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技術(shù)文章

放射性測量方法

2008/12/5 13:33:00

放射性同位素發(fā)出的射線與物質(zhì)相互作用,會(huì)直接或間接地產(chǎn)生電離和激發(fā)等效應(yīng),利用這些效應(yīng),可以探測放射性的存在、放射性同位素的性質(zhì)和強(qiáng)度。用來記錄各種射線的數(shù)目,測量射線強(qiáng)度,分析射線能量的儀器統(tǒng)稱為探測器(probe)。測量射線有各種不同的儀器和方法,正如麥凱在1953年所說:每當(dāng)物理學(xué)家觀察到一種由原子粒子引起的新效應(yīng),他都試圖利用這種新效應(yīng)制成一種探測器。一般將探測器分為兩大類,一是徑跡型探測器,如照像乳膠、云室、氣泡室、火花室、電介質(zhì)粒子探測器和光色探測器等,它們主要用于高能粒子物理研究領(lǐng)域。二是信號型探測器,包括電離計(jì)數(shù)器,正比計(jì)數(shù)器,蓋革計(jì)數(shù)管,閃爍計(jì)數(shù)器,半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器和契倫科夫計(jì)數(shù)器等,這些信號型探測器在低能核物理、輻射化學(xué)、生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)以及地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域越來越得到廣泛地應(yīng)用,尤其是閃爍計(jì)數(shù)器是生物化學(xué)和分子生物學(xué)研究中的必備儀器之一。
一、閃爍型探測器

1.
探測原理
  閃爍型探測器由閃爍體,光電倍增管,電源和放大器-分析器-定標(biāo)器系統(tǒng)組成,現(xiàn)代閃爍探測器往往配備有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來處理測量結(jié)果。當(dāng)射線通過閃爍體時(shí),閃爍體被射線電離、激發(fā),并發(fā)出一定波長的光,這些光子射到光電倍增管的光陰極上發(fā)生光電效應(yīng)而釋放出電子,電子流經(jīng)電倍增管多級陰極線路逐級放大后或?yàn)殡娒}沖,輸入電子線路部分,而后由定標(biāo)器記錄下來。光陰極產(chǎn)生的電子數(shù)量與照射到它上面的光子數(shù)量成正比例,即放射性同位素的量越多,在閃爍體上引起閃光次數(shù)就越多,從而儀器記錄的脈沖次數(shù)就越多。測量的結(jié)果可用計(jì)數(shù)率,即射線每分鐘的計(jì)數(shù)次數(shù)(簡寫為cpm)表示,現(xiàn)代計(jì)數(shù)裝置通?梢酝瑫r(shí)給出衰變率,即射線每分鐘的衰變次數(shù)(簡寫dpm)、計(jì)數(shù)效率(E)、測量誤差等數(shù)據(jù),閃爍探測器是近幾年來發(fā)展較快,應(yīng)用最廣泛的核探測器,它的核心結(jié)構(gòu)之一是閃爍體。閃爍體在很大程度上決定了一臺(tái)計(jì)數(shù)器的質(zhì)量。
2.
閃爍體
  閃爍體是一類能吸收能量,并能在大約一微秒或更短的時(shí)間內(nèi)把所吸收的一部分能量以光的形式再發(fā)射出來的物質(zhì)。閃爍體分為無機(jī)閃爍體和有機(jī)閃爍體兩大類,閃爍體必需具備的性能是:對自身發(fā)射的光子應(yīng)是高度透明的。閃爍體吸收它自己發(fā)射的一部分光子所占的比例隨閃爍材料而變化。無機(jī)閃爍體[NalTl,ZnSAg]幾乎是100%透明的,有機(jī)閃爍體(如蒽,塑料閃爍體,液體閃爍體)一般來說透明性較差,F(xiàn)在常使用的幾種閃爍體是:無機(jī)晶體,主要是含雜質(zhì)或不含雜質(zhì)的堿金屬碘化物;有機(jī)晶體,在都是未取代的或取代的芳香碳?xì)浠衔铮?SPAN lang=EN-US>⑶
液態(tài)的有機(jī)溶液,即液體閃爍體;塑料溶液中的有機(jī)溶液,即固溶閃爍體。
3.
光電倍增管
  它是閃爍探測器的最重要部件之一。其組成成份是光陰極和倍增電極,光陰極的作用是將閃爍體的光信號轉(zhuǎn)換成電信號,倍增電極則充當(dāng)一個(gè)放大倍數(shù)大于106的放大器,光陰極上產(chǎn)生的電子經(jīng)加速作用飛到倍增電極上,每個(gè)倍增電極上均發(fā)生電子的倍增現(xiàn)象,倍增極的培增系數(shù)與所加電壓成正比例,所以光電倍增管的供電電源必須非常穩(wěn)定,保證倍增系數(shù)的變化最小,在沒有入射的射線時(shí),光電倍增管自身由于熱發(fā)射而產(chǎn)生的電子倍增稱為暗電流。用光電倍增管探測低能核輻射時(shí),必須減小暗電流。保持測量空間環(huán)境內(nèi)較低的室溫,是減小光電倍培管暗電流的有效方法。
二、晶體閃爍計(jì)數(shù)(crystal scintillation counting
1.
探測原理
  γ射線不同于αβ粒子,它類似于光和其它電磁輻射,在與物質(zhì)作用時(shí)不直接產(chǎn)生電離,而是按下述三種機(jī)制之一被吸收:光電效應(yīng),康譜頓效應(yīng)和生成電子對。在光電效應(yīng)中,每個(gè)光子將保持它的全部能量直到與吸收物質(zhì)內(nèi)原子的一個(gè)軌道電子相互作用為止。在此過程中,光子把全部能量給予電子,電子以高速度射出,光子就不再存在,發(fā)射出的電子稱為光電子,光電子按β粒子同樣的方式,將其能量電離,其它原子則消耗掉。在康普頓效應(yīng)中,能量為hv的入射γ光子,與吸收物質(zhì)內(nèi)原子的一個(gè)軌道電子相互作用。在該過程中,光子把它的能量給予軌道電子,使電子射出,隨后帶有較小能量hv''的光子按能量和動(dòng)量兩者都守恒的形式被散射。射出的電子稱為反沖電子,又叫康普頓電子。康普頓電子象光電效應(yīng)中的情況一樣,按與β粒子相同的方式消散它的能量,散射光子進(jìn)一步通過光電或康普頓過程被吸收。電子對生成時(shí),某些入射光子能量按照愛因斯坦方程轉(zhuǎn)化為質(zhì)量:Emc2 式中Eer(樂格)表示的能量,m為以g表示的質(zhì)量,c為光速,以cms為單位,入射的γ光子在吸收物質(zhì)的一個(gè)原子的核場中以一種未知的方式湮滅,隨后產(chǎn)生兩個(gè)粒子,一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電子,正電子只存在一個(gè)很短的時(shí)間,一旦它減慢,它就被吸收物質(zhì)中的一個(gè)電子所中和,這一湮滅過程導(dǎo)致一對γ光子的產(chǎn)生,其每一個(gè)光子能量為0.51MeV,最終通過光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)吸收。γ射線由于沒有質(zhì)量,具有很強(qiáng)的穿透性,而且最易被高電子密度的物質(zhì)所吸收,如鉛。具有高原子序數(shù)Z的原子直接與高電子密度有關(guān)。就探測器而言,某些無機(jī)鹽能有效地吸收γ光子,發(fā)射出強(qiáng)度正比于所吸收γ射線能量的光子。例如,鉈激活的碘化鈉,由于碘原子的原子序數(shù)Z高,并且有較高的密度(比重3.67),而且每吸收單位能量的光子產(chǎn)額高,晶體的光透性也好,用來探測γ射線,效率較高。
2.
探測裝置
  一個(gè)供探測γ光子用的固體晶體裝置包括一個(gè)密閉的鉈激活碘化鈉晶體,安放在光電倍增管的表面上。密閉的晶體上是一塊固態(tài)圓筒狀的鉈激活碘化鈉,其頂部和四周都是用鋁層包裹以避免光和濕氣,因?yàn)榈饣c晶體易吸潮,為改善反射性,碘化鈉晶體用一玻璃片密封,并同光電倍增管的表面直接接觸,其間加些硅油以達(dá)到光學(xué)匹配,整個(gè)裝置是不透光的。γ射線易于穿透晶體外表的鋁層,然后被高效的晶體所吸收,晶體發(fā)射出其能量與入射γ射線能量成比例的可見光。接著,光電倍增管將可見光能量轉(zhuǎn)換為電脈沖,各種能量轉(zhuǎn)換過程(即從γ光子發(fā)射直到產(chǎn)生一個(gè)電脈沖)成比例的性質(zhì),以及γ光子的吸收性質(zhì),保證γ放射性同位素可通過晶體閃爍得以計(jì)數(shù),并定量。晶體γ計(jì)數(shù)器通常設(shè)計(jì)成既能有效地探測光電效應(yīng),又能有效地探測康普頓效應(yīng)。但探測效應(yīng)隨著光子能量的增大而減小,對于大多數(shù)市售γ計(jì)數(shù)器所用碘化鈉晶體的尺寸來說,光電效應(yīng)在低光子能量,例如在低于400keV時(shí)占主要地位,而在1MeV附近即以康普頓效應(yīng)為主。在這兩種能量之間,兩種效應(yīng)幾乎以相等的頻率發(fā)生,由于所用的晶體尺寸較小,難以探測到電子對的生成。另外,在塑料溶劑(如聚乙烯甲苯)中加入閃爍體(如POPOPTP),做成片狀,可用來探測能量較高的β射線,如32P放出的1.71MeV的高能量β射線。最早使用的硫化鋅晶體較薄,內(nèi)含微量的微量的銀作為激活劑,可用來探測α射線。
3.
晶體閃爍計(jì)數(shù)的定性、定量分析
  放射性同位素鉻主要按電子俘獲方式衰變,其半衰期為27.8天,由于電子俘獲,原子的原子序數(shù)減少1,因而變成一種釩的同位素,按電子俘獲方式衰變至基態(tài)釩發(fā)生的頻率為91%,并導(dǎo)致隨后發(fā)射-5keV的弱X射線,此X射線一般難以探測,因?yàn)閺臉悠分谐鰜淼?SPAN lang=EN-US> X射線在其能穿入碘化鈉晶體之前已被吸收掉了。51Cr9%的機(jī)會(huì)通過電子俘獲衰變到釩的一種受激核態(tài),并立刻通過發(fā)射-320keVγ射線衰變至穩(wěn)定的基態(tài),這種γ射線易于探測。用晶體閃爍計(jì)數(shù)器來觀察51Cr,在320keV處觀察到一個(gè)尖銳的峰,稱為光電峰,這是γ光子能量以光電效應(yīng)損耗的結(jié)果,但并非所有能量都以此過程損耗,所以在較低能量時(shí)光子能量由于康普頓效應(yīng)損耗而出現(xiàn)一連串較寬不明顯的峰,從光電峰下到谷的對側(cè)稱為康普頓邊緣。能量低于康普頓區(qū)的擴(kuò)散峰,是由于γ射線對吸收物質(zhì)的反散射引起的,散射光子的能量低。各種γ射線放射性同位素都有其特征的光電峰,利用特征光電峰,可對各種γ射線放射性同位素進(jìn)行定性和鑒別。對各種樣品的γ射線計(jì)數(shù)測量是將測得的計(jì)數(shù)率與總放射性強(qiáng)度或標(biāo)準(zhǔn)源的計(jì)數(shù)率進(jìn)行比較,可以算出樣品放射性占總放射性或標(biāo)準(zhǔn)源的百分比,從而獲得樣品放射性強(qiáng)度。
4.
儀器性能的評價(jià)
  晶體閃爍計(jì)數(shù)器現(xiàn)在基本都做成井型或圓柱型,用碘化鈉(鉈)作為閃爍體,探測γ射線,所以又把探測γ射線的晶體閃爍計(jì)數(shù)器稱為 γ計(jì)數(shù)器(γcounte-r)。γ計(jì)數(shù)器的性能一般是根據(jù)其對137Cs662keV光電峰的分辯能力而加以比較的,探測系統(tǒng)的分辯率是一光電峰展寬程度的量度,定義為最大峰高的一半處的峰寬度(用keV為單位)除以該光電峰的最大脈沖高度(用keV為單位)再乘以100。如果光電倍增管工作在最佳狀態(tài)時(shí),分辯率能達(dá)到7%。但是,通常的井形晶體計(jì)數(shù)器由于光學(xué)性質(zhì)較差,其分辯率也較差,其分辯率值約為12%。γ射線能量越高,光電峰的分辯率也會(huì)有所改善。
三、液體閃爍計(jì)數(shù)(Liquifd scintillation counting
  液體閃爍計(jì)數(shù)所用的閃爍體是液態(tài),即將閃爍體溶解在適當(dāng)?shù)娜芤褐,配制成為閃爍液,并將待測放射性物質(zhì)放在閃爍液中進(jìn)行測量。應(yīng)用液體閃爍計(jì)數(shù)可達(dá)到立體角的優(yōu)越幾何測量條件,而且源的自吸收也可以忽略,對于能量低,射程短、易被空氣和其它物質(zhì)吸收的α射線和低能β射線(如3H14C),有較高的探測效率,液體閃爍計(jì)數(shù)器是α射線和低能β射線的首選測量儀器。
1.
探測機(jī)理
  閃爍液產(chǎn)生光子的過程是,從放射源發(fā)出的射線能理,首先被溶劑分子吸收,使溶劑分子激發(fā)。這種激發(fā)能量在溶劑內(nèi)傳播時(shí),即傳遞給閃爍體(溶質(zhì)),引起閃爍體分子的激發(fā),當(dāng)閃爍體分子回到基態(tài)時(shí)就發(fā)射出光子,該光子透過透明的閃閃爍液及樣品的瓶壁,被光電倍增管的光陰極接收,繼而產(chǎn)生光電子并通過光電倍增管的倍增管的位增極放大,然后被陽極接收形成電脈沖,完成了放射能光能電能的轉(zhuǎn)換。
2.
閃爍液
  液體閃爍計(jì)數(shù)系統(tǒng)作用的閃爍溶液,是指閃爍瓶中除放射性被測樣品之外的其它組分,主要是有機(jī)溶劑和溶質(zhì)(閃爍體),有時(shí)為了樣品的制備或提高計(jì)數(shù)效率的需要,還加入其它添加劑。溶劑:從β源放射β射線到發(fā)射能被肖陰極接收的光婦的這一系列能量轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)中,能量轉(zhuǎn)移效率是很低的,只有少部分放射能量被利用來發(fā)射光子,其中放射源與溶劑之間,能量轉(zhuǎn)移效率大約為510%。對溶劑的選擇,主要視其對閃爍體的溶介度和將放射能轉(zhuǎn)移給閃爍體的效率而定。如果以一定濃度的閃爍體在甲苯溶液中產(chǎn)生的脈沖高度為100%,那么,凡能產(chǎn)生80%以上的脈沖高度的都定為溶劑,能使脈沖高度隨其濃度上升而逐漸減小的稱為稀釋液,而在濃度很低時(shí)就能引起脈沖高度顯著下降的叫淬滅劑。在液體閃爍計(jì)數(shù)系統(tǒng)中,一個(gè)好的溶劑應(yīng)滿足下列條件:對閃爍體的溶介度高;對放射源的轉(zhuǎn)移效率高;對閃爍發(fā)射的光子透明度高;在無論有無助溶劑的幫助下都可以溶介放射性樣品;在計(jì)數(shù)器的工作溫度下來結(jié)冰;能夠形成均相的測量溶液。一般認(rèn)為,烷基苯是最好的溶劑,如甲苯,二甲苯。此外,苯甲醚也是比較好的溶劑。另外,對于含水量較多的樣品,采用1,4-二氧不作為溶劑,因?yàn)樵撚袡C(jī)化合物的極性較大,既能很好地溶介閃爍體又可溶介含水量較多的樣品,能改善計(jì)數(shù)效率,缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,冰點(diǎn)高,久放后產(chǎn)生淬滅作用很強(qiáng)的過氧化物,必須經(jīng)純化才能使用,并應(yīng)加入 0.001%的二乙基二硫代氨基甲酸鈉或丁基氫氧基甲苯(BHT),
以抑制純化的二氧六環(huán)變質(zhì)。溶劑在閃爍溶液中約占99%,因此,它的純度對閃爍液的品質(zhì)是很大的影響因素。溶劑中不發(fā)光的雜質(zhì)、氧和水的含量多少,都關(guān)系到淬滅程度。原則上講,溶劑應(yīng)具有閃爍純,即不含或很少含有影響閃爍計(jì)數(shù)的淬滅成分。實(shí)際證明,分析純試劑可以不經(jīng)純化而直接使用。
閃爍液:在液體閃爍計(jì)數(shù)系統(tǒng)中,閃爍體又稱熒光體,是閃爍液的溶質(zhì),它的很多,根據(jù)其熒光特性及作用,可分為兩類,即第一閃爍和第二閃爍體。
第一閃爍體:(初級閃爍體):常用的第一閃爍體:對聯(lián)三苯(TP):化學(xué)結(jié)構(gòu) 它是最早使用的閃爍體之一。它的計(jì)數(shù)率高,價(jià)格比較便宜,但是,在低溫或含水溶液介度不高。2,5-二苯惡唑(PPO):化學(xué)結(jié)構(gòu) 它是目前普遍使用的閃爍體,能很好地溶介在常用的溶劑中,在含水的情況下也是如此,在甲苯中的溶介度達(dá)200/升以上。它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,價(jià)格也較便宜。但是,它的最大缺點(diǎn)是有明顯的濃度淬滅(自身淬滅),即隨著PPO在溶劑中的濃度升高,計(jì)數(shù)效率下降。2-苯基-5-(4-二苯基)-1,3,4惡唑(PBD):化學(xué)結(jié)構(gòu)為 它是已知的最有效的閃爍體之一。比PPO能耐受濃度淬滅,但是,它的溶介度低,尤其是在低溫和含水樣品存在時(shí),溶介度下降更快,而且用量比PPO多兩倍,價(jià)格昂貴。2-4-t-丁基苯基)-5-4-二苯基)-1,3,4,惡二唑(丁基-PBD):化學(xué)結(jié)構(gòu)為 它的溶介度比PBD高,其最大優(yōu)點(diǎn)對化學(xué)淬滅和顏色淬滅不敏感,因此,可以獲得較高的計(jì)數(shù)效率。第二閃爍體(次級閃爍體):第二閃爍體的主要功能是吸收第一閃爍體發(fā)射的光子后,再在較長的波段上重新發(fā)射出熒光來,并能增加光子的產(chǎn)額。在高濃度下第二閃爍體起著一部分與第一閃爍體相同的作用(即接受激發(fā)溶劑分子的的退激能量,并發(fā)出熒光),此外,它還能與淬滅因子競爭,從而減少了第一閃爍被淬滅的程度。在下列一種或一種以上的情況下,必須在閃爍液中加入第二閃爍體:a. 樣品中含有直接淬滅第一閃爍體的化合物;b. 第一閃爍體濃度太高而引起強(qiáng)烈的自身淬滅,且發(fā)射的光譜范圍與光電倍增管光陰及不匹配;c. 計(jì)數(shù)器的光電倍增管光陰極對于較長波長的光譜響應(yīng)比較好;d. 測量的樣品在近紫外區(qū)有明顯的吸收。
  常用的第二閃爍體有:1,4,25苯基惡唑)苯(POPOP)它的溶介度小,在甲苯系統(tǒng)為1.2/升,在二氧六環(huán)中為1.5/升。溶介速度慢,通常需加熱促其溶介,它是目前普遍使用的第二閃爍體。1,424-甲基-5-苯基惡唑基)-苯(DMPOPOP):它的溶介度比POPOP大,在甲苯系列內(nèi)為2.3/升,在二氧六環(huán)內(nèi)是0.8/升,溶介速度也快,但沒有POPOP的計(jì)數(shù)效率高,且需要較高的使用濃度。 此外,還有對-雙(0-甲基苯乙稀基)苯,(雙-MSB)和2-4''-二聯(lián)苯基)-6-苯基苯并惡唑(PBBO),幾種常用的初級閃爍體的熒光波長在34603800埃之間,而Cs-sb型光陰極的最大光譜響應(yīng)波長為4000埃左右。因此,對于Cs-Sb材料的光陰極,僅用初級閃爍體不能很好地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移,計(jì)數(shù)效率很低,加入次級閃爍體后發(fā)射光譜波長增加到41804300埃,使其與Cs-Sb型光陰的光譜響應(yīng)得到改善,能量轉(zhuǎn)移較好,計(jì)數(shù)效率提高。Cs-K-Sb型是雙堿型光電倍增管,它的最大光譜響應(yīng)波長比Cs-Sb型短。因此,不用次級閃爍體也可以有較好的計(jì)數(shù)效率。但是,考慮到次級體和其它功用,通常在實(shí)際工作中,往往都要使用次級閃爍體。
  閃爍液中除了溶劑,閃爍體之外,有時(shí)還添加一些其它成分。為了增加閃爍液對含水樣品的溶解能力,需加入助溶劑;為了改善計(jì)數(shù)效率,則加入抗淬滅劑。甲苯、二甲苯等有機(jī)溶劑極性很小,對水的溶介能力較差。當(dāng)樣品含水較多時(shí),即使樣品體積不大,也很難和甲苯中二甲苯互溶為透明的均相學(xué)府。有時(shí)樣品的含水量雖然不大,但它的放射性水平很低,為了在較短的測量時(shí)間獲得符合統(tǒng)計(jì)誤差要求的計(jì)數(shù)往往需要增加樣品的體積,這就等于增加了含水量,這樣的樣品也不能很好地和甲苯或二甲苯互溶,為此,要加入一定量的極性較大的有機(jī)溶劑,如甲醇,乙醇,乙二醇乙醚等,這些溶劑在非極性溶劑和水分子之間起著橋梁作用,既能和甲苯、二甲苯互溶,又能和水互溶,達(dá)到增加含水樣品在閃爍液內(nèi)的溶解度的目的,所以稱之為助溶劑。\par 助溶劑的淬滅作用較大要限制其用量,因而,可容納的含水量也是有限的。其中乙二醇乙醚的極性大且學(xué)淬滅作用小,是常用的助溶劑。抗淬滅劑通常用在對含水量很大的樣品測量或采用二氧六環(huán)作溶劑時(shí),因?yàn)檫@種閃爍液淬滅作用大,為改善計(jì)數(shù)效率,加入抗淬滅劑萘是十分重要的。萘也是一種熒光物質(zhì),它可以抵消一部分淬滅作用,但是萘不能和對聯(lián)三苯合用,尤其是在甲苯、二甲苯溶劑中,否則計(jì)數(shù)效率很低。液體閃爍計(jì)數(shù)器中,閃爍液的最佳體積可以在一定范圍內(nèi)有所變化,吸要能獲得較高的計(jì)數(shù)效率,就應(yīng)該采用較少的體積,尤其對于3H樣品來說,較小體積的閃爍液還可以減少本底計(jì)數(shù)(大約0.5cpmml閃爍液),減少樣品的自吸收。如果當(dāng)樣品中含有淬滅劑成分時(shí),增加閃爍液的體積,可以經(jīng)稀釋作用來減少淬滅。
3.
探測裝置
  在液體閃爍計(jì)數(shù)中引用非常靈敏的光電倍增管,對于探測穿透力低的α射線和低能量的β射線(如3H14C等)是極為重要的。使用一個(gè)光電倍增管的單光電倍增管液體閃爍計(jì)數(shù)器,由于電倍增管的熱噪聲及樣品受光照射后發(fā)出的磷光,會(huì)有較高的本底計(jì)數(shù),探測效率也較低。使用兩個(gè)性能指標(biāo)大致相同的光電倍增管,并和符合電路相連接,做成雙管符合型液體閃爍計(jì)數(shù)器,符合電路只能通過由兩只倍增管同時(shí)產(chǎn)生的信號,因而只有當(dāng)兩只光電倍增管在符合電路分辯時(shí)間內(nèi)同時(shí)觀察到的信號才被記錄下來,而由熱噪聲或磷光產(chǎn)生的隨機(jī)脈沖則被扣除掉,有效地降低儀器本底,提高了探測效率,系統(tǒng)探測效率可在50%以上。在液體閃爍計(jì)數(shù)系統(tǒng)中,光電倍增管陽極形成脈沖電壓的大小,與陽極一次收集的電子數(shù)成線性關(guān)系。在光電倍增管放大倍數(shù)不變的情況下(取決于高壓的穩(wěn)定性),光陰極產(chǎn)生的光電子越多,最后到達(dá)陽極的電子數(shù)也越多,而光電子數(shù)取決于光子數(shù)。在正常情況下,閃爍劑分子釋放的光子數(shù)與放射性同位素衰變時(shí)產(chǎn)生的β射線能量成正比關(guān)系。由于放射能在傳遞和能量轉(zhuǎn)換途中,或多或少地要發(fā)生能量消耗,因此,放射能和發(fā)射的光子數(shù)之間近似地成線性關(guān)系。這說明液體閃爍計(jì)能夠作能譜研究,以分析不同能量的放射性同位素,達(dá)到定性目的。例如,3H14C
雙標(biāo)記樣品,可通過雙道液體閃爍計(jì)數(shù)器同時(shí)測定。陽極在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓的數(shù)量,與閃爍瓶內(nèi)放射性同位素的多少以及同位素衰變率成線性關(guān)系,與樣品內(nèi)的放射性強(qiáng)度成正比,這是液體閃爍測量的定量基礎(chǔ)。例如,在知道液體閃爍計(jì)數(shù)器探測效率的前提下,通過對某種放射性樣品進(jìn)行測定,可以求得該樣品中的放射性強(qiáng)度為多少微居里或多少貝柯勒爾。

4.
雙標(biāo)記同位素測量的應(yīng)用
   液體閃爍計(jì)數(shù)器特點(diǎn)之一是能作雙同位素分析,配備兩個(gè)或三個(gè)以上獨(dú)立的脈沖高度分析器的多道裝置,并具有脈沖相加和線性門裝置,在每種同位素的最佳計(jì)數(shù)條件下同時(shí)測量它們,就能區(qū)分發(fā)射不同能量的同位素,假定有一個(gè)含有3H14C的樣品,我們將儀器中脈沖高度分析器多道裝置中的道1調(diào)3H的平衡點(diǎn)(最佳工作條件),道2調(diào)在14c的平衡點(diǎn)。3H和14C標(biāo)準(zhǔn)樣品溶解的在同樣的溶劑中,并采用與實(shí)驗(yàn)樣品相同的閃爍體,首先測量空白樣品,然后對實(shí)驗(yàn)樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行計(jì)數(shù)。
  為了使雙標(biāo)記測量獲得成功,兩種放射性同位素的β譜必須要有足夠的差異來滿足脈沖高度分析所要求的分離。在兩種同位素能譜過于接近的情況下,例如14C和35S,必須首先對它們進(jìn)行同位素的化學(xué)分離,然后再分別計(jì)數(shù)。在雙標(biāo)記測量中,較常用的成對同位素有3H14C、3H35S3H32P14C32P等?傊陔p同位素標(biāo)記的測量中,要滿足下述兩個(gè)條件:第一,較高能量的同位素盡量能夠在不受較低能量同位素干擾的條件下進(jìn)行計(jì)數(shù);第二,選擇一個(gè)最佳條件,以對雙標(biāo)記樣品中較低能量的同位素能進(jìn)行計(jì)數(shù)。
5.
液體閃爍計(jì)數(shù)樣品的制備
   流體閃爍測量的櫚制備是很重要的操作,操作的成功與否,直接影響到計(jì)數(shù)效率。樣品制備方法的選擇要考慮以下四個(gè)因素:所測樣品的物理和化學(xué)特性,決定所用閃爍液類型和決定是否需要將樣品轉(zhuǎn)化為更適于測量的形式;樣品所含的同位素的種類,對于含3H的樣品要更加注意;預(yù)計(jì)的放射性水平,在樣品的放射性強(qiáng)度低時(shí),要求的制備方法比較嚴(yán)格;制備過程的經(jīng)濟(jì)和方便,尤其在樣品數(shù)量多的更為重要。其一般原則是必須使所制備的樣品的放射性,能在一個(gè)短的測量時(shí)間達(dá)到適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)學(xué)準(zhǔn)度,最關(guān)鍵的是要求樣品制備過程中,盡可能地減少淬滅因素。
均相樣品的制備
  脂溶性樣品可直接加入甲苯、二甲苯系統(tǒng)的閃爍液,含水量小于3%的樣品,仍應(yīng)用甲苯、二甲苯系統(tǒng)的閃爍液,但需加入乙醇或甲醇或乙二醇乙醚等極性溶劑助溶,助溶劑與甲苯的比例通常為3:7。必需時(shí)加抵消部分淬滅作用,提高計(jì)數(shù)效率,含水量再大時(shí),最好采用100毫升乙二醇乙醚。20毫升乙二醇,8PPO,500毫克POPOP,150萘,最后用二氧六環(huán)加到1的閃爍液配方,此配方容納水量大,效率好相當(dāng)高,但需注意二氧六環(huán)易形成過氧化物,會(huì)導(dǎo)致化學(xué)發(fā)光的進(jìn)行,所以應(yīng)在避光條件下貯存,或者在貯存期間加入鋅;蚱渌寡趸瘎┮郧宄^氧化物。
非均相樣品的制備
乳狀液計(jì)數(shù):表面活化合物Triton X-100是廣泛應(yīng)用的乳化劑,其化學(xué)結(jié)構(gòu)式: 它的親水端吸引水和其它極性分子,疏水端吸引甲苯等非極性分子。乳狀液的物理性能隨著水分的增加而改變。當(dāng)甲苯閃爍液與Triton X-1002:1vv)組成的配方時(shí),樣品水分在15%以下的乳狀液是透明的;隨著水分的增加,就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同的相,分相的乳狀液不穩(wěn)定,不能用于測量;水分繼續(xù)增加,就形成穩(wěn)定的乳狀液,此時(shí)液體是透明的或不透明的。乳狀液的分相與溫度有關(guān),在溫度由17℃開始下降時(shí),計(jì)數(shù)效率線性地增加約10%,到40℃之間為最大值,溫度再低,計(jì)數(shù)效率不再增加,通常把乳狀液首先加熱到40℃,然后在無振蕩的情況下冷卻,在4℃保持24小時(shí)。溶質(zhì)在有機(jī)相和水相之間的不同分布是決定乳狀測量計(jì)數(shù)效率的關(guān)鍵,乳狀液測量的效率有時(shí)會(huì)比均相測量更高,這是因?yàn)榇銣缥镔|(zhì)主要保留在水相中而不影響在有機(jī)相中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移過程。在均相溶液中,系統(tǒng)中所有的成人的成份都密切地相互接觸,所以任何一個(gè)淬滅作用都能表現(xiàn)出來。
懸浮液測量:對于在甲苯等為基礎(chǔ)的閃爍液中溶解度極低的無機(jī)鹽等樣品,可采用凝膠技術(shù)成懸浮測量液。樣品經(jīng)初步處理后,制成相同大小的顆粒,然后在含有凝膠劑的系統(tǒng)中做成懸浮液。對于懸浮液測量,下列要求是必須的:固體物質(zhì)要很好地粉碎,并要求是白色或無色的均勻粉狀顆粒,以避免光的吸收;要求樣品確實(shí)不溶于閃爍液,否則溶解的與不溶解的部分有不同的計(jì)數(shù)效率,造成計(jì)數(shù)不穩(wěn)定,結(jié)果不易重復(fù)。懸浮液測量的優(yōu)點(diǎn)是樣品不溶解在溶劑中,所以樣品淬滅極小。在懸浮測量中作為聚膠劑的物質(zhì)有硬脂酸鋁、蓖麻油的衍生物(thixin
及二氧化硅的細(xì)顆粒(Cab-o-sil)。含3.54.0% Cab-o-sil的懸浮液,要以得到很高計(jì)數(shù)效率,Cab-o-sil還可以減少計(jì)數(shù)瓶壁對放射性吸附作用,一般制樣時(shí),往往先加Cab-o-sil,再加入放射性樣品,使放射性更多地吸附在懸浮顆粒上而提高計(jì)數(shù)效率。懸浮液測量法除應(yīng)用于固體無機(jī)鹽的測定外,也可用于水溶液和組織勻漿,還可用來測量薄層層析的放射性,應(yīng)用時(shí)只要將層析物粉碎,簡單地與凝膠混合即可,如果待測物能部分地從層析支持物上被洗脫而溶于閃爍液,則此法不可使用。
支持物測量:與懸浮液測量相似,凡不溶于閃爍液的樣品,可將它放置在支持物上再浸入閃爍液中進(jìn)行計(jì)數(shù)。支持物的種類很多,如紙條、濾紙、玻璃纖維濾紙及醋酸纖維素膜片等。支持物在計(jì)數(shù)瓶內(nèi)的位置對計(jì)數(shù)有直接影響,通常都采用平放瓶底測量,且膜片不超出閃爍液面,保持支持物和測量杯的干燥,都能獲得較高的計(jì)數(shù)效率和測量重復(fù)性。支持物測量除淬滅作用小外,還有一個(gè)突出的優(yōu)越性,即一次測量可以黨綱較多的樣品。因在同一測量瓶內(nèi),隨膜片疊加數(shù)目的增加(10片之內(nèi)),計(jì)數(shù)率線性增加而計(jì)數(shù)效率保持不變,這對于放射性水平低的含水樣品測量非常適用。\par 在上述幾種支持物中,以醋酸纖維素薄膜、玻璃纖維濾紙的效果優(yōu)于普通濾紙,因?yàn)槠胀V紙對光子傳播幾乎是不透明的,所以計(jì)數(shù)效率很低。
6.
液體閃爍計(jì)數(shù)中的淬滅作用
  放射能量在測量瓶內(nèi)的傳遞和轉(zhuǎn)換過程越順利,測量效率越高。但事實(shí)上,影響能量傳遞過程順序進(jìn)行的因素很多,它的每一環(huán)節(jié)都存在著對能量的爭奪過程,使得放射能減少,甚至發(fā)生能量傳遞的中斷,導(dǎo)致測量效率下降,這種現(xiàn)象稱為液體閃爍計(jì)數(shù)的淬滅。造成淬滅的因素很多,按淬滅性質(zhì)歸納起來,有下列三種類型。
化學(xué)淬滅
  化學(xué)淬滅的產(chǎn)生,是由于被放射能激發(fā)的少量溶劑分子在分子運(yùn)動(dòng)中,與非激發(fā)的雜質(zhì)、溶劑、溶質(zhì)分子碰撞而將激發(fā)能發(fā)熱能形式消耗;瘜W(xué)淬滅的嚴(yán)重程度取決于淬滅物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度;瘜W(xué)淬滅與淬滅物濃度的關(guān)系是淬滅物質(zhì)的濃度越大,淬滅作用越嚴(yán)重。例如,氧和水都是強(qiáng)淬滅劑,在常溫壓下,閃爍液都能溶介空氣中的氧,當(dāng)氧的溶解量達(dá)到2×10-3M時(shí),淬滅作用比無氧情況下大20%,而且閃爍液中的含水量(來自含水樣品和溶劑中的少量水分以及其它的添加劑)在可能的條件下,應(yīng)越少越好,閃爍液不能放在冰箱中。
顏色淬滅
  由于顏色對光量子的吸收作用,使得帶顏色的閃爍液削弱了光子的亮度,也縮短了光量子的自由程,導(dǎo)致到達(dá)光陰極的光子數(shù)減少,造成計(jì)數(shù)效率下降。不同的顏色,淬滅作用程度不同,閃爍液熒光波長接近于紫外光,所以,顏色淬滅程度的順序?yàn)椋禾m色〉黃色〉紅色。一些生物樣品,如血、尿等在制樣過程中,要進(jìn)行脫色處理,如果支持物測量中,濾膜干燥時(shí)被烤黃,也會(huì)造成計(jì)數(shù)效率的嚴(yán)重下降。
光子淬滅(又稱局部淬滅)
  在非均相測量中,由于樣品本身的自吸收而使β射線能量在沒有傳遞給溶劑分子之前就消耗掉了,這種淬滅在均相測定中,因樣品處理不好,也會(huì)發(fā)生,謂之光子淬滅。前已述及,不同能量的放射性核素,在液體閃爍計(jì)數(shù)時(shí),閃爍體給出的光子數(shù)不同,產(chǎn)生的電脈沖高度亦不同。如果由接近平均能量的14C1β粒子產(chǎn)生400個(gè)光子,在一個(gè)符合型液體閃爍器中,每個(gè)光電倍管將接收200個(gè)光子,又因?yàn)楣怆姳对龉艿淖钭有蚀蠹s是25%,因此200個(gè)光子打到光陰極上產(chǎn)生大約50個(gè)光子,而淬滅作用使得到達(dá)光陰極光子數(shù)減少,這種減少只要能讓每次衰變記錄下來,否則就被計(jì)數(shù)器漏記,因此,將這些考慮應(yīng)用到能量較低的3H時(shí),如果按平均能量(0.018MeV)計(jì)算,3Hβ粒子在甲苯閃爍液中,大約產(chǎn)生40個(gè)光子,按25%的量子效率計(jì)算,則每個(gè)光電倍增管光陰極大約產(chǎn)生5個(gè)光子,與14C相比,光電子產(chǎn)額為1:10,所以,在3H測定中,中等程度的淬滅就會(huì)產(chǎn)生不能挽回的計(jì)數(shù)損失。
四、放射測量的注意事項(xiàng)
  在放射測量過程中,以下幾個(gè)問題不應(yīng)忽視:
1.
任何測量放射性的計(jì)數(shù)方法都存在本底問題。所謂本底指被測樣品之外的信號輸出。因此,在測量到的樣品計(jì)數(shù)率中,要扣除本底計(jì)數(shù)率,才能獲得樣品的凈計(jì)數(shù)率,儀器本底越低,測量靈敏度越高,準(zhǔn)確度也越高,這在3H標(biāo)記物的低水平測量中尤為重要。
2.
在放射性測量工作中,通常存在著三種誤差:系統(tǒng)誤差;由于測量儀器本身或測量方法和程度的不合理以及周圍環(huán)境的影響因素,使測量結(jié)果單向偏離而造成的誤差。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因可以找到并能加以克服;過失誤差,由于實(shí)驗(yàn)工作者的主觀錯(cuò)誤造成,是一種無規(guī)律可循的誤差,但過失誤差也是可以避免的;統(tǒng)計(jì)誤差,由于放射性衰變本身的隨機(jī)性而導(dǎo)致的無法控制的誤差,它是放射性測量誤差中主要的、固有的來源。對于放射性測量統(tǒng)計(jì)誤差,在實(shí)際工作中,常通過提高計(jì)數(shù)效率,增加測量次數(shù)(以35次為宜)或每個(gè)樣品做12個(gè)平行管計(jì)數(shù)、合理分配測量時(shí)間等方法,以獲得最小的測量誤差。
3.
在液體閃爍計(jì)數(shù)測量中,樣品中含有的水份、混入的雜質(zhì)或帶有的等許多因素,都會(huì)使得放射能減少,甚至發(fā)生能量傳遞的中斷,而導(dǎo)致計(jì)數(shù)效率下降,即淬滅。在樣品制備過程中,應(yīng)避免引起淬滅的因素,如果欲知櫚的真正放射量,并進(jìn)行樣品間的相互比較,就需作淬滅校正,將cpm值換算成dpm值。常用的淬滅校正方法有稀釋法、內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法、道比法、外標(biāo)準(zhǔn)道比法等等。但是最為關(guān)鍵是在樣品和測量過程中,盡可能地將淬滅因素減低到最小的程度.
常用同位素理化性質(zhì),檢測方法

單位換算
Curies
d . p . m 的換算
.
1 Curie (Ci) =2.22×1012 d . p . m .
1 milliCurie (mCi) =2.22×109 d . p . m .
1 microCurie (m Ci) =2.22×106 d . p . m .
1 nanoCurie (nCi) = 2.22×103 d . p . m .
1 picoCurie (pCi) =2.22 d . p . m .

Curies Becquerels的換算
1 Ci = 3.7×1010 Bq =37GBq (gigaBq)
1 mCi = 3.7×10 7 Bq =37MBq (megaBq)
1 m Ci = 3.7×10 4 Bq =37kBq (kiloBq)
1 GBq =2.7×10 -4 Ci =27.027mCi(milliCi)
1 MBq =2.7×10 -7 Ci =27.027m Ci(nanoCi)
1 kBq =2.7×10-10 Ci =27.027nCi (nanoCi)

 

放射性測量方法 的相關(guān)產(chǎn)品:
  • REN400型X、γ、α、β、中子多功能輻射檢測儀

    產(chǎn)品名稱:REN400型X、γ、α、β、中子多功能輻射檢測儀

    產(chǎn)品描述:     REN400型多功能輻射檢測儀是以內(nèi)置高靈敏度蓋格計(jì)數(shù)管為探測器,外接不同類型的探頭來實(shí)現(xiàn)對低劑量χ、γ射線,高劑量χ、γ射線,α、β射線和中子射線的檢測。作為多功能輻射巡測儀,能顯示工作場所的輻射值,自動(dòng)連續(xù)測量和記錄1600條輻射劑量率數(shù)據(jù),更換

  • REN510型便攜式γ譜儀

    產(chǎn)品名稱:REN510型便攜式γ譜儀

    產(chǎn)品描述:REN510型便攜式γ譜儀主要用于安檢、反恐、核事故現(xiàn)場的污染分析,可進(jìn)行γ輻射劑量的測量,同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)置核素庫,可以自動(dòng)識(shí)別人工及天然同位素。儀器為一體式,內(nèi)置2英寸NaI(Tl) γ探測器,可同時(shí)測量γ能譜、γ劑量率。儀器為全數(shù)字化,集探測器、成型放大器、多道分析器、電源、觸摸屏、內(nèi)存為一體,功耗

  • REN800型中子周圍劑量當(dāng)量(率)儀

    產(chǎn)品名稱:REN800型中子周圍劑量當(dāng)量(率)儀

    產(chǎn)品描述:     REN800型中子周圍劑量當(dāng)量(率)儀采用高靈敏的進(jìn)口He3管作為探測器,反應(yīng)速度快。該儀器使用方便;靈敏度高、抗γ性能好、能量響應(yīng)特性好,即可用作便攜式儀器又可用作固定式中子劑量監(jiān)測儀。此外通過配套的RenRiNeutron中子劑量率管理軟件可將存

  • REN600A型α、β、γ射線表面污染檢測儀

    產(chǎn)品名稱:REN600A型α、β、γ射線表面污染檢測儀

    產(chǎn)品描述:REN600A型α、β、γ射線表面污染檢測儀即可檢測α、β、γ射線,也能檢測到X射線,它采用高速嵌入式微處器作為數(shù)據(jù)處理單元,點(diǎn)陣式大屏幕LCD液晶顯示,讀數(shù)清晰、操作方便,具有400條超大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。儀器采用進(jìn)口的大面積MICA蓋革探測器,具有較高探測效率,可進(jìn)行α、β輻射表面污染檢測和X、γ輻

  • REN500H輻射防護(hù)用X、γ輻射劑量當(dāng)量(率)儀

    產(chǎn)品名稱:REN500H輻射防護(hù)用X、γ輻射劑量當(dāng)量(率)儀

    產(chǎn)品描述:REN500H輻射防護(hù)用X、γ輻射劑量當(dāng)量(率)儀是監(jiān)測各種高劑量放射性工作場所的輻射劑量率專用儀器。儀器滿足《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》中高劑量部分的要求。該儀器除能測高能γ射線外,還能對低能X射線進(jìn)行準(zhǔn)確的測量,具有良好的能量響應(yīng)特性。此外通過配套的RenRiRate劑量率管理軟件可將存儲(chǔ)的

  • REN-2GM-H雙GM管超高量程射線探頭

    產(chǎn)品名稱:REN-2GM-H雙GM管超高量程射線探頭

    產(chǎn)品描述:REN系列智能化輻射探頭均可和REN300、REN300A、REN300B系列主機(jī)配套使用,也可以單獨(dú)配套R(shí)enRiArea輻射區(qū)域監(jiān)測軟件使用。且具有RS485/RS232的通訊能力。所有探頭均可單獨(dú)外接報(bào)警燈,在超閾值的情況下就地給出聲光報(bào)警。 1、測量射線類型:X、γ射線2、探測器:2個(gè)GM