Magreakciók
Radioaktív izotópok előállítása Konkrét módszerek
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 2 4 3 2 4 2 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
Szén-14 14 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
C-14 vegyületek kinyerése
Szén-14 7. 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
Szén-14 7. 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
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
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 =308 000 év, lágy béta. Elválasztás: anioncserével 41 K(n,) 42 K, lebomlása megvárható Cl-36: 35 Cl(n,) 36 Cl, t 1/2 =301000 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 +
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 68 288nap 68 68óra 68 Ge Ga Zn 75 As(n,) 76 As: szerves vegyületet sugároznak be, As kiszakad- Szilárd-Chalmers hatás
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
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
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
Transzurán elemek előállítása Rendszám Név Előállítás ideje, Magreakció helye 93 Neptunium 1940 USA 94 Plutonium 1941 USA 95 Americium 1944-45 USA 96 Curium 1944 USA U(n, ) 239 239 240 241 U(n, ) 239 U(d, n) U(n,2n) U(p,2n) U 239 U(, n) Pu(n, ) Pu(n, ) 239 241 240 Am(n, ) U 237 239 239 Np U Pu 241 Np Np Pu 242 239 Np 237 241 Pu Pu(, n) 240 241 Pu Am Np Pu(n, ) 242 Am Am Am 242 240 Cm Cm Pu(n, ) 241 Pu
Rendszám Név Előállítás ideje, helye Magreakció 97 Berkelium 1950 USA 98 Californium 1950 USA 99 Einsteinium 1952 USA 100 Fermium 1952 USA 241 242 Am(,2n) Cm(,2n) U( U( 14 16 N,6n) O,4n) 243 244 250 246 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 241 246 248 250,1,2 243 252 Es(,n) Pu( 16 Cm( Cm( Cf ( Am( 12 12 256 O,5n) 10,11 18 C,4n) C,4n) O,5n) Md 252 254 256 256 No No No B,2 5n) Lr Lr
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 249 243 249 242 249 Cf ( Cf ( 12 Cf ( Pu( 15 Am( 243 207 22 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) 249 208 209 Pb( Bi( 54 54 Cr,3n) Cr,n) 262 Rf 259 260 Du 261 263 259 259 Rf Rf Du Sg Sg Bh Sg 108 Hassium 1984 GDR 208 Pb( 58 Fe,n) 265 Hs
Rendszám Név Előállítás ideje, helye Magreakció 109 Meitnerium 1982 NSZK 110 Darmstadtium 1994 Németország 1991-94 USA 209 208 208 Bi( Pb( Pb( 58 62 64 Fe, n) Ni,n) 266 269 Ni,n) Mt Ds 271 Ds 1994 USA Oroszország 111 Roentgenium 1994 Németország 112 Copernicium 1996 Németország 209 244 209 208 Bi( Pu( Bi( Pb( 59 34 64 70 Co,n) S,5n) Ni,n) Zn,n) 267 273 272 277 Ds Ds Rg Cn
Rendszám Név Előállítás ideje, helye Magreakció 114 1998 Oroszország 115 2004 USA-Oroszország 116 2001 Oroszország 118 1999 USA(?) 244 244 243 243 243 248 Pu( Pu( 113 2003 Oroszország A Z=115 rendszámú elem alfabomlásával 48 Am( Am( Am( 48 Ca,4n) Ca,3n) 48 48 48 Cm( 288 Ca,4n) Ca,3n) Ca, xn ) 48 289 287 288 291 x Ca,4n) 208 Pb 86 Kr 292 3 atomot állítottak elő
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.
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.
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