稳定核素分离

稳定核素包括没有放射性 （严格地说是目前尚未发现放射性）的核素和半衰期>10⁹年的放射性核素。在91种天然元素中，有的只有一种稳定核素，但大多数元素有2种以上稳定核素，一些重元素则只有放射性核素。天然存在的稳定核素共有285种。利用若干种分离方法，迄今已制备了超过250种浓缩稳定核素。
浓缩稳定核素可作为示踪剂、稀释剂或制备高比放射性的放射性核素的原料。浓缩稳定核素在生理、生化、病理和药理等方面的应用已有几十年历史，近十年来发展特别快，在临床诊断甚至治疗方面也已显示出广阔的前景。
同位素分离方法 同位素分离就是用物理、化学方法使某一元素的各个同位素的相对丰度发生改变，以获得浓缩的稳定核素。一些重元素的天然放射性核素也是用同位素分离方法制备的，如235U等。自1912年发现同位素以后，即开始研究同位素分离方法。40～50年代为了发展核能和核武器，建立了大型分离工厂生产235U、6Li和重水等，之后相继发展了许多种分离方法，按其工作原理大体分类如下：
(1)利用同位素质量不同：
❶直接法： 利用外力场的作用。如电磁法(○)^*、离心法(○)。
❷间接法： 利用分子动力学性质的差异。如气体扩散法(○)、热扩散法(○)、喷嘴法(△)、电泳法、分子蒸馏法、生物法。
* ○——表示已是成熟的方法

△——表示正在研究，有发展前途
(2)利用零点能不同：
❶利用热力学性质的差别： 如精馏法(○)、化学交换法(○)、离子交换法(△)、气相层析法、萃取法、气-液吸收法、4He超漏法。
❷利用化学反应动力学性质不同： 如电解法。
(3)利用原子能级不同：
❶利用选择性激发原子的化学反应特异性：如光化学法(○)、激光化学法(△)。
❷利用激光电离几率的差异： 如二步光电离法。
(4)利用核自旋不同： 如核磁共振法。
同位素分离方法的技术指标 有以下几点。
(1)基本分离系数α: 同位素在经过一个分离级或分离单元之前和之后其相对丰度的变化，用α表示。这是衡量某种分离方法有效性的主要判据。

α=R/R₀

式中，R0为分离前某同位素相对丰度，R为分离后某同位素相对丰度。α必须>1，越大越好。电磁法、光化学法、激光法等α较大，经过一个或几个分离级即可获得较高丰度的浓缩同位素。而其他方法α稍>1，必须许多分离级或分离单元按“级联理论”连接起来，才能获得高丰度的浓缩同位素。
用甲烷的热扩散法，可以分出99%原子的13C。15N多用化学交换法来浓缩，常用的交换反应有：

(2)产量Y: 大型分离工厂年产若干吨，如铀扩散工厂、重水工厂，小规模的装置年产克到公斤级。规模大小主要决定于需要量和各种方法的特点。
(3)物料滞留量H: 一个分离装置要投入一定量的物料才能连续工作，一边取出产品，一边补充原料。在大型分离工厂中，这种滞留量达若干吨。
(4)平衡时间T: 一个分离装置从启动到开始取出一定丰度的浓缩产品，要经过一段平衡过程。有些分离方法的平衡时间长达几周甚至几个月，规模大者尤其长，而电磁法和激光分离法等的平衡时间几乎是零。
此外还要考虑效率、消耗等指标，一般来说，各种方法的效率都比较低，消耗原料和能源较多，但对每种具体稳定核素来说，通常都有一、二种比较可取的方法。