放射性核素的制备和提取

《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取复复复复习习习习《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取�获得放射性核素有两种途径：�一种途径是从天然放射性物质（如铀矿或钍矿）中提取�另一种是通过核反应或核裂变来制备。从天然产物中提取放射性核素只限于81号元素（Tl）至92号元素（U）间的少数几种核素，周期表中绝大多数元素的放射性同位素需要采用核反应的方法才能制得。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取放射性核素的制备和提取�用核反应生产放射性核素主要有三种途径:�即用中子核反应生产�用带电粒子核反应生产和�从铀的裂变产物中分离《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素因为铀和钍能形成三个放射性衰变系，所以在铀矿和钍矿中就共存着它们的衰变子体核素，只要没有发生衰变产物的浸出过程，在地质年代里，长寿命的母核和衰变产物之间就建立起了放射性长期平衡，它们的摩尔数N与半衰期t1/2的关如下：N0/(t1/2)0=N1/(T1/2)1=N2/(T1/2)2=.....《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素�从天然产物中提取放射性核素有两种方法：�一种是直接从矿石中提取长寿命的放射性核素。�另一种是从长寿命天然放射性核素中每隔一定时间分离出短寿命的子体核素。�一、长寿命放射性核素的提取•在铀系、锕系和钍系中，只有少数几个长寿命核素能以可称量的量存在，其余的衰变子体包括210Po均小于0.1mg。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素因此，从钍矿中除了提取钍外，还可以分离提取长寿命核素228Ra，从铀矿中除了提取铀外还可以分离提取长寿命核素231Pa、230Th、226Ra和210Pb。�二、短寿命放射性核素的提取天然放射系中适于产生短寿命核素的放射性核素有238U、228Ra、226Ra和227Ac。�238U因α衰变不断产生234Th（t1/2=24.1天）.�从228Ra（t1/2=6.7年）可以制备228Ac（t1/2=6.13小时）和238Th（t1/2=1.90年）。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素从天然产物中提取放射性核素•从226Ra（t1/2=1602年）可制备222Rn（t1/2=3.82天）。•从227Ac（t1/2=21.77年）可以制备227Th（t1/2=18.2天）和223Ra（t1/2=11.7天）。•注意•利用放射性衰变平衡关系也可制备天然放射系衰变链后部的短寿命核素，但不能用铀、钍的纯化合物为起始物质，因为在天然放射系衰变链中部有长寿命的放射性核素成员，它们在铀、钍的精制过程中被除去以后，衰变链便切衰变链便切衰变链便切衰变链便切断了，后面的子体核素不容易再积聚起来。断了，后面的子体核素不容易再积聚起来。断了，后面的子体核素不容易再积聚起来。断了，后面的子体核素不容易再积聚起来。•所以为了生产镭、钍、锕的射气和铅、铋、钋的放射性同位素，只能用228Ra、226Ra和227Ac为起始物质。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》�反应堆生产放射性核素的核反应�使用中子核反应制备放射性核素需要一个能产生强中子流的装置，这种装置称为中子源。�原子反应堆是最重要的中子源，它可提供的中子通量为1010-1014中子/厘米2·秒，专门高通量反应堆的中子通量:5×1015中子/厘米2•秒，因此反应堆是生产放射性核素的最主要设施。�用反应堆生产放射性核素的核反应有以下几种。用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素�（n，γ）反应�（n，γ）反应是生产放射性核素普遍采用的核反应，反应中核的原子序数没有改变，生成的核素一般都是β放射性核素（why？）。�某些（n，γ）反应产物能很快发生β衰变（或K俘获），生成新的放射性核素，这一过程也常用于放射核素的制备，例如放射性核素131I和113In的生产便属于种类型。130Te(n,γ)131mTe131I131Xeβ-β-112Sn(n,γ)131Sn113mIn113InγKC《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素�将长半衰期母体核素和短半衰期子体核素所组成的核素对引入一种装置中，使得短寿命的子体核素能不断地从其中分离出来，这种装置称为核素发生器（又称同位素发生器）。�根据放射性衰变规律，长寿命母体核素不断衰变产生子体核素，经过子体核素的一个半衰期后，子体核素生成量为平衡量的50%，经过六个半衰期后，子体核素生成量达到平衡量的99%，因此每隔一定时间，就可以用化学分离方法从发生器中分离出子体核素。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素•核素发生器的母体核素可以用核反应堆生产，也可以用加速器或其它方法制得，前面提到的长寿命的天然放射性核素与较短寿命的衰变子体构成的衰变体系，也是一类核素发生器，如238U-234Th、226Ra-218Po。•用核素发生器提取短寿命核素，类似于对母牛挤奶，因此又称为挤奶法(如？？？)。•在高通量中子的作用下，靶核可能发生多次中子俘获反应而得到质量数更高的核素，例如44Ca（n，γ）45Ca（n，γ）46Ca（n，γ）47Ca（n，γ）197Au（n，γ）198Au（n，γ）199Au等.多种中子俘获反应在超铀元素生产中非常重要。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素在放射性核素生产中，对于核素的放射性活度和纯度，参考国际辐射单位与测量委员会（ICAR）提的建议，采用下述的表示方法：�放射性浓度：单位体积溶液内所含的放射性活度，单位用贝可/毫升表示。�放射性比活度：每克或每摩尔核素所含放射性活度，单位用贝可/克或贝可/摩表示。�放射性纯度：某核素的放射性活度占产品总放射性活度的百分比。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素用中子核反应制备放射性核素�放射化学纯度：某放射性核素在给定化学状态中的放射性活度占总放射性活度的百分比。如Na2H32PO4的放射化学纯度＞99%表示产品中磷酸盐形式存在32P占总放射性的99%以上，其它状态的32P（如焦酸盐、偏磷酸盐等）小于1%。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素�特点：�带电粒子核反应所生成的放射性核素一般是缺中子的，它们是电子俘获衰变或是β+衰变，具有这些核性质的放射性核素用于医疗诊断中有定位准确、病人受的剂量小等优点。�加速器生产的放射性核素一般不是靶元素同位素，可用化学方法分离制得无载体或高比活度的放射性核素。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素加速器生产放射性核素�特点：�加速器建造投资少，运行管理方便，便于就地生产，因此能广泛用于生产短寿命核素。�因此加速器生产放射性核素是反应堆生产放射核素的一个重要补充。目前它在生产核医学用的短寿命核素方面已展示广阔的应用前景。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素�铀在慢中子作用下裂变，生成的裂片元素组成很复杂，它们的原子序数在30（Zn）至65（Tb）的范围内分布，形成了36种元素的几百种放射性核素。�这些裂片元素因核的中子-质子比很高而不稳定，通过发射β粒子而形成放射性衰变链。如：95Sr95Y95Zr95Nb95Mo(稳定)140Xe140Cs140Ba140La140Ce(稳定)《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素�产额计算A(T,t)=3.1×1010·W·Yi×103(1-e-λit)eλit二、裂变产物的分离1、短寿命裂变产物的提取短寿命裂片核素可以从中子照射过的铀化合物中分离，也可以从经短时间冷却的燃料元件中提取。下面是一个典型的分离程序：《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素�131I和133Xe的提取•将废燃料元件用HNO3溶解，•通入空气或水蒸汽，用蒸馏法将碘和氙从料液中吹出。吹出的气体中含有NO2和NO。•冷却后有99%的碘冷凝下来，未冷凝的碘用NaOH溶液吸收。•剩下的气体主要为氙，用活性碳吸附可做γ源。•得到的131I经过纯化制成适当的产品。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素�95Zr-95Nb的提取�除去碘和氙的硝酸铀酰料液，其酸度经调节合适后，�通过硅胶柱，此时有99%以上的95Zr、95Nb被吸附在柱上�用HNO3或H2SO4洗涤柱子，以除去其它裂变产物，�然后用0.5MH2C2O4洗脱，使95Zr-95Nb以络合离子的形式洗下来，这样可得到相当纯净的产品。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素�91Y及稀土元素的分离和提取�分离了95Zr-95Nb后的料液，用TBP萃取除铀，�然后调节溶液的酸度至15MHNO3，再用TBP把91Y及稀土元素萃取出来。�有机相用稀HNO3反萃，�反萃液经阳离子交换柱吸附，用5%的柠檬酸铵为洗脱剂，91Y、147Nd、143Pr、141Ce和140La等核素按顺序依次被洗脱。《《《《放射化学放射化学放射化学放射化学》》》》从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素从裂变产物中提取放射性核素�140Ba、140La和89Sr+90