锕Ac-225的生产工艺路线(二)
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锕225Ac五种生产工艺路线之二:
热中子辐照镭226Ra
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01
工艺路线
该工艺路线使用镭226Ra作为靶材,经过中子照射,生成229Th,钍229Th衰变产生锕 225Ac。
路线图如下:
1、226Ra(3n, 2β)229Th
2、钍229Th两次衰变生成锕 225Ac
02
镭226Ra:稀缺而危险的靶材
镭226Ra是一种稀缺放射性核素。镭是居里夫妇在1898年从大约两吨沥青铀矿里首次发现的第二个天然放射性元素镭226Ra,经过多年努力,1902年才获得100mg光谱纯的氯化镭。后用电解熔融氯化镭的方法获得金属镭。放射性活度单位居里(Ci)便是由镭226Ra的放射性活度定义。
镭226Ra是铀238U在4n+2衰变链中的一个产物。直到1940年,人们依然采用居里夫妇的生产工艺从铀矿中提取镭226Ra。1990年,混合沉淀和离子交换的方法被用于从铀矿中提取少量镭,作为起始材料,从每吨U2O3矿石中可以提取约257mg镭226Ra。铀238U 的4n+2衰变链如下图:
1954年,全球的镭226Ra总供应量约为2.3千克;到1975年,全世界总产量达到了约4Kg;迄今为止,镭226Ra的供应量仍限于该范围内。近十几年来,镭226Ra只能从乏核燃料中提取,其生产具有投资大、耗能高、且产量低的特点。
镭226Ra半衰期为1600年,发生α衰变后变成氡222Rn。镭226Ra是强放射性核素,而它的衰变产物氡222Rn气体的放射性更强,氡222Rn也发生α衰变,且由于是气体,容易由呼吸道,眼睛、皮肤等进入人体。当摄入镭时,80%的镭会被排除体外,而有20%的会进入循环系统,主要蓄积在骨骼中。
氡222Rn子体是公认的强致癌物质,因此镭226Ra是放射性元素中毒性最大的核素之一。在以镭226Ra作为靶材原料生产锕225Ac时,如何在靶件制作、质子束流轰击过程中有效冷却靶件、防止镭226Ra及氡222Rn逸出到环境中是值得关注的问题。
镭226Ra曾用于时钟和仪表盘的自发光涂料。使用镭涂料的自发光手表通常含有大约1微克镭。随着人们对镭226Ra放射性危害认识的逐步加深,1960年代起停用含镭涂料,辐射发光设备也转用较安全的同位素。
03
工艺过程
用热中子照射镭226Ra靶材,目标产物是钍229Th,但该核反应会产生钍228Th杂质,其半衰期为1.9年。为了尽可能降低钍228Th含量,靶件照射后,需要8年的冷却周期,并且工艺过程极其复杂。即便该工艺生产出的锕225Ac是无载体形式的,杂质钍228Th依然会显著影响终产物锕225Ac的纯度。
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