توليد و فرآوري بعضي از ايزوتوپ‌هاي عادي توليد شده در رآكتور

توليد و فرآوري بعضي از ايزوتوپ‌هاي عادي توليد شده در رآكتور

 

فسفر-32

اين راديوايزوتوپ گسيل‌كننده ^-b خالص با انرژي b_max برابر MeV71_/1 است . نيمه عمر آن 262_/14 روز بوده و به عنوان ردياب در تحقيقات كشاورزي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. توليد آن به دو روش زير است:

(الف) پرتودهي عنصر فسفر به وسيله نوترون : P³¹ داري 100% فراواني طبيعي است. واكنش P³²(n,g) P³¹ داراي اكتيويته ويژه پاييني از P³² است. با وجود اين محصول عاري از ناخالصي P³³ است.

(ب)  پرتودهي عنصر سولفور بوسيله نوترون‌هاي سريع : سولفور طبيعي داراي 95 درصد S³²  است. واكنش P³² (n,p) Sn³² داراي اكتيويته ويژه بالايي مي‌باشد. معمولاً 100 ميلي‌كوري P³² در100 گرم از سولفور هنگام پرتودهي با شار نوتروني ^1-s^2-n cm10¹² به مدت 30 روز توليد مي‌گردد. مقداري جزئي P³³ از واكنش همراه P³³(n,p) S³³
كه گسيل كننده ^-b با نيمه عمر 34_/25 روز است ناخالصي اجتناب‌ناپذير راديونوكليدي در اين روش است. سولفور پرتوديده تحت فشار كاهش يافته و دماي بالاتر تقطير مي‌گردد. P³² باقي‌مانده، با HCl رقيق شسته شده و از ميان يك مبادله كننده كاتيوني براي جابه‌جايي ناخالصي‌ها عبور داده مي‌شود. محلول شسته شده تغليظ و تا مرحله خشك شدن تبخير، مجدداً در HCl رقيق حل و محصول به صورت اسيد اورتو فسفريك نشان‌دار P³² عرضه مي‌گردد، اين تركيب به نوبه خود در سنتز نوكلئوتيدهاي (بيومولكول‌هاي) نشان‌دار همچونg-ATP پيشرو است. 

 

سولفور – 35

اين نوكليد نيز يك گسيل كننده^-b با انرژيb_max برابر MeV167_/0 است. نيمه عمر آن 51_/87

روز بوده و از طريق واكنش‌هاي (n,p) يا (n,g) تهيه مي‌گردد. با وجود اين، در عمل واكنش S³⁵(n,p) Cl³⁵ براي توليد به كار مي‌رود(b35_/0=s) . معمولاً 220 ميلي‌‌كوري بر گرمS³⁵ از Cl در هنگام پرتودهي براي مدت 30 روز با شار نوتروني ^1-s^2-n cm10¹² فراهم مي‌شود. اين نمونه يكي از معدود مثال‌هاي واكنش (n,p) است كه تحت اثر نوترون‌هاي حرارتي اتفاق مي‌افتد. هدف پرتودهي شده (KCl) در اسيدكلريدريك (HCl) رقيق حل شده و از ميان ستون آلومين عبور داده مي‌شود. S³⁵ با OH₄NH يك نرمال شستشو داده مي‌شود. نمك آمونيم با ₃HNO غليظ نابود شده و S³⁵ به صورت ₄SO ³⁵ ₂H  عرضه مي‌گردد.

 

موليبدن -99 

اهميت راديوايزوتوپ Mo⁹⁹ به دليل دختر آن تكنسيم- m99(^mTc⁹⁹) است، چرا كه راديوايزوتوپ فوق داراي خواص مناسبي بوده و به طور گسترده‌اي براي مطالعات تشخيصي در پزشكي هسته‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. Mo⁹⁹ (با نيمه عمر 94_/65 ساعت) درتعادل‌گذاري با ^mTc⁹⁹  ( با نيمه عمر 01_/6 ساعت) مي‌باشد.

معمولاً Ci m800 Mo⁹⁹ بر گرم از موليبدن طبيعي در پرتودهي به مدت يك هفته در شار نوتروني ^1-s^2-n cm10¹³×5 توليد مي‌گردد.موليبدن طبيعي داراي 8_/14درصد Mo⁹²، 1_/9 درصد Mo⁹⁴، 1_/ 15 درصد Mo ⁹⁵، 7_/16 درصد Mo ⁹⁶، 5_/9درصدMo⁹⁷، 4_/24 درصدMo⁹⁸ و 6_/9 درصد Mo¹⁰⁰ مي‌باشد. از ميان اين ايزوتوپ‌هاي موليبدن سطح مقطع واكنش نوترون Mo⁹² بسيار پايين بوده و محصول Mo⁹³ داراي عمر بسيار طولاني است. Mo¹⁰⁰ نوترون‌ها را براي توليد Mo¹⁰¹ (با نيمه عمر 61_/14 دقيقه) جذب مي‌كند. ديگر ايزوتوپ‌هاي موليبدن محصولات پايدار توليد مي‌كنند. لذا پس از مدت كوتاهي سرد كردن كل اكتيويته هدف ناشي ازMo⁹⁹ مي‌باشد. به كار بردن هدف‌هاي غني شده در Mo⁹⁹ موجب به‌وجود آمدن اكتيويته ويژه بالاي Mo⁹⁹ مي‌گردد. واكنش (n,g) روي ناخالصي‌هاي ₃MoO ناخالصي‌هاي راديونوكليدي ايجاد مي‌كند كه هنگام جداسازي از Mo⁹⁹ با ^mTc⁹⁹ حمل مي‌شوند. مثلاً واكنش هسته‌هاي زير در هنگامي كه هدف موليبدن داراي ناخالصي تنگستن است به وقوع مي پيوندد.

 

(ب) روش شكافت : Mo⁹⁹(n,f) U²³⁵

(آلياژ)Al-U ²³⁵ يا (فلزي) U²³⁵ : هدف

بهره شكافت 1_/6 درصد، b585 : s_th

معمولاً Ci20 موليبدن-99 بر گرم ازU²³⁵ در مدت 7 روز پرتودهي با شار نوتروني
 ^1-s^2-n cm10¹³ در فرآيند شكافت توليد مي‌گردد. اختلاف اساسي بين Mo⁹⁹ (n,g) و
Mo⁹⁹ (n,f) اين است كه فرآيند اخير داراي اكتيويته بسيار بالا (Mo g/Ci10³ > ) مي‌باشد. با وجود اين، موليبدن–99 بدون همراه‌بر به وسيله روش (n,f)، به طوري كه ايزوتوپ‌هاي ديگر موليبدن همچون Mo⁹⁸ (پايدار) و Mo¹⁰⁰ (پايدار) چه در طي مرحله شكافت و چه در طي خنك شدن پس از پرتودهي به دليل فروپاشي از پيشروها تشكيل مي‌گردد. در نتيجه كاهشي در اكتيويته ويژه Mo⁹⁹ به وجود خواهد آمد.

توليد Mo⁹⁹ از طريق مسير شكافت نياز به جداسازي Mo⁹⁹ به‌صورت خيلي خالص از هدف اورانيم طبيعي و حضور قابل توجهي از محصولات شكافت راديواكتيو دارد. جداسازي بلافاصله پس از پرتودهي انجام مي‌پذيرد، چرا كه فروپاشي پس از پرتودهي توليد موليبدن پايدار حاصل از كاهش بيشتر در اكتيويته ويژه مي‌كند. فرآيند جداسازي مشابه بازفرآوري بوده  اگر چه در مقياس پايين‌تري است و نياز به هزينه بالائي از تجهيزات سازه‌اي براي جابه‌جايي محصولات شكافت و دفع پسمان راديواكتيو دارد. فرآيندهاي گوناگون شيميايي براي استخراج مقادير كوريMo⁹⁹ توسعه يافته‌اند. در يكي از فرآيندها هدفU²³⁵ غني شده پرتوديده در اسيد نيتريك M6 حل شده و به دنبال آن همراه‌بر تلوريوم افزوده مي‌شود. سپس محلول از ميان يك ستون آلومين عبور داده مي‌شود. موليبدن و تلوريوم به طور انتخابي جذب شده در حالي‌كه اورانيم و ديگر محصولات شكافت در طي شستشو به طرف محلول ديگر سرازير مي‌شوند. موليبدن با يك مولارOH₄NH از ستون شسشتو بازيابي مي‌گردد. بهره شيميايي برابر70 درصد مي‌باشد. هدف‌هاي براي پرتودهي مي‌توانند اورانيم با غناي پايين(LEU) (U²³⁵،20%(<  يا اورانيم با غناي بالا (HEU) (U²³⁵ ، 93% ) باشند. ناخالصي‌هاي اصلي راديونوكليدي عبارتند از I¹³¹ ، Ru¹⁰³، Sr⁸⁹، Sr⁹⁰، Cs¹³⁷، Ce¹⁴¹ و ... و لازم است در كاربردهاي پزشكي Tc ^m99 از نظر خلوص مورد نظر حضور نداشته باشند.

روش تهيه Mo⁹⁹ و لذا اكتيويته ويژه آن بيانگر روش به كار رفته براي جداسازي ^mTc⁹⁹  از Mo⁹⁹ مادر است. با اكتيويته ويژه بالاي Mo⁹⁹ مولدهاي ستون آلومين مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اكتيويته‌هاي ويژه پايين Mo⁹⁹ روش استخراج باحلال با به كار بردن متيل‌اتيل كتون (MEK) به طور گسترده‌اي كاربرد دارد. 

 

يد – 125

I¹²⁵ به روش EC با نيمه عمري معادل 408/59 روز فروپاشي مي‌كند. اين راديونوكليد پرتوهاي -g با انرژي keV 35 و keV28 گسيل نموده و لذا كاربرد گسترده‌اي به عنوان ردياب در راديوايمونواسي(RIA) دارد. I¹²⁵ با پرتودهي نوتروني گاز طبيعي يا غني شده زينان توليد مي‌گردد.

 معمولاً mCi130 از I¹²⁵ بر گرم از  Xe(طبيعي) در پرتودهي به مدت 15 روز با شار نوتروني ^1-s^2-n cm10¹³×5 توليد مي‌گردد. حداكثر اكتيويته ويژه قابل حصول برابر mCi/mg 17 از يد است. علاوه بر ايزوتوپ‌هاي ديگر زينان طبيعي داراي Xe¹²⁶ مي‌باشد.

يد – 131

يد-131 باگسيل ^-b و با نيمه عمر 0207_/8 روز فروپاشي مي‌كند. محصول دو پرتو -g با انرژي‌هاي keV364 و keV637 گسيل مي‌نمايد. اين راديوايزوتوپ مهم در پزشكي براي درمان و تشخيص مورد استفاده قرار مي‌گيرد. يد –131 با پرتودهي فلز تلوريوم توليد مي‌گردد.

تلوريوم داراي چندين ايزوتوپ پايدار است. تلوريوم طبيعي از Te¹³⁰ (5_/34 درصد)،
Te¹²⁸ (8_/31درصد)، Te ¹²⁶ (7_/18 درصد)، و بقيه Te¹²⁵، Te¹²⁴، Te¹²³، Te¹²² و Te¹²⁰ با درصدهاي پايين‌تر تشكيل شده است.

معمولاً 100 گرم از فلز تلوريوم به مدت 15روز با شار نوتروني معادل ^1-s^2-n cm10¹³×5 پرتودهي مي‌گردد كه حاصل آن 35 كوريI¹³¹ است. پرتودهي به مدت بيشتر موجب كاهش اكتيويته ويژه به دليل توليد I¹²⁷ غيراكتيو (پايدار) و I¹²⁹ با عمر بسيار بلند مي‌گردد.

هدف فلزي پرتوديده در اسيدكروميك يا اسيد سولفوريك حل مي‌شود. افزايش اسيداگزاليك باعث كاهش و تبديل گونه‌هاي مختلف يد به شكل عنصري مي‌گردد كه متعاقباً به صورت I¹³¹Na تقطير مي‌گردد. يد در طي پرتودهي در حالات مختلف اكسايش توليد مي‌شود. لذا، وجود چرخه اكسايش و كاهش در طي فرآوري جهت اطمينان از بازيابي يد تشكيل شده ضروري است.

ميزان پسمان اكتيو توليد شده در اين روش نسبتاً بالا است. همچنين از معرف‌ها و مواد شيميايي لازم براي فرآوري، مقادير جزئي از يد حامل در محصول نهايي وجود خواهد داشت. اين امر موجب كاهش اكتيويته ويژه مي‌شود. مثلاً برخلاف آنچه كه از اكتيويته ويژه تئوري در حدود Ci/mg120 انتظار مي‌رود، مقدار اكتيويته حاصل شده در عمل برابر
 Ci/mg 40-20 مي‌باشد.

فرآيند ديگر جداسازي يد از Te استفاده از هدف ₂TeO و روش تقطيرخشك است. اين روش نه تنها موجب كاهش قابل ملاحظه پسمان مي‌گردد بلكه موجب افزايش خلوص شيميايي يد نيز مي‌شود. اين، به نوبه خود، حتي يدينه شدن راديواكتيو قابل اطمينان و در عين حال يدينه شدن مؤثر مولكول‌‌هاي حساس شيميايي و مواد بيولوژيكي را تضمين مي‌كند. مدل فرآوري خودكار براي تقطير خشك I¹³¹ از هدف ₂TeO در حال حاضر براي به‌كارگيري در تأسيسات حفاظت شده گلاوباكس يا سلول داغ قابل دسترسي است.

 

كبالت –60

Co⁶⁰ تنها راديوايزوتوپ مهم در مقياس‌هاي مورد نياز در حد مگاكوري است. اين راديونوكليد به وسيله واكنش (n,g) روي هدف Co⁵⁹ تك نوكليدي) b36=s ) توليد مي‌گردد. از آنجا كه Co⁶⁰ داراي نيمه عمر 274_/5 سال مي‌باشد براي به دست آوردن بهره و اكتيويته ويژه مناسب، ضروري است فعال‌سازي هدف Co به مدت چندين سال در رآكتورها صورت بگيرد. چنانچه يك گرم كبالت در شار نوتروني معادل^1-s^2-n cm10¹³×5 به مدت 2 سال و 5 سال پرتودهي گردد، اكتيويته Co⁶⁰ حاصل شده به ترتيب برابر Ci114 و Ci363 خواهد بود. از آنجا كه سطح مقطع برابر b36 بوده و نياز به پرتودهي طولاني مدت وجود دارد، خود جذبي در هدف Co قابل ملاحظه مي‌شود و بهره فعال‌سازي با زمان كاهش مي‌يابد. لذا بهره واقعي بسيار پايين‌تر است. در صورت امكان سيستم كانتينر حلقوي هدف براي فعال‌سازي ترجيح داده مي‌شود. علاوه بر آن قرص‌هاي بسيار كوچك Co (mm1×mm1 با پوشش نيكل) براي بالا بردن بهره‌هاي فعال‌سازي به كار مي‌روند. در اين روش Co⁶⁰ با اكتيويته ويژه بسيار بالا توليد مي‌گردد. هدف آلترناتيو ديگر ميله‌هاي Co (باقطر mm6 ×mm25 با غلاف آلومينيم) است كه منجر به اكتيويته ويژه تقريباً Ci/g 150-100 مي‌شود. براي تهيه چشمه‌هاي درماني، Co⁶⁰ با اكتيويته ويژه بالا (Ci/g200> ) مورد نياز است، درحالي‌كه ‌اكتيويته ويژه متوسط براي تهيه قلم‌هاي چشمه‌اي براي استفاده در تأسيسات فرآوري شيميايي مناسب مي‌باشد.

در هندوستان Co⁶⁰ در نيروگاه‌هاي هسته‌اي كوتا (Kota)، نارورا (Narora) و كاكراپار(Kakrapar) توليد مي‌شود. با توجه به كار ممتد اين رآكتورهاي قدرت، و به منظور استفاده از اين مزيت هدف كبالت در شكل “ميله‌هاي تنظيم كننده” به كار مي‌رود. تأسيسات فرآيندي براي توليد در مقياس بالا نياز به چندين سلول داغ، ابزار و تجهيزات مربوطه و استخر آب جهت دريافت و نگه‌داري ميله‌هاي فعال‌شده دارد. ظرفيت توليد براي Co⁶⁰ در هندوستان تقريباً 1 مگاكوري در سال (MCi/y1) است. هندوستان جزو معدود كشورهايي است كه داراي چنين ظرفيت بالاي توليد Co⁶⁰ است.

 

ايريديم –192 ، برم –82 و ...

Ir¹⁹² (با نيمه عمر 83_/73 روز ) ايزوتوپ مهم ديگري است كه به تعداد زياد به عنوان چشمه براي دوربين‌هاي راديوگرافي گاما ( تا Ci100 براي هر دوربين) و به صورت سيم Ir¹⁹² در حدود چند ميلي‌كوري بر سانتي‌متر براي درمان به وسيله براخي‌تراپي (brachytherapy)
مورد نياز است. Ir¹⁹² به وسيله فعال‌سازي هدف ايريديم طبيعي توليد مي‌گردد.

فعال‌سازي يك گرم از هدف ايريديم (Ir¹⁹¹ با 3_/37 درصد) با شار نوتروني^1-s^2-n cm10¹³×5 به مدت يك و سه ماه منجر به توليد به ترتيب Ci144 و Ci335 بهره فعال‌سازي مي‌گردد. 

Na²⁴ و Br⁸² راديوايزوتوپ‌هاي مهم ديگري هستند كه به عنوان ردياب‌هاي صنعتي در پروژه‌هاي تحقيقاتي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين دو راديونوكليد به ترتيب با فعال‌سازي هدف‌هاي ₃CO₂Na و Br₄NH توليد مي‌شوند، فرآيند پس از پرتودهي شامل انحلال ساده و پخش مي‌باشد. 6-3 كوري از Br⁸² ممكن است براي بعضي از مطالعات به كار رود.

راکتور یا سیکلوترون

رآكتور يا سيكلوترون

انتخاب روش توليد به چندين عامل بستگي دارد. در انتخاب يك راديونوكليد كه براي يك كاربرد ويژه يا آزمايشي مناسب است عواملي چون نيمه عمر، روش فروپاشي، انرژي، اكتيويته ويژه، خلوص راديونوكليدي و زمان فرآوري و ... مؤثر هستند. مثلاً Na²⁴ (با نيمه عمر 959_/14 ساعت) نمي‌تواند به عنوان يك ردياب در يك آزمايش كه دوران آن بيش از يك ماه باشد مورد استفاده قرار گيرد. در چنين حالتي Na²² (با نيمه عمر 6019_/2 سال) توليد شده در سيكلوترون، انتخاب مي‌گردد Na]²² (d,a) Mg²⁴ [. امكان توليد يك راديوايزوتوپ ويژه ممكن است محدود به دستگاه (رآكتور، شار نوترون، ذرات باردار، جريان باريكه، ملاحظات هدف ...) يا سطح مقطع واكنش باشد.

معمولاً راديوايزوتوپ‌هاي توليدي رآكتور در مقايسه با ايزوتوپ‌هاي توليد شده با استفاده از سيكلوترون ارزانتر بوده و به دست آوردن آن‌ها براساس يك روش ثابت آسانتر است. دريك رآكتور، هدف‌هاي زيادي به طور همزمان پرتودهي شده و توليد راديوايزوتوپ در بسياري از حالات براي عمليات عادي رآكتور ضروري است. در حالي‌كه در سيكلوترون، معمولاً تنها يك هدف در هر زمان مي‌تواند بمباران شود. اگرچه هزينه توليد دراين تجهيزات بالا مي‌باشد، اما  سيكلوترون‌ها محصولات متعدد با كمبود نوترون توليد مي‌كنند. لذا دو حالت فروپاشي توليد مكمل هم وجود خواهد داشت.

 

بهره‌هاي پرتودهي

دانستن اين مطلب كه چه ميزان از يك راديونوكليد در هنگام پرتودهي يك عنصر در بمباران نوتروني يا ذرات باردار توليد مي‌شود داراي اهميت است. تعداد ذرات فرودي به ازاي سانتي‌متر مربع در ثانيه روي يك هدف شار(f) ناميده مي‌شود. اما در مورد يك باريكه از ذرات باردار در يك سيكلوترون معمولاً جريان باريكه داريم تا شار. جريان باريكه برحسب آمپر(A) بيان مي‌شود. هر آمپر معادل 10¹⁸×24_/6 پروتون بر ثانيه يا 10¹⁸×12_/3 ذره a برثانيه مي‌باشد. هنگامي كه پرتودهي به مدت 1، 2 و 3 نيمه‌ عمر انجام پذيرد، اكتيويته تشكيل شده به ترتيب5_/0، 75_/0 و 875_/0 برابر اكتيويته اشباع خواهد بود. معمولاً براي توليد راديوايزوتوپ، پرتودهي بيشتر از مدت سه برابر نيمه عمر انجام نمي‌پذيرد.

فرآوري راديوشيميايي

ايزوتوپ‌هاي گسيل كننده -g همچون Co⁶⁰ و Ir¹⁹² به عنوان چشمه‌هاي منابع تابش در راديوگرافي صنعتي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. هدف‌ها در شكل مناسب پرتودهي شده و ماده پرتودهي شده پس از قرار گرفتن در يك ظرف محافظ مستقيماً مورد استفاده قرار مي‌گيرد. هنگامي كه ايزوتوپ همچون Sc⁴⁶ به عنوان ردياب به كار مي‌رود، اسكانديم پرتو ديده در شكل مناسب بدون هرگونه خالص‌سازي براي آزمايشات مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد. ناخالصي‌هاي همراه تداخلي در كار رديابي ندارند. ولي در بسياري از حالات هدف‌هاي پرتوديده با مراحل فرآوري شيميايي جهت به دست آوردن يك ايزوتوپ خالص در شكل مناسبي و خلوص موردنظر (خلوص راديونوكليدي، راديوشيميايي و شيميايي) لازم است. نياز براي مراتب فرآوري‌هاي شيميايي از اين حقيقت كه طي بمباران نوترون يا ذرات باردار بيش از يك نوع واكنش هسته‌اي به طور هم‌زمان همچون واكنش‌هاي (n,a)، (n,p) و (n,g) وجود دارد لازم است. اين امر منجر به توليد نوكليدهاي مختلف مي‌گردد. علاوه بر آن، ناخالصي‌ها در هـدف نيز موجب افزايش محصولات ديگر راديونوكليدي ميزبان مي‌شود. لذا انتخاب هدف‌هاي خالص و در مواقعي هدف‌هاي غني شده لازم است.

فرآوري راديوشيميايي هدف پرتو ديده نياز به يك يا چند روش جداسازي عادي همچون روش‌هاي جذب سطحي و هم رسوبي، استخراج با حلال، تبادل يوني يا كروماتوگرافي جامد- مايع، تقطير، تبخير يا الكتروشيميايي دارد. لازم است فاكتور‌هاي زير در طي فرآوري در نظر گرفته شوند.

(الف) زمان – حدود زماني فرآوري به طور كل بستگي به _2/1t ايزوتوپ دارد. روش‌هاي جداسازي سريع راديوشيميايي براي ايزوتوپ‌‌هاي با عمر كوتاه به‌كار مي‌رود.

(ب) كميت – معمولاً مقادير بسيار پايين، ماده راديواكتيو توليد مي‌شود و جداسازي شيميايي با بهره بالا در اين سطوح بسيار آسان نيست. مثلاً 1_/0 ميلي‌كوري از Co⁵⁸ به وسيله واكنش Co⁵⁸(n,p) Ni⁵⁸ در مدت يك هفته تابش‌دهي با شار نوتروني^1-s^2-n cm10¹² توليد مي‌گردد. اين مقدار معادل^9-10×3 گرم از Co⁵⁸ است. همراه‌بري افزوده نمي‌شود(NCA)، يعني جداسازي‌‌هاي بدون استفاده از همراه‌بر در اين سطوح انجام مي‌پذيرد.

(پ)   تابش با توجه به تابش همراه كليه عمليات شيميايي در داخل گلاوباكس‌ها، تأسيسات با حفاظ سربي، سلول‌هاي داغ بسته به مقدار اكتيويته جابه‌جا شده و نوع و انرژي تابش گسيل شده انجام مي‌پذيرد

توليد راديوايزوتوپ‌ها

توليد راديوايزوتوپ‌ها

راديوايزوتوپ‌ها نيز مانند ايزوتوپ‌هاي پايدار كاربرد گسترده‌اي را در تحقيقات، صنعت پزشكي، آب‌شناسي (هيدرولوژي) و كشاورزي پيدا كرده‌اند. در اينجا توجه خود را به توليد
راديو‌ايزوتوپ‌ها، مخصوصاً ايزوتوپ‌هاي با كاربرد گسترده معطوف مي‌داريم.

راديواكتيويته طبيعي اورانيم در سال 1896 به وسيله بكرل كشف شد و تا سال 1934 تنها مواد راديواكتيو طبيعي شناخته شده بودند. راديوايزوتوپ‌هاي طبيعي دو نوع هستند. راديوايزوتوپ‌هاي با نيمه عمر بالا، K⁴⁰، Rb⁸⁷، U²³⁸، U²³⁵و Th²³² كه از بدو به وجود آمدن عناصر زميني از حدود 10⁹×5_/4 سال پيش باقي مانده‌اند و راديوايزوتوپ‌هاي همانند C¹⁴ كه داراي نيمه عمر نسبتاً كوتاه بوده و به طور مداوم به وسيله برهم‌كنش‌هاي پرتـوهاي كيهاني در اتمسفر بالاتر تشكيل مي‌شوند.

تعداد قابل ملاحظه‌اي از راديوايزوتوپ‌ها با كاربردهاي گوناگون به طور مصنوعي توليد مي‌شوند. اولين راديونوكليد مصنوعي در سال 1934 به وسيله كوري‌ها (Curies) هنگام بمباران آلومينيم با ذرات a حاصل از Po²¹⁰ طبيعي كشف گرديد. واكنش
 فسفر راديواكتيو(radiophosphorus) را توليد نمود. در مراحل بعد چشمه‌هاي نوتروني (a,n) همچون Be -Ra²²⁶ و شتاب‌دهنده‌ها توسعه يافتند. تلاش ها به طرف شتاب ذرات -a، پروتون‌ها و دئوترون‌ها روي هدف‌هاي گوناگون پايدار جهت توليد و شناسايي راديونوكليدهاي جديد هدايت گرديد. با ساخته شدن رآكتورهاي هسته‌اي نوترون‌ها براي توليد ايزوتوپ‌ها قابل استفاده شده‌اند.

 

بررسي‌هاي عمومي

فرآيند هسته‌اي اصلي

عناصر پايدار هنگام تغيير نسبت نوترون ـ پروتون (نسبت N/Z) در هسته تمايل به راديواكتيو شدن دارند. فرآيند توليد راديوايزوتوپ موجب تغيير نسبت N/Z عنصر از طريق بمباران ماده هدف مناسب به وسيله نوترون‌ها يا ذرات باردار مي‌گردد. بمباران نوتروني عموماً ايزوتوپ‌هاي “غني از نوترون” توليد مي‌كنند كه معمولاً به وسيله گسيل^-b (نگاترون) فروپاشي نموده و غالباً همراه با تابش g مي‌باشند. در مقابل آن، بمباران با ذره باردار توليد ايزوتوپ‌هاي با “كمبود نوترون” نموده كه به روش ⁺b (پوزيترون) يا گيراندازي الكترون(EC) فروپاشي مي‌كنند. در اين حالت ممكن است تابش g نيز با آن همراه باشد. اين فرآيند در شكل 12 . 1 توضيح داده شده است.

بمباران نوتروني هدف‌هاي انتخاب شده در رآكتور‌ها تاكنون معمول‌ترين مسير توليد راديوايزوتوپ بوده است. ذرات باردار با انرژي كافي محصولي را توليد مي‌كند كه ايزوتوپ عنصر هدف نيست. لذا جداسازي شيميايي منجر به محصولي با اكتيويته ويژه بالا مي‌گردد.

در حال حاضر 3 رآكتـور تحقيقاتي در بارك، مومبائي، آپسارا، سيروس (CIRUS) و دوروا (Dhruva) وجود دارند كه نيازهاي كشور هندوستان براي توليد ايزوتوپ را تأمين مي‌كنند. حداكثر شار نوترون قابل حصول در آپسارا، سيروس و دوروا به ترتيب 10¹³ ، 10¹³ ×6 و 10¹⁴ ×8_/1 نوترون بر ثانيه به ازاي هر سانتي‌متر مربع مي‌باشد. با توجه به اين كه نوترون از نظر بار الكتريكي خنثي است دفع الكترواستاتيكي هسته هـدف بر آن اثري ندارد. لذا، حتي نوترون‌هاي با انرژي پايين (نوترون‌هاي حرارتي) موجب واكنش‌هاي هسته‌اي مي‌شوند. بسته به انرژي‌زايي واكنش، هسته هدف ابتدا يك نوترون را جذب و يك فوتون-g يا  يك ذره باردار ( مثلاً p يا a) را گسيل مي‌كند. انواع واكنش‌هاي القائي نوتروني كه عموماً براي توليد ايزوتوپ مورد استفاده قرار مي‌گيرند ذيلاً به طور خلاصه شرح داده مي‌شوند.

 

واكنش (n,g)

اين واكنش گيراندازي تابشي ناميده شده و معمول‌ترين شكل برهم‌كنش نوترون حرارتي با هر هسته، اتمي است. محصول واكنش ايزوتوپي از هسته هدف است كه عدد جرمي آن يك واحد بالاتر از هسته هدف مي‌باشد گيراندازي نوترون به دنبال گسيل فوتون -g است. نسبت N/Z كل افزايش پيدا نموده و معمولاً راديونوكليد تشكيل شده با ^-b فروپاشي مي‌كند.

با توجه به اين‌كه محصول واكنش ايزوتوپي از عنصر هدف است، جداسازي شيميايي آن از ايزوتوپ‌هاي پايدار غيرممكن مي‌باشد. اكتيويته ويژه (اكتيويته برگرم) محدود به شار نوتروني قابل دسترس است. واكنش(n,g) براي توليد بيش از نصف راديوايزوتوپ‌ها كه كاربرد متداول دارند مورد استفاده قرار مي‌گيرد

واكنش (n,g) كه با فروپاشي ^-b دنبال مي‌شود

بعضي از واكنش‌هاي(n,g) توليد راديوايزوتوپي با عمر كوتاه مي‌نمايند كه اين راديوايزوتوپ خود

به راديوايزوتوپ ديگري با نيمه عمر بلندتر فروپاشي مي‌كند. واكنش (n,g) با تلـوريوم محصولي

همچون I¹³¹ توليد مي‌كند كه از نظر شيميايي متفاوت از هدف است.

 لذا ايزوتوپ محصول به راحتي قابل جداسازي بوده و منجر به اكتيويته ويژه بالايي مي‌گردد.

 

واكنش (n,p)

پس از اين‌كه يك نوترون به وسيله هسته هدف قاپيده شد، گسيل ذره باردار همچون پروتون يا ذره -a از هسته مركب (CN) تنها زماني امكان‌پذير است كه انرژي برانگيختگي كافي در CN قابل دسترس بوده و به نيروهاي پيوندي آخرين پروتون غلبه نمايد. لذا، اين واكنش نياز به نوترون‌هاي با انرژي بالا (نوترون‌هاي سريع) به جز حالت عناصر سبك دارد. چند مثال از اين واكنش‌ها در جدول 12 . 2 داده شده‌اند.

با توجه به اينكه نوكليد محصول ايزوتوپ عنصر هدف نيست، جداساز شيميايي امكان‌پذير بوده و اكتيويته ويژه بسيار بالا امكان‌پذير مي‌باشد.

 

واكنش (n,a)

در بعضي از هسته‌ها گيراندازي نوترون منجر به گسيل a گشته و محصول راديوايزوتوپي است كه از نظر شيميايي متفاوت از هسته هدف مي‌باشد

فرآيند چندمرحله‌اي گيراندازي نوترون

اين روش مستلزم گيراندازي پي‌درپي نوترون بوده و مخصوصاً در ميان‌ عناصر سنگين داراي اهميت ويژه‌اي است. بعضي از ايزوتوپ‌هاي ترانس اورانيم (مثلاً Am²⁴¹) با به‌كار بردن اين روش توليدشده‌اند.

 

واكنش شكافت

شكافت القائي نوترونيU²³⁵ وPu²³⁹ در طي كار عادي رآكتور تعداد قابل ملاحظه‌اي راديوايزوتوپ را به عنوان محصولات جانبي توليد مي‌كند. حداكثر بهره شكافت 6% به ايزوتوپ‌هاي با اعداد جرمي100-95 و 140-135 مربوط مي‌شود. با توجه به اين كه طي واكنش شكافت علاوه بر راديوايزوتوپ‌ها ايزوتوپ‌هاي پايدار ديگري تشكيل مي‌شوند، اكتيويته‌هاي ويژه ايزوتوپ‌هاي گوناگون از عنصري به عنصر ديگر متفاوت است. مثلاً راديوايزوتوپ Mo⁹⁹ يك محصول شكافت است كه به همراه ايزوتوپ پايدار Mo¹⁰⁰ تشكيل مي‌گردد. محصولات شكافت با نيمه عمر بلند همچون Cs¹³⁷، Sr⁹⁰، Kr⁸⁵ و Pm¹⁴⁷ داراي اهميت صنعتي هستند. اين ايزوتوپ‌ها در طي فرآيند باز فرآوري سوخت مصرف شده از محلول پسمان محصولات شكافت جداسازي مي‌شوند.

محصولات شكافت با نيمه عمركوتاه همچون Mo⁹⁹، Ba¹⁴⁰، Sr⁸⁹، I¹³¹، Xe¹³³ و ... داراي اهميت هستند ولي قبل از اين كه پسمان محصولات شكافت به منظور فرآيند بازيابي در دسترس قرار بگيرند، فروپاشي مي‌كنند. براي توليد اين ايزوتوپ‌ها هدف‌هاي اورانيم طبيعي يا غني شده براي مدت كوتاه در رآكتور پرتودهي شده و به وسيله روش‌هاي معمولي راديوشيمايي جداسازي مي‌شوند. محصولات شكافت Sr⁹⁰، Ru¹⁰⁶، I¹³²، Cs¹³⁷ و Ba¹⁴⁰ را نمي‌توان به وسيله روش(n,g) توليد نمود.

 

واكنش غير مستقيم

ذره گسيل شده از هدف در يك واكنش القائي نوترون مي‌تواند موجب يك واكنش هسته‌اي ديگري گردد. براي مثال ترايتون‌هاي پر انرژي به وسيله واكنش H³(n,a) Li⁶ توليد مي‌شوند. هنگامي كه كربنات ليتيم به وسيله شاري از نوترون‌هاي حرارتي پرتودهي مي‌شود F¹⁸ يك ايزوتوپ گسيل كننده پوزيترون با نيمه عمري معادل110 دقيقه توليد مي‌شود

 

فرآيند زيلارد-چالمرز(SC)

گاهي واكنش(n,g) به دليل انرژي كه به واسطه پس‌زني‌هاي هسته‌اي هنگام گسيل پرتو g حاصل مي‌شود موجب اثرات شيميايي مي‌گردد. اين انرژي پس‌زن براي شكستن پيوندهاي معيني كافي است. چنانچه پس از شكستن پيوند، اتم محصول در يك حالت شيميايي متفاوت و قابل جداسازي از اتم‌هاي هدف باشد، در اين صورت محصول مي‌تواند از جرم بالاي هدف
غيراكتيو جدا گردد. اين فرآيند به نام فرآيند زيلارد- چالمرز شناخته مي‌شود. اگر چه هدف و محصول ايزوتوپ هستند، اين پديده روش‌هايي براي به دست آوردن محصول با اكتيويته ويژه بالا است.

زيلارد(Szilard) و چالمرز (Chalmers) (SC) كشف كردند هنگامي كه يديداتيل با نوترون‌ها پرتودهي مي‌شود، اتم‌هاي I¹²⁸ تشكيل شده از I¹²⁸(n,g) I¹²⁷ از تركيب پس زده شده و مي‌تواند به صورت يد آزاد با آب استخراج گردد.

 

مولدهاي راديوايزوتوپ

يك روش جهت به دست آوردن راديوايزوتوپ با نيمه عمر كوتاه جهت استفاده به عنوان  ردياب در پزشكي و صنعت در مكان‌هاي دور از تجهيزات رآكتور يا سيكلوترون، به كار بردن مولد راديوايزوتوپ مادر- دختر است. در مولد يك مادر با نيمه عمر بلندتر به دختر با نيمه عمر كوتاهتر فروپاشي مي‌كند. بسته به نيمه عمرها اين دو راديونوكليد در يك حالت تعادل‌گذاري يا عام بين خود هستند. نوكليد دختر به طور انتخابي از مولد دوشيده شده اختلافي بين رفتارهاي شيميايي دو عنصر خـواهـد داشـت مثال‌هايي از سيستـم مـولـد عبارتند از: Ba^m137 – Cs¹³⁷،

La ¹⁴⁰ – Ba¹⁴⁰،  ^mTc⁹⁹- Mo⁹⁹،  Y⁹⁰-Sr ⁹⁰ و  In ^m113  - Sn¹¹³.

 راديوايزوتوپ مادر در رآكتور يا سيكلوترون توليد مي‌گردد و معمولاً روي يك ماده پشتيبان مثلاً، يك رزين مبادله كننده در يك ستون بسته جذب مي‌شود. دختر با نيمه عمر كوتاه با به‌كار بردن حلال‌هاي انتخابي دوشيده مي‌شود. نوكليد دختر به رشد خود ادامه داده و پس از يك دوره 4-3 برابر مدت نيمه عمر به اكتيويته ماكزيمم مي‌رسد. لذا دوشيدن تكراري امكان‌پذير خواهد بود.

 

درمان پركاري تيروئيد

درمان پركاري تيروئيد

 

پركاري تيروئيد يك بيماري شايع ناشي از فعاليت زياد هورمون تيروئيد است و از تعدادي از فرآيندهاي بيماري زا ناشي مي شود. راهكارهاي چندي در درمان پركاري تيروئيد بكار گرفته شده است، بعنوان مثال، استفاده از داروهاي آنتي تيروئيد از قبيل پروپيلودراكيل يا متي مازول، تيرودكتومي، اما دارودرماني و معالجه  با ¹³¹I از متداولترين انتخابات هستند.

علت اساسي استفاده از درمان راديويد اينست كه آن در تيروئيد انباشته شده و غده ها را با تابشهاي g و^- b  تابش دهي مي كند، در حدود %90 كل دز تابشي از ذرات ^- b ناشي مي شود. چندين روش انتخاب دز درماني ¹³¹I در حال استفاده است. ساده ترين روش تجويز مقدار يكساني از يديدسديم- ¹³¹I، معمولاً 3 تا 7mCi   معادل (111-259MBq)، براي همه بيماران با شرايط كلينيكي پركاري تيروئيد مشابه مي باشد. تقريباً 60% بيماران از معالجه پركاري تيروئيد در مدت 3 تا 4 ماه بهبودي حاصل مي كنند، و يك معالجه ثانوي براي 25% تا 30 %‌ ساير بيماران بكار مي رود. اين روش اكتيويته ثابت محدوديتهايي دارد، زيرا اكتيويته تجويز شده دلخواه  است و به شدت بيماري يا وزن غدد ارتباطي ندارد.

متداولترين روش معالجه ¹³¹I‌ تجويز يك مقدار خاصي از ¹³¹I‌ بر حسب ميكروكوري بر گرم از تيروئيد، براساس ارزيابي جذب تيروئيد و جرم غدد مي باشد. فرض بر اين است كه نيمه عمر بيولوژيكي ميانگين ¹³¹I‌ براي كليه بيماران يكسان است. رابطه تجربي براي اين روش به شكل زير داده مي شود.

(%) جذب در 24 ساعت/(100 × (g) جرم تيروئيد ×µCi /g )=تجويزµCi

 

 بسياري از كلينيك ها از يك دز 55 تا 80µCi (2-3 MBq) بر گرم براي بيماري گراوس استفاده مي كنند.

چنانچه فرض شود 1µCi(37KBq) جذب شده در تيروئيد، منجر به 1‌ راد (0/01Gy) دز تابشي شود، آنگاه،  براي مثال، يك دز 80µCi (2/96MBq) بر گرم 6400‌ راد (64Gq) به غدد تيروئيد با ميزان جذب 75%‌  مي دهد. جرم تيروئيد از طريق معاينه يا عكس تيروئيد تخمين زده مي شود. براي بيماران با غدد بسيار بزرگ  و شديداً پركار، دز بزرگتري در حدود 160 تا 200µCi (5/9- 7/4 MBq) بر گرم براي بدست آوردن پاسخ سريعتر تجويز مي شود.

      درمان ¹³¹I‌ براي زنان باردار ممنوع است، زيرا ¹³¹I‌ از ديواره جنيني عبور مي كند و مي تواند باعث مخاطرات تابشي به تيروئيد جنين گردد. تيروئيد جنين در هفته دهم حاملگي شروع به جذب يد مي كند و از اينرو درمان ¹³¹I‌ اين زمان بايد ممنوع شود. همچنين،‌ در دوره زماني قبل از هفته دهم حاملگي،  برخي از درمان ممكن است موجب پرتوگيري تابشي به جنين شده و از اينرو نبايد صورت گيرد. پيشنهاد شده است كه يك آزمون بارداري قبل از شروع درمان با ¹³¹I براي كليه خانمها در سنين پتانسيل حاملگي انجام شود. به بيماران معالجه شده با ¹³¹I توصيه مي شود كه حاملگي را براي 6 ماه پس از درمان به تعويق بيندازيد.

      در بيماري گراوس، بهبود كامل پركاري تيروئيد در 60% بيماران بعد از معالجه بدست مي آيد. براي بيماران با پركاري تيروئيد شديد، بويژه بيماران مسن تر، قبل از شروع درمان با ¹³¹I، درمانهايي با استفاده از داروهاي آنتي تيروئيد بكار گرفته مي شود تا نتايج بهتري حاصل گردد. بازگشت پركار تيروئيد پس از اولين معالجه در حدود 6%‌ تا 14%‌بيماران يافت مي شود و نياز به تكرار درمان با ¹³¹I وجود دارد. پركاري تيروئيد در بين 25% تا 40%‌ بيماران معالجه شده، بويژه آنهايي كه با دزهاي بالايي از ¹³¹I درمان شده اند، مشاهده مي شود. بمنظور كاهش شيوع پركاري تيروئيد، دزهاي كمتر يا تقسيم شده اي از ¹³¹I در يك مدت طولاني تري تجويز مي شود. بعد از درمان با ¹³¹I، داروهايي از قبيل thiomides، يد پايدار، و عوامل مسدود كننده آدرنالين ^- b (پروپرانولول، متوپرولول و...) بمنظور كنترل پركاري تيروئيد به بيماران داده مي شود.

      گواتر چند غده اي سمي (بيماري پلومر) در مقابل درمان ¹³¹I بسيار مقاوم هستند و بطوريكه با چندين دزهاي بالاي ¹³¹I درمان مي شوند. به علت مقاومت در مقابل درمان شيوع پركاري تيروئيد در اين گروه از بيماران پايين است. اين بيماران بايد براي درمان با ¹³¹I با پيش درمان آنتي تيروئيد آماده شوند.

      در تعداد كمي از بيماران، نتايج تشديد پركاري تيروئيد به شرايطي از قبيل نارسايي قلبي و بحران تيروئيد در مدت 3 تا 5 روز بعد از درمان با ¹³¹I بايد توجه شود. اين نتايج ناشي از آزادسازي مفرط 3T و4T از غده تيروئيد درمان شده است. بهرحال، امروزه شيوع پركاري تيروئيد وخيم از طريق استفاده از پيش پروپرانولول براي درمان كاهش يافته است.

 

 

سخنی از بزرگان علم

از چیزهایی که در عمر طولانی خود آموخته ام یکی این است که

دانش ما در مقابل واقعیات جهان در حدی بدوی و کودکانه است

و با این حال این گرانبهاترین چیزی است که داریم.

                                                           آلبرت اینیشتن

معرفی یک سایت

معرفی یک سایت

در سایت زیر می توانید به کلیه رساله های دکتری در رشته های مختلف دانشگاه Duke بصورت رایگان و در قالب pdf دسترسی پیدا کنید.

سایت بسیار پر محتوی است و حاصل چندین سال تجربه دانشجویان مقطع دکتری را بصورت رایگان در اختیار شما قرار می دهد.(آنچه که دانشجویان ما از یکدیگر دریغ می دارند!!!!)

http://dukespace.lib.duke.edu/dspace/