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核电知识 | 放射性核素是如何制作出来的?

日期:2022-12-13    来源:核医之窗

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2022
12/13
11:37
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关键词: 放射性核素 核医学 核燃料 核反应堆

放射性核素是如何产生的

放射性核素制备历史

1934年人工放射性核素发现后,回旋加速器就用于制备放射性核素,使人工放射性核素在三年内很快就从3个增加到197个,其中有少量放射性核素如碘131、磷32、碳14等有商品供示踪用。1945年后反应堆开始大量生产并供应廉价的放射性核素,一度使量少价昂的加速器放射性核素的生产受到影响。到60年代中期以后,人们逐渐发现贫中子核素的许多特殊的、具有重要意义的用途,如钴57、钠22、镉109等在穆斯堡尔谱、正电子湮没技术和X射线荧光光谱分析中的应用,镓67、铊201、碘123等在核医学诊断中的应用,碳11、氮13、氧15等短寿命核素在生命过程动态研究中的应用等,都是反应堆放射性核素所不能取代的。于是加速器放射性核素的研制、生产又开始复兴。世界上用于生产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年代初则猛增到100余台;其中专供商品放射性核素生产的加速器也有十多台。80年代中期经常生产的加速器放射性核素品种达30多种

放射性核素制备方法

放射性核素的概念来源于核医学PET/CT的显像技术它是利用放射性核素标定特定的分子,研究其体内相应的代谢或病理生理过程的显象技术,这一特点使其站在了分子显像(Molecularimaging)的最前沿。而放射性核素的制备与生产放射性核素的方法主要有,核反应堆中子源辐照法、核燃料提取法、回旋加速器生产法和放射性核素发生器。在生产时因为每一种仪器所使用的回旋加速器不同,常用的放射性核素也有所区别,首先PET常用的正电子核素包括11C、13N、15O、18F等,这些正电子必需用回旋加速器来产生。它们的物理半衰期都很短,PET/CT中应用最多的是18F-FDG。18F-FDG的成像原理18F-FDG是葡萄糖的类似物,正电子核素18F取代葡萄糖分子中的一个羟基而得到。通过细胞膜上葡萄糖转运体-1(GLUT-1)进入细胞内,在己糖激酶的作用下磷酸化为6-P-18F-FDG,但不能够像天然葡萄糖进一步参与糖酵解生成ATP。因此细胞内6-P-18F-FDG的量反映组织细胞内葡萄糖代谢水平。

核反应堆生产的放射性核素

核反应堆生产的放射性核素,常规生产供应的放射性核素已达200多种,几乎包括了周期表中绝大多数元素的主要放射性同位素,这些放射性核素中的很大部分,反应堆都能生产。反应堆放射性核素是将含有有关原子核的适当对象放入反应堆活性区,利用高注量中子来轰击(或叫辐照),使有关原子核发生核反应而产生的。

回旋加速器生产的放射性核素

回旋加速器生产的放射性核素常称为,回旋加速器放射性核素,主要是指反应堆中子不能生产的贫中子(也称缺中子或中子不足)放射性核素(原子核的中子与质子之比,较相近稳定核素的小)。加速器放射性核素的品种较多,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。加速器放射性核素常可以得到无载体形式的,它的产量远比反应堆生产的小,在应用中只是反应堆放射性核素的补充,但由于它在工业、农业,尤其是生物医学方面具有特殊的用途,其用量不断增加,现已成为放射性核素生产不可缺少的方面,并形成了专门的领域。

放射性核素发生器

放射性核素发生器最早始用于医学领域,1920年,由法伊拉从226Ra分离出222Rn,从而提出发生器的概念。到1951年美国布鲁克黑文实验室格林等人,基于法伊拉从226Ra分离222Rn的原理,研制成世界上第一个人工放射性核素发生器132Te-132I发生器。以后99Mo-99mTc、113Sn-113mIn等发生器陆续研制成功。理论上,应该有大批的这类母子体核素可供利用。为了发展更多的放射性核素发生器,曾进行了大量的工作,美国的M.布鲁斯研究了五年,在1965年发表文章,列出了118个可能有用的母牛体系。从长半衰期的核素(称为母体)中分离短半衰期的核素(称为子体)的装置。放射性核素发生器使用方便,在医学上应用广泛。

医学中常用的放射核素发生器有:Mo–Tc发生器、W–Re发生器、Sr–Rb发生器、Rb–Kr发生器等。这些发生器可以通过淋洗产生含有放射性核素的试液,比如Mo–Tc发生器可以产生99mTc,可以用来标记药物配合SPECT/CT等核医学设备进行核医学显像检查。


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