探究利用磷屏放射自顯影法測量α核素的放射性活度

趙力軍

摘 要：文章對磷屏放射自顯影法的基本原理進行了研究;結合實驗準備與實驗步驟兩個部分，闡述了利用磷屏放射自顯影法測量α核素放射性活度的實驗方法;從樣本-磷屏距離影響、曝光時間影響、掃描次數(shù)影響三個角度入手，對實驗結果的影響因素進行了分析，并提出了利用磷屏放射自顯影法測量α核素放射性活度的實踐要點。

關鍵詞：磷屏;放射源;曝光支架

引言：

放射自顯影法是實驗室中進行樣本放射性檢測的常用方法。在傳統(tǒng)時期，這一方法主要以核乳膠為顯像載體，但操作步驟比較復雜，且實驗測量的線性范圍比較窄，故而在實踐應用中存在諸多不便。基于此，我們有必要對利用磷屏放射自顯影法測量α核素放射性活度的實驗進行探究討論，致力于尋找到更加便捷、可靠的樣本放射性檢測方法。

1 利用磷屏放射自顯影法測量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，對實驗標本中放射性物質(zhì)分布情況進行定位呈現(xiàn)的方法。近年來，磷屏成像技術越來越多地被應用到放射自顯影法領域當中，并可實現(xiàn)相比傳統(tǒng)方法更好的實驗效果。

磷屏主要通過在聚酯材料上加設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用，但幾率相對較低。當帶有放射性物質(zhì)的實驗標本靠近磷屏時，其晶體涂層上的電子便會被激發(fā)，進而使Eu2+在氧化反應下轉變?yōu)镋u3+，BaFBr也隨之被氧化還原成BaFBr-。這樣一來，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的激光掃描，其晶體涂層便會對激光能量進行吸收，并釋放出一定量的電子，促使Eu3+還原成基態(tài)。此時，基態(tài)的Eu2+會釋放出一定量的光子，相關人員即可通過技術手段對光子進行光電倍增處理，最終獲得可供計算機成像處理的電信號，為后續(xù)的核素放射性活度分析提供支持[1]。

結合行業(yè)經(jīng)驗來看，BaFBr：Eu2+晶體對放射性核素的響應靈敏度更高，線性范圍更大，且對實驗環(huán)境的要求較低，無需在暗室中進行標本處理。此外，利用紅色激光進行二次激發(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)濟性特點。

2 利用磷屏放射自顯影法測量α核素放射性活度的實驗方法

2.1實驗準備

本實驗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。實驗用到的儀器裝置主要有磷屏儀（美國PE公司生產(chǎn)）、磷屏（美國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實驗步驟

利用磷屏放射自顯影法測量α核素放射性活度的實驗步驟如下：

（1）利用清屏器對磷屏晶體面進行整體清理，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，保證磷屏在實驗過程中無偏移、無松動;（3）將預先準備的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，開啟真空泵進行抽真空處理。在此過程中，應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)的壓強升至100Pa。此時，開始對曝光時間進行計時，待達到預期的曝光時間之后，停止真空泵、關閉隔斷閥，計時同步終止;（6）開啟放氣閥，可見真空室內(nèi)的壓力值逐漸降低。當壓力值回歸到常壓水平時，開啟真空室，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算機設備相連接的紅光掃描儀中;（8）啟動計算機系統(tǒng)中的OptiQuant軟件，設置出合理的掃描參數(shù)，啟動掃描儀地磷屏進行掃描處理;（9）基于OptiQuant的技術模塊支持，對掃描后的影像進行分析，并運算樣本區(qū)域的光信號強度，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量α核素放射性活度的結果討論

3.1樣本-磷屏距離對實驗結果的影響

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。對這一變化進行研究，就是對放射源與靶之間幾何關系對磷屏放射自顯影法應用效果的影響。在實驗中，分別將樣本與磷屏即放射源與靶的距離設置為50mm、70mm、90mm和110mm，其他實驗條件不變，真空曝光時長為40min。在四種距離條件下，11r/mm興趣區(qū)的光強度（10-7I/DLU）分別為0.776、0.413、0.243、0.165;15r/mm興趣區(qū)的光強度分別為1.394、0.752、0.447、0.302;20r/mm興趣區(qū)的光強度分別為2.354、1.305、0.774、0.527;25r/mm興趣區(qū)的光強度分別為3.466、1.973、1.183、0.810。由此可見，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度將逐漸降低。同時，隨著靶上興趣區(qū)的半徑擴大，磷屏放射自顯影法生成影像的光強度將逐漸提升[2]。

3.2曝光時間對實驗結果的影響

本實驗采用的樣本具有很長半衰期，所以可基本確認其在曝光過程中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，通過調(diào)整真空室中曝光處理的時長，對曝光時間的實驗影響進行分析。實驗結果顯示，在20min、40min、80min、160min、320min五個不同的曝光時長背景下，磷屏放射自顯影法生成影像的光強度呈現(xiàn)出了直線上升的趨勢，且起點為真空室壓強達到100Pa的時間點，終點為真空泵停止運行的時間點。

3.3掃描次數(shù)對實驗結果的影響

磷屏儀設備的操作說明書中指出，磷屏在紅光掃描處理后，其感光能力會有所削弱，即生成影像的光強度降低。基于此，本實驗在放射源與靶間距50mm、曝光時間320min的固定條件下，對磷屏進行了連續(xù)的7次掃描。結果顯示，在10r/mm、20r/mm、30r/mm等不同興趣區(qū)下，掃描次數(shù)對光強度的影響基本恒定，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，第一次與第二次掃描之間的光強度變化最大，削弱幅度近70%。所以，若在磷屏放射自顯影法的實踐過程中發(fā)生掃描被迫中斷的情況，應對利用清屏器對磷屏進行影像清除處理，并重新執(zhí)行實驗步驟，不可在中斷后直接進行磷屏的再次掃描。

3.4磷屏放射自顯影法的實踐要點

結合實驗結果來看，在利用磷屏放射自顯影法進行α核素的放射性活度檢測時，應對放射源與靶的間距、曝光時間、掃描次數(shù)等影響因素進行科學控制，理論上以短間距、長曝光、單次掃描為宜。同時，在利用清屏器進行磷屏清理時，清平時間越長，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果也越可靠。

結論：

總而言之，磷屏放射自顯影法具有曝光時間靈活可控、測量線性范圍較寬、實驗流程簡單快捷等特點，與傳統(tǒng)的核乳膠法相比具有更高實用性。同時，在清屏器的支持下，磷屏還可被循環(huán)復用，可滿足醫(yī)學、化學等領域的經(jīng)濟性檢測需求。因此，磷屏放射自顯影法在放射性檢測中具備良好的應用價值與推廣前景。

參考文獻：

[1]劉偉偉. CD93放射性核素分子探針制備及對荷肺癌小鼠腫瘤靶向性研究[D].山東大學，2019.

[2]高居榮，宋雪皎，王樹蕓.Typhoon FLA 9500消除磷屏磷感新功能研發(fā)與應用初探[J].實驗室科學，2018，21（03）：60-63.

基金項目： 國家重點研發(fā)計劃重點專項（ZLJC1605—3，科技部課題編號2016YFF0200803）