加速器生產的放射性核素，用加速器產生的高速帶電粒子轟擊含有選定的穩定核素的靶，可製備很多种放射性核素（見放射性），包括中子核反應和光子核反應能產生的核素。
基本介紹
- 中文名：加速器生產的放射性核素
- 釋義：用加速器產生的高速帶電粒子轟擊含有選定的穩定核素的靶，可製備很多种放射性核素（見放射性
加速器生產的放射性核素常稱為加速器放射性核素。狹義的加速器放射性核素主要是指反應堆中子不能生產的貧中子（也稱缺中子或中子不足）放射性核素（原子核的中子與質子之比，較相近穩定核素的小）。加速器放射性核素的品種較多，約占目前已知放射性核素總數的60％以上。它們多以軌道電子俘獲或β+衰變方式衰變，發射單純的低能γ射線、X射線或β+射線。加速器放射性核素常可以得到無載體形式的，它的產量遠比反應堆生產的小，在套用中只是反應堆放射性核素的補充，但由於它在工業、農業，尤其是生物醫學方面具有特殊的用途，其用量不斷增加，現已成為放射性核素生產不可缺少的方面，並形成了專門的領域。簡史 1934年人工放射性核素髮現後，回旋加速器就用於製備放射性核素，使人工放射性核素在三年內很快就從3個增加到197個，其中有少量放射性核素如碘131、磷32、碳14等有商品供示蹤用。1945年後反應堆開始大量生產並供應廉價的放射性核素，一度使量少價昂的加速器放射性核素的生產受到影響。到60年代中期以後，人們逐漸發現貧中子核素的許多特殊的、具有重要意義的用途，如鈷57、鈉22、鎘109等在穆斯堡爾譜、正電子湮沒技術和X射線螢光光譜分析中的套用，鎵67、鉈201、碘123等在核醫學診斷中的套用，碳11、氮13、氧15等短壽命核素在生命過程動態研究中的套用等，都是反應堆放射性核素所不能取代的。於是加速器放射性核素的研製、生產又開始復興。世界上用於生產放射性核素的加速器，60年代初不到5台；70年代初就增加到近20台；而80年代初則猛增到100餘台；其中專供商品放射性核素生產的加速器也有十多台。80年代中期經常生產的加速器放射性核素品種達30多種。在醫學診斷方面貧中子放射性核素的消費量相當大，有些已超過，個別的已逐漸取代某些反應堆生產的放射性核素。生產方法 加速器放射性核素的生產涉及加速器、核反應、靶子的製備和產物的分離純化等，需根據具體情況選擇生產方法。加速器 可用於生產放射性核素的加速器有靜電加速器、直線加速器和回旋加速器等，但回旋加速器最適用。加速的帶電粒子主要是P(質子)、d（氘核）、3He核和α粒子（4He核）四種，束流強度為十幾到幾百微安。回旋加速器大多採用等時性方位變化場設計，並有不同的類型。緊湊型回旋加速器結構緊湊，設施簡便，加速P、d、α、3He能量達15～52兆電子伏，流強在50～200微安之間，適於生產鎵67、銦111、鉈201、碘123等一般中、短壽命的核素。微型回旋加速器的體積很小，操作容易，建造費用低，質子的加速能量達15～20兆電子伏，氘核8～10兆電子伏，3He、α粒子能量達15～30兆電子伏，流強可達30～100微安，適於建在醫院內，就地製備碳11、氮13、氧15、氟18等短壽命核素。少數大型的加速器（稱為介子工廠）產生的質子能量達200～800兆電子伏，流強達0.2～1毫安，可利用它產生介子後剩餘的較強束流引起的散裂核反應，來製備較長壽命的核素或一般情況下難以製備的核素，例如鍶82、鐵52等。核反應 帶電粒子與靶核作用發生核反應時，如屬放熱反應，帶電粒子的能量必須足以克服該核電荷的庫侖勢壘；如屬吸熱反應，帶電粒子必須大於某一確定能量（閾能），才能發生核反應。核反應截面與入射粒子能量的函式關係稱為激發函式。激發函式是計算核反應產額的重要依據之一。常用的核反應有：(p，n)、(p，2n)、(p，3n)、(p，α)、(d，n)、(d，α)、(α，2n)、(3He，2n)、(3He，3n)等。核反應的選擇要根據所用加速器的具體性能，按照放射性核素產額高而雜質核素少的原則來確定。在實際生產中，除了所期的核反應外，往往有幾種核反應同時發生，但可以控制條件以保證主要反應的進行。靶 加速器用的靶材料需要有較高的靶核含量、良好的耐熱和散熱性能，發生有害副反應的成分和雜質少，並便於進行生成放射性核素的分離和純化。由於一種元素往往有幾種同位素，核反應後會生成一些不需要的核素，有時需要使用富集靶核的靶材料制靶。制靶的方法有焊接、電鍍、燒結等，即要使靶牢固、導熱好、裝卸方便，又不影響產物的純度。分離純化 將轟擊後的靶直接乾餾或溶解，再經過蒸餾、萃取、層析和共沉澱等步驟，將產生的放射性核素分離、純化。選用的流程要求效率高、不引入載體、速度快。對壽命很短的放射性核素還要求能線上直接合成標記化合物。產額 帶電粒子與靶核反應的產額Y（微居）是反應截面σ（靶恩）、放射性核素的衰變常數λ、靶核數目N0（每千克靶子）和入射粒子的電荷數Z、流強I(微安)、能量E、阻止本領、轟擊時間t等的函式：Ei和Eo分別為入射和出射粒子的能量；ρ為靶子密度(千克／米3)；x為射程（米）。套用 加速器生產的核素套用的領域很廣。在工業和科學研究中，鈷57、鈉22、鎘109可作為穆斯堡爾效應、正電子湮沒技術、X射線螢光分析用的放射源。在農業和環境保護中，鉀43、砷74、鉛203可用作示蹤原子，在醫學上的套用更為廣泛。檸檬酸鎵67用於腫瘤診斷，能顯示其部位，也能用於淋巴結、肺、骨等顯像。銦111標記的二亞乙基三胺五乙酸可用於腦顯像，銦111標記血小板可用於副脾診斷。碘123標記的碘化鈉用於診斷甲狀腺疾病時，對病人產生的輻射劑量只有碘131的百分之一，用碘123標記的脂肪酸、鄰碘馬尿酸可分別用於心肌、腎臟疾病的診斷。鉈201標記的氯化鉈可用於診斷心肌梗塞。半衰期很短的81Krm(從81Rb-81Krm發生器產生)，可用於診斷肺的阻塞、肺氣腫、支氣管炎等。碳11、氮13、氧15、氟18標記的生物分子能以完全與天然物質一樣的生化行為顯示活體內代謝動態的圖像，並能在正電子計算機化斷層照相儀(PECT)上比較精確地給出三維空間的位置。
