人造放射性同位素
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人造放射性同位素(英语:Synthetic radioisotope),又称人造放射性核种(英语:Synthetic radionuclide)、合成放射性同位素、合成放射性核种,亦可略称为人造同位素/核种、合成同位素/核种,是指在自然界中不存在、只能经由人工合成的方法产生的核种,皆为放射性核种,由于这些核种的半衰期大都较短(远短于地球的年龄),就算在地球形成时可能存在,至今也都已全部衰变殆尽,且现今自然界中也缺乏形成它们的途径或机制,因此只能以核反应炉或粒子加速器等设备人工生产,或从用过核燃料中提取。[1]较知名的例子包括钴-60、碘-131、铯-137等。与人造同位素相对的概念为天然同位素以及天然放射性同位素。
迄今发现的3000多种核种中,逾90%都属于人造放射性核种,仅有少部分属于稳定核种或天然放射性核种。[2][3]没有天然同位素,即所有同位素均为人造同位素的元素称作人造元素,例如鋂、锔等,皆为超铀元素。
生产
[编辑]核反应炉中核燃料的分裂和衰变过程会产生各种核种,其中大部分是放射性核种,因此从用过核燃料中可以提取出许多自然界中含量稀少或不存在的放射性核种,例如锶-90、铯-137、𨱏-99和碘-129等,此外,用过核燃料中也能找到錼、钸、鋂、锔等超铀元素的踪迹,它们是核燃料中的铀俘获中子后经β衰变而产生的。[4]由这些化学性质及核性质各异的放射性核种所组成的复杂混合物使得核废料和放射性尘埃的处理成为一大麻烦。
除了从核废料中提取外,还可以在核反应炉中以中子照射靶核来生产放射性核种,例如钴-60、碘-131、磷-32、铊-201、铱-192和金-198等核种主要经由此法生产。[5][6]
也可以利用回旋加速器、直线加速器等粒子加速器加速带电粒子轰击靶核来合成人造同位素,例如断层扫描常使用的铊-201、镓-67、氧-15和氟-18等核种通常使用回旋加速器制备。[7][8]原子序超过100的超镄元素只能透过此途径合成。[9]
放射性核种孳生器是一种通过长寿放射性母核种的衰变来少量供给短寿命放射性核种的装置,通常在核医学中用于提供放射性药物。[10]孳生器中含有半衰期较长的放射性母核种,放射性母核种衰变产生的放射性子核种则用于医疗用途。放射性母核种通常在核反应炉中生产。代表性的例子是核医学诊断中常用的𨱏-99m一般来自𨱏-99m孳生器,孳生器中使用的母核种为钼-99。
用途
[编辑]绝大多数人造放射性同位素的半衰期都非常短,因此用途仅限于科学研究。不过虽然放射线对健康有害,但适量的放射线非常适合用于侦测、追踪和试验等方面,因此部分人造放射性同位素有许多医疗和工业用途。
核医学
[编辑]诊断
[编辑]以含放射性同位素之化合物制成的放射性药品作为示踪剂,可用于观测人体内各种器官系统的运作,提供临床诊断之讯息。用作放射性示踪剂的同位素通常半衰期很短,且衰变时会放出γ射线,高能量的γ射线穿过身体后被伽马摄影机捕捉,并根据收集到的放射线讯号造影成像。伽马摄影机具有很高的探测效能,且用作示踪剂的化合物通常会有效地集中在诊断的目标部位,因此所需的放射性物质的总量非常少,对人体不具危险性。常见的用例包括:
- 𨱏-99m是医疗上使用最为广泛的放射性核种,用于断层扫描,追踪人体内的血流量。𨱏-99m可以使用医院中的𨱏-99m产生器轻松合成出。[11]
- 使用碘-131评估甲状腺功能,诊断甲状腺癌的转移和甲状腺机能亢进症。[12]
- 利用口服钴-57或钴-58标记维生素B12,评估维生素B12在肠胃道的吸收状况。[7]
- 氟-18是PET扫描中最常用的同位素,用来标记氟脱氧葡萄糖。[13]
治疗
[编辑]有些人造放射性同位素和化合物被用于放射治疗,其释放的放射线能够破坏恶性细胞、抑制癌症病情,例如碘-131用于治疗甲状腺机能亢进和甲状腺癌、锶-90用于治疗骨癌、铼-188和铼-186用于治疗肝癌、钴-60和铱-192等用于体内近接放射线治疗等。[7][14][15][16]
工业
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许多人造放射性同位素在工业上有所应用,用途遍及石油工业、工业放射摄影术、国土安全、程序控制、食品辐照和地下探测等诸多领域。[17][18][19]
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Radioisotopes. www.iaea.org. 2016-07-15 [2023-06-25]. (原始内容存档于2023-07-31) (英语).
- ^ Radioactives Missing From The Earth.
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