第二章 放射性核素的制备.ppt

2020/12/7
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原生放射性核素
由三个天然放射性衰变系组成，即钍系(232Th或4n 系)，铀系（238U系或4n+2系），锕系（235U系或 4n+3系)
共同特点 ✰ 起始都是长寿命元素，寿命大于或接近地球。
✰ 中间产物都有放射性气体氡。并有放射性淀质 生成。
✰ 最后都生成稳定的核数。
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目前，已发现的放射性核素 有2000多种，其中人工放射性 核素就超过1600种。
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分类
人工放射性核素主要是通过中子和带电粒子如质 子、氘核等轰击天然稳定核素或235U等易裂变材料使 其产生核反应来制备的。
中子核反应
入 射
带电粒子核反
粒应
子
的 种
光核反应
类 重粒子核反应
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宇生放射性核素
除上述原生放射性核素外， 自然界中一些放射性核素如3H、 7Be、14C和22Na，它们是宇宙 射线与空气中的N、O、Li等作 用在大气层中生成的。
表2-1 宇生核素示例
核素 半衰期
起源
天然活度
14C 5730a 宇宙射线作用，14N（n，p）14C ～15Bq·g-1
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2.2 反应堆生产放射性核素
核反应堆上制备放射性核素的方法主要有两种：
（1）通过反应堆产生的中子流照射靶材，直接生产或通过简 单处理生产放射性核素，即（n，γ）法；
具有生产能力大、品种多、放射性废物量小、生产成本低 廉等特点。
（2）从辐照后的235U等易裂变材料产生的裂变产物中分离， 即（n，f）法。
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核素发生器制备
将反应堆和加速器生产的某些放射性核素制成放射性核 素发生器，可为远离反应堆和加速器的地方提供短寿命放 射性核素。
所谓放射性核素发生器就是一种可从较长半衰期的母体 核素中不断分离出短半衰期子体核素的一种装置。由于放射 性子体核素伴随母体核素的衰变而不断累积，可每隔一定时 间从母体核素中方便地分离出来并加以收集，这种生产放射 性核素的过程又被比较形象地称为“挤奶”，因而放射性核 素发生器又称为“母牛”。
3H
12.3a
宇宙射线与N和O相互作用；宇 ～1.2×10宙线散裂；6Li（n，α）3H 3Bq·kg-1
7Be 53.28d 宇宙射线与N和O相互作用 ～0.01Bq·kg-1
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在这些天然放射性核素中，存在着一些重要核素如235U、238U 和232Th等。235U和239Pu（238U经中子俘获生成）在热中子作用下 易裂变，而且释放出巨大的能量（一个235U原子裂变可产生 200MeV的能量并产生2～3个中子），已经广泛用于各种放射性 核素生产、核能利用等各个方面。232Th由于经过快中子轰击后 可生成233U，因此它将是235U资源匮乏时潜在的替代核燃料之一。 其它一些核素也有着较为重要的作用，如通过测古代遗物中14C 的含量可以推断该遗物所处年代。该方法自问世以来就被考古学 家、古人类学家和地质学家所重视，并得到了广泛的应用。
第二章 放射性核素的制备
2.1 放射性核素的来源
天然放射性核素
分
从自然界存在的矿石中提取
类
人工放射性核素
通过人工干预的核反应制备
核反应堆生产、加速器生产和核素发生器
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2.1.1 天然放射性核素
天然放射性核素
原生放射性核素 宇生放射性核素
原始存在于自然界中
宇宙射线与大气和地表 中的物质相互作用生成
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1. 钍系—4n系 4n表示系中各核素的质量数为4的倍数 其起始元素是 23920T通h 过一系列α衰变最后生成208Pb(稳定)
2. 铀系—4n+2系 表示系中各核素的质量数为4的倍数+2
其起始元素是 29328U通过一系列α衰变最后生成206Pb(稳定)
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核反应堆生产放射性核素已成为放射性核素的主要来源。
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加速器制备
用加速带电粒子轰击各种靶子物，能引起不同的核反应， 生成多种反应堆所不能提供的放射性核素如18F、201Tl等。 这也是人工放射性核素最重要的来源之一。加速器能生产 的放射性核素品种较多，约占目前已知放射性核素总数的 60%以上。它们多以轨道电子俘获或β+衰变方式衰变，发 射单纯的低能γ射线、X射线或β+射线。靶子物经加速器辐 照后，通过分离，可以得到无载体的放射性核素，但它的 产量远比反应堆生产的小。
低能核反应
入 射
（E<50MeV）
粒 子 中能核反应
的 （50MeV<E<1000MeV）
能
量 高能核反应
（E>1000MeV）
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生产人工放射性核素的设施和装置
裂变反应堆
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回旋加速器
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核素发生器
“母 牛”
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反应堆制备
作为人工放射性核素生产的重要设施之一，反应堆可提供 不同能谱的中子和较大的辐照空间，具有可同时辐照多种样品、 辐照的样品量大、靶子制备容易、辐照操作简便、成本低廉等 优点。此外，从反应堆运行过程中核燃料因发生裂变核反应生 成的产物中也可提取大量的放射性核素。经证实，经慢中子诱 发235U裂变的产物约有400种。原子序数分布在30至65范围内、 质量数位于35和139左右的裂变产物具有较大的产额，可大量 生产。
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2.1.2 人工放射性核素
1934年，法国科学家约里 奥·居里夫妇用α粒子轰击铝发 生核反应获得了第一个人工放 射性核素。之后，人们通过反 应堆、加速器等制备了大量的 各种人工放射性核素。
伊雷娜·约里奥—居里和丈夫 弗雷德里奥·约里奥—居里
1935年获诺贝尔化学奖
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3. 锕系—4n+3
表系 示衰变系中各核素的质量数为4的倍数+3
其起始元素是235U通过一系列α衰变最后生成 207Pb(稳定)
4. 镎系—4n+1系
表示衰变系中各核素的质量数为4的倍数+1
其起始元素是237Np通过一系列α衰变最后生成209Bi(稳定)
此系非天然放射性，在40年代，已通过各种核反应方法合 成了这一放射系的所有成员。其衰变子体中无放射性气体 氡（Rn）