کاربرد برخی رادیوایزوتوپها

 کاربرد برخی رادیوایزوتوپها

¹⁴C

کاربرد فراوانی در تحقيقات راديوايزوتوپ دارد.  از آنجا کاربرد عمده آن در رديابی ترکيبات آلی است، لذا به طور عمده در داروسازی و قسمتی نيز در صنايع شيمی آلی که امکان انجام  مکانيزم واکنش ها در فرآيند های  بيولوژيکی برای آشکارسازی وجود دارد مورد استفاده قرار می گیرد.

آماده سازی و تهيه محصولات¹⁴C  بر پايه واکنش هسته ای  است.  در خلال آماده سازی و بويژه انتقال ماده خام، بايد توجهات خاصی برای عدم ورود هوا و دي اکسيد کربن در آن صورت گيرد زيرا حضور ردیابهای با تبادل ايزوتوپی به طور موثری باعث کاهش اکتيويته ويژه محصول مي شود.

حداکثــر اکتيويتــه ويــژه قابل دستیابی بصورت تئوری معادل  است که در صورت لحاظ کردن بازدهی %100 برای تک اتم نشاندار، اکتیویته مولی مربـوط بــه کربــــــن     خواهد بود.  هر چند که اين عدد بصورت عملی قابل دستيابی نيست، با اين وجود اکتيويته ويژه که بعنوان ماده خام در تجزيه آلی استفاده می شود بجای مقدار اندازه گیری شده   در بهترین حالت که برابر  برابر   است.  اندازه گيری پرتوهای بسيار نرم  مربوط به  در گذشته با بازدهی کم صورت مي گرفت تا امروز که شمارنده های سوسوزن مايـع در روشهای اخير اندازه گيری اطلاعات و داده های دقيق تـری را فراهم مي کنند.

 

²²Na

در موارد خاصی بویژه در صنعت سیلیکات و مطالعات طولانی مدت استفاده از
 به دلیل نیمه عمر کوتاهش مفید نیست و از   با نيمه عمر سال استفاده مي شود.  یکی از محصولات سيکلوترون است و کاربردهای فراوانی دارد.

علاوه بر تابش پوزیترونی و واپاشی همراه با گیراندازی الکترون ، فوتونهای گامای  با انرژی متوسط گسیل می کند ثابت دز آن تقریبا مانند  است

 برای توليد آن از واکنش  ²⁴Mg استفاده مي شود.  بعلت نيمه عمر بالا، به پرتودهی بلند مدت نياز دارد و بعلت گران قیمت بودن کار با سيکلو ترون، يک محصول گران قيمت محسوب می شود.

خلوص راديونوکلئيدي آن معمولاً بالا است زيرا نيمه عمر ساير محصولات توليد شده با آن، از کوتاهتراست.  با اين وجود در فرآوری و خالص سازی محصول،  امکان آلوده شدن با ناخالصی های غير اکتيو وجود دارد و وجود مقادیری از نمکها نیز انتظار می رود.

 

²⁴Na

معمولاً در صنايع از بعنوان ردياب استفاده می شود.  علت عمده  استفاده از آن، طول عمر آن  و نيز آشکارسازی مطلوب اين ايزوتوپ و تا اندازه ای نيز ارزان بودن آن است.

در حقيقت  تنها يک ردياب خاص برای نشاندار کردن اتم ها ويونهای سديم نيست بلکه در زمينه های گوناگون مطالعاتی مانند پخش (Diffusion )، مخلوط کردن (mixing)، انتقال جرم (mass transport ) و...  مفيد است.  اين راديوايزوتوپ با اندرکنش²³Na(n,ɣ) ²⁴Na  توليد مي شود که سطح مقطع مناسب جذب نوترون باعث توليدآن بااکتيويته ويژه بالا مي شود.

نيمه عمر کوتاه و پرتوهای گامای پر انرژی از مزايا و معايب هستند.  بعلت واپاشی سريع معمولاً  از اکتيويته های بالا درکارهای عملی استفاده می شود، لذا در کارهای عملی نياز به مراقبت و طراحی حفاظ وجود دارد.

 

³²P

با وجود اينکه فسفر راديواکتيو بيشتر در تحقيقات فرآيندهای بيولوژيکی استفاده می شود، پرتوهای  پر انرژی آن باعث مفید شدن این ايزوتوپ به عنوان ردياب در مطالعات صنعتی و چند زمينه تحقيقاتی شده است.

در برخی کاربردهای صنعتی بصورت فسفر قرمزعنصری که در اندرکنش
 ايجاد می شود مورد استفاده قرار  می گیرد.  با اين وجود،  بيشتـر کاربـران بـه آماده سازی فسفـات بدون حامل  نياز دارند.  فسفـات بدون حامل در واکنش هستـه ای  و با جداسازی،استخراج و تقطير تولید می شود.

محصول اولیه، محلول اسيد هيدروکلريک  است، در صورتی که محلولهای با مقادیر PH متفاوت بستــه بــه مقــدار ثابـت مربـوط بـه اسيـد مخلوط دارای ليگاندهـای گوناگــون خواهـد بود لذا  ليگانـدهای
 به ترتيب در محدوده  و بزرگتر از 13 وجود خواهد داشت.

بدليل واکنش های هسته ای رقابت کننده، تشکيل  غير قابل اجتناب است، با اين وجود حضور اين نوکلئاید که گسیلنده ذرات کم انرژی  است و نیمه عمر طولانی تری دارد ، در اندازه گیری ها ایجاد مزاحمت نمی کند و مشارکت آن در کل اکتيويته بسيار ناچيز است.

 

³⁵S

ايزوتوپ گوگرد ذرات کم انرژی ساطع می کند و در صنایع کشاورزی و داروسازی مورد استفاده است.  توليد آن توسط  واکنش
 است که بازدهی پایینی دارد،  لذا محصول بدون حامـل بـه صورت تجـاری از واکنش  
توليـد می شود.  اکتيويته ويژه بالا در آشکار سازی ذرات  بـا انرژی .0  مطلوب است که در غيــر ايــن صورت مشکلات جــدی بـه علـت خـودجـذبـی پـديــد مـی آيــد. مراکز تولید ایزوتوپ  ،تولید  را در قالــب سـايــر تــرکيبــات نظیر   و ... بر اساس نیاز پیشنهاد می کنند.

 

⁴²K

 تنهـا ايزوتـوپ پتاسيـم کـه معمـولا" استفــاده می شـود  اسـت کـه حاصـل واکنـش  (n,ɣ) می باشد.  هما ن نکاتی که پیشتر برای  بیان شد برای این رادیو ایزوتوپ نیز صادق است و بعنوان ردیاب استفاده می شود. گامای گسیل شده از  دارای شدت بسیار کمتری نسبت به گامای حاصل از  است،  اما پرتوی بتای پرانرژی ای دارد و قسمت عمده این پرتو دارای انرژی معادل  است.

مانند ، بصورت محلول مایع و نمک کلرید عرضه می شود.

 

⁴⁵Ca

این ایزوتوپ کلسیم دارای نیمه عمر 165 روز است که بیشتر  برای تشخیص های انسانـی بـکـار می رود تا استفاده  در صنایع سیلیکات.  این ایزوتوپ با واکنش  (n,ɣ)و اکتیویته ويژه متوسط و بصورت بـدون حامـل  از اندرکنش                                    تولید می شود.   واکنش اخیر بسیـار هزینـه بر است امـا در حالت های خاصی آشکارسـازی بسیار پر بازده ذرات  با انـرژی  بــرای کاهـش تاثیــر خـودجــذبی ضـروری است.  ایزوتـوپ کلسیم در میــان ایـزوتـوپهـای فلـزات قلیایی خاکی نظیر,⁴⁵Ca, ⁸⁵Sr, ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr ,¹³³Ba,¹⁴⁰Ba  ²⁸Mg نقش ثانویـه ای  بازی می کند و میتواند جایگزین ایزوتوپی شود که به راحتی آشکارسازی می شود. ⁴⁷Ca گسیلنده گاما دارای نیمه عمر 54/4 روز است و به عنــوان ردیـاب نیز مـــورد استفاده قرار می گیرد.

 

⁵¹Cr

کروم رادیواکتیو در مطالعات خوردگی و متالوژیکی مورد استفاده قرار می گیرد اما کاربرد آن در تست های فرسایش (wearing test)  نیز از نکات بارز آن محسوب می شود.  این موارد استفاده برخلاف کاربردهـای تشخیصـی نیـاز بـه اکتیویتـه ویژه بالا ندارد،  لذا محلول های تجاری موجود
   Na₂ ⁵¹ Cro _4,توسط پرتودهـی هـدف های غنی شده
تهیه می شوند که اکتیویته ویژه آنها به 1PBq/Kg می رسد و یا از آن تجاوز می کند.  بهره فوتون های 0.32MeV کم است ولی در کل به خوبی قابل آشکار سازی است.  

برای مصارف صرفاً صنعتی یا چشمه های سیلد (seald) شده ،کروم فلزی مورد استفاده قرار می گیرد که دارای اکتیویته ویژه پایین تری است.

 

⁵⁵F

 از 2 ایزوتوپ آهن، یکی از آنها که از واکنش(n,ɣ)^, حاصل می شود ⁵⁵F است که دارای نیمه عمر بالاتری است ولی بعلت انرژی کم پرتو کمتر به عنوان ردیاب استفـاده می شود و بیشتر بعنوان پرکننده چشمه های سیلد شده ویژه، استفاده می شود.  در چشمه های سیلدشده، آهن با روش الکتروپلتینگ (electroplating) تعبیه می شود.   برای کاهش مقدار خود جذبی لایه ای از کوچکترین ضخامت ممکن برای الکترولیز آماده می شود. پوشش آن نیز طبق نیازهای موجود طراحی می شود.

 

⁵⁹Fe

⁵⁹Fe با نیمه عمر6/45 روز  در صنعت بخصوص صنایع ریخته گری و نیز تحقیقات، برای نشاندار کردن آهن بکار می رود.  این ایزوتوپ با اکتیویته ویژه بالا در واکنش(n,ɣ)^, با استفاده از هدف غنی شده
 و یا بصورت  بدون حامل (carrier free) از واکنش Co (n, p)⁵⁹Fe ⁵⁹  قابل تهیه است.  عیب واکنش (n, p) این است که واکنش های رقابتی آن یعنی (n,ɣ) موجب پیدایش مقدار زیادیCo ⁶⁰ خواهد شد.

جداسازی ⁵⁹Fe و نیزتعیین دقیق میزان آلودگی Co ⁶⁰ در محصول بدلیل شباهت بسیار زیاد طیف گامای دو ایزوتوپ بسیار سخت است .

محصول نهایی که بصورت تجاری قابل عرضه است ⁵⁹Fe Cl₃ است.

محصول بدست آمده از هر دو روش بسیار گران است، لذا در برخی مطالعات از مخلوط ⁵⁹Fe و ⁵⁵Fe استفاده می شود که به مراتب ارزان تر هستند.

 

⁵⁸Co

در مطالعات ویژه ردیاب ها
 جایگزین مناسب  است بویژه هنگامیکه نیمه عمر کوتاهتـر برای نشاندار کردن کبالـت مد نظر باشد.  ایزوتـوپ بدون حامل از واکنش هسته ای  حاصل می شود. هم فوتون گامای  حاصل از نوکلئایــد  و هم پرتو نابودی ناشی از واپاشی پوزیترون با دقت کافی قابل آشکارسازی است.  علاوه بر آن،  نیمه عمر 3/71 روز امکان مطالعات بلند مدت را میسر می سازد. آماده سازی آن بصورت محلول نیترات و یا نمک کلراید     عرضه می شود.

 

⁶⁰Co

از ایزوتوپهای مصنوعی که بـه عنـوان چشمـه های پرتـوزا مـورد استفاده قرار می گیرند می توان را  نـام بـرد که دارای تاریخچه طولانی است و توجه خاصی به آن شده است. چندین چشمه پرتوزای بزرگ (که تجهیزات پرتودهی نامیده می شوند) با   با اکتیویته  تجهیز شده اند.

یکی از مهم ترین مزایای  که بر رادیوم ارجحیت یافته است سهولت ارزیابی نرخ دز و دقت بیشتر است.  علت آن نیز وجود دو انرژی گامای گسسته   کبالت رادیواکتیو است کـه در محاسبات باید لحاظ شود.  مقـدار ثابت دز آن برابر  است که  این مقدار برای رادیوم می باشد.

از واکنش (n,ɣ) تولید می شود.  هدف استفاده شده برای تولید چشمه های کوچکتر از آلیاژی با ترکیب  نیکل و کبالت تشکیل شده است.   بـرای ساخت چشمـه هـای بـا اکتیویته های بالاتر از فلز خالص کبالت استفاده می شود.  برای اکتیو نگهداشتن چشمه در کوچک ترین ابعاد ممکن باید مقدار اکتیویته ویژه در حد  باشد.

 

⁶⁴Cu

رادیو ایزوتوپ مس به طور عمـده در صنایـع الکتروپلتینگ  استفــاده می شود.  یکی از دو رادیو ایزوتوپ مفید مس که دارای نیمه عمر کوتاهتـری است  

است که به مشکل بدون حامل  از واکنشZn (n, p)⁶⁴Cu  ⁶⁴ یا با اکتیویته ویژه بالا از واکنش (n,ɣ) قابل تهیه است.

محصول بدون حامل با اثر زیلارد – چالمرز قابل دستیابی است. با این وجود بهره کم  این روش باعث کم اهمیت بودن روش شده است.  نوکلئاید، علاوه بر گاما و پرتو نابودی و  ساطع می کند که بسته به نوع تحقیقات ،آشکارسازی پرتوی موردنظر صورت می گیرد. آماده سازی ها ( محلول هیدروکلرواسید  یا فلز خالص  ) از خلوص بالایی برخوردارند و تنها شامل مقادیر کم آلودگی
 می باشند .