放射性核素的制備

放射性核素的制備第1頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要用于：國(guó)防上可用于制造核武器和核潛艇的燃料元件等；工業(yè)上可用于做輻射源，制成各種放射性檢測(cè)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(xué)上可用于診斷、治療、醫(yī)學(xué)研究和輻射滅菌等。第2頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性核素反應(yīng)堆是一種強(qiáng)大的中子源，其中子通量一般為1010~1013cm-2·s-1，可通過(guò)反應(yīng)堆的(n,α)、(n,p)、(n,f)及(n,γ)反應(yīng)和次級(jí)核反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)放射性核素。

(n,α)、(n,p)反應(yīng)所需中子的能量較高，在熱中子反應(yīng)堆中，反應(yīng)的截面都很小，僅少數(shù)幾種輕元素（6Li、14N、32S、35Cl）可發(fā)生這類(lèi)反應(yīng)。由于這兩種反應(yīng)的產(chǎn)核與靶核分屬不同的元素，故可用化學(xué)分離方法制得無(wú)載體的放射性核素，如32S(n,p)32P。

(n,f)反應(yīng)，裂變反應(yīng)，可產(chǎn)生大量的裂變產(chǎn)物，是放射性核素的重要來(lái)源之一，如233U、235U、239Pu的裂變反應(yīng)。

(n,γ)反應(yīng)生產(chǎn)放射性核素具有產(chǎn)額高成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。產(chǎn)核和靶核是同位素而難以用化學(xué)方法分離，因而產(chǎn)品的比活度受到限制。第3頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）加速器生產(chǎn)放射性核素加速器有回旋加速器、靜電加速器、高壓加速器、直線加速器等。用回旋加速器由于能量適中，流量足夠而被常用，加速的粒子轟擊靶可引起(p,n)、(p,α)、(d,n)、(d,2n)、(d,α)、(α,n)、(α,2n)等核反應(yīng)。加速器生產(chǎn)放射性核素有以下特點(diǎn)：核反應(yīng)的產(chǎn)核和靶核一般是不同的元素，因此可用化學(xué)法分離，從而獲得放射性純度和比活度都很高的放射性核素；可生產(chǎn)反應(yīng)堆不能生產(chǎn)的缺中子放射性核素，其衰變多為EC或發(fā)射正電子，用于醫(yī)療診斷；由于(n,γ)反應(yīng)截面低，反應(yīng)堆無(wú)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(zhǎng)，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。第4頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）從乏燃料后處理中提取放射性核素反應(yīng)堆乏燃料是提取放射性核素的重要原料。這些放射性核素都集中在后處理廠的高放廢液和廢氣中。（4）制備放射性核素的其他方法

1）放射性核素發(fā)生器，是一種可以定期從放射性母體核素中分離出放射性子體核素的裝置，其母體核素的半衰期較長(zhǎng)，子體核素半衰期較短，母體與子體易達(dá)到平衡；

2）用放射性同位素中子源照射來(lái)獲得微量的放射性核素；

3）用熱核中子閃曝合成超鈾元素。第5頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9.2放射性核素示蹤法（1）放射性核素示蹤法的一般原理及特點(diǎn)原理：是利用放射性核素作為示蹤原子，通過(guò)放射性的測(cè)量以顯示其存在的位置、數(shù)時(shí)及其轉(zhuǎn)變過(guò)程，從而跟蹤觀察研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)變化情況。特點(diǎn)：靈敏度高，檢測(cè)限可達(dá)10-15~10-13g；測(cè)量方法簡(jiǎn)便；能揭示原子、分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其他方法難以發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。第6頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）放射性核素示蹤法1）簡(jiǎn)單示蹤法將放射性核素機(jī)械地結(jié)合或附著于研究對(duì)象上，然后通過(guò)探測(cè)放射性來(lái)觀察研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況。2）物理混合示蹤法將放射性核素與研究對(duì)象充分進(jìn)行物理混合，然后通過(guò)測(cè)量放射性活度的變化來(lái)弄清研究對(duì)象的行為和質(zhì)性。如稀釋測(cè)定法。3）標(biāo)記化合物示蹤法根據(jù)放射性核素與其穩(wěn)定同位素除了同位素效應(yīng)外在化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)上完全相同的前提下，利用放射性標(biāo)記化合物對(duì)同類(lèi)化合物進(jìn)行示蹤。第7頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）放射性示蹤劑的選擇從實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)財(cái)周期長(zhǎng)短來(lái)考慮放射性示蹤核素的半衰期；輻射類(lèi)型和能量，用作示蹤劑的主要是β和γ放射性核素；比活度，放射性示蹤劑的比活度必須足夠高，要求測(cè)量時(shí)樣品中的活度至少大于本底計(jì)數(shù)率標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍。第8頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9.3放射性核素在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)中的應(yīng)用（1）放射性藥物及其應(yīng)用放射性藥物是指在醫(yī)學(xué)上使用的含有放射性核素的化合物或生物物質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)。根據(jù)其臨床應(yīng)用的目的不同可分為兩類(lèi)：

1）治療用放射性藥物；

2）診斷用放射性藥物。

第9頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放射性藥物除了符合藥物的一般要求外，還需滿足以下要求：放射性核素及其衰變產(chǎn)物應(yīng)對(duì)機(jī)體基本無(wú)害，且容易從體內(nèi)廓清；半衰期較短，減少對(duì)機(jī)體的輻射損傷；有較高的化學(xué)純度，放射性純度和放化純度，減少毒副作用；有適宜于探測(cè)的射線，一般為γ射線，能量在100~300keV；有適宜的比活度。第10頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）放射免疫技術(shù)放射免疫包括放射免疫分析法(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(yīng)與放射性核素示蹤技術(shù)相結(jié)合的一種體外測(cè)定方法。原理：利用放射性核素標(biāo)記的抗原(*Ag)和試樣中的非標(biāo)記抗原(Ag)在與特異抗體(Ab)結(jié)合成抗原-抗體復(fù)合物(*Ag-Ab和Ag-Ab)的過(guò)程中，兩者發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)：

當(dāng)*Ag和Ab的量固定時(shí)，若樣品中的Ag（待測(cè)物質(zhì)）的含量增高，則*Ag被稀釋的程度就增加，*Ag-Ab和后成量就減少。只要將未結(jié)合的*Ag與*Ag-Ab分離，并分別測(cè)定它們的活度，即可從*Ag-Ab的結(jié)合百分率與Ag濃度的標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)曲線上出樣品中Ag的含量。第11頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)放射免疫顯像和放射免疫治療是利用放射性核素標(biāo)記的McAb具有特異的免疫反應(yīng)，可定位到某種腫瘤上，從而可將其作為診斷和治療癌癥的一種有交方法。人源化的McAb替代鼠性的McAb；99Tcm、111In替代131I。使此兩項(xiàng)技術(shù)得到快速發(fā)展。第14頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）自放射顯影技術(shù)自放射顯影技術(shù)是從本上個(gè)世紀(jì)20年代初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一種測(cè)定放射性示蹤核素的方法，它利用放射性物質(zhì)產(chǎn)生的射線使核乳膠感光，根據(jù)其感光的部位及強(qiáng)度來(lái)記錄、檢查和測(cè)量樣品中放射性物質(zhì)的分布和數(shù)量。我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)三強(qiáng)、何澤慧等人就是利用核乳膠技術(shù)發(fā)現(xiàn)了重原子核的三分裂與四分裂現(xiàn)象。第15頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9.4放射性核素在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用（1）放射性同位素在化學(xué)研究中的應(yīng)用在化學(xué)研究中，通過(guò)追蹤同位素標(biāo)記原子在化學(xué)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)、分配和轉(zhuǎn)移情況來(lái)辨別物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、分配和轉(zhuǎn)變的規(guī)律。主要用于以下幾方面：對(duì)分子重排反應(yīng)機(jī)理研究；對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究；應(yīng)用于一些物理化學(xué)常數(shù)的測(cè)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、晶體比表面等的測(cè)定。第16頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）放射性同位素在工業(yè)中的應(yīng)用放射性同位素在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，它已應(yīng)用于化工、冶金、石油等領(lǐng)域?；ぃ悍派湫酝凰乜捎米鬏椛浼庸?、示蹤劑；冶金：研究非金屬雜質(zhì)的來(lái)源、金屬凝固過(guò)程等及活化分析一些金屬含量；石油；中子測(cè)井技術(shù)等；利用放射性同位素還可制成各種檢測(cè)和控制儀表。第17頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9.5放射分析技術(shù)及其應(yīng)用（1）同位素稀釋法同位素稀釋分析法是將待測(cè)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(cè)樣品，測(cè)其比活度，由比活度的變化來(lái)算出待測(cè)元素的含量。這種方法常用來(lái)測(cè)定不易分離的組份的含量。有正稀釋法、反稀釋法及亞化學(xué)計(jì)量稀釋法。第18頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）正稀釋法也稱(chēng)直接稀釋法。它是將一種比活度和質(zhì)量已知的放射性核素或其標(biāo)記化合物作為標(biāo)準(zhǔn)物加到含該放射性核素的穩(wěn)定同位素或其化合物的待測(cè)物中，混合均勻后分離提出其中的一部分，然后測(cè)其比活度。

mx=m0(s0/sd-1)M0、mx分別為引入的標(biāo)準(zhǔn)物和待測(cè)物的質(zhì)量；

s0、sd分別為標(biāo)準(zhǔn)物和稀釋后化合物的比活度。當(dāng)mx

＞＞M0時(shí)，

第19頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）反稀釋法是將一種質(zhì)量為M0的穩(wěn)定同位素加到含有其放射性同位素（比活度為s0

）的待測(cè)樣品之中，混合均勻后分離提純一部分化合物，再測(cè)其比活度sd，并由此計(jì)算出待測(cè)樣品中原有的放射性同位素的質(zhì)量mx：

第20頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例用反稀釋法稀釋含137Cs的待測(cè)樣品，已知137Cs的T1/2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(cè)樣品中，混合均勻后分離提純一部分混合物，測(cè)其比活度，則待測(cè)樣品中的137Cs的質(zhì)量為多少mg？第21頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：第22頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）亞化學(xué)計(jì)量稀釋法反應(yīng)式：A+B→AB

式中，A為被分離或分析的對(duì)象，

B是為了分離或分析而加入的試劑。當(dāng)B試劑相對(duì)于A來(lái)說(shuō)化學(xué)計(jì)量不足時(shí)（A》B），即為亞化學(xué)計(jì)量。使用該方法做為定量分析方法,要滿足兩個(gè)條件：

1分離試劑必須定量地消耗在所測(cè)定的元素上；

2必須采用某種分離方法使被測(cè)元素的已經(jīng)反應(yīng)部分與尚未反應(yīng)部分分離開(kāi)來(lái)。第23頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于放射分析來(lái)說(shuō)，亞化學(xué)計(jì)量稀釋法即用少于化學(xué)計(jì)算量的兩份相等的分離試劑，分別從放射性標(biāo)準(zhǔn)物溶液和從經(jīng)過(guò)同位素稀釋后樣品溶液中分離出質(zhì)量相等的化合物，這樣它們的比活度之比就等于其活度之比，則9.2式就可改為：同位素稀釋法的最大優(yōu)點(diǎn)是不需定量分離被測(cè)物，這可避免在分離提純過(guò)程中由于化合物的回收率低而造成的誤差。第24頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題：用亞化學(xué)計(jì)量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，已知引入標(biāo)準(zhǔn)物的質(zhì)量為30.0mg，從放射性標(biāo)準(zhǔn)溶液中和從經(jīng)同位素稀釋后的樣品中分離提純的化合物的放射性計(jì)數(shù)分別為1200和60cpm，求待測(cè)物的質(zhì)量為多少？

M0=30.0mg,A0=1200cpm,Ad=60cpmmx=m0(A0/Ad-1

)=30.0(1200/60-1)=570.0mg第25頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）活化分析法是經(jīng)過(guò)核反應(yīng)，把原來(lái)沒(méi)有放射性或放射性不易被測(cè)量的樣品中的被測(cè)核素變成具有特征放射性的產(chǎn)物，然后可以通過(guò)測(cè)定其射線能量和半衰期進(jìn)行定性鑒定，通過(guò)測(cè)定射線強(qiáng)度作定量分析。分兩步：活化；分析。

mx/ms=Nx/Ns1）中子活化分析測(cè)量中子與樣品中待測(cè)核素發(fā)生核反應(yīng)所產(chǎn)生的放射性核素來(lái)測(cè)定該核素含量的一種方法。常用的有熱中子活化分析（是以反應(yīng)堆為中子源，得作(n,γ)反尖對(duì)核素進(jìn)行活化）快中子活化分析(以同位素中子源、中子女生器和加速為活化源，利用(n,p)、(n,α)、(n,2n)等核反應(yīng)進(jìn)行活化)。第26頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）帶電粒子活化分析測(cè)量帶電粒子與樣品中待測(cè)核素發(fā)生核反應(yīng)所產(chǎn)生的放射性核素來(lái)測(cè)定元素含量的一種方法。3）活化分析的應(yīng)用活化分析已成功地應(yīng)用于生命科學(xué)。用于測(cè)量微量元素等。（3）X射線熒光分析法有波長(zhǎng)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的粒子使樣品中待測(cè)元素的原子激發(fā)，并發(fā)出特征X射線熒光，然后根據(jù)不同元素發(fā)