第二章放射性核素的制备解析
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核技术应用概论 9
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。
2018/12/28 核技术应用概论 10
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。
目前放射性核素生产最主要的方式之一 加速器生产
生产能力低，但品种多、所生产的 核素多为无载体、比活度高。
本章中将主要介绍人工放射性核素的制备方法。
2018/12/28 核技术应用概论 3
2.1 放射性核素的来源
天然放射性核素 分 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 从自然界存在的矿石中提取
第二章 放射性核素的制备
主要内容
放射性核素的来源
反应堆生产放射性核素
加速器生产放射性核素
放射性核素发生器
2018/12/28
核技术应用概论
2
引
wk.baidu.com
言
核技术应用的基础是射线与物质的相互作用，这些射 线可由反应堆、加速器直接提供，也可由放射性同位素衰 变获得。
反应堆制备
产量大、品种数量多、生产成本相对低
2018/12/28
核技术应用概论
15
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臵。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”。
伊雷娜·约里奥—居里和丈夫 弗雷德里奥·约里奥—居里
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。
核技术应用概论 11
1935年获诺贝尔化学奖
2018/12/28
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。
核素发生器 “母牛”
2018/12/28
核技术应用概论
13
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，
2. 铀系—4n+2系 表示系中各核素的质量数为4的倍数+2
206Pb(稳定) 其起始元素是 238 92U 通过一系列α衰变最后生成
2018/12/28
核技术应用概论
7
3. 锕系—4n+3系
表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
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。 核反应堆生产放射性核素已成为放射性核素的主要来源。
2018/12/28 核技术应用概论 14
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、
中子核反应
入 射 粒 子 的 种 类
带电粒子核 反应 光核反应
入 射 粒 子 的 能 量
低能核反应 （E<50MeV） 中能核反应 （50MeV<E<1000MeV） 高能核反应 （E>1000MeV）
12
重粒子核反 应
核技术应用概论
2018/12/28
生产人工放射性核素的设施和装臵
裂变反应堆
回旋加速器
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。
2018/12/28
核技术应用概论
4
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
2018/12/28
核技术应用概论
5
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。
2018/12/28 核技术应用概论 6
1. 钍系—4n系
4n表示系中各核素的质量数为4的倍数
208Pb(稳定) 其起始元素是 232 90Th 通过一系列α衰变最后生成
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
3H 7Be
2018/12/28
宇宙射线与N和O相互作用；宇 ～1.2×1012.3a 3Bq·kg-1 宙线散裂；6Li（n，α ）3H ～0.01Bq·kg-1 53.28d 宇宙射线与N和O相互作用
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）
2018/12/28 核技术应用概论 8
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。
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。
2018/12/28 核技术应用概论 10
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。
目前放射性核素生产最主要的方式之一 加速器生产
生产能力低，但品种多、所生产的 核素多为无载体、比活度高。
本章中将主要介绍人工放射性核素的制备方法。
2018/12/28 核技术应用概论 3
2.1 放射性核素的来源
天然放射性核素 分 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 从自然界存在的矿石中提取
第二章 放射性核素的制备
主要内容
放射性核素的来源
反应堆生产放射性核素
加速器生产放射性核素
放射性核素发生器
2018/12/28
核技术应用概论
2
引
wk.baidu.com
言
核技术应用的基础是射线与物质的相互作用，这些射 线可由反应堆、加速器直接提供，也可由放射性同位素衰 变获得。
反应堆制备
产量大、品种数量多、生产成本相对低
2018/12/28
核技术应用概论
15
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臵。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”。
伊雷娜·约里奥—居里和丈夫 弗雷德里奥·约里奥—居里
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。
核技术应用概论 11
1935年获诺贝尔化学奖
2018/12/28
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。
核素发生器 “母牛”
2018/12/28
核技术应用概论
13
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，
2. 铀系—4n+2系 表示系中各核素的质量数为4的倍数+2
206Pb(稳定) 其起始元素是 238 92U 通过一系列α衰变最后生成
2018/12/28
核技术应用概论
7
3. 锕系—4n+3系
表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
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。 核反应堆生产放射性核素已成为放射性核素的主要来源。
2018/12/28 核技术应用概论 14
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、
中子核反应
入 射 粒 子 的 种 类
带电粒子核 反应 光核反应
入 射 粒 子 的 能 量
低能核反应 （E<50MeV） 中能核反应 （50MeV<E<1000MeV） 高能核反应 （E>1000MeV）
12
重粒子核反 应
核技术应用概论
2018/12/28
生产人工放射性核素的设施和装臵
裂变反应堆
回旋加速器
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。
2018/12/28
核技术应用概论
4
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
2018/12/28
核技术应用概论
5
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。
2018/12/28 核技术应用概论 6
1. 钍系—4n系
4n表示系中各核素的质量数为4的倍数
208Pb(稳定) 其起始元素是 232 90Th 通过一系列α衰变最后生成
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
3H 7Be
2018/12/28
宇宙射线与N和O相互作用；宇 ～1.2×1012.3a 3Bq·kg-1 宙线散裂；6Li（n，α ）3H ～0.01Bq·kg-1 53.28d 宇宙射线与N和O相互作用
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）
2018/12/28 核技术应用概论 8
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。