探究利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素的放射性活度

趙力軍

摘 要：文章對(duì)磷屏放射自顯影法的基本原理進(jìn)行了研究;結(jié)合實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)步驟兩個(gè)部分，闡述了利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素放射性活度的實(shí)驗(yàn)方法;從樣本-磷屏距離影響、曝光時(shí)間影響、掃描次數(shù)影響三個(gè)角度入手，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素進(jìn)行了分析，并提出了利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素放射性活度的實(shí)踐要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：磷屏;放射源;曝光支架

引言：

放射自顯影法是實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行樣本放射性檢測(cè)的常用方法。在傳統(tǒng)時(shí)期，這一方法主要以核乳膠為顯像載體，但操作步驟比較復(fù)雜，且實(shí)驗(yàn)測(cè)量的線性范圍比較窄，故而在實(shí)踐應(yīng)用中存在諸多不便?；诖?，我們有必要對(duì)利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素放射性活度的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究討論，致力于尋找到更加便捷、可靠的樣本放射性檢測(cè)方法。

1 利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素放射性活度的基本原理

所謂“放射自顯影法”，即基于放射性可使照相乳膠感光這一原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本中放射性物質(zhì)分布情況進(jìn)行定位呈現(xiàn)的方法。近年來(lái)，磷屏成像技術(shù)越來(lái)越多地被應(yīng)用到放射自顯影法領(lǐng)域當(dāng)中，并可實(shí)現(xiàn)相比傳統(tǒng)方法更好的實(shí)驗(yàn)效果。

磷屏主要通過(guò)在聚酯材料上加設(shè)光敏性的磷光晶體涂層制成，其晶體材質(zhì)多為BaFBr：Eu2+，其他鹵族元素雖有應(yīng)用，但幾率相對(duì)較低。當(dāng)帶有放射性物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本靠近磷屏?xí)r，其晶體涂層上的電子便會(huì)被激發(fā)，進(jìn)而使Eu2+在氧化反應(yīng)下轉(zhuǎn)變?yōu)镋u3+，BaFBr也隨之被氧化還原成BaFBr-。這樣一來(lái)，放射性核素的分布情況便被保留記錄在磷屏之上。其后，使磷屏接受特定波長(zhǎng)的激光掃描，其晶體涂層便會(huì)對(duì)激光能量進(jìn)行吸收，并釋放出一定量的電子，促使Eu3+還原成基態(tài)。此時(shí)，基態(tài)的Eu2+會(huì)釋放出一定量的光子，相關(guān)人員即可通過(guò)技術(shù)手段對(duì)光子進(jìn)行光電倍增處理，最終獲得可供計(jì)算機(jī)成像處理的電信號(hào)，為后續(xù)的核素放射性活度分析提供支持[1]。

結(jié)合行業(yè)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，BaFBr：Eu2+晶體對(duì)放射性核素的響應(yīng)靈敏度更高，線性范圍更大，且對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求較低，無(wú)需在暗室中進(jìn)行標(biāo)本處理。此外，利用紅色激光進(jìn)行二次激發(fā)后，磷屏表面涂層的BaFBr：Eu2+晶體還可回到還原狀態(tài)，從而滿足循環(huán)性的曝光使用需求，具有良好的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)。

2 利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素放射性活度的實(shí)驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)所選樣本為利用電沉積工藝制成的α混合源，放射性活度的總值為1523貝可，其中239Pu的放射性活度為812貝可，241Am的放射性活度為702貝可，237Np的放射性活度為9貝可。實(shí)驗(yàn)用到的儀器裝置主要有磷屏儀（美國(guó)PE公司生產(chǎn)）、磷屏（美國(guó)PE公司生產(chǎn)，規(guī)格為125mm×192mm）、真空室（北京神州東升科技有限公司公司生產(chǎn)，規(guī)格為Φ280mm×150mm，材質(zhì)為不銹鋼）、真空泵（TRP12型，北京北儀優(yōu)成真空技術(shù)有限公司生產(chǎn)）以及曝光支架（上端為磷屏固定端，下方共有11個(gè)用于搭載樣本的抽拉式隔層，最頂層與磷屏晶體面間隔11mm）。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素放射性活度的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）利用清屏器對(duì)磷屏晶體面進(jìn)行整體清理，避免殘留影像的出現(xiàn);（2）將磷屏置于曝光支架的上方固定端，保證磷屏在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)偏移、無(wú)松動(dòng);（3）將預(yù)先準(zhǔn)備的α混合源樣本搭載到曝光支架的抽拉式隔層上，做好隔層與磷屏之間的距離控制，以確保顯影成像穩(wěn)定清晰;（4）把曝光支架送入真空室內(nèi)部，開(kāi)啟真空泵進(jìn)行抽真空處理。在此過(guò)程中，應(yīng)確保真空室與放氣閥緊閉，以免削弱曝光支架所處環(huán)境的真空效果;（5）約1min左右，真空室內(nèi)的壓強(qiáng)升至100Pa。此時(shí)，開(kāi)始對(duì)曝光時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，待達(dá)到預(yù)期的曝光時(shí)間之后，停止真空泵、關(guān)閉隔斷閥，計(jì)時(shí)同步終止;（6）開(kāi)啟放氣閥，可見(jiàn)真空室內(nèi)的壓力值逐漸降低。當(dāng)壓力值回歸到常壓水平時(shí)，開(kāi)啟真空室，并取出曝光支架;（7）將曝光后的磷屏從支架上卸下，放置在磷屏儀的掃描滾筒部位并卡緊。然后，將磷屏與滾筒一并送入與計(jì)算機(jī)設(shè)備相連接的紅光掃描儀中;（8）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的OptiQuant軟件，設(shè)置出合理的掃描參數(shù)，啟動(dòng)掃描儀地磷屏進(jìn)行掃描處理;（9）基于OptiQuant的技術(shù)模塊支持，對(duì)掃描后的影像進(jìn)行分析，并運(yùn)算樣本區(qū)域的光信號(hào)強(qiáng)度，由此得知各α核素的放射性活度。

3 利用磷屏放射自顯影法測(cè)量α核素放射性活度的結(jié)果討論

3.1樣本-磷屏距離對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

將樣本搭載到曝光支架的不同隔層中，其與磷屏之間的距離將發(fā)生變化。對(duì)這一變化進(jìn)行研究，就是對(duì)放射源與靶之間幾何關(guān)系對(duì)磷屏放射自顯影法應(yīng)用效果的影響。在實(shí)驗(yàn)中，分別將樣本與磷屏即放射源與靶的距離設(shè)置為50mm、70mm、90mm和110mm，其他實(shí)驗(yàn)條件不變，真空曝光時(shí)長(zhǎng)為40min。在四種距離條件下，11r/mm興趣區(qū)的光強(qiáng)度（10-7I/DLU）分別為0.776、0.413、0.243、0.165;15r/mm興趣區(qū)的光強(qiáng)度分別為1.394、0.752、0.447、0.302;20r/mm興趣區(qū)的光強(qiáng)度分別為2.354、1.305、0.774、0.527;25r/mm興趣區(qū)的光強(qiáng)度分別為3.466、1.973、1.183、0.810。由此可見(jiàn)，隨著放射源與靶之間的距離逐漸增加，磷屏放射自顯影法生成影像的光強(qiáng)度將逐漸降低。同時(shí)，隨著靶上興趣區(qū)的半徑擴(kuò)大，磷屏放射自顯影法生成影像的光強(qiáng)度將逐漸提升[2]。

3.2曝光時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

本實(shí)驗(yàn)采用的樣本具有很長(zhǎng)半衰期，所以可基本確認(rèn)其在曝光過(guò)程中α核素放射性活度的恒定性。在此背景下，將放射源與靶之間的距離固定為50mm，通過(guò)調(diào)整真空室中曝光處理的時(shí)長(zhǎng)，對(duì)曝光時(shí)間的實(shí)驗(yàn)影響進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在20min、40min、80min、160min、320min五個(gè)不同的曝光時(shí)長(zhǎng)背景下，磷屏放射自顯影法生成影像的光強(qiáng)度呈現(xiàn)出了直線上升的趨勢(shì)，且起點(diǎn)為真空室壓強(qiáng)達(dá)到100Pa的時(shí)間點(diǎn)，終點(diǎn)為真空泵停止運(yùn)行的時(shí)間點(diǎn)。

3.3掃描次數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

磷屏儀設(shè)備的操作說(shuō)明書(shū)中指出，磷屏在紅光掃描處理后，其感光能力會(huì)有所削弱，即生成影像的光強(qiáng)度降低。基于此，本實(shí)驗(yàn)在放射源與靶間距50mm、曝光時(shí)間320min的固定條件下，對(duì)磷屏進(jìn)行了連續(xù)的7次掃描。結(jié)果顯示，在10r/mm、20r/mm、30r/mm等不同興趣區(qū)下，掃描次數(shù)對(duì)光強(qiáng)度的影響基本恒定，連續(xù)七次分別為100.0、28.8、13.8、8.7、6.4、5.1、4.2。顯而易見(jiàn)，第一次與第二次掃描之間的光強(qiáng)度變化最大，削弱幅度近70%。所以，若在磷屏放射自顯影法的實(shí)踐過(guò)程中發(fā)生掃描被迫中斷的情況，應(yīng)對(duì)利用清屏器對(duì)磷屏進(jìn)行影像清除處理，并重新執(zhí)行實(shí)驗(yàn)步驟，不可在中斷后直接進(jìn)行磷屏的再次掃描。

3.4磷屏放射自顯影法的實(shí)踐要點(diǎn)

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在利用磷屏放射自顯影法進(jìn)行α核素的放射性活度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)放射源與靶的間距、曝光時(shí)間、掃描次數(shù)等影響因素進(jìn)行科學(xué)控制，理論上以短間距、長(zhǎng)曝光、單次掃描為宜。同時(shí)，在利用清屏器進(jìn)行磷屏清理時(shí)，清平時(shí)間越長(zhǎng)，磷屏上原有殘留影像的清除效果越好，最終的成像與掃描結(jié)果也越可靠。

結(jié)論：

總而言之，磷屏放射自顯影法具有曝光時(shí)間靈活可控、測(cè)量線性范圍較寬、實(shí)驗(yàn)流程簡(jiǎn)單快捷等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的核乳膠法相比具有更高實(shí)用性。同時(shí)，在清屏器的支持下，磷屏還可被循環(huán)復(fù)用，可滿足醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)性檢測(cè)需求。因此，磷屏放射自顯影法在放射性檢測(cè)中具備良好的應(yīng)用價(jià)值與推廣前景。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目： 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（ZLJC1605—3，科技部課題編號(hào)2016YFF0200803）