射性核素。 經(jīng)過經(jīng)過n, n, 反響直接生成所需求的放射性核素反響直接生成所需求的放射性核素 例如例如59Co59Con, n, 60Co60Co、191Ir191Irn, n, 192Ir192Ir、31P31Pn, n, 32P32P等。由于等。由于n, n, 反響直接生成的放射性核素均為靶元素的同位素，反響直接生成的放射性核素均為靶元素的同位素，不能經(jīng)過化學(xué)方法將目的核素與其靶子元素進(jìn)展分別，因此，所制備的不能經(jīng)過化學(xué)方法將目的核素與

14、其靶子元素進(jìn)展分別，因此，所制備的放射性核素普通都是有載體的。放射性核素普通都是有載體的。 經(jīng)過經(jīng)過n, n, 反響，再經(jīng)核衰變生成所需求的放射性核素反響，再經(jīng)核衰變生成所需求的放射性核素 989999( , )mMo nMoTc Te13052(n,)Te13152-15minI13153 由于靶子元素與目的核素不是同一種元素，因此可經(jīng)由于靶子元素與目的核素不是同一種元素，因此可經(jīng)過物理或化學(xué)方法將靶子元素與目的核素進(jìn)展分別，獲得過物理或化學(xué)方法將靶子元素與目的核素進(jìn)展分別，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載體比活度、放射化學(xué)純度及放射性核素純度都很高的無載體的目的核素。的

15、目的核素。 2.n, f反響反響 235U等易裂變核素俘獲中子發(fā)生等易裂變核素俘獲中子發(fā)生n, f反響，生成數(shù)百種反響，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。裂變?cè)?，因此裂變產(chǎn)物的組成相當(dāng)復(fù)雜。 以以235U235U為例，它在熱中子引起裂變的產(chǎn)物中包括為例，它在熱中子引起裂變的產(chǎn)物中包括3636種元素的種元素的160160多種核素多種核素A=72161A=72161。經(jīng)過化學(xué)分別的方法可從這些裂變產(chǎn)物中提。經(jīng)過化學(xué)分別的方法可從這些裂變產(chǎn)物中提取在國(guó)防工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有重要運(yùn)用價(jià)值的放射性核素，如取在國(guó)防工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有重要運(yùn)用價(jià)值的放射性核素，如90Sr90Sr、95Zr95Z

16、r、99Mo99Mo、131I131I、CsCs、144Ce144Ce等。等。 3.n, p反響反響4.n, 反響反響n，p反響要求中子有較高能量，普通由快中子誘發(fā)。反響要求中子有較高能量，普通由快中子誘發(fā)。 由于核內(nèi)勢(shì)壘隨原子序數(shù)的增大而增高，因此，由于核內(nèi)勢(shì)壘隨原子序數(shù)的增大而增高，因此，n，p反響適于制反響適于制備原子序數(shù)較低的放射性核素，如備原子序數(shù)較低的放射性核素，如14C、32P、58Co等。等。 與與n, n, 反響加反響加-衰變以及衰變以及n n，p p反響一樣，利用反響一樣，利用n, n, 反響也可以消費(fèi)無載體放射性核素。用富集的反響也可以消費(fèi)無載體放射性核素。用富集的6Li

17、6Li消費(fèi)氚就是采用了該核消費(fèi)氚就是采用了該核反響方式，即反響方式，即6Li6Lin, n, 3H3H。2.2.2 反響堆輻照法消費(fèi)放反響堆輻照法消費(fèi)放射性核素射性核素 反響堆輻照法消費(fèi)的放射性核素，其產(chǎn)量與產(chǎn)反響堆輻照法消費(fèi)的放射性核素，其產(chǎn)量與產(chǎn)質(zhì)量量不僅受反響堆所能提供的輻照條件與才干影質(zhì)量量不僅受反響堆所能提供的輻照條件與才干影響，而且與核反響的選擇、靶子的制備、提取工藝響，而且與核反響的選擇、靶子的制備、提取工藝等要素有關(guān)。此外，還必需留意靶件在堆內(nèi)輻照時(shí)等要素有關(guān)。此外，還必需留意靶件在堆內(nèi)輻照時(shí)的平安性。的平安性。1. 放射性核素消費(fèi)要求反響堆提供的條件放射性核素消費(fèi)要求反響堆提

18、供的條件 A. 高中子注量率高中子注量率B. 足夠的輻照時(shí)間足夠的輻照時(shí)間C. 反響堆運(yùn)轉(zhuǎn)方式反響堆運(yùn)轉(zhuǎn)方式D. 反響堆平安保證反響堆平安保證普通普通5 51013cm-2s-11013cm-2s-1以上，特殊要求在以上，特殊要求在1 11015cm-1015cm-2s-12s-1以上以上 多達(dá)數(shù)十個(gè)的輻照孔道多達(dá)數(shù)十個(gè)的輻照孔道 根據(jù)消費(fèi)放射性核素半衰期的長(zhǎng)短設(shè)置不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式根據(jù)消費(fèi)放射性核素半衰期的長(zhǎng)短設(shè)置不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式 干孔道采用空氣冷卻靶件，濕孔道采用純真水冷卻靶件干孔道采用空氣冷卻靶件，濕孔道采用純真水冷卻靶件 2. 靶件的制備靶件的制備 1靶子物的選擇與處置靶子物的選擇與處置 A

19、 選擇適宜的靶子物化學(xué)形狀選擇適宜的靶子物化學(xué)形狀 B 盡能夠采用高豐度的靶子元素作為靶子物盡能夠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置并轉(zhuǎn)化為所需的化學(xué)形狀、堆內(nèi)輻照時(shí)靶件的穩(wěn)定性化學(xué)易于處置并轉(zhuǎn)化為所需的化學(xué)形狀、堆內(nèi)輻照時(shí)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。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)生兩次中子俘某些核素要發(fā)生兩次中子俘獲才干消費(fèi)。獲才干消費(fèi)。2靶子物的構(gòu)造設(shè)計(jì)及制備靶子物的

20、構(gòu)造設(shè)計(jì)及制備 靶件的構(gòu)造設(shè)計(jì)包括靶筒構(gòu)造設(shè)計(jì)、靶芯的構(gòu)造靶子物的形靶件的構(gòu)造設(shè)計(jì)包括靶筒構(gòu)造設(shè)計(jì)、靶芯的構(gòu)造靶子物的形狀及其在靶筒內(nèi)的分布方式設(shè)計(jì)。靶件需求根據(jù)反響堆所能提供狀及其在靶筒內(nèi)的分布方式設(shè)計(jì)。靶件需求根據(jù)反響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、靶件輻看管道冷卻方式以及靶件出入堆的抓取工件裝量及發(fā)熱量、靶件輻看管道冷卻方式以及靶件出入堆的抓取工具等條件設(shè)計(jì)，以保證輻照時(shí)靶件及反響堆的平安。具等條件設(shè)計(jì)，以保證輻照時(shí)靶件及反響堆的平安。 制備輻照靶件時(shí)還要思索靶子物裝載量、內(nèi)外包裝方式等

21、制備輻照靶件時(shí)還要思索靶子物裝載量、內(nèi)外包裝方式等 3輻照靶件的焊封輻照靶件的焊封 輻照靶件必需具有良好的密封性，以保證同位素靶件在反響堆輻輻照靶件必需具有良好的密封性，以保證同位素靶件在反響堆輻照過程中不發(fā)生放射性物質(zhì)走漏。照過程中不發(fā)生放射性物質(zhì)走漏。4輻照靶件的質(zhì)量控制輻照靶件的質(zhì)量控制 靶件需求經(jīng)過靶件密封性檢測(cè)、外表污染等檢測(cè)合格后才干入堆輻照。靶件需求經(jīng)過靶件密封性檢測(cè)、外表污染等檢測(cè)合格后才干入堆輻照。 可采用的方法有工業(yè)可采用的方法有工業(yè)CTCT、中子照相技術(shù)、中子照相技術(shù)、譜儀丈量等進(jìn)展無損檢測(cè)！譜儀丈量等進(jìn)展無損檢測(cè)！3. 靶件的輻照靶件的輻照 選擇適宜的輻照條件和保證輻照

22、過程的平安是至關(guān)重要的。靶件的選擇適宜的輻照條件和保證輻照過程的平安是至關(guān)重要的。靶件的輻照應(yīng)留意以下幾點(diǎn)：輻照應(yīng)留意以下幾點(diǎn)： A 選擇適宜的核反響及中子能譜選擇適宜的核反響及中子能譜 適宜在反響堆上消費(fèi)放射性核素，普通其原子序數(shù)要求在適宜在反響堆上消費(fèi)放射性核素，普通其原子序數(shù)要求在2020以上。以上。對(duì)于原子序數(shù)位于對(duì)于原子序數(shù)位于2020和和3535之間的放射性核素的消費(fèi)，可以選用能量高之間的放射性核素的消費(fèi)，可以選用能量高的快中子；當(dāng)原子序數(shù)大于的快中子；當(dāng)原子序數(shù)大于3636時(shí)，通常選用時(shí)，通常選用n, n, 反響消費(fèi)放射性反響消費(fèi)放射性核素。核素。 B 盡能夠高的中子注量率盡能夠

23、高的中子注量率C 適宜的輻照時(shí)間適宜的輻照時(shí)間 反響堆消費(fèi)放射性核素的產(chǎn)額與中子注量率成正反響堆消費(fèi)放射性核素的產(chǎn)額與中子注量率成正比。因此，應(yīng)采用盡能夠高的中子注量率，以提高目比。因此，應(yīng)采用盡能夠高的中子注量率，以提高目的核素的產(chǎn)額。的核素的產(chǎn)額。 某一同位素消費(fèi)靶件的最正確輻照時(shí)間可以根據(jù)靶件某一同位素消費(fèi)靶件的最正確輻照時(shí)間可以根據(jù)靶件的輻照產(chǎn)額公式來計(jì)算。的輻照產(chǎn)額公式來計(jì)算。 產(chǎn)額的計(jì)算產(chǎn)額的計(jì)算 假設(shè)穩(wěn)定核素假設(shè)穩(wěn)定核素S S被入射粒子轟擊生成放射性核素被入射粒子轟擊生成放射性核素A A，核素，核素A A僅以衰變方僅以衰變方式減少并且生成穩(wěn)定核素式減少并且生成穩(wěn)定核素B B。 (

24、sAnSAB ， ）穩(wěn)定） 1/2(2324240.5314.66NaNaMg(nbTh ， ）穩(wěn)定） 例：例： 在照射時(shí)間內(nèi)，核素在照射時(shí)間內(nèi)，核素A A的產(chǎn)率與入射粒子注量率的產(chǎn)率與入射粒子注量率cm-2s-1cm-2s-1、熱中子俘獲截面熱中子俘獲截面ssb b，1b=10-24cm21b=10-24cm2和靶核數(shù)和靶核數(shù)NsNs成正比，即核素成正比，即核素A A的消費(fèi)率為的消費(fèi)率為sNssNs；同進(jìn)它又隨著；同進(jìn)它又隨著ANAANA的衰變速率而減少。的衰變速率而減少。 因此，核素因此，核素A A的凈增長(zhǎng)率為：的凈增長(zhǎng)率為： AssAAdNNNdt 式中式中 NA NA為照射時(shí)間為照射時(shí)

25、間t t后核素后核素A A的原子數(shù)。的原子數(shù)。 初始條件初始條件t=0t=0時(shí)，時(shí)，NANA0 0，那么上述微分的方程的解為：，那么上述微分的方程的解為： ( )(1)ssAANtANte 其放射性活度為：其放射性活度為： ( )(1)AtAAAssA tNNe 4. 輻照靶件的處置輻照靶件的處置 輻照后的靶件處置包括目的放射性物理處置、化輻照后的靶件處置包括目的放射性物理處置、化學(xué)處置及其進(jìn)一步加工成各種放射性制品。輻照后的學(xué)處置及其進(jìn)一步加工成各種放射性制品。輻照后的靶件普通都需求經(jīng)過化學(xué)處置目的核素的分別與純靶件普通都需求經(jīng)過化學(xué)處置目的核素的分別與純化后才干制成滿足用戶需求的放射性核素

26、制品?；蟛鸥芍瞥蓾M足用戶需求的放射性核素制品。 化學(xué)處置方法有溶劑萃取法、沉淀法、離子交換化學(xué)處置方法有溶劑萃取法、沉淀法、離子交換法、蒸干餾、電化學(xué)法、熱原子反沖法等。法、蒸干餾、電化學(xué)法、熱原子反沖法等。 5. 放射性核素產(chǎn)品的質(zhì)量放射性核素產(chǎn)品的質(zhì)量 放射性核素的產(chǎn)質(zhì)量量是經(jīng)過物理檢驗(yàn)、放射性核素的產(chǎn)質(zhì)量量是經(jīng)過物理檢驗(yàn)、化學(xué)檢驗(yàn)以及生物檢驗(yàn)等質(zhì)量檢驗(yàn)方法予以化學(xué)檢驗(yàn)以及生物檢驗(yàn)等質(zhì)量檢驗(yàn)方法予以保證的，其產(chǎn)質(zhì)量量目的包括：放射性活度、保證的，其產(chǎn)質(zhì)量量目的包括：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(cè)等

27、。體含量及醫(yī)用制劑的無菌、無熱源檢測(cè)等。 6. 某些重要核素的消費(fèi)工藝某些重要核素的消費(fèi)工藝表表2-2 反響堆消費(fèi)的一些重要放射性核素反響堆消費(fèi)的一些重要放射性核素核素核素半衰期半衰期核反應(yīng)核反應(yīng)靶子物靶子物生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法3H12.33a6Li（n，）3HLi-Mg，Li-Al照射后將靶子在真空中加熱至500600以分離14C5730a14N（n，p）14CBe3N2，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Ba14CO332P14.282d32S（n，p）32P蒸餾純化

28、的硫照射后于180下減壓蒸餾除硫，加入0.1molL-1HCl和H2O2，加熱純化2h得到H332PO460Co5.271a59Co（n，）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9999mTcTc98Mon，99Mo-，113mIn113mIn112Snn，113 SnEcIT 125I124Xen，125Xe131I130Ten，131Te核素核素半衰期半衰期核反應(yīng)核反應(yīng)靶子物靶子物生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法99Mo-99mTc99Mo：2.7477d99mTc：6.006hMoO3粉末溶于10molL-1氨水中，除去過量氨，用0.05molL-1HCl溶解并調(diào)節(jié)溶液pH為

29、3-4，吸附在氧化鋁柱上，最后用生理鹽水洗脫99mTc113Sn-113mIn112Sn：115.09d113mIn：1.658h錫絲，112Sn富集靶高中子通量照射一年后，用6molL-1HCl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0.05molL-1HCl洗脫113mIn125I59.407d124Xe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。131I8.040dTeO2TeO2置于馬弗爐內(nèi)，于750800下蒸餾，用NaOH溶液吸收蒸出的131I 1131I干法消費(fèi)工藝干法消費(fèi)工藝 A 一種是一種是n，f法，即法，即2

30、35Un，f131I，從輻照后的，從輻照后的235U靶件中分靶件中分別裂別裂 變產(chǎn)物變產(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。但提取率較低，并且從大量的裂變產(chǎn)物中提取裂變131I會(huì)會(huì)另另 外產(chǎn)生大量的放射性廢物。外產(chǎn)生大量的放射性廢物。 B 另一種是另一種是n，法，即以單質(zhì)碲或碲的各種化合物為原料，入堆法，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)過輻照后，碲經(jīng)過130Ten，131Te和和-衰變生成衰變生成131I，再將，再將131I從靶從靶 資料中分別出來。資料中分別出來。 消費(fèi)方式消費(fèi)方式過濾器，B流量計(jì)，C壓力計(jì)，D蒸發(fā)爐，E純化爐，F(xiàn)吸收柱，G閥，活性碳

31、柱，I活性碳丈量柱，J真空泵 圖2-5 131I干法消費(fèi)系統(tǒng)表示圖干法消費(fèi)安裝主要包括加熱蒸餾、堿液吸收、廢氣處置三部分組成。干法消費(fèi)安裝主要包括加熱蒸餾、堿液吸收、廢氣處置三部分組成。 干法消費(fèi)安裝干法消費(fèi)安裝 加熱蒸餾安裝由管式加熱電爐帶溫度控制儀、純加熱蒸餾安裝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?；訜釥t、石英舟皿、石英加熱管組成。 堿液吸收安裝由兩級(jí)堿液吸收柱組成。第一級(jí)吸收柱堿液吸收安裝由兩級(jí)堿液吸收柱組成。第一級(jí)吸收柱容積容積50mL50mL，第二級(jí)吸收柱容積，第二級(jí)吸收柱容積250mL250mL。 廢氣處置安裝廢物處置安裝由三級(jí)強(qiáng)堿液洗滌塔組成，廢氣

32、處置安裝廢物處置安裝由三級(jí)強(qiáng)堿液洗滌塔組成，每級(jí)洗滌塔容積每級(jí)洗滌塔容積1000mL,1000mL,堿液濃度為堿液濃度為5.0molL-1NaOH5.0molL-1NaOH。除此之。除此之外，操作的任務(wù)箱或熱室需配置除碘過濾器。外，操作的任務(wù)箱或熱室需配置除碘過濾器。2125I循環(huán)回路間歇式消費(fèi)工藝循環(huán)回路間歇式消費(fèi)工藝 消費(fèi)方式消費(fèi)方式消費(fèi)消費(fèi)125I125I的主要核反響的主要核反響IXenXe125125124),(目前有兩種消費(fèi)方法：目前有兩種消費(fèi)方法： A 是將是將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

33、輻照。照靶件入堆輻照。 B 是間歇循環(huán)回路法。采用這種方法消費(fèi)是間歇循環(huán)回路法。采用這種方法消費(fèi)125I，不需求制備，不需求制備124Xe氣體氣體 靶，并且，該消費(fèi)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，得到的靶，并且，該消費(fèi)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，得到的125I純度高，消費(fèi)才干也較純度高，消費(fèi)才干也較 前一種方法高。前一種方法高。 間歇循環(huán)回路法消費(fèi)間歇循環(huán)回路法消費(fèi)125I125I的工藝流程的工藝流程 125I間歇循環(huán)消費(fèi)工藝流程間歇循環(huán)消費(fèi)工藝流程2.2.3 從裂變產(chǎn)物中提取放從裂變產(chǎn)物中提取放射性核素射性核素1. 裂變核反響裂變核反響圖圖2-7 2-7 中子引發(fā)的鈾核裂變表示圖中子引發(fā)的鈾核裂變表示圖 nSrXenU10

34、94381405410235922nKrBa108936144563nKrSb1099411335142. 裂變產(chǎn)物的組成其質(zhì)量分布裂變產(chǎn)物的組成其質(zhì)量分布 裂變產(chǎn)物的組成是隨時(shí)間變化的。當(dāng)一個(gè)可裂變物質(zhì)的靶在反響堆內(nèi)裂變產(chǎn)物的組成是隨時(shí)間變化的。當(dāng)一個(gè)可裂變物質(zhì)的靶在反響堆內(nèi)照射了照射了T T時(shí)間并冷卻時(shí)間并冷卻t t時(shí)間后，裂片核素時(shí)間后，裂片核素i i的放射性的放射性AiAi可用下式來表示：可用下式來表示： (1)iiTtiiANI Yee 式中式中 N N可裂變物質(zhì)的原子核數(shù)；可裂變物質(zhì)的原子核數(shù)； I I中子能量；中子能量； 裂變截面；裂變截面； Yi Yi核素核素i i的裂變產(chǎn)額；

35、的裂變產(chǎn)額； i i核素核素i i的衰變常數(shù)。的衰變常數(shù)。在在N N、I I、不變的情況下，不變的情況下，裂變產(chǎn)物的放射性與裂變裂變產(chǎn)物的放射性與裂變產(chǎn)額產(chǎn)額YiYi有關(guān)，并隨著有關(guān)，并隨著T T、t t而變化。而變化。 圖圖2-8 不同能量的中子誘發(fā)不同能量的中子誘發(fā)235U裂變的質(zhì)量裂變的質(zhì)量-產(chǎn)額圖產(chǎn)額圖裂變產(chǎn)額是指是指裂變裂變產(chǎn)額是指是指裂變產(chǎn)物的某一種核素或某產(chǎn)物的某一種核素或某一質(zhì)量鏈在重核裂變過一質(zhì)量鏈在重核裂變過程中產(chǎn)生的幾率。它通程中產(chǎn)生的幾率。它通常用每常用每100100次核裂變產(chǎn)生次核裂變產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物原子數(shù)來表的裂變產(chǎn)物原子數(shù)來表示示% %。 3. 裂變產(chǎn)物分別裂變產(chǎn)物

36、分別離子交換分別離子交換分別 溶劑萃取分別溶劑萃取分別 萃取色層分別萃取色層分別 沉淀分別法沉淀分別法 其它方法其它方法 A 裂片元素的分別方法裂片元素的分別方法 選擇性好，回收率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化選擇性好，回收率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作、易于放射性屏蔽操作、易于放射性屏蔽 簡(jiǎn)便、快速、選擇性高、易于延續(xù)操作和簡(jiǎn)便、快速、選擇性高、易于延續(xù)操作和遠(yuǎn)間隔控制遠(yuǎn)間隔控制 對(duì)于性質(zhì)類似的元素的分別更能顯示其優(yōu)對(duì)于性質(zhì)類似的元素的分別更能顯示其優(yōu)越性越性 操作繁雜、程序冗長(zhǎng)、回收率和去污率較低操作繁雜、程序冗長(zhǎng)、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超臨界流體萃取法和采用離子液體為萃取介質(zhì)

37、的方法萃取介質(zhì)的方法 B 長(zhǎng)壽命裂片元素及超鈾元素的分別長(zhǎng)壽命裂片元素及超鈾元素的分別 目前，長(zhǎng)壽命裂片核素及超鈾核目前，長(zhǎng)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素主要從核動(dòng)力堆卸出的乏燃料中提取。乏燃料的后處置主要目的是回收取。乏燃料的后處置主要目的是回收235U235U，并提取軍用核素，并提取軍用核素239Pu239Pu。在。在235U235U、239Pu239Pu提取回收后，其它的裂變產(chǎn)物和提取回收后，其它的裂變產(chǎn)物和超鈾元素全部轉(zhuǎn)入廢液中。超鈾元素全部轉(zhuǎn)入廢液中。 C 中短壽命裂片元素的分別中短壽命裂片元素的分別裂變裂變99Mo的提取的提取 235U裂變生成裂變生成99M

38、o產(chǎn)額為產(chǎn)額為6.06%，可以從，可以從235U的裂的裂變產(chǎn)物中大量提取變產(chǎn)物中大量提取99Mo。裂變。裂變99Mo的提取普通采用的提取普通采用Al2O3色層分別、色層分別、HDEHP溶劑萃取或萃取色層分別、溶劑萃取或萃取色層分別、-安安息香肟沉淀分別法等。息香肟沉淀分別法等。 下面以日本開展的裂變下面以日本開展的裂變99Mo消費(fèi)為例引見裂變裂變消費(fèi)為例引見裂變裂變99Mo消費(fèi)技術(shù)。消費(fèi)技術(shù)。a 235U靶件的制備靶件的制備 圖圖2-9 235U靶件構(gòu)造靶件構(gòu)造圖圖 b 235U靶件的輻照及冷卻靶件的輻照及冷卻 輻照條件：中子注率量輻照條件：中子注率量2 21013cm-2s-131013cm

39、-2s-131013cm-1013cm-2s-12s-1， 輻照輻照4d7d4d7d。冷卻時(shí)間：冷卻時(shí)間：2d2d。 冷卻冷卻2d2d后，一個(gè)靶件將產(chǎn)生后，一個(gè)靶件將產(chǎn)生2.812.811012Bq99Mo1012Bq99Mo、 4.1 4.11012Bq 131I1012Bq 131I、2.592.591012Bq 1012Bq 133Xe133Xe等裂片元素。等裂片元素。c 輻照后輻照后235U靶件的處置靶件的處置 靶件用靶件用10molL-110molL-1的硝酸溶解。在靶件溶解時(shí)的硝酸溶解。在靶件溶解時(shí)131I131I和和133Xe133Xe等放射性等放射性氣體釋放出來，經(jīng)堿液吸收塔吸

40、收氣體釋放出來，經(jīng)堿液吸收塔吸收131I131I后，含后，含133Xe133Xe的放射性氣體經(jīng)過液的放射性氣體經(jīng)過液氮冷卻的分子篩，以捕集氮冷卻的分子篩，以捕集133Xe133Xe。溶解完全后，參與碘的載體以進(jìn)一步除去放射性溶解完全后，參與碘的載體以進(jìn)一步除去放射性131I131I。 向反萃液參與向反萃液參與NaNO2NaNO2以除去溶液中的以除去溶液中的H2O2H2O2，并經(jīng)過蒸餾方法減小反，并經(jīng)過蒸餾方法減小反萃液體積。經(jīng)處置后的反萃液參與氧化鋁色譜柱，萃液體積。經(jīng)處置后的反萃液參與氧化鋁色譜柱，99Mo99Mo被氧化鋁所吸被氧化鋁所吸附，然后用附，然后用0.1molL-10.1molL-

41、1的稀硝酸和水洗滌色譜柱，再用的稀硝酸和水洗滌色譜柱，再用0.1molL-10.1molL-1的氨水將的氨水將99Mo99Mo洗提出來，即為產(chǎn)品。洗提出來，即為產(chǎn)品。裂變裂變99Mo99Mo提取流程提取流程表表2-3 裂變裂變99Mo中放射性雜質(zhì)含量中放射性雜質(zhì)含量放射性雜質(zhì)放射性雜質(zhì)半衰期半衰期比活度（與比活度（與99Mo之比）之比）131I8.05d110-5103Ru39.5d510-795Nb35.0d210-6141Ce32.5d110-5789Sr52.7d610-691Y58.8d910-895Zr65.5d510-9132Te77.7d110-4137Cs30.0d310-91

42、40Ba12.8d210-7239Np2.346d210-3注：輻照時(shí)間7d，丈量時(shí)間為輻照之后7d。裂變裂變131I的提取的提取 裂變裂變131I131I是裂變法消費(fèi)是裂變法消費(fèi)99Mo99Mo時(shí)的副產(chǎn)物之一，由于裂時(shí)的副產(chǎn)物之一，由于裂變變131I131I的產(chǎn)額為的產(chǎn)額為3.1%3.1%，因此可以從裂變產(chǎn)物中大規(guī)模消費(fèi)，因此可以從裂變產(chǎn)物中大規(guī)模消費(fèi)131I131I。 裂變同位素消費(fèi)過程中，在切割和酸性溶解時(shí)都有裂變同位素消費(fèi)過程中，在切割和酸性溶解時(shí)都有131I131I逸出，采用負(fù)壓方式可將其搜集；不論采用何種方式逸出，采用負(fù)壓方式可將其搜集；不論采用何種方式溶靶，留在溶液中的溶靶，留在

43、溶液中的131I131I普通都采用先酸化、后蒸餾或熱普通都采用先酸化、后蒸餾或熱氣載帶等措施使其分別出來。氣載帶等措施使其分別出來。 圖圖2-12 IRE裂變同位素裂變同位素99Mo、131I、133Xe分別流程圖分別流程圖圖圖2-13 純化流程圖純化流程圖n第三講2.3 加速器消費(fèi)放射性核素加速器消費(fèi)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，可制備很多種類的放射性核素。這些放射性核素大多的靶，可制備很多種類的放射性核素。這些放射性核素大多數(shù)因核內(nèi)中子貧乏而以正電子或低能數(shù)因核內(nèi)中子貧乏而以正電子或低能射方式衰變，半衰期普

44、射方式衰變，半衰期普通較短，比活度高，并且可以得到無載體放射性核素，雖然通較短，比活度高，并且可以得到無載體放射性核素，雖然它的消費(fèi)才干較低，但由于它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)，尤其是生物醫(yī)它的消費(fèi)才干較低，但由于它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)，尤其是生物醫(yī)學(xué)方面具有特殊的用途，其用量不斷添加，現(xiàn)已成為放射性學(xué)方面具有特殊的用途，其用量不斷添加，現(xiàn)已成為放射性核素消費(fèi)不可短少的手段。核素消費(fèi)不可短少的手段。2.3.1 加速器消費(fèi)反射性核加速器消費(fèi)反射性核素的開展簡(jiǎn)史素的開展簡(jiǎn)史 自自19341934年人工放射性核素發(fā)現(xiàn)后，盤旋加速器就用于放射性核素的年人工放射性核素發(fā)現(xiàn)后，盤旋加速器就用于放射性核素的制備，使人工放射性核素

45、在短短三年內(nèi)就從制備，使人工放射性核素在短短三年內(nèi)就從3 3個(gè)添加到個(gè)添加到197197個(gè)。個(gè)。 從從2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代初到如今，世界上用于消費(fèi)放射性核素的加速器從不年代初到如今，世界上用于消費(fèi)放射性核素的加速器從不到到5 5臺(tái)猛增到數(shù)百臺(tái)；并且新添加的核醫(yī)學(xué)診斷用核素中臺(tái)猛增到數(shù)百臺(tái)；并且新添加的核醫(yī)學(xué)診斷用核素中8080是用加速器是用加速器消費(fèi)的。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，有些消費(fèi)的。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)了逐漸取代部分反響堆消費(fèi)的放射性核素的趨勢(shì)。核素的作用出現(xiàn)了逐漸取代部分反響堆消費(fèi)的放射性核素的趨勢(shì)。

46、2.3.2 加速器的組成及分類加速器的組成及分類加速器主要由三個(gè)部分組成：加速器主要由三個(gè)部分組成：離子源用于提供所需加速的電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子以及重離子等離子源用于提供所需加速的電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子以及重離子等粒子；粒子；真空加速系統(tǒng)該系統(tǒng)中有一定形狀的加速電場(chǎng)，為了使粒子在不受空氣真空加速系統(tǒng)該系統(tǒng)中有一定形狀的加速電場(chǎng)，為了使粒子在不受空氣分子散射的條件下加速，整個(gè)系統(tǒng)放在真空度極高的真空室內(nèi)；分子散射的條件下加速，整個(gè)系統(tǒng)放在真空度極高的真空室內(nèi)；導(dǎo)引、聚焦系統(tǒng)用一定形狀的電磁場(chǎng)來引導(dǎo)并約束被加速的粒子束，使導(dǎo)引、聚焦系統(tǒng)用一定形狀的電磁場(chǎng)來引導(dǎo)并約束被加速的粒子束，使之沿

47、預(yù)定軌道接受電場(chǎng)的加速。之沿預(yù)定軌道接受電場(chǎng)的加速。 衡量一個(gè)加速器的性能的目的有兩個(gè)：一是粒子所能到達(dá)的能量；二是衡量一個(gè)加速器的性能的目的有兩個(gè)：一是粒子所能到達(dá)的能量；二是粒子流的強(qiáng)度流強(qiáng)。加速器按其作用原理不同可分為靜電加速器、直粒子流的強(qiáng)度流強(qiáng)。加速器按其作用原理不同可分為靜電加速器、直線加速器、盤旋加速器、電子感應(yīng)加速器、同步盤旋加速器、對(duì)撞機(jī)等。線加速器、盤旋加速器、電子感應(yīng)加速器、同步盤旋加速器、對(duì)撞機(jī)等。1. 高壓倍加加速器高壓倍加加速器 這是最早運(yùn)用過的用來加速粒子的這是最早運(yùn)用過的用來加速粒子的高壓安裝。它利用倍壓速流的原理制成高壓安裝。它利用倍壓速流的原理制成的。雖然加

48、速后粒子的能量不高，普通的。雖然加速后粒子的能量不高，普通在在1MeV1MeV左右，但用它得到的高速粒子數(shù)左右，但用它得到的高速粒子數(shù)量大，束流強(qiáng)，因此至今仍有實(shí)驗(yàn)室運(yùn)量大，束流強(qiáng)，因此至今仍有實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用它來加速粒子。用它來加速粒子。2. 靜電加速器靜電加速器 圖圖2-19 范得格拉夫靜電加速器表示圖范得格拉夫靜電加速器表示圖 靜電加速器是利用靜電加速器是利用靜電高壓加速帶電粒子靜電高壓加速帶電粒子的安裝。它可用以加速的安裝。它可用以加速電子或質(zhì)子，經(jīng)過輸電電子或質(zhì)子，經(jīng)過輸電帶將噴電針電暈放電的帶將噴電針電暈放電的電荷保送到一個(gè)絕緣的電荷保送到一個(gè)絕緣的空心金屬電極內(nèi)，使之空心金屬電極內(nèi)，使

49、之充電至高電壓以加速帶充電至高電壓以加速帶電粒子。電粒子。3. 盤旋加速器盤旋加速器 圖圖2-20 盤旋加速器表示圖盤旋加速器表示圖 盤旋加速器是盤旋加速器是利用磁場(chǎng)使帶電粒利用磁場(chǎng)使帶電粒子作盤旋運(yùn)動(dòng)，在子作盤旋運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中經(jīng)高頻電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中經(jīng)高頻電場(chǎng)反復(fù)加速的安裝。反復(fù)加速的安裝。 4. 直線加速器直線加速器 圖圖2-21 粒子加速器實(shí)物圖粒子加速器實(shí)物圖 直線加速器是利用直線加速器是利用沿直線軌道分布的高頻沿直線軌道分布的高頻電場(chǎng)加速電子、質(zhì)子和電場(chǎng)加速電子、質(zhì)子和重離子的安裝。重離子的安裝。 1 2 2 44016 . 2 5 1 01 0()()3 . 7 1 0tE men JAE

50、 S E d EZ Linac Coherent Light Source2.3.3 加速器消費(fèi)放射性核加速器消費(fèi)放射性核素的特點(diǎn)素的特點(diǎn)帶電粒子核反響的庫侖勢(shì)壘高，適于制備輕元素的放射性核素如帶電粒子核反響的庫侖勢(shì)壘高，適于制備輕元素的放射性核素如11C11C、13N13N、15O15O和和18F18F等。等。加速器消費(fèi)核素時(shí)，入射粒子是帶電粒子，所生成的放射性核素都加速器消費(fèi)核素時(shí)，入射粒子是帶電粒子，所生成的放射性核素都是貧中子的核素。是貧中子的核素。加速器消費(fèi)的放射性核素，普通與靶核不是同一元素，故易于用化加速器消費(fèi)的放射性核素，普通與靶核不是同一元素，故易于用化學(xué)分別，制得高比活度或

51、無載體的放射性核素。學(xué)分別，制得高比活度或無載體的放射性核素。 加速器消費(fèi)放射性核素也有一些缺陷，如大部分核素的消費(fèi)才干要加速器消費(fèi)放射性核素也有一些缺陷，如大部分核素的消費(fèi)才干要比反響堆消費(fèi)小得多，消費(fèi)本錢高；制備靶及靶子冷卻技術(shù)難度大；較短比反響堆消費(fèi)小得多，消費(fèi)本錢高；制備靶及靶子冷卻技術(shù)難度大；較短的半衰期使它的運(yùn)用范圍時(shí)間、空間遭到限制。的半衰期使它的運(yùn)用范圍時(shí)間、空間遭到限制。2.3.4 加速器消費(fèi)放射性核加速器消費(fèi)放射性核素的核反響類型素的核反響類型 加速器消費(fèi)放射性核素中發(fā)生的主要核反響有：采用加速器消費(fèi)放射性核素中發(fā)生的主要核反響有：采用粒子引發(fā)的粒子引發(fā)的核反響、氘核引發(fā)核

52、反響、質(zhì)子核反響、核反響、氘核引發(fā)核反響、質(zhì)子核反響、3He3He引起的核反響等。引起的核反響等。采用采用粒子引發(fā)的核反響有粒子引發(fā)的核反響有，n n、，p p、，2n2n等。等。氘核反響有氘核反響有d d，n n、d d，2n2n、d d，反響。反響。質(zhì)子引發(fā)的質(zhì)子引發(fā)的(p(p，n)n)反響是加速器消費(fèi)放射性核素的主要核反響，反響是加速器消費(fèi)放射性核素的主要核反響，3He3He引起的核反響有引起的核反響有3He3He，n n、3He3He，2n2n、3He3He，p p等。等。2.3.5 加速器消費(fèi)放射性核素加速器消費(fèi)放射性核素加速器參數(shù)加速器參數(shù) 核反響產(chǎn)額核反響產(chǎn)額 產(chǎn)品核純度產(chǎn)品核純

53、度 A 核反響的選擇核反響的選擇帶電粒子束必需具有足夠的能量帶電粒子束必需具有足夠的能量 帶電粒子束必需具有足夠的粒子流量帶電粒子束必需具有足夠的粒子流量 入射粒子靜止質(zhì)量越小，能量越大，靶核入射粒子靜止質(zhì)量越小，能量越大，靶核原子序數(shù)越小，那么產(chǎn)額越大原子序數(shù)越小，那么產(chǎn)額越大 發(fā)生核反響時(shí)，能夠同時(shí)會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反響，從發(fā)生核反響時(shí)，能夠同時(shí)會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反響，從而導(dǎo)致產(chǎn)品純度不高，因此需求選擇適宜的核而導(dǎo)致產(chǎn)品純度不高，因此需求選擇適宜的核反響及入射粒子能量反響及入射粒子能量 B 加速器用靶件的制備加速器用靶件的制備 固體靶固體靶 液體靶和氣體靶液體靶和氣體靶 內(nèi)靶方式是將靶件放在加速器的真空室

54、內(nèi)照射，內(nèi)靶方式是將靶件放在加速器的真空室內(nèi)照射， 其消費(fèi)效率高，但操作復(fù)雜。其消費(fèi)效率高，但操作復(fù)雜。外靶方式是將粒子束引出真空室，在真空室外面外靶方式是將粒子束引出真空室，在真空室外面 照射靶件。照射靶件。有專門的靶資料液體有專門的靶資料液體/ /氣體進(jìn)出管道氣體進(jìn)出管道 適宜的厚度、耐高溫、導(dǎo)熱性能好、熱穩(wěn)定性好、熔點(diǎn)高適宜的厚度、耐高溫、導(dǎo)熱性能好、熱穩(wěn)定性好、熔點(diǎn)高C 輻照產(chǎn)額計(jì)算輻照產(chǎn)額計(jì)算 帶電粒子引起核反響的反響截面，劇烈地依賴于轟擊粒子的能量。帶電粒子引起核反響的反響截面，劇烈地依賴于轟擊粒子的能量。這種核反響截面隨入射粒子通量變化的函數(shù)關(guān)系，稱激發(fā)函數(shù)。知激發(fā)這種核反響截面

55、隨入射粒子通量變化的函數(shù)關(guān)系，稱激發(fā)函數(shù)。知激發(fā)函數(shù)后，函數(shù)后，“厚靶輻照時(shí)所期望獲得的放射性核素總放射性量厚靶輻照時(shí)所期望獲得的放射性核素總放射性量A A可表示如可表示如下：下：7010()()E mJtAESEdEZ T7; 當(dāng)輻照時(shí)間顯著小于至少當(dāng)輻照時(shí)間顯著小于至少5 5倍同位素的半衰期時(shí)，上式可近似表倍同位素的半衰期時(shí)，上式可近似表示如下：示如下：11 ,1 ,0ttNNe D 輻照靶件的處置輻照靶件的處置 粒子束轟擊后的靶件經(jīng)各種物理、化學(xué)方法處置后，粒子束轟擊后的靶件經(jīng)各種物理、化學(xué)方法處置后，可得到無載體的放射性核素。可得到無載體的放射性核素。固體靶：固體靶：1 1易揮發(fā)物質(zhì)：

56、干法蒸餾技術(shù)進(jìn)展分別提取，固易揮發(fā)物質(zhì)：干法蒸餾技術(shù)進(jìn)展分別提取，固體靶還可反復(fù)運(yùn)用；體靶還可反復(fù)運(yùn)用；2 2難揮發(fā)物質(zhì)：溶解、萃取、層析或難揮發(fā)物質(zhì)：溶解、萃取、層析或共沉淀等，靶件一次性運(yùn)用。共沉淀等，靶件一次性運(yùn)用。液體靶和氣體靶：相對(duì)要簡(jiǎn)單些。液體靶和氣體靶：相對(duì)要簡(jiǎn)單些。2.3.6 加速器消費(fèi)放射性核素加速器消費(fèi)放射性核素的運(yùn)用的運(yùn)用 工業(yè)上，工業(yè)上， 57Co 57Co、22Na22Na、109Cd109Cd作為穆斯堡爾效應(yīng)、作為穆斯堡爾效應(yīng)、正電子湮沒技術(shù)、正電子湮沒技術(shù)、X X 射線熒光分析用的放射源。射線熒光分析用的放射源。在農(nóng)業(yè)和環(huán)境維護(hù)中，在農(nóng)業(yè)和環(huán)境維護(hù)中，47K47K

57、、74As74As、203Pb 203Pb 示蹤原示蹤原子。子。在醫(yī)學(xué)上的運(yùn)用，檸檬酸在醫(yī)學(xué)上的運(yùn)用，檸檬酸67Ga67Ga用于腫瘤診斷，用于腫瘤診斷，123I123I標(biāo)志的碘化鈉用于診斷甲狀腺。標(biāo)志的碘化鈉用于診斷甲狀腺。 2.3.7 加速器消費(fèi)放射性核素加速器消費(fèi)放射性核素123I1. 直接法制備直接法制備 直接法制備直接法制備123I123I需求中、低能加速器，用質(zhì)子或氘在富集需求中、低能加速器，用質(zhì)子或氘在富集TeTe同位同位素上引發(fā)核反響。素上引發(fā)核反響。TeTe靶制備中運(yùn)用高豐度的靶制備中運(yùn)用高豐度的TeTe同位素如同位素如124Te124Te、123Te123Te和和122Te1

58、22Te的氧化物，經(jīng)過加熱將這些氧化物熔融在的氧化物，經(jīng)過加熱將這些氧化物熔融在PtPt鉑盤內(nèi)構(gòu)成輻鉑盤內(nèi)構(gòu)成輻照靶。照射后的靶需求經(jīng)過化學(xué)方法分別出照靶。照射后的靶需求經(jīng)過化學(xué)方法分別出123I123I。 123I的化學(xué)分別方法多用干法蒸餾法。其具有操作簡(jiǎn)單、蒸餾時(shí)間短幾分鐘、回收率高接近的化學(xué)分別方法多用干法蒸餾法。其具有操作簡(jiǎn)單、蒸餾時(shí)間短幾分鐘、回收率高接近100%、放射性廢物量小等優(yōu)點(diǎn)、放射性廢物量小等優(yōu)點(diǎn)2. 間接法制備間接法制備 國(guó)際上主要開展的間接法有：國(guó)際上主要開展的間接法有：127I127Ip p，5n5n123Xe123I123Xe123I、124Xe124Xep p，x

59、 x123I123I和和124Xe124Xe，n n123Xe123I123Xe123I。間接法消費(fèi)。間接法消費(fèi)123I123I需求運(yùn)用需求運(yùn)用中、高能盤旋加速器或電子加速器，主要雜質(zhì)為半衰期中、高能盤旋加速器或電子加速器，主要雜質(zhì)為半衰期60d60d的的125I125I 20世紀(jì)世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了采用高富集度的年代，出現(xiàn)了采用高富集度的124Xe經(jīng)過經(jīng)過124Xep，x123I 反響消費(fèi)反響消費(fèi)123I 的方法。的方法。 也有用高富集度也有用高富集度124Xe124Xe、電子加速器，經(jīng)過、電子加速器，經(jīng)過124Xe124Xe，n n123Xe123Xe核核反響也可制備反響也可制備123I1

60、23I。2.4 放射性核素發(fā)生器放射性核素發(fā)生器 放射性核素發(fā)生器是人工放射性核素獲得的放射性核素發(fā)生器是人工放射性核素獲得的另一種方式。它經(jīng)過簡(jiǎn)單的操作，能定期從長(zhǎng)壽另一種方式。它經(jīng)過簡(jiǎn)單的操作，能定期從長(zhǎng)壽命的母體核素中分別出短壽命子體核素，為短壽命的母體核素中分別出短壽命子體核素，為短壽命子體核素的運(yùn)用，特別是在那些遠(yuǎn)離反響堆和命子體核素的運(yùn)用，特別是在那些遠(yuǎn)離反響堆和不具備加速器的地方運(yùn)用提供了有利條件。目前不具備加速器的地方運(yùn)用提供了有利條件。目前放射性核素發(fā)生器運(yùn)用最多的還是核醫(yī)學(xué)。它所放射性核素發(fā)生器運(yùn)用最多的還是核醫(yī)學(xué)。它所運(yùn)用的母體核素也是經(jīng)過反響堆或加速器消費(fèi)的。運(yùn)用的母體