1.1. Điều chế từ tự nhiên
Có nhiều hạt nhân phóng xạ sẵn có trong tự nhiên đE đ−ợc phát hiện và đ−a vào ứng dụng trong nhiều ngành khoa học. Trong y học cũng đE ứng dụng một số đồng vị phóng xạ lấy từ quặng có trong bề mặt trái đất. Nhờ những kỹ thuật vật lý, hoá học ng−ời ta đE làm "phong phú" các mẫu quặng phóng xạ. Sau đó, các mẫu quặng này đ−ợc tách chiết, tinh chế ra các mẫu đồng vị phóng xạ có độ tinh khiết caọ Các hạt nhân phóng xạ đó th−ờng là Radium, Uranium đ−ợc làm thành dạng kim dùng trong điều trị các khối u nông. Ph−ơng pháp điều chế này vẫn không giải quyết đ−ợc những yêu cầu đa dạng trong y học hạt nhân.
1.2. Điều chế từ lò phản ứng hạt nhân
1.2.1. Tinh chế từ sản phẩm do phân hạch hạt nhân
Trong buồng lò phản ứng hạt nhân có chứa những thanh nhiên liệu phân hạch,
th−ờng là 238U và 235Ụ Thông th−ờng ng−ời ta dùng 235U, có chu kỳ phân huỷ T1 /2 = 7 x 108 năm. Trong quá trình phân hạch sẽ tạo ra nhiều hạt nhân phóng xạ khác
nhaụ Những sản phẩm do phân hạch còn đ−ợc gọi là "tro" của lò phản ứng hạt nhân. Sau khi phân lập và tinh chế theo ý định cần lấy, ta thu đ−ợc một số hạt nhân phóng xạ
cần dùng trong y học hạt nhân nh− 90Sr, 99Mo , 131I và cả dạng khí 133Xẹ Điều chế hạt nhân phóng xạ theo ph−ơng pháp này vẫn bị hạn chế bởi hiệu suất thấp và vẫn không đủ loại hạt nhân theo yêu cầụ
1.2.2. Điều chế bằng ph−ơng pháp bắn phá hạt nhân bia
Nh− đE biết trong quá trình phân hạch của những thanh nhiên liệu trong lò sẽ sinh ra những tia nơtron. Những nơtron này lại kích thích những mảnh phân hạch mới sinh tạo ra phản ứng dây chuyền. Những bức xạ nơtron sinh ra có năng l−ợng rất lớn nên có vận tốc rất nhanh. Để hạn chế tốc độ phải dùng các thanh điều khiển. Các thanh điều khiển này có chứa các nguyên liệu hấp thụ nơtron cao nh− Boron, Cadmiam và một số chất khí nhẹ. Các thanh điều khiển này có tác dụng làm cho nơtron đi chậm lại thành chuyển động nhiệt với năng l−ợng khoảng 0,3 eV. Với tốc độ này sẽ làm giảm tốc độ phân hạch. Những chùm tia nơtron nhiệt này đ−ợc ứng dụng vào mục đích bắn phá các hạt nhân bia bền để tạo ra các hạt nhân phóng xạ mớị Quá trình bắn phá bằng nơtron vào nhân hạt nhân bia sẽ xảy ra những phản ứng sau:
ạ Phản ứng nhận neutron phát tia gamma:
Gọi X là hạt nhân bia ( hạt nhân bền ); A là số khối; Z là số electron ( hay số thứ tự ). Ta có phản ứng tóm tắt sau:
Trong phản ứng này, hạt nhân bia nhận thêm một nơtron chuyển sang trạng thái kích thích : A+1 X *. Từ trạng thái kích thích chuyển sang trạng thái cân bằng, hạt nhân này phải phát ra tức thời một hạt nhân phóng xạ mới và th−ờng có phân rE betạ Sản phẩm này không có chất mang vì nó không phải là đồng vị của hạt nhân biạ Dùng ph−ơng pháp tách chiết hoá học sẽ thu đ−ợc hạt nhân phóng xạ tinh khiết. Bằng ph−ơng pháp điều chế này chỉ thu đ−ợc hoạt tính riêng thấp mà thôị Ví dụ: I 131 đ−ợc điều chế theo phản ứng nhận nơtron sau:
b. Phản ứng neutron phát proton:
Trong phản ứng này, nơtron phải có năng l−ợng từ 2 MeV đến 6 MeV. Trong phản ứng (n, p) nguyên tử số của hạt nhân tạo thành giảm đi một, số khối vẫn giữ nguyên. Công thức tóm tắt của phản ứng :
Ví dụ một số hạt nhân đ−ợc điều chế theo phản ứng này :
14 N ( n, p ) 14 C hoặc 32 S ( n, p ) 32 P.
c. Phản ứng nhận neutron phát tia alpha
Phản ứng này hạt nhân tạo thành có nguyên tử số giảm đi 2 và khối l−ợng giảm đi 3. Ta có công thức:
Ph−ơng pháp này ít đ−ợc sử dụng.
1.3. Điều chế hạt nhân phóng xạ từ máy gia tốc hạt
Các máy gia tốc các hạt tích điện đ−ợc chia thành hai nhóm là gia tốc thẳng và gia tốc vòng.
* ) , ( n 1X X A Z A Z + → γ I Te n Te 13152 13153 130 52 ( ,γ) (*) → X p n X Z A A Z ( , ) −1 X n X ZA A Z 3 2 ) , ( α −−
ạ Máy gia tốc thẳng có các đoạn ống gia tốc xếp thẳng hàng dài tuỳ ý. Nguồn điện xoay chiều tần số cao cung cấp cho từng đoạn ống. Các đoạn gần kề tích điện trái dấu nhaụ Khi các hạt tích điện đ−ợc phun vào ống gia tốc sẽ đ−ợc tăng tốc dần do các đầu ống tích điện trái dấu kéo đi và tăng tốc theo lực hút tĩnh điện quy định. Quá trình càng kéo dài thì có gia tốc càng lớn. Máy gia tốc thẳng có thể làm tăng tốc hạt ρ đến mức năng l−ợng 800 MeV.
b. Máy gia tốc vòng có cấu tạo hình xoắn ốc. Các đoạn ống vòng chứa các đĩa hình bán nguyệt, tích điện trái dấụ Các hạt tích điện cần tăng tốc đi qua mỗi đĩa cực này lại đ−ợc tăng tốc một lần. Ví dụ, năng l−ợng hạt ρ có thể tăng tốc 30 MeV với bán kính quỹ đạo nhỏ hơn 40 cm.
Các hạt tích điện α, ρ, d đ−ợc tăng tốc tới mức đủ năng l−ợng để bắn phá các hạt nhân bia để tạo ra các hạt nhân phóng xạ mớị Phản ứng bắn phá hạt nhân bia trong máy gia tốc hạt đ−ợc ký hiệu nh− sau:
Xn n p X X n p X AZ AZ A Z 2 1 ) 3 , ( ) 2 , ( − hoặc ZA −
Ví dụ một số hạt nhân điều chế từ máy gia tốc hạt:
11 B ( p, n ) 11 C ; 14 N ( d, n ) 15 O ; 16 O ( α, pn ) 18 F ; 12 C ( d, n ) 13 N.
1.4. Sản xuất hạt nhân phóng xạ bằng Generator (nguồn sinh đồng vị phóng xạ)
ạ Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của một nguồn sinh đồng vị phóng xạ
(Radioisotope - Generator) là: hạt nhân phóng xạ cần điều chế đ−ợc chiết ra từ cột sắc ký, trong đó hạt nhân phóng xạ “mẹ” hấp phụ lên chất giá sắc ký trong cột sắc ký, hạt nhân phóng xạ "con" sinh ra trong quá trình phân rE của "mẹ" tan vào dung môi sắc ký trong cột. Dùng dung môi sắc ký chiết ra ta thu đ−ợc hạt nhân phóng xạ cần dùng.
b. Những yêu cầu cơ bản của một hệ Generator:
1. Hạt nhân "con" đ−ợc sinh ra với độ tinh khiết phóng xạ và tinh khiết hạt nhân phóng xạ caọ
2. Phải an toàn, đơn giản trong thao tác.
3. Sản phẩm chiết ra phải thuận tiện trong điều chế d−ợc chất phóng xạ. 4. Hệ Generator phải vô khuẩn, không có chất gây sốt, gây sốc.
5. Khả năng tách chiết phải đa dạng, dễ dàng.
6. Đời sống hạt nhân phóng xạ con phải ngắn hơn 24 giờ.
Trong ứng dụng hàng ngày tại các khoa y học hạt nhân th−ờng dùng các loại Generator 99Mo- 99mTc, 113Sn - 113mIn, 68Ge- 68Ga, 83Y - 87mSr ... Generator đ−ợc dùng nhiều nhất hiện nay là 99Mo- 99mTc.