ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Προέλευση και Τρόπος Παρασκευής των Ραδιονουκλιδίων

Transcript

1 Διάλεξη 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Προέλευση και Τρόπος Παρασκευής των Ραδιονουκλιδίων

2 Ανακάλυψη της φυσικής ραδιενέργειας το 1986 από τον Bequerel, Ανακάλυψη σειρά φυσικών ραδιονουκλιδίων (ζεύγος Curie, Rutherford, Soddy, κ.λπ.) όλα τα στοιχεία που υπάρχουν στη φύση με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο του 83 (βισμούθιο), είναι ραδιενεργά. Τεχνητά ραδιονουκλίδια παρασκευάστηκαν για πρώτη φορά το 1934 από το ζεύγος I.Curie και F.Joliot-Curie, (ακτινοβόλησαν στόχους βορίου και αργιλίου με σωματίδια άλφα, εκπεμπόμενα από πηγή πολωνίου.) Μετά την ακτινοβόληση, οι ερευνητές αυτοί, παρατήρησαν ότι από το στόχο εκπέμπονταν ποζιτρόνιο, ακόμη και όταν είχε απομακρυνθεί η πηγή ακτινοβολίας (πολώνιο). Η ανακάλυψη αυτή εισήγαγε την τεχνητή ραδιενέργεια, που αποτέλεσε σημαντικότατο νέο επιστημονικό πεδίο, αφού έδειξε τη δυνατότητα παραγωγής μη φυσικών ραδιοϊσοτόπων. Σήμερα, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας της ακτινοβόλησης στόχων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, επιταχυντές, γεννήτριες νετρονίων, κ.λπ., έχουν παραχθεί περισσότερα από 1500 τεχνητά ραδιονουκλίδια.

3 Πυρηνική Ιατρική : Χρησιμοποιούνται κυρίως τεχνητά ραδιονουκλίδια, που παράγονται συνήθως σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και κύκλοτρα. Ο τύπος του ραδιονουκλιδίου που λαμβάνεται, εξαρτάται από τον πυρήναστόχο και από το είδος και την ενέργεια της ακτινοβολίας. Περιορισμένος μόνο αριθμός πυρηνικών αντιδραστήρων ή κυκλότρων, (εγκατάσταση και λειτουργία πολύ δαπανηρή). ραδιονουκλίδια με μεγάλο χρόνο ημιζωής δεν παρουσιάζουν δυσκολία Αντίθετα, πρόβλημα παρουσιάζεται για τα βραχύβια ραδιονουκλίδια

4 Πυρηνικές Αντιδράσεις Γενικά, με τον όρο πυρηνική αντίδραση εννοείται η αλληλεπίδραση ενός πυρήνα νουκλεονίου με ένα άλλο πυρήνα, φωτόνιο ή σωματίδιο, προς σχηματισμό άλλου ή άλλων πυρήνων. Σε αντιστοιχία με τις χημικές αντιδράσεις το γενικό σχήμα μιας πυρηνικής αντίδρασης παριστάνεται με την εξ.6-1. A+x Β + ψ (6-1) όπου, Α, ο αρχικός πυρήνας, Β, ο νέος πυρήνας, x, η ακτινοβολία που αλληλεπιδρά, ψ, η ακτινοβολία που παράγεται μετά την αλληλεπίδραση (σωματίδια, φωτόνια, κ.λπ.).

5 Κυριότερα σύμβολα που χρησιμοποιούνται συνήθως σε πυρηνικές αντιδράσεις. Πίνακας 6-1 Σύμβολα που συνήθως χρησιμοποιούνται στις Πυρηνικές Αντιδράσεις νετρόνιο (n) ηλεκτρόνιο (e) πρωτόνιο (p) ακτίνες x (x) δευτερόνιο (d) ακτίνες γ (γ) σωματίδια άλφα (α) σωματίδια βήτα (β)

6 Έλλειμμα Μάζας Στις περισσότερες χημικές αντιδράσεις προσφέρεται ή αποδίδεται θερμότητα, (ενδόθερμος ή εξώθερμος). Επομένως μια πλήρης χημική εξίσωση πρέπει να περιλαμβάνει και αναφορά για την θερμότητα, όπως για παράδειγμα η εξ.6-3, C+O 2 CO calories (6-3) που περιγράφει ότι όταν ένα γραμμοάτομο άνθρακα και δύο οξυγόνου συνδυάζονται για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα συμμετέχουν και θερμίδες θερμότητας. Κατά ανάλογο τρόπο στις πυρηνικές αντιδράσεις αποδίδεται ή χρησιμοποιείται ενέργεια και σε αναλογία με την ορολογία "θερμότητα χημικής αντίδρασης" υπάρχει η ορολογία "μεταβολή πυρηνικής ενέργειας". η πλήρης εξίσωση για την πρώτη πυρηνική αντίδραση του Rutherford θα έχει την μορφή της εξ.6-4, όπου, Q, αντιπροσωπεύει την μεταβολή της ενέργειας [εξωεργική (θετική), δηλαδή απελευθέρωση ενέργειας, ή ενδοεργική (αρνητική), δηλαδή απορρόφηση ενέργειας] N + 4 2He 17 8 O + 1 1H + Q (6-4)

7 Η μετατροπή της ύλης σε ενέργεια και αντίστροφα περιγράφεται από τη θεμελιώδη εξίσωση του Einstein (εξ.6-5). E = m.c 2 (6-5) όπου, Ε, ενέργεια σε ergs, m, η μάζα σε g και c, η ταχύτητα φωτός (2,997925x10 10 cm/sec). Με την εξίσωση του Einstein εξηγείται το γεγονός ότι η μάζα ενός πυρήνα είναι μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των επιμέρους συστατικών της (πρωτονίων και νετρονίων), μιά και η διαφορά μάζας ή έλλειμμα μάζας αποδίδεται σαν ενέργεια κατά το σχηματισμό του πυρήνα.

8 Το σταθερό ισότοπο του άνθρακα, 12 C, αποτελείται από 6 νετρόνια και 6 πρωτόνια. H μάζα των πρωτονίων είναι 1,6725x10-27 Kg και των νετρονίων είναι 1,6748x10-27 Kg. Αρα, η μάζα του πυρήνα του 12 C θα έπρεπε να είναι : 1,6725 x x 6 = 10,035 x kg 1,6748 x x 6 = 10,049 x kg 20,084 x kg ενώ στην πραγματικότητα αυτή είναι μόνο 19,920 x kg. Επομένως, υπάρχει έλλειμμα μάζας (20,084 _ 19,920) x kg = 0,164 x kg που σύμφωνα με την εξίσωση του Einstein ισοδυναμεί με: Ε = (0,164x10-27 kg) (10 3 g.kg -1 ) (2,997925x10 10 ) 2 cm.sec -1 = 1,476x10-4 erg =1,476x10-11 Joules = 92 Mev. Αρα το έλλειμμα μάζας ανά δομικό σωματίδιο στο άτομο του 12 C θα είναι περίπου 92:12=7,5 Mev.

9 Δεν είναι δυνατό να συνδυασθούν (με τα σημερινά δεδομένα) κατά βούληση πρωτόνια και νετρόνια για να σχηματισθεί ένας συγκεκριμένος πυρήνας, αλλά μπορούν να ενωθούν δύο πολύ ελαφροί πυρήνες και να σχηματίσουν ένα νέο πυρήνα υδρογόνου (σύντηξη) ή να διαιρεθεί ένας βαρύς πυρήνας σε δύο (σχάση). Και στις δύο περιπτώσεις υπάρχει έλλειμμα μάζας ανά νουκλεόνιο, συγκριτικά με την αρχική, που αποδίδεται σαν ενέργεια. Το έλλειμμα μάζας των νουκλεονίων στους πυρήνες των στοιχείων ποικίλλει, ανάλογα με τον μαζικό αριθμό του πυρήνα, και λαβαίνει μεγαλύτερες τιμές σε πυρήνες με μέσο μαζικό αριθμό (Σχ.6-1).

10 Σύντηξη Συνένωση ελαφρών πυρήνων σε βαρύτερο πυρήνα οπότε ελευθερώνονται μεγάλα ποσά ενέργειας. Παράδειγμα σύντηξης ο συνδυασμός δύο πυρήνων δευτερίου, όπου δύο μόρια του δευτερίου πλησιάζουν μεταξύ τους, ενάντια στις πάρα πολύ ισχυρές ηλεκτροστατιστικές απωστικές δυνάμεις, μέχρι που τελικά συντήκονται και παράγουν ένα νέο πυρήνα. Για να επιτευχθεί η σύντηξη πρέπει τα άτομα του δευτερίου να αποκτήσουν εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες, για τις οποίες απαιτούνται εκατομμύρια βαθμοί θερμοκρασίας, για να μπορούν να συγκρούονται με αρκετή ενέργεια και να προκληθεί σύντηξη. 2 1 H + 2 1H 3 2 He + n + 3,22 Mev 3 1 Η + 1 1Η + 4,04 Mev (6-6) 1 1 He + n + 17,6 Mev

11 Σπουδαιότητα της σύντηξης = μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν πηγή ενέργειας το νερό, στο οποίο υπάρχει δευτέριο ( 2 1Η) σε ποσότητα 8 μερών ανά 100 μέρη πρωτίου ( 1 1Η). πρόβλημα αξιοποίησης μεθόδου = Η αντίδραση δεν μπορεί να αυτοδιατηρηθεί, αλλά πρέπει συνεχώς να εφοδιάζεται με υψηλές θερμοκρασίες. Η λύση θα επέλθει όταν τεχνικώς θα είναι δυνατό να διοχετεύεται η ενέργεια που ελευθερώνεται από την σύντηξη πίσω στην αντίδραση => από 2 κυβικά χιλιόμετρα νερό θα καλυφθούν οι ενεργειακές ανάγκες του κόσμου για πάρα πολλά χρόνια. Υπολογίζεται ότι βάρος πρός βάρος η σύντηξη πυρήνων δευτερίου δίνουν πάνω από τρείς φορές περισσότερη ενέργεια, από ότι η σχάση του ουρανίου ή του πλουτωνίου. "χρησιμοποιείται" για στρατιωτικούς σκοπούς στα θερμοπυρηνικά όπλα..

12 Σχάση Διάσπαση ενός βαριού πυρήνα σε δύο θραύσματα περίπου ίσης μάζας, είτε αυθόρμητα ή μετά από βομβαρδισμό του με νετρόνια. "Υποψήφια" στοιχεία για σχάση είναι εκείνα με ατομικούς αριθμούς μεγαλύτερους από 92 όπως το 235 U, 239 Pu, 237 Np, 233 U, 230 Th. Μετά από κάθε σχάση προκύπτουν δύο νέοι πυρήνες από τους οποίους ο ένας είναι βαρύτερος και ο άλλος ελαφρύτερος από το ήμισυ του ατόμου του μητρικού πυρήνα. Το άθροισμα των ατομικών αριθμών των δύο νέων πυρήνων είναι ίσο με εκείνο του μητρικού, αλλά το άθροισμα των μαζών τους είναι μικρότερο εκείνης του μητρικού, διότι κάθε σχάση συνοδεύεται με εκπομπή 2-3 νετρονίων. Τα νετρόνια που εκπέμπονται κατά την σχάση έχουν μέση ενέργεια περίπου 1,5 Mev και ακολουθούνται από απελευθέρωση ενέργειας περίπου 200 Μev που εμφανίζεται σαν θερμότητα. Η θερμότητα αυτή συνήθως απομακρύνεται με ανταλλάκτες θερμότητας και με κατάλληλη τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού (πυρηνικοί αντιδραστήρες παραγωγής ηλεκτρισμού).

13 Τα νουκλίδια που παράγονται με σχάση : ατομικούς αριθμούς που κυμαίνονται από 28 έως 65, διασπώνται με εκπομπή σωματιδίων, έχουν διαφορετικές χημικές ιδιότητες οπότε μπορούν να διαχωριστούν με γνωστές χημικές διεργασίες (καθίζηση, εκχύλιση, χρωματογραφία, απόσταξη, κ.λπ.), και λαμβάνονται καθαρά ελεύθερα φορέα με μεγάλη ειδική ραδιενέργεια. πλέον χρησιμοποιούμενη αντίδραση σχάσης (πυρηνικούς αντιδραστήρες) Διάσπαση του ουρανίου-235, κατά την οποία διαχωρίζονται ζεύγη νουκλιδίων U + 1 on Cs Rb on Mev (6-7) Η αντίδραση που λαμβάνει χώρα σε κάθε συγκεκριμένη σχάση πυρήνα εξαρτάται από πολλούς αστάθμητους παράγοντες και σε αυτό οφείλεται το γεγονός ότι για παράδειγμα τη σχάση ποσότητας 235 U τελικά αντί για ένα ζεύγος λαμβάνονται συνολικά πάνω από 60 πρωτογενή προϊόντα σχάσης

14 Για να μπορεί η ενέργεια που εκλύεται κατά την σχάση να χρησιμοποιηθεί για ειρηνικούς σκοπούς, πρέπει να τεθεί σε έλεγχο, με τρόπο ώστε ο ρυθμός να παραμένει πάντα σταθερός. Αυτό επιτυγχάνεται με κατάλληλη επιλογή του μεγέθους, του σχήματος και της μάζας του σχάσιμου υλικού καθώς και με άλλες πολύπλοκες τεχνικές εφαρμοσμένης μηχανικής. Κατά τον έλεγχο της αλυσιδωτής αντίδρασης η περίσσεια των νετρονίων (περισσότερα από ένα) απομακρύνεται συνήθως με την βοήθεια υλικών, όπως κάδμιο και βόριο, που έχουν την ιδιότητα να απορροφούν νετρόνια. Τα υλικά αυτά με κατάλληλους χειρισμούς φέρονται κοντά ή απομακρύνονται από το σχάσιμο υλικό, ανάλογα με το αν απαιτείται να επιταχυνθεί ή να επιβραδυνθεί η αντίδραση.

15 Πυρηνικός Αντιδραστήρας Ο Πυρηνικός Αντιδραστήρας γενικά αποτελεί μια μονάδα που περιέχει ποσότητα σχάσιμου υλικού τοποθετημένη σε κατάλληλη διάταξη ώστε να διατηρείται μία ελεγχόμενη αυτοσυντηρούμενη πυρηνική αντίδραση σχάσης. Το σχάσιμο υλικό που χρησιμοποιείται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες είναι κυρίως 235 U ή 239 Ρu. Ο πρώτος αντιδραστήρας κατασκευάστηκε το 1942, στο Σικάγο, με σχάσιμο υλικό 235 U και ο τύπος αυτός υπήρξε για πολλά χρόνια ο πλέον διαδεδομένος. ένας πυρηνικός αντιδραστήρας αποτελείται κυρίως από: το σχάσιμο υλικό, τις ράβδους ελέγχου, τον επιβραδυντή, το ψυκτικό υλικό, τον αντανακλαστήρα και την θωράκιση (Σχ.6-3). Τα τέσσερα πρώτα αποτελούν την λεγόμενη καρδιά του αντιδραστήρα. Το ενδιαφέρον της ραδιοφαρμακευτικής για τους πυρηνικούς αντιδραστήρες οφείλεται στο ότι σε αυτούς παράγονται διάφορα χρήσιμα για την Πυρηνική Ιατρική ραδιοϊσότοπα, είτε σαν προϊόντα σχάσης ή σαν προϊόντα βομβαρδισμού πυρήνων με νετρόνια [(n, γ), (n,p) ή (n,α) πυρηνικές αντιδράσεις].

16

17 Επειδή κατά την σχάση αναπτύσσεται υψηλή θερμοκρασία η καρδιά του αντιδραστήρα ψύχεται με κάποιο ψυκτικό μέσο που ανάλογα με του τύπο, την χρήση και την τεχνολογία που εφαρμόζεται μπορεί να είναι κάποιο υγρό (π.χ. νερό), αέριο (π.χ. CO 2 ) ή άλλο υλικό. Στους αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος, το ψυκτικό μέσο χρησιμοποιείται για να παράγει ατμό για τους ανεμοστρόβιλους που με τη σειρά τους κινούν τις γεννήτριες. Γύρω από την καρδιά του αντιδραστήρα τοποθετείται ένας αντανακλαστήρας που συνήθως αποτελείται από τα ίδια υλικά με τον επιβραδυντή. Ο ρόλος του αντανακλαστήρα είναι να ελλατώνει την ταχύτητα των νετρονίων που διασκορπίζονται ελεύθερα με κατεύθυνση προς τα έξω και να κατευθύνει μερικά από αυτά πίσω στην καρδιά του αντιδραστήρα.

18 Γύρω από τον αντανακλαστήρα υπάρχει συμπαγής θωράκιση από ειδικό τσιμέντο μεγάλης πυκνότητας που προστατεύει τους εργαζόμενους από ακτινοβόληση. Η θωράκιση, ο αντανακλαστήρας, και το επιβραδυντικό υλικό σχεδιάζονται κατάλληλα για να είναι δυνατή η ελεύθερη μετακίνηση των υποδοχέων με το σχάσιμο υλικό, ραύδων ελέγχου, των ψυκτικών σωληνώσεων καθώς και η εισαγωγή, μέσω αεραγωγών, στόχων για ακτινοβόληση και παραγωγή τεχνητών ραδιοϊσοτόπων. Η παραγωγή τεχνητών ραδιοϊσοτόπων με νετρονικό βομβαρδισμό στηρίζεται στην αλληλεπίδραση θερμικών νετρονίων ροής n/cm - 2.sec -1, με πυρήνες στόχους. Η πιθανότητα σχηματισμού ενός νέου πυρήνα, υπό καθορισμένες συνθήκες ακτινοβόλησης, ποικίλει από στοιχείο σε στοιχείο, αλλά κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες η πορεία και η απόδοση κάθε πυρηνικής αντίδρασης μπορεί να προδιαγραφεί με ικανοποιητική ακρίβεια.

19

20 Επιλεγμένα Ραδιονουκλίδια Παραχθέντα σε Πυρηνικό Αντιδραστήρα Ραδιονουκλίδιο Τρόπος Αντίδραση Ενεργός διατομή* διάσπασης παρασκευής (barns) *Για αντιδράσεις (n,γ)

21 Κύκλοτρο Σε κανονικές συνθήκες τα διάφορα φορτισμένα σωματίδια δεν έχουν την απαραίτητη ενέργεια για να διεισδύσουν και να αλληλεπιδράσουν με τους πυρήνες των ατόμων. Οι γραμμικοί επιταχυντές δύνανται να επιταχύνουν φορτισμένα σωματίδια σε ευθεία πορεία, ενώ τα κύκλοτρα σε κυκλική τροχιά. Η επιτάχυνση προσδίδει στα σωματίδια την απαραίτητη ενέργεια για αλληλεπιδράσεις με πυρήνες ατόμων. Στους επιταχυντές επιταχύνονται πρωτόνια, δευτερόνια, σωματίδια άλφα και άλλα φορτισμένα σωματίδια ή βαριά ιόντα όπως 16 Ο, 14 Ν και 32 S. Στο κύκλοτρο φορτισμένα σωματίδια επιταχύνονται σε κυκλικές διαδρομές υπό κενό, με την βοήθεια ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Επειδή τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται σε κυκλικές τροχιές, υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου με σταδιακά αυξανόμενη ενέργεια, όσο μεγαλύτερη είναι η βλητική τροχιά του σωματιδίου, τόσο μεγαλύτερη η ενέργειά του κατά την έξοδο από το κύκλοτρο. Σε κάθε κύκλοτρο μπορεί να καθοριστεί με ακρίβεια η σχέση της ενέργειας προς την ακτίνα διαδρομής του σωματιδίου.

22 το κύκλοτρο ενδιαφέρει την ραδιοφαρμακευτική, γιατί τα φορτισμένα σωματίδια που επιταχύνονται σε αυτό είναι ικανά να αλληλεπιδράσουν με πυρήνες-στόχο και να προκαλέσουν πυρηνική αντίδραση που οδηγεί στην παραγωγή ραδιονουκλιδίων. Ο στόχος που θα ακτινοβοληθεί τοποθετείται μέσα στο κύκλοτρο ή εξωτερικά. Για κάθε πυρηνική αντίδραση παραγωγής νουκλιδίου υπάρχει ένα ελάχιστο, καθορισμένο, ποσό ενέργειας Q, που είτε απορροφάται, ή ελευθερώνεται κατά την αντίδραση. Η ενεργειακή αυτή απαίτηση προκύπτει αφενός μεν από την διαφορά μεταξύ των μαζών του στόχου-πυρήνα και του σωματιδίου που αλληλεπιδρά και αφετέρου των μαζών του νουκλιδίου που παράγεται και των σωματιδίων που εκπέμπονται. Σε πυρηνικές αντιδράσεις που απαιτούν την απορρόφηση ενέργειας, τα σωματίδια που προσβάλλουν τον πυρήνα-στόχο πρέπει να έχουν μεγαλύτερη ενέργεια από την ελάχιστη Q που απαιτείται ώστε να λάβει χώρα η αντίδραση. Επιπλέον, εάν κατά την αντίδραση παράγονται φορτισμένα σωματίδια τότε τα σωματίδια προσβολής πρέπει να έχουν ακόμα μεγαλύτερη ενέργεια από την τιμή Q της πυρηνικής αντίδρασης, λόγω του φράγματος Coulomb μεταξύ του φορτισμένου σωματιδίου και του στόχου πυρήνα ή του πυρήνα που εκπέμπει σωματίδια.

23

24

25

26 Προέλευση και Παραγωγή Ραδιοϊσοτόπων Τα διάφορα ραδιοϊσότοπα μπορεί να ταξινομηθούν, ανάλογα με την προέλευση και τον τρόπο παρασκευής τους, σε: 1. Φυσικά ραδιοϊσότοπα 2. Ραδιοϊσότοπα που παρασκευάζονται σε πυρηνικό αντιδραστήρα από προϊόντα σχάσης ή προϊόντα βομβαρδισμού με νετρόνια 3. Ραδιοϊσότοπα που παρασκευάζονται σε κύκλοτρο Φυσικά Ραδιοϊσότοπα πλέον γνωστό φυσικό ραδιοϊσότοπο είναι το 226 Ra, που χρησιμοποιήθηκε αρχικά, το 1903 στην ακτινοθεραπεία σαν πηγή ακτινοβόλησης. Σήμερα έχει αντικατασταθεί από το 173 Cs που παράγεται τεχνητά. Οπως έχει αναφερθεί, όλα τα γνωστά φυσικά ραδιοϊσότοπα έχουν μεγάλο ατομικό αριθμό, μεγαλύτερο από 83 (Βισμούθιο). Τα μόνα άλλα σημαντικά φυσικά ραδιοϊσότοπα είναι το 40 Κ και 14 C.

27 Τα φυσικά ραδιοϊσότοπα χρησιμοποιούνται σε σφραγισμένες πηγές στην ιατρική για ρύθμιση οργάνων. Διάφορα ραδιοεπισημασμένα προϊόντα με 14 C (που παράγεται σε αντιδραστήρια) χρησιμοποιούνται σε ερευνητικές μελέτες (in vivo και in vitro). Τέλος, στην ιατρική υπάρχει ενδιαφέρον για τα φυσικά ραδιοϊσότοπα στο περιβάλλον, γιατί αυξάνουν το υπόστρωμα ραδιενέργειας (back- ground) και εισάγουν παράσιτα κατά τη μέτρηση.

28 Ραδιοϊσότοπα που Παρασκευάζονται σε Πυρηνικό Αντιδραστήρα Σε πυρηνικούς αντιδραστήρες παρασκευάζεται το μεγαλύτερο ποσοστό των τεχνητών ραδιοϊσοτόπων, είτε σαν προϊόντα σχάσης ή μετά από βομβαρδισμό με νετρόνια επιλεγμένων ισοτοπικών πυρήνων. Προϊόντα σχάσης. Οπως ήδη έχει αναφερθεί, η σχάση αναφέρεται στη διάσπαση ενός βαρέος πυρήνα σε δύο τμήματα περίπου ίσης μάζας με ταυτόχρονη εκπομπή νετρονίων. Υποψήφια στοιχεία για σχάση είναι εκείνα που έχουν ατομικούς αριθμούς μεγαλύτερους από 92. Η σχάση μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε αυθόρμητα, ή μετά από ακτινοβόληση σε πυρηνικό αντιδραστήρα ή κύκλοτρο υπό κατάλληλες συνθήκες. Τα ραδιοϊσότοπα που παράγονται από σχάση είναι συνήθως ελεύθερα φορέα, και επομένως έχουν μεγάλη ειδική ραδιενέργεια. Παραταύτα η λήψη καθαρών τελικών ραδιονουκλιδικών προϊόντων προσκρούει μερικές φορές στο πρόβλημα της απομάκρυνσης των διαφόρων προσμίξεων. Πολλά από τα ραδιονουκλίδια, που χρησιμοποιούνται στην Πυρηνική Ιατρική, όπως τα 131 Ι, 99 Μο, 133 Xe και 137 Cs, είναι προϊόντα, σχάσης του 235 U. Από τα παραπάνω προϊόντα σχάσης, το 131 Ι, και το 99 Μο χρησιμοποιούντα πάρα πολύ στην Πυρηνική Ιατρική.

29 Προϊόντα Βομβαρδισμού με Νετρόνια. διάφορα τεχνητά ραδιοϊσότοπα μπορούν να παρασκευαστούν σε πυρηνικό αντιδραστήρα μετά από ακτινοβόληση με νετρόνια πυρήνων ισοτόπου στοιχείου (στόχοι). Κατά την παραγωγή ραδιονουκλιδίου μετά από βομβαρδισμό στόχων με νετρόνια, πιθανό να λάβουν χώρα οι παρακάτω πυρηνικές αντιδράσεις: (n,γ) αντίδραση: Με αυτού του τύπου την πυρηνική αντίδραση, που εισάγεται από θερμικά νετρόνια στους πυρηνικούς αντιδραστήρες παρασκευάζονται ραδιονουκλίδια όπως 99 Μο, 131 Te, 197 Hg, 59 Fe, 51 Cr, 32 P, 60 Co, 75 Se, κ.λπ. όπου τα ίδια ή τα προϊόντα διάσπασης αυτών αποτελούν τα πλέον σημαντικά ραδιοϊσότοπα της Πυρηνικής Ιατρικής όπως 99m Tc, 113m In, 125 I, 131 I, 32 P, 59 Fe, 60 Co, 75 Se, κ.λπ.

30 Παρακάτω αναφέρονται μερικά από τα κυριότερα ραδιοϊσότοπα που παράγονται με (n,γ) αντίδραση. Για να επιτευχθούν μεγάλες αποδόσεις στις αντιδράσεις αυτές, χρειάζονται νετρόνια μικρής ενέργειας, και γιαυτό ο στόχος τοποθετείται σε περιοχή του αντιδραστήρα, στην οποία τα νετρόνια έχουν επιβραδυνθεί. 98 Mo (n,γ) 99 Mo 99m Tc Sn (n,γ) 113 Sn 113m In Xe (n,γ) 125 Xe 130 Te (n,γ) 131 Te 125 I I + 31 P (n,γ) 32 P 58 Fe (n, γ) 59 Fe 59 Co (n, γ) 60 Co 74 Se (n, γ) 73 Se Αντίδραση (n,p). Η αντίδραση αυτή χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά από την προηγούμενη και απαιτεί μεγάλης ενέργειας ταχέα νετρόνια. Ο στόχος τοποθετείται στον αντιδραστήρα κοντά στο ουράνιο, και επομένως εκτίθεται στα μη ελεγχόμενα νετρόνια της σχάσης. Εφαρμόζεται κυρίως κατά την παραγωγή 14 C, ο οποίος χρησιμοποιείται για την επισήμανση οργανικών μορίων. Αντίδραση (n,α). Ενδιαφέρον παράδειγμα της αντίδρασης αυτής, για την Ιατρική, είναι η παραγωγή τριτίου μετά από ακτινοβόληση λιθίου με μεγάλης ενέργειας νετρόνια

31 Ραδιοϊσότοπα που Παρασκευάζονται σε Επιταχυντές ή Κύκλοτρα Στην περίπτωση αυτή όπως, αναφέρθηκε, παράγονται ραδιονουκλίδια μετά από βομβαρδισμό πυρήνων-στόχων με φορτισμένα σωματίδια, τα οποία για να μπορέσουν να μεταστοιχειώσουν ένα νουκλίδιο πρέπει να υπερνικήσουν τις ηλεκτροστατικές απωστικές δυνάμεις και να μεταβιβάσουν αρκετή ενέργεια στον πυρήνα του για να προκαλέσουν πυρηνική αντίδραση. Για το σκοπό αυτό απαιτείται ενέργεια τουλάχιστον μερικών Mev, που μπορεί να αποκτηθεί μετά από επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων σε γραμμικούς επιταχυντές και κύκλοτρα. Οι γραμμικοί επιταχυντές, κατ' αναλογία με το κύκλοτρο, επιταχύνουν ηλεκτρόνια, πρωτόνια και δευτερόνια. Η επιτάχυνση όμως επιτυγχάνεται με διαδοχική αύξηση του δυναμικού κατά μήκος ευθύγραμμης διαδρομής που προσφέρει το όργανο (αντί κυκλικής όπως στα κύκλοτρα).

32 Γενικά χαρακτηριστικά των ραδιοϊσοτόπων που παράγονται σε κύκλοτρο μπορεί να αναφερθούν τα εξής: α) Σε όλες τις περιπτώσεις το θυγατρικό ραδιενεργό προϊόν είναι διαφορετικό στοιχείο από το μητρικό-στόχο που ακτινοβολείται, και επομένως μπορεί να γίνει χημικός διαχωρισμός και να ληφθεί το ραδιενεργό προϊόν ελεύθερο φορέα και με υψηλή ειδική ραδιενέργεια. β) Τα θυγατρικά ραδιενεργά προϊόντα έχουν έλλειψη νετρονίων (ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο προστίθεται στον πυρήνα) και έχουν τάση να διασπώνται με σύλληψη τροχιακού ηλεκτρονίου ή/και εκπομπή ποζιτρονίων. γ) Τα ραδιοϊσότοπα που παρασκευάζονται σε επιταχυντές ή κύκλοτρα σχηματίζονται σε μικρές ποσότητες και επομένως είναι μεγαλύτερου κόστους από εκείνα που παράγονται σε αντιδραστήρες.

33