Radioaktív izotópok előállítása. Konkrét módszerek

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Radioaktív izotópok előállítása. Konkrét módszerek"

Kornél Vass
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Magreakciók

2 Radioaktív izotópok előállítása Konkrét módszerek

3 Trícium MgLi ötvözetből készült fólia, a trícium melegítéssel távozik: T 2 vagy T 2 O nyerhető. Szerves vegyületek előállítása: 1. Izotópcsere szerves vegyületek hidrogénjével Pd, hő R H T O R T THO 2. Reakció alumínium-karbiddal Al C 6T O 3CT Al O 3. Grignard-reakció 6 4. Kettős kötések telítése 5. Karbonil-vegyületek redukciója: NaBT 4, LiAlT 4 6. Malonsav labilis hidrogénjének cseréje, majd dekarboxilezése: esetsav 7. Acetilén Li( n, α) 3 H RMgX T 2 O RT 2CO NaBT 42H 2O 4 t 1/2 =12,3 év, béta E max =18,6 kev 2 3 MgOTX 4R R CTOH NaBO 2 2

4 Szén N(n,p) 14 C, t 1/2 =5730 év, béta E max =165 kev Target: B-, Be, Al-nitrid Besugárzás után oxidáció (pl. H 2 O 2 ) 14 CO 2, Ba 14 CO 3 Szerves vegyületek előállítása: 1. Karbonsavak (pl. ecetsav) Grignard-reakciókkal 2. Metanol: 14 CO 2 redukciója LiAlH 4 -del 3. Cianid: Ba 14 CO 3 +fém K+NH 4 Cl olvadékban 4. Acetilén: Ba 14 CO 3 +BaBa 14 C 2 +H 2 O 14 C 2 H 2 5. Hangyasav: NaH 14 CO 3 vagy KH 14 CO 3 redukciója H 2 - nel, Pd katalizátor 6. Bárium-ciánamid: Ba 14 CO 3 hevítése száraz NH 3 -ban

5 C-14 vegyületek kinyerése

6 Szén Aromás vegyületek előállítása Minden hatodik szénatom jelzett. Acetilénből: minden szénatom jelzett. 8. Biológiai szintézisek Clostridium aceticum: CO 2 -ból ecetsav Chlorella vulgaris: CO 2 -ból aminosav (L-forma) Canna indica: CO 2 -ból cukor Galamb: glicinből vagy formiátból húgysav Patkány: acetátból koleszterin

7 Szén Aromás vegyületek előállítása Minden hatodik szénatom jelzett. Acetilénből: minden szénatom jelzett. 8. Biológiai szintézisek Clostridium aceticum: CO 2 -ból ecetsav Chlorella vulgaris: CO 2 -ból aminosav (L-forma) Canna indica: CO 2 -ból cukor Galamb: glicinből vagy formiátból húgysav Patkány: acetátból koleszterin

8 C-11: 14 N(p,) 11 C, t 1/2 =20,3 min, β +, PET N-13: 16 O(p,) 13 N, t 1/2 =10 min, β +, PET O-15: 16 O(p,n) 15 O, 14 N(d,n) 15 O, 15 N(p,n) 15 O, t 1/2 =122 s, β +, PET F-18: 16 O(t,n) 18 F vagy 18 O(p,n) 18 F, t 1/2 =109 min, β +, PET Na-izotópok Na-24: 23 Na(n, ) 24 Na t 1/2 24 óra, β -, hordozómentes: 26 Mg(d,) 24 Na Na-22: 23 Na(n,2n) 22 Na, endoterm, t 1/2 2 év, β +, hordozómentes: 24 Mg(d,) 22 Na Al-28: 27 Al(n,) 28 Al t 1/2 =2,8 min, 27 Al(n,) 24 Na P-32: 31 P(n,) 32 P, t 1/2 =14,3 nap, oxidációs szám: 5 Vörös P, vizes oldás: H 3 32 PO 4 HCl: klorid, oxi-klorid hordozómentes: 32 S(n,p) 32 P kinyerés: vízgőzzel H 3 32 PO 4 -oldat,, S visszamarad kén kioldása szerves oldószerrel (pl. CS 2 ), majd klórral PCl 5 keletkezik

9 S-35: előállítás hasonló lehet a P-32-hoz, gyakorlatilag 35 Cl(n,p) 35 S, target KCl. Oldás vízben, kenet szulfát formájába viszik. t 1/2 =87,9 nap sugárzása C-14 Mellékreakciók: 35 Cl(n,) 36 Cl, t 1/2 = év, lágy béta. Elválasztás: anioncserével 41 K(n,) 42 K, lebomlása megvárható Cl-36: 35 Cl(n,) 36 Cl, t 1/2 = év, β - K-38: 35 Cl(,n) 38 K, t 1/2 =7,6 min, β + K-42: 41 K(n,) 42 K, t 1/2 =12,6 óra, β -, Ca-45: 44 Ca(n,) 45 Ca, t 1/2 =163 nap, β - Cr-51: 50 Cr(n,) 51 Cr, t 1/2 =27,7 nap, β -, Mn-54: 56 Fe(d,) 54 Mn, 54 Fe(n,p) 54 Mn 55 Mn(n,2n) 54 Mn, t 1/2 =312 nap, EX, Fe-52/Mn-52m generátor: 58 Ni(p,spalláció) 52 Fe; Mn-52 β +

10 Fe-55: 54 Fe(n,) 55 Fe, 55 Mn(d,p) 55 Fe, t ½ =2,7 év, EX Fe-59: többszörös (n, ), t ½ =44,5 nap, β -, Co-60: 59 Co(n,) 60 Co, t ½ =5,5 év, 2 kemény gamma, besugárzások Ni-63: 62 Ni(n, ) 63 Ni, t 1/2 =100 év, β - Cu: 63 Cu(n, ) 64 Cu, t 1/2 =12,7 óra, β -, β +, 65 Cu(n, ) 66 Cu, t 1/2 =5 min, β -, Hordozómentesen: 64 Zn(n,) 65 Zn, 64 Zn(n,p) 64 Cu, t 1/2 =12,7 óra, elektrolízis Zn-65: lásd réznél, t 1/2 =244 nap, EX, β -, β +, Ga-67: ciklotronban Ge-68-Ga-68: generátor, hasadványból nyerik,komplexek orvosi alkalmazása nap 68 68óra 68 Ge Ga Zn 75 As(n,) 76 As: szerves vegyületet sugároznak be, As kiszakad- Szilárd-Chalmers hatás

11 Se, Br, ritkaföldfémek: hasadványként, kiégett fűtőelemekből nyerik. Egészségügyi célra ritkán használják, mert a hosszú felezési idejű hasadványok is benne maradnak. Tisztán: a target tisztítása pl. tömegspektrométerrel Br-80: 79 Br(n,) 80 Br, t 1/2 =4,6 óra, és 18 min izomer átalakulás, EX, -, + Br-82: 81 Br(n, ) 82 Br, t 1/2 =35,9 óra, -, Kr-85: hasadási termék, levegőbe kerül. Mérésével lehet tudni, mennyit reprocesszálnak. A Kr-töltésű izzókban bomlik Rb-86: 85 Rb(n,) 86 Rb, t 1/2 =18,7 nap, -, Sr-85: Mo(p,spalláció) 85 Sr, t 1/2 =65 nap, EX, Sr-89: 88 Sr(n, ) 89 Sr, t 1/2 =50 nap, - Sr-90, hasadványból nyerik, t 1/2 =29 év, -, Y-90: Sr-90-Y-90 generátor Tc-99m: Mo-99-Tc-99m generátor, hasadványként Ru, Rh, Pd: (n, ) reakciók, jelentősége kicsi

12 109 Ag(n, ) 110m Ag 110 Ag, t 1/2 =250 nap, β -, hordozómentesen: 110 Pd(n, ) 111 Pd: β - -bomlással 111 Ag Kinyerése: amin-komplexek elektrolízise Cd-115m: 114 Cd(n, ) 115m Cd, t 1/2 =44,6 nap, β -, In-111: ciklotronban, t 1/2 =2,8 nap, In-114: 113 In(n, ) 114 In..Neutrongenerátorok hozamának mérése In-114m: 113 In(n, ) 114m In. t 1/2 =50 nap, β -,EX, Sn-117m: t 1/2 =14 nap, β -,EX, I-123: Xe-123-ból keletkezik, ciklotron, t 1/2 =13 óra, EX,, terhes nők, gyerekek I-125: t 1/2 =60 nap, EX, I-131: 130 Te(n, ) 131 Te 131 I: t 1/2 =8 nap, β -, Xe: Kr, reprocesszálás

13 Cs: urán hasadványa Cs-134, 133 Cs(n, ) 134 Cs, t 1/2 =2 év, β -, Cs-137, t 1/2 =30 év, β - 137m,662keV 137, majd Ba Ba Hasadásnál meghatározott arányban keletkeznek, majd Cs- 134 gyorsabban bomlik szennyezés Re-186: 185 Re(n,) 186 Re, t 1/2 =90,6 óra, β -, orvosi alkalmazás Ir-192: 191 Ir(n,) 192 Ir, t 1/2 =74 nap, β -,EX, (Ir-191: Mössbauer-mag, a hatás felfedezése is ezzel történt) Au-198: 197 Au(n, ) 198 Au, t 1/2 =2,7 nap, β -,, Au kolloid aszkorbinsavas redukcióval- rákterápiánál használták Hg-203: 202 Hg(n, ) 203 Hg: t 1/2 =46,6 nap, β -, A nagyobb rendszámúakat természetes radioaktív sorokból nyerik, kivéve: At-211: ciklotron, t 1/2 =7,21 óra, orvosi alkalmazások Transzuránok

14 Transzurán elemek előállítása Rendszám Név Előállítás ideje, Magreakció helye 93 Neptunium 1940 USA 94 Plutonium 1941 USA 95 Americium USA 96 Curium 1944 USA U(n, ) U(n, ) 239 U(d, n) U(n,2n) U(p,2n) U 239 U(, n) Pu(n, ) Pu(n, ) Am(n, ) U Np U Pu 241 Np Np Pu Np Pu Pu(, n) Pu Am Np Pu(n, ) 242 Am Am Am Cm Cm Pu(n, ) 241 Pu

15 Rendszám Név Előállítás ideje, helye Magreakció 97 Berkelium 1950 USA 98 Californium 1950 USA 99 Einsteinium 1952 USA 100 Fermium 1952 USA Am(,2n) Cm(,2n) U( U( N,6n) O,4n) Bk Cf Es Fm U( 18 O,4n) 252 Fm 101 Mendelevium 1955 USA 102 Nobelium 1959 USA 1964 SzU 103 Lawrencium 1961 USA 1965 SzU ,1, Es(,n) Pu( 16 Cm( Cm( Cf ( Am( O,5n) 10,11 18 C,4n) C,4n) O,5n) Md No No No B,2 5n) Lr Lr

16 Rendszám Név Előállítás ideje, helye Magreakció 104 Rutherfordium Kurcsatovium Dubnium 105 Dubnium Hahnium Joliotium 106 Seaborgium Rutherfordium 107 Bohrium Nielsbohrium 1964 SzU(?) 1969 USA 1968 SzU 1970 USA 1974 USA SzU 1981 GDR Cf ( Cf ( 12 Cf ( Pu( 15 Am( C,4n) 13 N,4n) 22 Am( 257 C,3n) Ne,4n) 260 Ne,5n) 22 Du 260 Ne,4n) 18 Cf ( O,4n) 54 Pb( Cr,2n) Pb( Bi( Cr,3n) Cr,n) 262 Rf Du Rf Rf Du Sg Sg Bh Sg 108 Hassium 1984 GDR 208 Pb( 58 Fe,n) 265 Hs

17 Rendszám Név Előállítás ideje, helye Magreakció 109 Meitnerium 1982 NSZK 110 Darmstadtium 1994 Németország USA Bi( Pb( Pb( Fe, n) Ni,n) Ni,n) Mt Ds 271 Ds 1994 USA Oroszország 111 Roentgenium 1994 Németország 112 Copernicium 1996 Németország Bi( Pu( Bi( Pb( Co,n) S,5n) Ni,n) Zn,n) Ds Ds Rg Cn

18 Rendszám Név Előállítás ideje, helye Magreakció Oroszország USA-Oroszország Oroszország USA(?) Pu( Pu( Oroszország A Z=115 rendszámú elem alfabomlásával 48 Am( Am( Am( 48 Ca,4n) Ca,3n) Cm( 288 Ca,4n) Ca,3n) Ca, xn ) x Ca,4n) 208 Pb 86 Kr atomot állítottak elő

19 Transzurán elemek előállítása Np-Cm: uránból (n,) magreakciókkal, majd azt követő béta-bomlásokkal, illetve az ilyen módon előállított újabb elemek (Pu, Am) további (n,) reakcióival és bétabomlásával. Ezek azok a transzuránok, amelyek az atomreaktorokban is keletkeznek, egy részük szintén hasadóanyag, ami egyrészt a reaktorok működésében szerepet játszik, illetve onnan kinyerhető és újabb hasadóanyagként használható.

20 Transzurán elemek előállítása Cm után: töltött részecskékkel történő besugárzással A töltött részecske a kaliforniumig alfa-részecske, ezt követően a rendszámok ill. tömegszámok növekedésével egyre nehezebb atommag. 60-as évektől Szovjetúnió (Oroszország) : politikai verseny Az új elemek elnevezés: minden felfedező nevet is adott az új elemnek, akkor is, ha annak már volt. IUPAC 1997: jelenlegi nevek, utolsó három név: 2012-ben Stratégiák eltérése USA: arra törekedtek, hogy az új transzurán elemeket minél kisebb besugárzó részecskével állítsák elő. Ehhez nagyobb rendszámú target anyagot kell előállítani nagyobb mennyiségben. SZU: alacsonyabb rendszámú targetanyagot sugároztak be nagyobb részecskékkel. Ehhez egyre nagyobb teljesítményű gyorsítókra volt szükség.

21 U(n, ) 239 U 239 Np 239 Pu(n,) 240 Pu(n,) 241 Pu(n,) 242 Pu(n,) 243 Pu 241 Am(n,) 242 Am(n,) 243 Am(n,) 244 Am 242 Cm(n,) 243 Cm(n,) 244 Cm(n,) 245 Cm(n,) 246 Cm(n,) 247 Cm(n,) 248 Cm(n,) 249 Cm(n,γ) 250 Cm 249 Bk(n,) 250 Bk 249 Cf(n,) 250 Cf(n,) 251 Cf(n,) 52 Cf(n,) 253 Cf 253 Es(n,) 254 Es 254 Fm

Hasonló dokumentumok

XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny 2014. február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória

Tanuló neve és kategóriája Iskolája Osztálya XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny 201. február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória Munkaidő: 120 perc Összesen 100 pont A periódusos