核物理科普系列八

自然界有五十多种天然放射性核素,但含量较少,提取困难。

广泛应用的各种放射性同位素几乎都是由反应堆和加速器生产的,部分从后处理厂的废液和废气中回收的。

一 反应堆生产放射性同位素

1.基本原理

目前应用的放射性核素,按活度计算,绝大多数是由反应堆生产的。

反应堆是一个强中子源,将样品(靶料)置于反应堆辐照室(如活性区)或辐照管道(如孔道)内经中子辐照,利用(n,γ)( n,α)(n,p)等反应,使样品中的稳定同位素变为放射性同位素。

反应堆生产放射性同位素主要包括制靶、反应堆照射、活度测量和分装等步骤。

2.反应堆生产放射性同位素的产额

靶子经反应堆中子照射后,产生的放射性同位素的活度与辐照处的中子注量率、辐照时间、靶核的中子反应截面、靶量、丰度及生成核素的半衰期等有关。

3.辐照同位素过程中的辐射防护

(1)必须使用远距离操作系统(如机械手)从反应堆的辐射管道(或辐照室)提取同位素的样品盒,操作系统必须安全可靠。

(2)提取辐照样品时不应损坏样品盒,以避免放射性物质逸出。

(3)样品盒在运输过程中应有监测仪器进行监测。

(4)样品盒应严格密封,特别是对那些容易泄漏的气态或挥发性的同位素,对其密封性必须进行严格的检查,必要时采用双层密封。

(5)对于有腐蚀性的靶材,必须选用耐腐蚀性的样品盒。

(6)选择靶材时必须全面考虑在受辐照后其物理、化学性能的变化。

(7)样品盒的结构形式及机械强度应便于提取和运输。

(8)在辐照管道(或辐照室)的排风管或其他适当的位置上应设置连续工作的放射性气体或微尘的监测装置,以便能及时发现样品盒的泄漏,并采取适当的安全措施。

二 加速器生产放射性同位素

反应堆生产放射性同位素的品种受核反应的限制,因此利用加速器生产放射性同位素特别是缺中子同位素方面愈显示出其重要性;

在国际上已确定为临床应用的放射性同位素中,加速器生产的有40多种,反应堆生产的有25种;

1.基本原理:

由加速器产生的具有一定能量的带电粒子,如质子、氘核和α粒子轰击靶料,通过(p,n)(d,n)(d,2n)(d,α)(d,p)和(α,n)等反应得到放射性同位素。

2.放射性药物生产过程:

制靶、轰靶、化学分离与精制和配制相应放射性料液等。

3.加速器生产放射性同位素的特点

主要特点:

(1)反应堆中主要由(n,γ)反应生产同位素,所生成的同位素与靶料一般是同一元素,而用加速器生产的放射性同位素与靶材料一般不相同,故易于化学分离,可进行无载体同位素的生产,从而获得高纯度、高比度放射性同位素;

(2)加速器生产的同位素都是缺中子同位素,衰变时大多是电子俘获或发射正电子,不发射其他带电粒子,所以可用γ相机或正电子发射计算断层扫描(PET)进行医学诊断,病人所受的剂量小;

(3)构成生物机体的主要元素(C、N、O)的(n,γ)反应截面小,用反应堆不能有效地生产临床诊断上很需要的这类同位素,用加速器很容易制备,并可设置在医院内就近使用,十分方便;

(4)加速器操作简单、可随时启动或停机,工作安全,检查维修方便,工作中放射性污染的危险性小。

加速器生产放射性同位素的产额决定于加速器加速粒子能量和整流强度、靶材的靶量和丰度、生成核素的核反应截面、打靶时间和生成核素的半衰期等。

选择生产放射性同位素的加速器其主要性能指标如能量和束流强度,应根据实际需要、投资经费和经济效益等多方面因素考虑。

来源:核安全综合知识辅导读本