放射性核素制备
第二章 医用放射性同位素
(n,)反应生产的医用放射性核素： 24Na, 51Cr, 55Fe, 59Fe, 99Mo, 125I, 131I, 133Xe, 153Sm, 198Au, 203Hg. 2.（n,f)反应 3.（n,p)反应 4.（n,α)反应 （n,p),（n,α)反应生产的医用放射性核素： 3H,14C,24Na,32P,35S,45Ca,58Co,64Cu
3、放射性胶体和放射性气溶胶
A. 特性：
放射性胶粒：（比分子、离子的体积大）
放射性胶体溶液中，分散介质是液体，分 散相是由许多放射性分子或原子组成的聚 集体（胶粒）。所有胶粒都有带有同一种
电荷，相互排斥，不易凝聚，很稳定。
a、不能透过半透膜（如羊皮纸、火棉胶等
）和过细滤介质。
b、扩散速度慢，扩散系数小，在超速离心 场下沉淀。 c、同位素交换能力下降，且呈不可逆性， 许多则为离子、分子。
d、 能进行电泳和电渗析，在电介质作 用下可凝聚和解聚。（因有电荷） e 、放射性气溶胶可自发形成，浓度低， 但电离效应强，经呼吸道进入人体，造
成伤害 ( 容易被网状内皮细胞吸收而牢
固地积聚在体内 , 使放射性核素难以排 除) 。
B. 形成：
真胶体：胶粒 Φ 10-9μ m ，其溶解度， 溶液的pH值，及其中杂质影响形成。 假胶体：直径大于真胶体胶粒、普通 离心可沉淀。Po最易形成胶体， p可逆性。
吸附能力与玻璃的种类有关
与介质有关:在强酸性溶液中放射性核素不易 被吸附,以阴离子状态存在的放射性核素的吸附 是由范德华力引起的,因此吸附量也低. 除了玻璃外,滤纸对某些放射性核素的吸附也很强.
共沉淀：
沉淀的条件：Ksp
定义： 在溶液中引入某种常量物质并使 之沉淀时，微量放射性物质能被常量物 质载带而一起自溶液转入沉淀，这就是 放射性核素的共沉淀现象。
习题及医用放射性核素的生产和制备
解：由公式 A A0et
A 30V A0 3.0 105 Bq ln 2
T
带入数据可得
变形得 A et A0
3、分别计算要经过多少个半衰期某种放射性核素可以减少到原 来的1%、0.1%？
解：由公式
N
N0
(1)n 2
变形得 N (1)n
N0 2
若 N 1% ， 解得 N0
n 2(1 log2 5)
若 N 0.1% ， 解得 N0
n 3(1 log2 5)
第三节医用放射性核素的产
1、核反应堆中子照射生产
原理：
核
1 0
n
燃 料
链
式
反
中子
应
注: （1）所得放射性核素是富中子核
素，主要发生 衰变
（2）核反应表示方法
32S (n, P)32P1362S 01n1352P11p
稳定 核素
富中子核 素
主要反应
(n, )1213Na01n1214Na
(n, p)1362S 01n1352P p
(n, )36Li 01n13H 24He
2、从裂变产物中分离和提纯
• 优点：核反应堆燃料裂变后的裂变产物中可提取出许多有价值的放 射性核素。
• 缺点：裂变产物中常含有同一元素的多种同位素，它们的化学性质 基本一致，难以分离提纯。
二、核医学常用放射性核素及其生产
放射性核 素发生器
是一种从长半 衰期母体核素 中分离出短半 衰期子体核素 的分离装置
回旋加速 器生产
将带电粒子加 速后轰击靶原 子核制造放射 性核素的转置
主要生产短寿命和超短寿命的 贫中子放射性核素
99Mo99mTc
核素发生 器
放射性核素的制备和提取
从裂变产物中提取放射性核素
� 95Zr-95Nb的提取
� 除去碘和氙的硝酸铀酰料液，其酸度经调节合适后， � 通过硅胶柱，此时有 99%以上的95Zr、95Nb被吸附在柱上 � 用HNO3或H2SO4洗涤柱子，以除去其它裂变产物， � 然后用0.5 M H2C2O4洗脱，使 95Zr-95Nb以络合离子的形式 洗下来，这样可得到相当纯净的产品。
130
T e(n ,γ ) 1 3 1 m T e S n (n ,γ )
131
βKC
131
I In
βγ
131X e 1 13
112
Sn
113m
In
》 《放射化学 放射化学》
用中子核反应制备放射性核素
� 将长半衰期母体核素和短半衰期子体核素所组成的核素对 引入一种装置中，使得短寿命的子体核素能不断地从其中 分离出来，这种装置称为核素发生器（又称同位素发生 器）。 � 根据放射性衰变规律，长寿命母体核素不断衰变产生子体 核素，经过子体核素的一个半衰期后，子体核素生成量为 平衡量的50%，经过六个半衰期后，子体核素生成量达到 平衡量的99%，因此每隔一定时间，就可以用化学分离方 法从发生器中分离出子体核素。
N0/(t1/2)0=N1/(T 1/2)1=N2/(T 1/2)2=.....
》 《放射化学 放射化学》
从天然产物中提取放射性核素
� 从天然产物中提取放射性核素有两种方法： � 一种是直接从矿石中提取长寿命的放射性核素。 � 另一种是从长寿命天然放射性核素中每隔一定时间分 离出短寿命的子体核素。 � 一、长寿命放射性核素的提取 • 在铀系、锕系和钍系中，只有少数几个长寿命核素能 以可称量的量存在，其余的衰变子体包括 210Po均小于 0.1 mg。
核医学复习资料
核医学27反射性核素的制备三大类：核反应堆制备，医用回旋加速器制备，放射性核素发生器制备28.物理半衰期：在单一的放射性核素衰变过程中，放射性活度减少一半，所需要的时间是放射性核素的一个重要特征参数。
29什么是生物半衰期：指进入生物体内的放射性核素，经各种途径从体内排出一半所需要的时间30.1合成代谢，细胞吞噬，循环通路，选择性摄取，选择性排泄，通透弥散，细胞拦截，离子交换和化学吸附，特异性结合14.放射性核素示踪计数：是以放射性核素或标记化合物作为示踪剂，应用射线探测器检测示踪剂分子的行踪，研究被标记物在生物体系或外界环境中分布状态或变化规律的技术9.放射性活度：单位时间内发生的核衰变次数，反映放射性强弱的物理量。
1.核医学：是一门利用开放型放射性核素对疾病进行诊断、治疗和科学研究的学3.炸面圈:骨显像时病灶中心显像剂分布减少，病灶周围显像剂增高呈环形的影像表现。
多见于股骨头缺血坏死。
是通过静脉注射的方式将放射性核素标记的亲骨性显像剂引入体内，该类显像剂可以与骨组织内的无机盐和有机质紧密结合，在体外通过核医学成像仪器显示显像剂在骨骼系统内的分布，获得骨骼系统的影像。
13.超级骨显像：某些累计全身的骨代谢性病变，呈现显像剂在全身骨骼积聚异常增高，被称为超级骨显像或过度显像，1.正常典型肾图的三段的名称及生理意义是什么？名称：a段放射性出现段；b段示踪剂聚集段c段排泄段生理意义：a段静脉注射示踪剂后10s左右肾图急剧上升段。
此段为血管段，时间短，约30s反映肾动态的血流灌注相；b段：a段之后的斜行上升段，3-5min 达到高峰，其上升斜率和高度与肾血流量、肾小球滤过功能和肾小管上皮细胞摄取、分泌功能有关。
反映肾皮质功能与肾小管功能；c段：b段之后的下降率与b段上升斜率相近，下降至峰值一半的时间小于8min。
为示踪剂经肾集合系统排入膀胱的过程，主要反映上尿路的通畅情况和尿流量多少有关1.核医学：是一门利用开放型放射性核素对疾病进行诊断、治疗和科学研究的学科2.核医学特点：①高灵敏度②方法简便、准确③合乎生理条件④定性、定量、定位研究的相结合⑤专业技术性强3.核医学显像：①功能性显像②无创性检查③图像融合④解剖分辨力低4.核素：质子数相同，中子数相同，具有相同能量状态的原子8.半衰期：放射性核素数量因衰变减少一半所需要的时间9.放射性活度：单位时间内发生的核衰变次数，反映放射性强弱的物理量。
正电子放射性核素的制备及其在药学领域中的应用
正电子放射性核素的制备及其在药学领域中的应用唐刚华（第一军医大学南方医院南方PET中心，广东广州510515）摘要：正电子放射性核素（如11C，15O，18F等）主要由回旋加速器通过核反应制备，正电子放射性核素经放射化学合成可制备各类正电子显像剂或正电子标记物，正电子显像剂或正电子标记物结合正电子发射断层（PET）显像已广泛用于神经精神系统、心血管系统及肿瘤等疾病的研究，也是药物研究的重要工具。
主要概述回旋加速器的工作原理、正电子放射性核素的制备及其在药学领域中的应用。
近年来，正电子发射断层（PET）显像及PET药物在世界范围内得到了飞速的发展，正电子放射性核素需求量不断增加。
正电子放射性核素主要是由回旋加速器生产，从1930年Lawrence研制成功第一台回旋加速器以来，回旋加速器在数量和质量方面得到了很大的发展和提高，为PET显像、PET药物及药物研究的蓬勃发展奠定了基础。
1 回旋加速器的工作原理1929年劳伦斯提出回旋加速器理论，次年第一台回旋加速器研制成功。
其基本原理是带电粒子在磁场中作圆周运动，采用交变电极的方法，使粒子在较低电压下通过多次加速获得很高的动能。
其工作原理示意图见图1。
待加速的正粒子或负粒子由离子源S产生，产生的各种带电粒子将向着带异种电荷的D型电极盒（如A）运动。
进入D型电极盒A内的粒子不再受电场的影响，而垂直于D型电极盒A平面的磁场将迫使带电粒子在圆形轨道上运行，使其保持在一定轨道上运行。
当带电粒子到达电极盒A和B间隙时，电极盒的极性发生改变，粒子再次加速至另一电极盒B。
此时，带电粒子被加速、获得更大的能量并通过更大的轨道半径运行，射频震荡器将随着带电粒子通过电极间隙而相应调整D型电极盒的极性。
每当带电粒子穿过D型电极盒A、B间的间隙时，带电粒子将被加速一次获得更大的速度和能量，D型盒内的圆周运动半径也增大一次。
其能量增量ΔE 等于带电粒子电荷q 和A、B间间隙电位差UAB的积。
放射性核素的制备
9.3 放射性核素在医学、生物学中的应用 （1）放射性药物及其应用
放射性药物是指在医学上使用的含有放射性核素 的化合物或生物物质的统称。根据其临床应用的目的 不同可分为两类：
1）治疗用放射性药物； 2）诊断用放射性药物。
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：
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；
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，就是 太短，不适合于医用。而加速器能方便产生11C、13N 等核素。
s0m0 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，
mx s0m0 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：
mxs0 m0 mx sd
mx m0sd 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sd
1.19 109
Bq mg
放射性标记化合物的制备及其应用优质内容
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4
（3）标记化合物的若干基本概念 1）同位素标记与非同位素标记 同位素标记：
化合物中的原子被其同位素的原子所取代，由于 取代后化合物在物理、化学和生物学性质上不会引起 显著差异，因此亦称理想标记。131I→ 127I；3H → 1H； 14C → 12C等。
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5
非同位素标记（非理想标记）： 用组成化合物以外的原子进行标记，非同位素标
有两大类：全生物合成法和酶促合成法。
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23
全生物合成法 是利用完整的生物或其某一个器官的生理代谢过
程来进行标记的。 常用的生物有：细菌、绿藻、酵母等低等生物。 14C-标记物。
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24
海绿藻合成14C均匀标记的多种氨基酸： 1、海绿藻避光24h，造成“光饥饿”； 2、通入14CO2，光照36h，使14CO2随光合作用
或其原子团所置换而达到标记目的的方法。 此法常用于氚和放射性碘的标记。
RX T2 催化剂,碱性溶液 RT TX RH 2131I 氧化剂R131I H 131I
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20
4）间接标记法： 把放射性核素先标记在某种易与欲标记物反应的
试剂，然后再与欲标记物偶联；
借助于具有双功能基团的螯合剂进行标记，先把某 种双功能螯合剂结合到欲标记分子上，再将放射性核 素核素标记到此螯合剂上，由此形成稳定的放射性核 素-螯合剂-欲标记化合物复合物。
4、标记、测量、鉴定的方法是否容易； 5、实验周期的长短，核素本身和杂质的毒性以 及价格等要进行考虑。
高级培训
12
表 几种重要的放射性标记核素
核素 T1/2
无载体时的比活度 主要射线种类及能量，MeV
3H 14C 32P 35S 99Tcm 123I 125I 131I
第二章放射性同位素的制备
第二章放射性核素的制备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。
由于放射性核素使用方便、费用低廉，并可制成所需各种形状、结构紧凑的放射制品，已广泛应用于工业、农业、医学、环保、军事、资源勘探、科研等诸多领域，已获得了显着的经济效益和社会效益。
放射性同位素有天然同位素和人工同位素。
人工放射性同位素由于射线强度容易控制、可制成各种所需的形状、半衰期通常较短（放射性废物易处理）等特点而得到广泛应用。
人工放射性核素主要能过反应堆、加速器两种方式生产，还可利用上述两者生产的核素制成发生器，制备短寿命的核素。
通过反应堆制备放射性核素具有产量大、品种数量多、生产成本相对低等特点，是目前放射性核素生产最主要的方式之一。
加速器生产的放射性核素尽管生产能力低，但品种多、所生产的核素多为无载体、比活度高。
在生产放射性核素的过程中通常会产生大量放射性废物，这些放射废物、特别是气体放射性废物，是放射性核素生产中环境保护面临需要解决的重要技术问题。
因此，先进的同位素生产技术、完善的同位素生产工艺和高效的三废处理技术等是目前同位素研究、生产、应用领域关注的重点，其中之一的解决方案是建立放射性核素生产专用堆（如医用同位素生产堆等）。
本章中将主要介绍人工放射性核素的制备方法。
第一节放射性核素的来源放射性核素的来源有两个：一种是从自然界存在的矿石中提取，通常称为天然放射性核素；另一种是通过人工干预的核反应制备，通常称为人造放射性核素，亦称为人工放射性核素。
人工放射性核素主要通过核反应堆生产（包括从辐照过的核燃料中提取）、加速器生产和核素发生器三种途径获得。
一、天然放射性核素天然放射性核素又分为原生放射性核素和宇生放射性核素。
原生放射性核素是指原始存在于自然界中的天然放射性核素。
宇生放射性核素是指宇宙射线与大气和地表中的物质相互作用生成的放射性核素。
原生放射性核素主要是由232Th（钍-232）、235U和238U为起始核素三个衰变系列，即钍系（4n 系，从232Th开始），铀系或称铀-镭系（4n＋1系，从238U开始）和锕系（4n＋3系，从235U开始）。
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2020/5/17
核技术应用
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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， 但它的产量远比反应堆生产的小。
15
2.2.1 中子核反应及其特点
中子不带电，当它与原子核作用时，由于 不存在库仑势垒，因此不同能量的中子均能 引发核反应。
最主要的核反应类型有（n，γ）、（n， p）、（n，α）、（n，f）、（n，2n）， 以及多次中子俘获。
2020/5/17
核技术应用
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1.（n, γ）反应
（n, γ）是生产放射性核素最重要、最常用的 核反应，利用（n, γ）反应可在反应堆上生产大 多数元素的放射性核素。
2020/5/17
核技术应用
14
2.2 反应堆生产放射：
（1）通过反应堆产生的中子流照射靶子物，直 接生产或通过简单处理生产放射性核素，即（n， γ）法； （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。
2020/5/17
核技术应用
2020/5/17
核技术应用
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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。
核素 14C 3H 7Be
半衰期 5730a 12.3a 53.28d
表2-1 宇生核素示例
起源
宇宙射线作用，14N（n，p）14C 宇宙射线与N和O相互作用；宇宙线散裂；
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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核技术应用
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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。
入 中子核反应
射 粒
带电粒子核反应
子
的 光核反应
种
类 重粒子核反应
6Li（n，p）3H 宇宙射线与N和O相互作用
天然活度 ～15Bq·g-1 ～1.2×10-3Bq·kg-1 ～0.01Bq·kg-1
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核技术应用
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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。
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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核技术应用
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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 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）
① 通过（n, γ）反应直接生成所需要的放射性核素
例如59Co（n, γ）60Co、191Ir（n, γ）192Ir、31P（n, γ）32P等。由于（n, γ）反应直接生成的放射性核素均为靶元素的同位素，不能通过化学方 法将目标核素与其靶子元素进行分离，因此，所制备的放射性核素一般 都是有载体的。
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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核技术应用
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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
入 低能核反应（E<50MeV）
射 粒
中能核反应
子 （50MeV<E<1000MeV）
的
能 量
高能核反应 （E>1000MeV）
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核技术应用
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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。
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。
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核技术应用
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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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核技术应用
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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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核技术应用
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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)
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核技术应用
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② 通过（n, γ）反应，再经核衰变生成所需要的放射性核素
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核技术应用
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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。
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
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核技术应用
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引言
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