第9章 放射性核素的制备

对于放射分析来说，亚化学计量稀释法即用少于 化学计算量的两份相等的分离试剂，分别从放射性标 准物溶液和从经过同位素稀释后样品溶液中分离出质 量相等的化合物，这样它们的比活度之比 (s0 sd ) 就等 于其活度之比 ( A0 Ad ) ，则9.2式就可改为：
mx = m0 ( A0 Ad − 1)
产核与靶核分属不同的元素，故可用化学分离方法制得 无载体的放射性核素。
32S(n,p)32P； 6Li(n,α)3H
。
(n,f)反应。裂变反应，可产生大量的裂变产物， 是放射性核素的重要来源之一，如233U、 235U 、
239Pu
的裂变反应，所生成的放射性核素达500种以
上。 (n,γ)反应生产放射性核素具有产额高成本低等优 点而被广泛采用。产核和靶核是同位素而难以用化 学方法分离，因而产品的比活度受到限制。
分两步： 分两步 活化：将含待测核素的样品经n，p，d，α或γ等 粒子或射线的照射，发生核反应，使其转化为适宜于 射线测量的放射性核素； 分析：常采用相对法来测定样品中微量核素的含 量，即将标准样品和待测样品在相同条件下进行照射， 化学处理和放射性测量，然后按下式进行计算：
m x ms = N x N s
1）正稀释法 也称直接稀释法。它是将一种比活度和质量已知 的放射性核素或其标记化合物作为标准物加到含该放 射性核素的稳定同位素或其化合物的待测物中，混合 均匀后分离提出其中的一部分，然后测其比活度。
s0 m0 = sd (m0 + mx )
mx=m0(s0/sd-1) M0、mx分别为引入的标准物和待测物的质量； s0、sd分别为标准物和稀释后化合物的比活度。 当mx ＞＞M0时， m = s0 m0 x
解：M0=30.0mg,
cpm = E% dpm dpm cpm A= = 60 60 × E % A0 cpm0 = Ad cpmd mx=m0 (A0/Ad-1 )=30.0(1200/60-1)=570.0mg
（2）活化分析法 是经过核反应，把原来没有放射性或放射性不易 被测量的样品中的被测核素变成具有特征放射性的产 物，然后可以通过测定其射线能量和半衰期进行定性 鉴定，通过测定射线强度作定量分析。
反应堆是一种强大的中子源，其中子通量一般为 1010~1013cm-2·s-1，可通过反应堆的(n,α)、(n,p)、(n,f) 及(n,γ)反应和次级核反应来生产放射性核素。 (n,α)、(n,p)反应所需中子的能量较高，在热中子反 应堆中，反应的截面都很小，仅少数几种轻元素（6Li、
14N、32S、35Cl）可发生这类反应。由于这两种反应的
9.4 放射性核素在其它领域中的应用
（1）放射性同位素在化学研究中的应用 在化学研究中，通过追踪同位素标记原子在化学 过程中的运动、分配和转移情况来辨别物质运动、 分配和转变的规律。
主要用于以下几方面： 对分子重排反应机理研究； 对反应动力学研究； 应用于一些物理化学常数的测定，如平衡常数、 分配系数、微溶物质溶解度、难挥发物质蒸汽压、晶 体比表面等的测定。
与反应堆相比,加速器的投资少，运行和管理方便， 但生量低，成本高，制靶过程复杂，一般只在下列情 况下来弥补反应堆的不足： 1）当用反应堆不能产生出比活度高的放射性核； 2）当反应堆不能产生出符合使用要求的某种放 射性核素； 3）当远离反应堆的地方需要短半衰期放射性核 素； 4）当对某种核素需要量少，反应堆生产较方便。
10 × 1.19 ×109 mx = = 5.95mg 9 (3.19 − 1.19)×10
3）亚化学计量稀释法 反应式：A+B→AB 式中，A为被分离或分析的对象， B是为了分离或分析而加入的试剂。 当B试剂相对于A来说化学计量不足时 B A （A 》B），即为亚化学计量。
使用该方法做为定量分析方法,要满足两个条件： 1 分离试剂必须定量地消耗在所测定的元素上； 2 必须采用某种分离方法使被测元素的已经反应 部分与尚未反应部分分离开来。
（3）从乏燃料后处理中提取放射性核素 反应堆乏燃料是提取放射性核素的重要原料。这 些放射性核素都集中在后处理厂的高放废液和废气中。 裂片元素： 超铀元素。 一个1000MW的核电站产生： 乏燃料：30t/a； Pu：0.27t/a； U： 28.6t/a； 裂变产物：1.13t/a。
（4）制备放射性核素的其他方法 1）放射性核素发生器，是一种可以定期从放射性 母体核素中分离出放射性子体核素的装置，其母体核 素的半衰期较长，子体核素半衰期较短，母体与子体 易达到平衡； 2）用放射性同位素中子源照射来获得微量的放射 性核素； 3）用热核中子闪曝合成超铀元素。
（2）加速器生产放射性核素 加速器有回旋加速器、静电加速器、高压加速器、 直线加速器等。 用回旋加速器由于能量适中，流量足够而被常用， 可加速p，d，α，15N和18O等粒子，加速的粒子轰击 靶可引起(p,n)、(p,α)、(d,n)、(d,2n)、(d,α)、(α,n)、 (α,2n)等核反应。
sd
2）反稀释法 是将一种质量为M0的稳定同位素加到含有其放射 性同位素（比活度为s0 ）的待测样品之中，混合均匀 后分离提纯一部分化合物，再测其比活度sd，并由此 计算出待测样品中原有的放射性同位素的质量mx：
mx s0 = (m0 + mx )sd
mx = m0 sd
(s0 − sd )
例 用反稀释法稀释含137Cs的待测样品，已知137Cs的 T1/2为30.17a，K值为1.32×1016，将质量为10mg铯 稳定同位素加到待测样品中，混合均匀后分离提纯一 部分混合物，测其比活度s
（2）放射免疫技术 放射免疫包括放射免疫分析法(RIA)、放射免疫显 像(RII)和放射免疫治疗(RIT)。 1）放射免疫分析法是将免疫反应与放射性核素示踪技 术相结合的一种体外测定方法。 原理：利用放射性核素标记的抗原(*Ag)和试样中 的非标记抗原(Ag)在与特异抗体(Ab)结合成抗原-抗体 复合物(*Ag- Ab和Ag- Ab)的过程中，两者发生竞争性 反应：
9.2 放射性核素示踪法
（1）放射性核素示踪法的一般原理及特点 原理： 是利用放射性核素作为示踪原子，通过放射性的 测量以显示其存在的位置、数时及其转变过程，从而 跟踪观察研究对象的运动变化情况。
特点： 灵敏度高，检测限可达10-15~10-13g； 测量方法简便； 能揭示原子、分子的运动规律及其他方法难以发现 的规律。
加速器生产放射性核素有以下特点： 核反应的产核和靶核一般是不同的元素，因此可 用化学法分离，从而获得放射性纯度和比活度都很高 的放射性核素； 可生产反应堆不能生产的缺中子放射性核素，其 衰变多为EC或发射正电子，用于医疗诊断； 由于(n,γ)反应截面低，反应堆无法生产碳、氮、 氧等轻元素，即使能生产，其半衰期不是太长（14C： 5730a），就是太短（19O：26.9s），不适合于医用。 而加速器能方便产生11C、13N等核素。
（2）放射性核素示踪法 1）简单示踪法 将放射性核素机械地观察研究对象的运动情况。 2）物理混合示踪法 将放射性核素与研究对象充分进行物理混合，然 后通过测量放射性活度的变化来弄清研究对象的行为 和质性。如稀释测定法。
3）标记化合物示踪法 根据放射性核素与其稳定同位素除了同位素效应 外在化学和生物学性质上完全相同的前提下，利用 放射性标记化合物对同类化合物进行示踪。
d
= 1.19 ×109 Bq
mg
，则待测样品
中的137Cs的质量为多少mg？
解：
k 1.32 ×1016 s0 = = = 3.19 × 1012 Bq = 3.19 ×109 Bq g mg MT 137 × 30.17
m0 = 10mg
sd = 1.19 × 109 Bq mg
mx s0 = (m0 + mx )sd
（2）放射性同位素在工业中的应用 放射性同位素在工业中有着广泛的应用，它已应 用于化工、冶金、石油等领域。 化工：放射性同位素可用作辐射加工、示踪剂； 冶金：研究非金属杂质的来源、金属凝固过程等 及活化分析一些金属含量； 石油；中子测井技术等； 利用放射性同位素还可制成各种检测和控制仪表。
9.5放射分析技术及其应用 （1）同位素稀释法 同位素稀释分析法是将待测元素与放射性同位素 示踪剂充分混合，然后分离出一部分纯净待测样品， 测其比活度，由比活度的变化来算出待测元素的含量。 这种方法常用来测定不易分离的组份的含量。 有正稀释法、反稀释法及亚化学计量稀释法。
放射性药物除了符合药物的一般要求外， 放射性药物除了符合药物的一般要求外，还需满足以下 要求： 要求 放射性核素及其衰变产物应对机体基本无害，且容 易从体内廓清； 半衰期较短，减少对机体的辐射损伤； 有较高的化学纯度，放射性纯度和放化纯度，减少 毒副作用； 有适宜于探测的射线，一般为γ射线，能量在 100~300keV； 有适宜的比活度。
1）中子活化分析 测量中子与样品中待测核素发生核反应所产生的 放射性核素来测定该核素含量的一种方法。 常用的有热中子活化分析（以反应堆为中子源，利 用(n,γ)反应对核素进行活化） 快中子活化分析(以同位素中子源、中子发生器和 加速器为活化源，利用(n,p)、(n,α)、(n,2n)等核反应 进行活化)。
同位素稀释法的最大优点是不需定量分离被测物， 这可避免在分离提纯过程中由于化合物的回收率低而 造成的误差。
例题：用亚化学计量进行测定时，已知引入标准物 的质量为30.0mg，从放射性标准溶液中和从经同位素 稀释后的样品中分离提纯的化合物的放射性计数分别 为1200和60cpm，求待测物的质量为多少？
（3）放射性示踪剂的选择 从实验目的和实验财周期长短来考虑放射性示踪 核素的半衰期； 辐射类型和能量，用作示踪剂的主要是β和γ放射 性核素； 比活度，放射性示踪剂的比活度必须足够高，要 求测量时样品中的活度至少大于本底计数率标准偏差 的3倍。
9.3 放射性核素在医学、生物学中的应用