探究利用磷屏放射自显影法测量α核素的放射性活度

赵力军

摘 要：文章对磷屏放射自显影法的基本原理进行了研究;结合实验准备与实验步骤两个部分，阐述了利用磷屏放射自显影法测量α核素放射性活度的实验方法;从样本-磷屏距离影响、曝光时间影响、扫描次数影响三个角度入手，对实验结果的影响因素进行了分析，并提出了利用磷屏放射自显影法测量α核素放射性活度的实践要点。

关键词：磷屏;放射源;曝光支架

引言：

放射自显影法是实验室中进行样本放射性检测的常用方法。在传统时期，这一方法主要以核乳胶为显像载体，但操作步骤比较复杂，且实验测量的线性范围比较窄，故而在实践应用中存在诸多不便。基于此，我们有必要对利用磷屏放射自显影法测量α核素放射性活度的实验进行探究讨论，致力于寻找到更加便捷、可靠的样本放射性检测方法。

1 利用磷屏放射自显影法测量α核素放射性活度的基本原理

所谓“放射自显影法”，即基于放射性可使照相乳胶感光这一原理，对实验标本中放射性物质分布情况进行定位呈现的方法。近年来，磷屏成像技术越来越多地被应用到放射自显影法领域当中，并可实现相比传统方法更好的实验效果。

磷屏主要通过在聚酯材料上加设光敏性的磷光晶体涂层制成，其晶体材质多为BaFBr：Eu2+，其他卤族元素虽有应用，但几率相对较低。当带有放射性物质的实验标本靠近磷屏时，其晶体涂层上的电子便会被激发，进而使Eu2+在氧化反应下转变为Eu3+，BaFBr也随之被氧化还原成BaFBr-。这样一来，放射性核素的分布情况便被保留记录在磷屏之上。其后，使磷屏接受特定波长的激光扫描，其晶体涂层便会对激光能量进行吸收，并释放出一定量的电子，促使Eu3+还原成基态。此时，基态的Eu2+会释放出一定量的光子，相关人员即可通过技术手段对光子进行光电倍增处理，最终获得可供计算机成像处理的电信号，为后续的核素放射性活度分析提供支持[1]。

结合行业经验来看，BaFBr：Eu2+晶体对放射性核素的响应灵敏度更高，线性范围更大，且对实验环境的要求较低，无需在暗室中进行标本处理。此外，利用红色激光进行二次激发后，磷屏表面涂层的BaFBr：Eu2+晶体还可回到还原状态，从而满足循环性的曝光使用需求，具有良好的经济性特点。

2 利用磷屏放射自显影法测量α核素放射性活度的实验方法

2.1实验准备

本实验所选样本为利用电沉积工艺制成的α混合源，放射性活度的总值为1523贝可，其中239Pu的放射性活度为812贝可，241Am的放射性活度为702贝可，237Np的放射性活度为9贝可。实验用到的仪器装置主要有磷屏仪（美国PE公司生产）、磷屏（美国PE公司生产，规格为125mm×192mm）、真空室（北京神州东升科技有限公司公司生产，规格为Φ280mm×150mm，材质为不锈钢）、真空泵（TRP12型，北京北仪优成真空技术有限公司生产）以及曝光支架（上端为磷屏固定端，下方共有11個用于搭载样本的抽拉式隔层，最顶层与磷屏晶体面间隔11mm）。

2.2实验步骤

利用磷屏放射自显影法测量α核素放射性活度的实验步骤如下：

（1）利用清屏器对磷屏晶体面进行整体清理，避免残留影像的出现;（2）将磷屏置于曝光支架的上方固定端，保证磷屏在实验过程中无偏移、无松动;（3）将预先准备的α混合源样本搭载到曝光支架的抽拉式隔层上，做好隔层与磷屏之间的距离控制，以确保显影成像稳定清晰;（4）把曝光支架送入真空室内部，开启真空泵进行抽真空处理。在此过程中，应确保真空室与放气阀紧闭，以免削弱曝光支架所处环境的真空效果;（5）约1min左右，真空室内的压强升至100Pa。此时，开始对曝光时间进行计时，待达到预期的曝光时间之后，停止真空泵、关闭隔断阀，计时同步终止;（6）开启放气阀，可见真空室内的压力值逐渐降低。当压力值回归到常压水平时，开启真空室，并取出曝光支架;（7）将曝光后的磷屏从支架上卸下，放置在磷屏仪的扫描滚筒部位并卡紧。然后，将磷屏与滚筒一并送入与计算机设备相连接的红光扫描仪中;（8）启动计算机系统中的OptiQuant软件，设置出合理的扫描参数，启动扫描仪地磷屏进行扫描处理;（9）基于OptiQuant的技术模块支持，对扫描后的影像进行分析，并运算样本区域的光信号强度，由此得知各α核素的放射性活度。

3 利用磷屏放射自显影法测量α核素放射性活度的结果讨论

3.1样本-磷屏距离对实验结果的影响

将样本搭载到曝光支架的不同隔层中，其与磷屏之间的距离将发生变化。对这一变化进行研究，就是对放射源与靶之间几何关系对磷屏放射自显影法应用效果的影响。在实验中，分别将样本与磷屏即放射源与靶的距离设置为50mm、70mm、90mm和110mm，其他实验条件不变，真空曝光时长为40min。在四种距离条件下，11r/mm兴趣区的光强度（10-7I/DLU）分别为0.776、0.413、0.243、0.165;15r/mm兴趣区的光强度分别为1.394、0.752、0.447、0.302;20r/mm兴趣区的光强度分别为2.354、1.305、0.774、0.527;25r/mm兴趣区的光强度分别为3.466、1.973、1.183、0.810。由此可见，随着放射源与靶之间的距离逐渐增加，磷屏放射自显影法生成影像的光强度将逐渐降低。同时，随着靶上兴趣区的半径扩大，磷屏放射自显影法生成影像的光强度将逐渐提升[2]。

3.2曝光时间对实验结果的影响

本实验采用的样本具有很长半衰期，所以可基本确认其在曝光过程中α核素放射性活度的恒定性。在此背景下，将放射源与靶之间的距离固定为50mm，通过调整真空室中曝光处理的时长，对曝光时间的实验影响进行分析。实验结果显示，在20min、40min、80min、160min、320min五个不同的曝光时长背景下，磷屏放射自显影法生成影像的光强度呈现出了直线上升的趋势，且起点为真空室压强达到100Pa的时间点，终点为真空泵停止运行的时间点。

3.3扫描次数对实验结果的影响

磷屏仪设备的操作说明书中指出，磷屏在红光扫描处理后，其感光能力会有所削弱，即生成影像的光强度降低。基于此，本实验在放射源与靶间距50mm、曝光时间320min的固定条件下，对磷屏进行了连续的7次扫描。结果显示，在10r/mm、20r/mm、30r/mm等不同兴趣区下，扫描次数对光强度的影响基本恒定，连续七次分别为100.0、28.8、13.8、8.7、6.4、5.1、4.2。显而易见，第一次与第二次扫描之间的光强度变化最大，削弱幅度近70%。所以，若在磷屏放射自显影法的实践过程中发生扫描被迫中断的情况，应对利用清屏器对磷屏进行影像清除处理，并重新执行实验步骤，不可在中断后直接进行磷屏的再次扫描。

3.4磷屏放射自显影法的实践要点

结合实验结果来看，在利用磷屏放射自显影法进行α核素的放射性活度检测时，应对放射源与靶的间距、曝光时间、扫描次数等影响因素进行科学控制，理论上以短间距、长曝光、单次扫描为宜。同时，在利用清屏器进行磷屏清理时，清平时间越长，磷屏上原有残留影像的清除效果越好，最终的成像与扫描结果也越可靠。

结论：

总而言之，磷屏放射自显影法具有曝光时间灵活可控、测量线性范围较宽、实验流程简单快捷等特点，与传统的核乳胶法相比具有更高实用性。同时，在清屏器的支持下，磷屏还可被循环复用，可满足医学、化学等领域的经济性检测需求。因此，磷屏放射自显影法在放射性检测中具备良好的应用价值与推广前景。

参考文献：

[1]刘伟伟. CD93放射性核素分子探针制备及对荷肺癌小鼠肿瘤靶向性研究[D].山东大学，2019.

[2]高居荣，宋雪皎，王树芸.Typhoon FLA 9500消除磷屏磷感新功能研发与应用初探[J].实验室科学，2018，21（03）：60-63.

基金项目： 国家重点研发计划重点专项（ZLJC1605—3，科技部课题编号2016YFF0200803）