Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 29. 14 augusti 1948 - Framställning och användning av isotoper, av Yngve Axner
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
45<i
TEKNISK TIDSKRIFT
I Europa har större delen av de radioaktiva ämnena
hitintills ej varit tillgängliga. Endast för kort tid sedan blev
det tillåtet att från USA utföra radioaktiva ämnen
tillverkade i uranstapeln. Skandinavien har dock varit i
privilegierad ställning genom att så viktiga isotoper som P32,
Na34, K42 och Br82 redan före kriget kunde framställas i
cyklotronerna i Stockholm och Köpenhamn.
P^-prepa-raten från Forskningsinstitutet för Fysik har möjliggjort
en rad betydelsefulla undersökningar vid Södersjukhuset,
Wenner-Grens Institut, Karolinska Sjukhuset, Uppsala
Universitets gynekologiska avdelning samt andra institutioner
(G de Hévesy).
Framställning av radioaktiva isotoper
ur fysikalisk-teknisk synpunkt
För framställningen av radioaktiva isotoper använder
man neutroner, protoner, deutoner och alfapartiklar.
Reaktionsförloppet är följande: en utgångskärna och en
projektil bildar en kompoundkärna, som mycket hastigt
(■< 10~u s) sönderfaller i en produktkärna och en partikel
(eller gammakvantum). Ett villkor för att reaktionen skall
äga rum är att projektilen tränger in i utgångskärnan.
Laddade partiklar måste därvid övervinna en
potentialbarriär, varför de vanligtvis måste besitta stor energi.
Neutroner, som är oladdade, hindras ej av någon
potentialbarriär, varför även långsamma (termiska) neutroner kan
alstra kärnreaktioner. I vissa fall är utbytet störst med
långsamma neutroner, i andra åter med snabba. Orsaken
till att man ej alltid använder neutronreaktioner är att
man först måste alstra neutronerna med hjälp av laddade
partiklar (såvida man inte har tillgång till en uranreaktor),
varför neutronprocesser sålunda betyder en omväg. De
laddade partiklarna erhåller sin stora energi i olika typer
av acceleratorer.
De deuton-inducerade reaktionerna är de viktigaste,
emedan de ger det största utbytet (frånsett
neutronreaktionerna) . Totala utbytet är beroende av partikelenergin,
strömmen och bestrålningstiden. Sannolikheten för
in-fångning av en laddad partikel som funktion av energin
har ett platåliknande förlopp. Platågränsen för
d-inducerade reaktioner är för Na24 5 MeV; Cu 6,5 MeV och U 15
MeV. Hög kärnladdning (Z) betyder hög potentialbarriär
och följaktligen högt värde på den erforderliga
minimi-energin. Med Nobelinstitutets lilla cyklotron i Frescati
erhålles 6,5 MeV deutoner. Det betyder att d-inducerade
reaktioner erhålles med relativt gott utbyte upp till
koppar. För grundämnen med högre atomnummer är det
lämpligast att använda neutronbestrålning.
Vid beräkning av det verkliga utbytet måste hänsyn tas
till partiklarnas inträngningsdjup (tjockt mål). Utbytet
anges vanligen i millicurie per mikroamperetimme. Det
lönar sig inte att utsträcka bestrålningstiden över alltför
många halveringstider, emedan då lika många atomer
sönderfaller som nybildas.
Den nya cyklotronen i Frescati kommer att lämna 25—30
MeV deutoner. Då den ej är frekvensmodulerad, blir
strömstyrkan relativt hög. (H Atterling).
Framställning av radioaktiva isotoper ur kemisk synpunkt
Naturliga grundämnen är ofta isotopblandningar, varför
det vanligtvis vid bestrålning uppstår ett flertal radioaktiva
individer. Då vissa isotoper aktiveras mycket lättare än
andra, måste man alltid ta hänsyn titi den roll föroreningar
kan spela. Natrium är en vanlig förorening i kemikalier,
och då reaktionerna Na23 (d, p) Na21 och Na23 (n, y) Na24
båda ger mycket rikligt utbyte, får man ofta 15 h
aktiviteten hos Na24 som aktiv förorening. I de enklare fallen
blir den kemiska uppgiften därför ofta att rena produkten.
(d, p)-reaktioner, som ger samma slutresultat som
(n,y)-reaktioner, ändrar ej kärnladdningen. Man bestrålar
därför det grundämne, varav man vill ha en aktiv isotop.
Aktiv fosfor har länge utnyttjats av fysiologer och
biologer. Vid Nobelinstitutet brukar det framställas genom
bestrålning av P203. P32 utsänder ß- men icke y-partiklar
och har en halveringstid av 14 dagar. Vid bestrålning av
järnfosfid bildas samtidigt ur järnet Fe59, som utsänder
ß- och y-strålning. Isotopen, som har en halveringstid av
47 dagar, är mycket användbar. Aktivt natrium, Na24,
erhålles vid bestrålning av- exempelvis hydroxiden.
Exempel på en (d, n)-reaktion är framställningen av J331.
Kärnladdningen ökar vid bestrålningen med en enhet. Det
är möjligt att erhålla mycket höga specifika aktiviteter.
Det är emellertid vanligtvis nödvändigt att tillsätta en
"bärare" för att kunna handskas med ämnet. I fallet Jm
bestrålar man tellur, löser upp målet, tillför jod som
bärare och destillerar över all närvarande jod i något
organiskt lösningsmedel. J131, som är en ß- och y-strålare med
8 dagars halveringstid, erhålles som praktiskt taget enda
aktivitet.
Vätets tunga isotop, H2, deuterium, har länge använts som
spårsubstans. Även den radioaktiva isotopen H3, tritium,
har på senare tid kommit till användning. Den är en mjuk
/?-strålare med 30 års halveringstid. Tritium bildas ur
beryllium genom en (d, H3)-reaktion. Andra möjliga
framställningssätt är reaktionerna H2 + H2 —»• H3 + H1 och
Li6-f n —>- H3 + He4.
De radioaktiva kolisotoperna har två användbara
halveringstider, Cu 21 min och C14 5 000 år. Den förstnämnda
framställes genom reaktionen B10 (d, n) C11 och avger
energirik positronstrålning. C14 framställes genom
neutronbestrålning av kväve i form av ammoniumnitrat i reaktor
N14 (n, p) C14. C14 avger mjuk ß- och ingen y-strålning.
Aktivt svavel S35 avger /S-strålning och har 87 dagars
halveringstid. Den framställes vanligen genom
neutronbestrålning av koltetraklorid, Cl33 (n, p) S35.
(n, 7)-reaktioner spelar den största rollen vid
framställning av aktiva isotoper av högre element. Då man inte
erhåller något nytt grundämne, kan separation av
aktiviteten från huvudmassan icke ske på vanligt sätt. Stor
nytta har man därför av ett speciellt kärnkemiskt
konstgrepp som efter uppfinnarna brukar kallas
Szilard—Chalmers reaktion. Det atomslag, vars kärnor skall aktiveras,
inbygges i en organisk molekyl eller komplexförening.
Sedan en neutron infångats övergår kärnan i sitt
grundtillstånd under utsändande av ett y-kvantum. Den får
därvid så stor rekyl att den kemiska bindningen brytes. De
fria aktiva atomerna kan med lämpliga metoder
extraheras. Exempel på sådana reaktioner är framställning av
J128 ur etyljodid och arsenik ur kakodylsyra.
Vid kärnklyvning bildas en rad aktiva isotoper fr.o.m.
zink t.o.m. gadolinium. Bland dessa finns en rad på annan
väg oåtkomliga isotoper. De olika grundämnena avskiljes
på kemisk väg. Svårextraherade isotoper kan numera på
ett tillfredsställande sätt separeras med jonbytare (L
Melander) .
Metoder att bygga in indikatorer
i organiska föreningar
De utgångsmaterial, som står till förfogande för
organiska synteser, där det gäller att koppla in isotopmärkta
kolatomer, är den stabila C13 i form av NaC^N och den
radioaktiva C14 i form av BaC1403. Av använda metoder
lämnas här ett par typexempel.
Utgångsmaterial NaClsN
1. Märkning i slutet av kolkedja kan ske med
konventionellt överförande av en alkylhalogenid med NaC13N till
alkylcyanid
C.HgJ + NaC^N —> C^HgC^N + NaJ
varefter följande reaktioner kan göras
TT r> i
C4HgCxN CtHgCxOOH
2 H2
+ HONO
C4HgCxH2NH2-+ C4HgCxH2OH
2. Bildning av metylgrupp C^Hg—. NaC^N reduceras med
CrCL eller katalytiskt till CXH3NH2, metylamin, som med
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
