放射性核素的制備專家講座

第9章放射性核素制備

及其應用伴隨核反應堆、加速器等核設施快速發(fā)展，放射性核素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、環(huán)境保護和醫(yī)藥等領域得到了廣泛應用。到當前為止已被利用放射性核素有200余種放射性標識化合物已到達數(shù)千種。9.1放射性核素制備迄今為止已發(fā)覺放射性核素有2800種，其中慣用有200各種。它們分為兩大類：天然放射性核素，238U、232Th、226Ra、210Po人工放射性核素，經(jīng)過反應堆、加速器進行核反應，乏燃料后處理等，239Pu、239Np、131I等。放射性核素的制備第1頁主要用于：國防上可用于制造核武器和核潛艇燃料元件等；工業(yè)上可用于做輻射源，制成各種放射性檢測和控制儀表；農(nóng)業(yè)上可用于輻射育種、輻射滅菌和輻射保鮮等；醫(yī)學上可用于診療、治療、醫(yī)學研究和輻射滅菌等。放射性核素的制備第2頁（1）反應堆生產(chǎn)放射性核素反應堆是一個強大中子源，其中子通量普通為1010~1013cm-2·s-1，可經(jīng)過反應堆(n,α)、(n,p)、(n,f)及(n,γ)反應和次級核反應來生產(chǎn)放射性核素。(n,α)、(n,p)反應所需中子能量較高，在熱中子反應堆中，反應截面都很小，僅少數(shù)幾個輕元素（6Li、14N、32S、35Cl）可發(fā)生這類反應。因為這兩種反應產(chǎn)核與靶核分屬不一樣元素，故可用化學分離方法制得無載體放射性核素，如32S(n,p)32P。(n,f)反應，裂變反應，可產(chǎn)生大量裂變產(chǎn)物，是放射性核素主要起源之一，如233U、235U、239Pu裂變反應。(n,γ)反應生產(chǎn)放射性核素含有產(chǎn)額高成本低等優(yōu)點而被廣泛采取。產(chǎn)核和靶核是同位素而難以用化學方法分離，因而產(chǎn)品比活度受到限制。放射性核素的制備第3頁（2）加速器生產(chǎn)放射性核素加速器有盤旋加速器、靜電加速器、高壓加速器、直線加速器等。用盤旋加速器因為能量適中，流量足夠而被慣用，加速粒子轟擊靶可引發(fā)(p,n)、(p,α)、(d,n)、(d,2n)、(d,α)、(α,n)、(α,2n)等核反應。加速器生產(chǎn)放射性核素有以下特點：核反應產(chǎn)核和靶核普通是不一樣元素，所以可用化學法分離，從而取得放射性純度和比活度都很高放射性核素；可生產(chǎn)反應堆不能生產(chǎn)缺中子放射性核素，其衰變多為EC或發(fā)射正電子，用于醫(yī)療診療；因為(n,γ)反應截面低，反應堆無法生產(chǎn)碳、氮、氧等輕元素，即使能生產(chǎn)，其半衰期不是太長，就是太短，不適合于醫(yī)用。而加速器能方便產(chǎn)生11C、13N等核素。放射性核素的制備第4頁（3）從乏燃料后處理中提取放射性核素反應堆乏燃料是提取放射性核素主要原料。這些放射性核素都集中在后處理廠高放廢液和廢氣中。（4）制備放射性核素其它方法1）放射性核素發(fā)生器，是一個能夠定時從放射性母體核素中分離出放射性子體核素裝置，其母體核素半衰期較長，子體核素半衰期較短，母體與子體易到達平衡；2）用放射性同位素中子源照射來取得微量放射性核素；3）用熱核中子閃曝合成超鈾元素。放射性核素的制備第5頁9.2放射性核素示蹤法（1）放射性核素示蹤法普通原理及特點原理：是利用放射性核素作為示蹤原子，經(jīng)過放射性測量以顯示其存在位置、數(shù)時及其轉(zhuǎn)變過程，從而跟蹤觀察研究對象運動改變情況。特點：靈敏度高，檢測限可達10-15~10-13g；測量方法簡便；能揭示原子、分子運動規(guī)律及其它方法難以發(fā)覺規(guī)律。放射性核素的制備第6頁（2）放射性核素示蹤法1）簡單示蹤法將放射性核素機械地結合或附著于研究對象上，然后經(jīng)過探測放射性來觀察研究對象運動情況。2）物理混合示蹤法將放射性核素與研究對象充分進行物理混合，然后經(jīng)過測量放射性活度改變來搞清研究對象行為和質(zhì)性。如稀釋測定法。3）標識化合物示蹤法依據(jù)放射性核素與其穩(wěn)定同位素除了同位素效應外在化學和生物學性質(zhì)上完全相同前提下，利用放射性標識化合物對同類化合物進行示蹤。放射性核素的制備第7頁（3）放射性示蹤劑選擇從試驗目標和試驗財周期長短來考慮放射性示蹤核素半衰期；輻射類型和能量，用作示蹤劑主要是β和γ放射性核素；比活度，放射性示蹤劑比活度必須足夠高，要求測量時樣品中活度最少大于本底計數(shù)率標準偏差3倍。放射性核素的制備第8頁9.3放射性核素在醫(yī)學、生物學中應用（1）放射性藥品及其應用放射性藥品是指在醫(yī)學上使用含有放射性核素化合物或生物物質(zhì)統(tǒng)稱。依據(jù)其臨床應用目標不一樣可分為兩類：1）治療用放射性藥品；2）診療用放射性藥品。

放射性核素的制備第9頁放射性藥品除了符合藥品普通要求外，還需滿足以下要求：放射性核素及其衰變產(chǎn)物應對機體基本無害，且輕易從體內(nèi)廓清；半衰期較短，降低對機體輻射損傷；有較高化學純度，放射性純度和放化純度，降低毒副作用；有適宜于探測射線，普通為γ射線，能量在100~300keV；有適宜比活度。放射性核素的制備第10頁（2）放射免疫技術放射免疫包含放射免疫分析法(RIA)、放射免疫顯像(RII)和放射免疫治療(RIT)。1）放射免疫分析法是將免疫反應與放射性核素示蹤技術相結合一個體外測定方法。原理：利用放射性核素標識抗原(*Ag)和試樣中非標識抗原(Ag)在與特異抗體(Ab)結合成抗原-抗體復合物(*Ag-Ab和Ag-Ab)過程中，二者發(fā)生競爭性反應：

當*Ag和Ab量固定時，若樣品中Ag（待測物質(zhì)）含量增高，則*Ag被稀釋程度就增加，*Ag-Ab和后成量就降低。只要將未結合*Ag與*Ag-Ab分離，并分別測定它們活度，即可從*Ag-Ab結合百分率與Ag濃度標準競爭曲線上出樣品中Ag含量。放射性核素的制備第11頁放射性核素的制備第12頁放射性核素的制備第13頁2)放射免疫顯像和放射免疫治療是利用放射性核素標識McAb含有特異免疫反應，可定位到某種腫瘤上，從而可將其作為診療和治療癌癥一個有交方法。人源化McAb替換鼠性McAb；99Tcm、111In替換131I。使此兩項技術得到快速發(fā)展。放射性核素的制備第14頁（3）自放射顯影技術自放射顯影技術是從本上個世紀20年代初開始發(fā)展起來一個測定放射性示蹤核素方法，它利用放射性物質(zhì)產(chǎn)生射線使核乳膠感光，依據(jù)其感光部位及強度來統(tǒng)計、檢驗和測量樣品中放射性物質(zhì)分布和數(shù)量。我國著名科學家錢三強、何澤慧等人就是利用核乳膠技術發(fā)覺了重原子核三分裂與四分裂現(xiàn)象。放射性核素的制備第15頁9.4放射性核素在其它領域中應用（1）放射性同位素在化學研究中應用在化學研究中，經(jīng)過追蹤同位素標識原子在化學過程中運動、分配和轉(zhuǎn)移情況來區(qū)分物質(zhì)運動、分配和轉(zhuǎn)變規(guī)律。主要用于以下幾方面：對分子重排反應機理研究；對反應動力學研究；應用于一些物理化學常數(shù)測定，如平衡常數(shù)、分配系數(shù)、微溶物質(zhì)溶解度、難揮發(fā)物質(zhì)蒸汽壓、晶體比表面等測定。放射性核素的制備第16頁（2）放射性同位素在工業(yè)中應用放射性同位素在工業(yè)中有著廣泛應用，它已應用于化工、冶金、石油等領域?；ぃ悍派湫酝凰乜捎米鬏椛浼庸ぁ⑹聚檮?；冶金：研究非金屬雜質(zhì)起源、金屬凝固過程等及活化分析一些金屬含量；石油；中子測井技術等；利用放射性同位素還可制成各種檢測和控制儀表。放射性核素的制備第17頁9.5放射分析技術及其應用（1）同位素稀釋法同位素稀釋分析法是將待測元素與放射性同位素示蹤劑充分混合，然后分離出一部分純凈待測樣品，測其比活度，由比活度改變來算出待測元素含量。這種方法慣用來測定不易分離組份含量。有正稀釋法、反稀釋法及亞化學計量稀釋法。放射性核素的制備第18頁1）正稀釋法也稱直接稀釋法。它是將一個比活度和質(zhì)量已知放射性核素或其標識化合物作為標準物加到含該放射性核素穩(wěn)定同位素或其化合物待測物中，混合均勻后分離提出其中一部分，然后測其比活度。mx=m0(s0/sd-1)M0、mx分別為引入標準物和待測物質(zhì)量；s0、sd分別為標準物和稀釋后化合物比活度。當mx

＞＞M0時，

放射性核素的制備第19頁2）反稀釋法是將一個質(zhì)量為M0穩(wěn)定同位素加到含有其放射性同位素（比活度為s0）待測樣品之中，混合均勻后分離提純一部分化合物，再測其比活度sd，并由此計算出待測樣品中原有放射性同位素質(zhì)量mx：

放射性核素的制備第20頁例用反稀釋法稀釋含137Cs待測樣品，已知137CsT1/2為30.17a，K值為1.32×1016，將質(zhì)量為10mg銫穩(wěn)定同位素加到待測樣品中，混合均勻后分離提純一部分混合物，測其比活度，則待測樣品中137Cs質(zhì)量為多少mg？放射性核素的制備第21頁解：放射性核素的制備第22頁3）亞化學計量稀釋法反應式：A+B→AB式中，A為被分離或分析對象，B是為了分離或分析而加入試劑。當B試劑相對于A來說化學計量不足時（A》B），即為亞化學計量。使用該方法做為定量分析方法,要滿足兩個條件：1分離試劑必須定量地消耗在所測定元素上；2必須采取某種分離方法使被測元素已經(jīng)反應部分與還未反應部分分離開來。放射性核素的制備第23頁對于放射分析來說，亞化學計量稀釋法即用少于化學計算量兩份相等分離試劑，分別從放射性標準物溶液和從經(jīng)過同位素稀釋后樣品溶液中分離出質(zhì)量相等化合物，這么它們比活度之比就等于其活度之比，則9.2式就可改為：同位素稀釋法最大優(yōu)點是不需定量分離被測物，這可防止在分離提純過程中因為化合物回收率低而造成誤差。放射性核素的制備第24頁例題：用亞化學計量進行測定時，已知引入標準物質(zhì)量為30.0mg，從放射性標準溶液中和從經(jīng)同位素稀釋后樣品中分離提純化合物放射性計數(shù)分別為1200和60cpm，求待測物質(zhì)量為多少？M0=30.0mg,A0=1200cpm,Ad=60cpmmx=m0(A0/Ad-1

)=30.0(1200/60-1)=570.0mg放射性核素的制備第25頁（2）活化分析法是經(jīng)過核反應，把原來沒有放射性或放射性不易被測量樣品中被測核素變成含有特征放射性產(chǎn)物，然后能夠經(jīng)過測定其射線能量和半衰期進行定性判定，經(jīng)過測定射線強度作定量分析。分兩步：活化；分析。mx/ms=Nx/Ns1）中子活化分析測量中子與樣品中待測核素發(fā)生核反應所產(chǎn)生放射性核素來測定該核素含量一個方法。慣用有熱中子活化分析（是以反應堆為中子源，得作(n,γ)反尖對核素進行活化）快中子活化分析(以同位素中子源、中兒女生器和加速為活化源，利用(n,p)、(n,α)、(n,2n)等核反應進行活化)。放射性核素的制備第26頁2）帶電粒子活化分析測量帶電粒子與樣品中待測核素發(fā)生核反應所產(chǎn)生放射性核素來測定元素含量一個方法。3）活化分析應用活化分析已成功地應用于生命科學。用于測量微量元素等。（3）X射線熒光分析法有波長色散和能量色散兩種方式。能量色散X射線熒光分析法是利用一定能量粒子使樣品中待測元素原子激發(fā)，并發(fā)出特征X射線熒光，然后依據(jù)不一樣元素發(fā)出特征X射線能量不一樣，且元素含量與X射線強度在一定條件下成正比原理，經(jīng)過X射線譜儀測量其能譜和強度，可確定待測元素種類和含量。放射性核素的制備第27頁例在活化分析中，含微量氯物質(zhì)在1012中子/（cm2·s）通量密度下輻照5h，輻照結束5h后，測得38Cl活度為2.33×104Bq，則LiCl中氯含量為多少g？已知其核反應式為：37Cl（n，γ）38Cl，38Cl半衰期T1/2為37.2m