放射性核素的探測概述

1、放射性核素的探測概述在某次測量中，5min測得放射源加本底的總計數(shù)N=1080，移去放射源，10min測得本底總計數(shù)為223，求放射源的靜計數(shù)率 第二章 放射性核素的探測 第一節(jié) 氣體電離探測器 第二節(jié) 閃爍探測器 第三節(jié) 放射性探測器中使用的電子儀器第四節(jié) 放射性樣品的測量第五節(jié)核計數(shù)的統(tǒng)計學(xué)處理探測器測量核射線是基于第一章中我們學(xué)過的什么原理?射線與物質(zhì)作用能產(chǎn)生各種效應(yīng)。電離、激發(fā)、光電效應(yīng)放大電信號記錄器記錄電脈沖（光變成電）。探頭電子線路常用的探測器類型 測量形式氣體電離探測器固體閃爍探測器液體閃爍探測器半導(dǎo)體探測器激光掃描儀r照相機,PET,SPECT放射自顯影定量（強度測量）定性

2、（能量測量）定位（相對定量，絕 對定位）第一節(jié) 氣體電離探測器 氣體作為吸收射線（帶電粒子）的介質(zhì)。帶電粒子穿過氣體時，氣體被電離產(chǎn)生電子和正離子。在外電場作用下，引起一個瞬間的電離電流隨著外電場的增加和降低，電極上收集到的離子對數(shù)也隨之變化。見下一張圖。 當(dāng)帶電粒子穿過氣體時，氣體被電離產(chǎn)生電子和正離子， 并做混亂的熱運動。在沒有外電場(E)時，電離產(chǎn)生的電子和正離子在混亂的熱運動中，又復(fù)合成氣體分子。在外電場作用下,電子向正極漂移，正離子向負極漂移。當(dāng)EV1時，一些正離子和電子會重新復(fù)合成中性分子，電極兩端收集到的離子對數(shù)小于射線的初始電離的離子數(shù)。V1EV2，射線產(chǎn)生的電子和離子完全被收

3、集，收集到.等于.V2EV3，電子在運動過程中可獲得足夠的能量，產(chǎn)生次級電子。收集的.大于.,“氣體放大”。V3EV4,有限正比。V4EV5 ，G-M區(qū)，氣體探測器工作在這個區(qū)。放電區(qū)復(fù)合區(qū)飽和區(qū)正比區(qū)有限正比區(qū)G-M計數(shù)區(qū)放電區(qū)圖2-9. G-M計數(shù)管結(jié)構(gòu)示意圖G-M計數(shù)器（Geiger-Muller Counters） 射線（帶電粒子）進入G-M 管，產(chǎn)生電離，氣體放大，雪崩現(xiàn)象，假計數(shù)，淬滅。G-M 管內(nèi)充有兩種氣體：1、惰性氣體 2、鹵素氣體（有機蒸汽）。淬滅原理：、淬滅氣體比惰性氣體電離電勢低。、淬滅氣體的正離子在與陰極作用時，打出次級電子和光子的幾率很小。3、淬滅氣體對光子具有較強

4、的吸收能力。初始電離效應(yīng)，在高外電場下，氣體放大，導(dǎo)致的電子增值過程。 工作氣體淬滅氣體淬滅氣體圖2-13. G-M防護儀（polon-ekolab的產(chǎn)品）閃爍探測器 （Scintillation Detectors） 閃爍探測器的組成見右圖。閃爍體的種類很多，從化學(xué)成份上看分為無機和有機兩大類，而從物理形態(tài)上又分為固體、固溶體、液體和氣體。理想閃爍體的特征。無機和有機閃爍體的發(fā)光機制有很大的不同。大家自己看講義。常用的無機閃爍體（NaI(Tl), ZnS(Ag),常用的有機閃爍體（塑料閃爍體）液體閃爍體（組成、特點）1、閃爍體應(yīng)有較好的將吸收射線能量轉(zhuǎn)變成光的能力，即有高的發(fā)光效率。 2、能

5、量響應(yīng)具有線性關(guān)系，即輸出脈沖與入射粒子能量之間應(yīng)有線性關(guān)系。 3、閃爍體閃爍的持續(xù)時間（），即發(fā)光衰減時間要短。 4、有好的化學(xué)和輻射穩(wěn)定性，及小的溫度效應(yīng)5、易作成大晶體，高密度。透明度和光學(xué)均勻 度好。 用于射線探測用于射線探測用于射線探測理想閃爍體特性：閃爍體應(yīng)有較好的將吸收射線能量轉(zhuǎn)變成光的能力，即有高的發(fā)光效率。能量響應(yīng)具有線性關(guān)系，即輸出脈沖與入射粒子能量之間應(yīng)有線性關(guān)系。閃爍體閃爍的持續(xù)時間（），即發(fā)光衰減時間要短。有好的化學(xué)和輻射穩(wěn)定性，及小的溫度效應(yīng)。易作成大晶體，高密度。透明度和光學(xué)均勻度好。液體閃爍體由溶劑、溶質(zhì)、添加劑組成閃爍液中99% 以上是有機溶劑（甲苯、二氧雜環(huán)

6、乙烷和二甲苯等）。溶質(zhì)： 第一溶質(zhì)（0.3-1%）對聯(lián)三苯TPNO2,5-二苯基氧氮雜茂PPOONN2-苯基-5（4-二苯基）-1，3，4-氧二氮雜茂PBD第二溶質(zhì)（0.01-0.05%CH3CH3NONODMPOPOP1,4-雙-2-（4-甲基-苯基噁唑基）-苯NONOPOPOP 1,4-雙-2-（5-苯基噁唑基）-苯CH3CH3CH=CHCH=CH雙-MSB對-雙（鄰-甲基苯乙烯基）-苯添加劑（也稱第二溶劑）萘、乙醇、甲醇等1、溶解樣品和溶質(zhì)。 2、接收樣品的能量轉(zhuǎn)移給第一溶質(zhì)。主溶質(zhì) ，作用：接收溶劑傳遞的能量并發(fā)光。作用：接收第一溶質(zhì)發(fā)射的光， 發(fā)射較長波長的光。波長轉(zhuǎn)移劑 。 1、改

7、善溶劑的溶解度； 2、增加光傳遞效率； 3、分散樣品。 死時間”（D） 、“恢復(fù)時間”（R） 、“分辨時間”（） 一次雪崩后，質(zhì)量相對大的陽離子，由于遷移速度遠小于電子，故仍滯留在陽極絲周圍，形成陽離子鞘，抵消了一部分外電場。此時不能引起G-M計數(shù)器的再一次雪崩，這段時間稱G-M計數(shù)器的“死時間”（D）。隨著陽離子鞘不斷向陰極運動，陽極絲周圍的電場逐漸恢復(fù)，入射粒子形成的脈沖幅度逐漸增大，從有脈沖出現(xiàn)到脈沖幅度恢復(fù)到最大值所需要的時間稱為“恢復(fù)時間”（R）。 探測器能記錄下來的兩個相鄰脈沖的最短時間間隔，稱為“分辨時間”（） 。 光電倍增管將光變成電(陰極)光電子在倍增級中倍增陽極輸出電脈沖光

8、耦合劑和光導(dǎo)放射性探測器中使用的電子儀器 電脈沖通過電子儀器的狀況.定標器或記錄儀是在給定的時間內(nèi)，累計、顯示，由脈沖高度分析器輸出的信號。 各種探測器電子線路部分基本相同.探測器的調(diào)試確定甑別域值確定工作電壓調(diào)整放大倍數(shù)計算探測效率(E)品質(zhì)因素(F)的計算甑別域計數(shù)率有源無源工作閾值放射性樣品的測量 探測器的測量方式: 定量測量(獲得樣品量多少的測量) 絕對測量:利用測量裝置直接測量或經(jīng)過各種校正后測得樣品的活度。 相對測量:將樣品和標準源在相同條件下進行測量。 定性測量：根據(jù)放射性核素在衰變時都會發(fā)射出自己特征能 量的射線 ，分析判斷出射線種類樣品的計數(shù)（cps)-本底計數(shù)（cps)E（

9、探測效率） 測量樣品的制備 液閃測量中的淬滅校正方法 樣品的衰變數(shù)(dps)= 測量樣品的制備放射性測量對樣品制備的要求不高。相比之下液閃測量 ，多數(shù)樣品需根據(jù)其測量形式進行一定的處理。 液閃測量，包括：均相測量和非均相測量。非均相測量，包括：乳濁液測量法 、懸浮液測量 、固相法 。液體體積一樣,固體擺放位置一致。Tritonx-甲苯-水乳化劑:凝膠劑(硬脂酸鋁等)一定大小微粒固相載體擺放位置液閃測量中的淬滅校正方法 內(nèi)標準源法 ：樣品計數(shù)效率用外加的標準源（對標準源有要求）來確定。具體操作步驟是：先測樣品計數(shù)率（C1）；加入已知活度（A）的標準源，并計數(shù)（C2）；確定計數(shù)效率E。 樣品道比法

10、：原理：1、淬滅時，譜脈沖高度降低，能譜左移（見圖（1）2、譜在給定的兩個道內(nèi)計數(shù)比值發(fā)生變化（見圖（2）3、道比值與淬滅程度與儀器探測效率有線性關(guān)系（見右下圖）。具體方法見后。外標準源道比法 淬滅1淬滅2計數(shù)率脈沖高度（1）無淬滅計數(shù)率B無淬滅A淬滅1淬滅2C脈沖高度（2）圖2-15. 淬滅對譜的影響用樣品道比法進行淬滅校正的方法是：配制一組（一般79個）放射性活度（DPM）已知并相等，但淬滅程度不同的一系列標準樣品。計算道比值：在液閃中測出這些樣品在兩道中（A，B）的計數(shù)（CPM），B/A=?,算出道比值。計算探測效率：E=（樣品計數(shù)率-本底計數(shù)）/放射性活度以樣品道比值作為橫坐標，探測效

11、率作為縱坐標可作出一條關(guān)系曲線（兩道選取合理所得到的是一條直線或光滑的曲線）。未知樣品測量時，可先測出該未知樣品在兩道中的計數(shù)率，算出道比值，利用道比值在標準曲線上查出探測效率。即可算出該未知樣品的放射性活度大小。NaI探測器液體閃爍計數(shù)器半導(dǎo)體探測器激光掃描成像儀Gamma照相機和它的發(fā)明者H. Anger1958年，H. Anger和他的同事們共同研制成功了Gamma照相機。它既可以單獨完成探測顯像任務(wù)，又是現(xiàn)代所有核醫(yī)學(xué)顯像儀如PET、SPECT實現(xiàn)探測的重要組成部分。Cassen發(fā)明Anger發(fā)明SPECT和PET技術(shù)Gamma計數(shù)器Gamma照相機ECT技術(shù)二維投影三維顯像正電子發(fā)射

12、計算機斷層掃描（Positron Emission Tomography）簡稱 PET核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)的雙引擎單光子發(fā)射計算機斷層掃描（Single Photon Emission ComputedTomography）簡稱SPECT探頭圍繞患者旋轉(zhuǎn)采集放射性核素空間分布投影采用濾波反投影等方法獲得放射性核素空間分布的斷層圖像The picture shows one-head SPECT照相機探頭圍繞著病人旋轉(zhuǎn)運動The picture shows two-head SPECTSiemens tri-head SPECT1964年環(huán)狀頭部PET，圖為第一臺的PET掃描儀，從圖中我們可以看到其紛

13、繁的線路裸漏在外面。PET發(fā)展史商品化PET 通用公司 課堂練習(xí)在32P標記寡核苷酸的實驗中所購買的r-32P生產(chǎn)標定時的放射性比活度為20106 Bq/ml，在使用時r-32P的放射性比活度需5106 Bq/ml。32P半衰期為14天，問實驗需要在距校定日多少時間內(nèi)完成實驗？,三種射線分別用什么類型探測器進行探測？其中液體閃爍探測器主要用于什么射線的測量？表2-8 一個長壽命核素樣品重復(fù)測量數(shù)據(jù)測 量序 號計數(shù)(2min)Ni測 量序 號計數(shù)(2min)Ni11880-1832411197678608421887-11121121876-224843191517289131901394181

14、5-47220914197981656151874-24576151836-62384461853-452025161832-6643537193133108917193032102481866-321024181917193619198082672419189911101893-525201890-864注：數(shù)據(jù)來源于核化學(xué)及核技術(shù)應(yīng)用平均值放射性統(tǒng)計誤差 第五節(jié) 核計數(shù)的統(tǒng)計學(xué)處理 誤差來源：系統(tǒng)誤差、偶然誤差、過失誤差 。放射性統(tǒng)計誤差是一種特殊的偶然誤差，它是由核事件的微觀過程本身的隨機性所造成的。本節(jié)重點介紹涉及在核輻射計數(shù)測量應(yīng)用中的統(tǒng)計（偶然）誤差。核衰變的統(tǒng)計性 ，可通過實驗觀

15、察到。平均計數(shù)N10時，它服從泊松分布。當(dāng)N16時，它過渡到高斯分布。在放射性測量中N一般都遠遠大于16。 統(tǒng)計誤差的表示及運算。測量結(jié)果表示：N N ，（ ）核衰變的標準誤差可表示為：N=N1/2 （中科院原子能所編“放射性同位素知識應(yīng)用”第156頁），所以測量結(jié)果又能寫成：N N1/2相對誤差F= N/N= N1/2 /N = 1/ N1/2 （相對誤差反映測量的精確度）誤差的運算 （見書67頁） 圖2-31。m=3.5時的泊松分布圖m=10時的高斯分布圖相加時為： 相減時為： 相乘時為： 相除時為： 設(shè)兩個獨立測量值和 誤差的運算統(tǒng)計分析的應(yīng)用 平均計數(shù)率的標準誤差為： 1、計數(shù)率、平均

16、計數(shù)和平均計數(shù)率標準誤差和相對誤差的表示 計數(shù)率的標準誤差為： 相對誤差為： 平均計數(shù)的標準誤差為： 相對誤差為： 相對誤差為: 注意：在此時間（t）和測量次數(shù)（m）看作無誤差的確定值。 例一：在2分鐘里測得計數(shù)是4900，測量次數(shù)為次，求平均計數(shù)率 (n)和相對誤差(Fn)。 解：= 4900/2 =2450 CPM測量結(jié)果表達為：2450 352、樣品凈計數(shù)率的計算 所有的核探測器都有本底計數(shù)。所以探測器測量樣品所得到的計數(shù)包括放射性樣品（Nc）和儀器本底（Nb）計數(shù)兩部分，樣品的凈計數(shù)（Ns）為： Ns = Nc - Nb 根據(jù)誤差運算公式，凈計數(shù)率的標準誤差為： 相對誤差為： 如果tc

17、 和tb 分別為放射性樣品和本底的測量時間，則樣品的凈計數(shù)率為：例二：在樣品和本底測量時間各4分鐘里，測得總的樣品的計數(shù)是 6000，本底是計數(shù)4000。問：其凈計數(shù)率和標準誤差各是少？ 所以，ns = 500 25 cpm 3、測量時間的合理分配 在給定總測量時間T內(nèi)（T =tc + tb），tc 和tb如何分配可使測量誤差最?。恳驗樗?，欲使ns最小，應(yīng)令上式的一階導(dǎo)數(shù)為零，即 因為上式中故整理后例 ，一個放射性測量實驗，根據(jù)實驗情況要求，樣品 和本底的總測量時間為2min，樣品的計數(shù)率為3840cpm，本底的計數(shù)率為60cpm。問，樣品和本底的測量時間各為多少時，測量的標準誤差最??？答：已知成立時標準誤差最小。4、估算所需的測量時間 給定測量時相對誤差，計算滿足不大于這個相對誤差時所需要的最短測量時間。 將代入得整理可得5、最小可測量量的計算 給定測量時間和誤差，計算至少需要多少放射性量。才能滿足實驗要求。 ，兩式相加得：例三：如果某儀器的探測效率為60%，本底不超過40cpm，實驗給定 的總測量時間T=2min，F(xiàn)ns5%，要達到上述要求，所需樣品最小的放射量是多少？解： 則所需