Введение

С момента своего развития в середине 20-го века метод жидкостного сцинтилляционного счета стал краеугольным камнем исследований в области ядерной физики, биомедицинских и экологических наук. Основной принцип заключается в том, что энергичные частицы, высвобождаемые при распаде радионуклидов, взаимодействуют со сцинтилляционной жидкостью, преобразуя энергию в видимые фотоны. Эти фотоны преобразуются в электрические сигналы фотодетекторами (например, фотоумножительными трубками, ФЭУ), которые в конечном итоге анализируются для количественной оценки количества радиоактивного материала.

Хотя аура методов жидкостного сцинтилляционного счета часто сосредоточена на детекторе или самой сцинтилляционной жидкости, сцинтилляционные флаконы как контейнеры, которые непосредственно инкапсулируют образец и сцинтилляционную жидкость, являются ключевым скрытым фактором, определяющим успех или неудачу эксперимента.

Конструкция сцинтилляционных флаконов в текущем исследовании по-прежнему сталкивается с трудностями. Целью данной статьи является систематический анализ влияния функции и конструкции сцинтилляционных флаконов на их производительность, а также предоставление исследователям теоретической основы и практических рекомендаций по выбору и использованию сцинтилляционных флаконов путем анализа функции, оптимизации конструкции, выбора материала и улучшения производительности.В то же время компания с нетерпением ждет дальнейшего развития своей тенденции, обеспечивая поддержку дальнейшей оптимизации и расширению применения технологии LSC.

Обзор технологии жидкостного сцинтилляционного счета

1. Основной принцип: точная цепь для преобразования энергии

Суть жидкостного сцинтилляционного счета заключается в целом процессе преобразования энергии радиоактивного распада в оптические сигналы посредством сцинтилляционной жидкости, а его технический процесс можно разделить на возбуждение излучения, генерацию фотонов, захват оптического сигнала и анализ данных.

2. Анализ ключевых технологических сегментов

• Контроль стабильности сцинтилляционного раствора: избегайте гидролиза (например, в сцинтилляционный раствор на основе этиленгликоля необходимо добавлять антиоксидант BHT) или фотолиза (раствор на основе толуола необходимо хранить вдали от света); часть сцинтилляционного раствора (например, система этиленгликоля, содержащая PPO) легко поглощает кристаллы при низких температурах (<4℃), что приведет к резкому падению эффективности светового потока.

• Оптимизация чувствительности детектора: новые технологии обнаружения, такие как кремниевые фотодиоды с широким спектральным откликом и низким уровнем шума, подходят для обнаружения слабых световых сигналов; многоканальные матрицы детекторов можно комбинировать с параллельной обработкой сигналов для повышения скорости высокопроизводительного анализа образцов.

• Инкапсуляция и очистка образцов: Инкапсуляция и очистка образцов: Герметичность сцинтилляционных флаконов требует, чтобы гелиевая масс-спектрометрия улавливала скорость утечки менее 1×10-⁹ Па-м³/с, предотвращая проникновение кислорода, которое также может вызвать окислительную деградацию сцинтилляции. Ионообменные смолы могут использоваться для очистки, чтобы удалить ионы металлов и снизить фоновую скорость счета. Нитрат цинка/ферроцианид калия используется для концентрирования радионуклидов до гранулированного состояния, уменьшая объем раствора и увеличивая эффективность инкапсуляции.

Технология жидкостного сцинтилляционного счета обеспечивает высокочувствительное обнаружение низкоэнергетических радионуклидов путем преобразования энергии радиоактивных частиц в световой сигнал. Ее производительность зависит от оптимизации ключевых технических аспектов, таких как стабильность сцинтилляционной жидкости, чувствительность детектора, а также инкапсуляция и очистка образца. Как основной компонент инкапсуляции образца, сцинтилляционная жидкость играет незаменимую роль в этих связях, а ее конструкция и выбор материала оказывают важное влияние на общую производительность технологии LSC.

Основные характеристики и конструкция сцинтилляционных флаконов

1. Функции контейнера

• Уплотнение: Сцинтилляционные флаконы должны иметь надежную герметизацию, чтобы предотвратить утечку радиоактивных газов и исключить попадание внешних загрязняющих веществ во флакон.

• Совместимость: Сцинтилляционные флаконы должны быть совместимы с широким спектром сцинтилляционных жидкостей, чтобы гарантировать, что они не вступят в химическую реакцию или не деформируются физически при длительном контакте.

2. Выбор материала

• Стекло: высокая пропускаемость для максимизации эффективности передачи фотонов; превосходная химическая стабильность, коррозионная стойкость, подходит для широкого спектра сцинтилляционных жидкостей; низкий фоновый счет, подходит для высокочувствительного обнаружения. Однако стекло хрупкое и тяжелое.

• Пластик: легкий и ударопрочный, простой в эксплуатации и транспортировке. Однако некоторые виды пластика содержат естественные радионуклиды и химически менее стабильны и будут реагировать с некоторыми сцинтилляционными жидкостями.

• Отделка поверхности: На внутреннюю стенку бутылки нанесено покрытие из таких материалов, как диоксид кремния, для улучшения отражения и эффективности пропускания света, а также увеличения выхода фотонов.

3. Оптимизация формы и структуры

• Дизайн открывания бутылки: Узкое отверстие уменьшает поток жидкости, снижает помехи, вызванные рассеянием света, и улучшает согласованность сигнала.

• Избегание света: темная окраска бутылки или покрытие могут подавлять внешние световые помехи, снижать фоновый шум и улучшать соотношение сигнал/шум.

• Другие оптимизированные конструкции: сцинтилляционные флаконы с коническим дном или специальной конструкцией внутренних стенок уменьшают количество остатков образца и повышают скорость восстановления; микрофлаконы подходят для тестирования микрообразцов, что позволяет уменьшить количество сцинтилляционного раствора и снизить затраты.

Конструкция и выбор материала сцинтилляционных флаконов оказывают значительное влияние на их производительность. Чувствительность обнаружения и точность счета жидкостной сцинтилляции могут быть значительно улучшены за счет оптимизации герметизации, совместимости, выбора материала, а также формы и конструкции. В будущем, с применением новых материалов и технологий, производительность сцинтилляционных флаконов будет еще больше улучшена, чтобы обеспечить более надежную поддержку для разработки технологии LSC.

Решающая роль сцинтилляционных флаконов

1. Повышенная чувствительность обнаружения

• Низкий уровень шума: Снижение попадания радиоактивных примесей за счет выбора материалов и методов герметизации, использования боросиликатного стекла с низким содержанием калия или высокочистых пластмасс для снижения содержания природных радионуклидов. Для снижения разрывного эффекта кислорода и влаги на сцинтилляционную жидкость используются методы вакуумной герметизации или заполнения инертным газом.

• Высокая энергоэффективность: оптимизированная светопропускаемость стенки бутылки обеспечивает максимальный захват сцинтилляционного света детектором.

2. Гарантия экспериментальной надежности

• Стабильность образца: долгосрочная герметизация для предотвращения испарения или деградации, подходит для длительных экспериментов. Высококачественная конструкция крышки гарантирует, что образцы не протекут и не загрязнятся во время длительного хранения или транспортировки.

• Контроль повторяемости: стандартизированные спецификации контейнеров снижают экспериментальные ошибки между партиями, а использование сцинтилляционных флаконов одинакового размера, формы и материала обеспечивает единообразие экспериментальных условий.

3. Расширенные сценарии применения

• Микрообъемное обнаружение: Микросцинтилляционные флаконы поддерживают высокопроизводительный анализ образцов и подходят для обнаружения микрообъемов образцов, что снижает расход реагентов и стоимость эксперимента.

• Совместимость с экстремальными условиями: Изготовленный из термостойкого стекла или специального пластика, он подходит для стерилизации в автоклаве в специальных условиях или для низкотемпературного хранения.

Сцинтилляционные флаконы повышают чувствительность обнаружения за счет низкого фонового шума и эффективной передачи энергии в технологии жидкостного сцинтилляционного счета, а также гарантируют экспериментальную надежность за счет контроля стабильности и воспроизводимости образцов. Кроме того, миниатюрная и совместимая с экстремальными условиями конструкция еще больше расширяет свои прикладные сценарии, обеспечивая надежную поддержку для исследований в области ядерной физики, биомедицины и мониторинга окружающей среды. В будущем, с развитием материаловедения и производственных технологий, производительность сцинтилляционных флаконов будет еще больше улучшена, закладывая прочную основу для инноваций и расширения применения подсчета LSC.

Примеры практического применения

1. Биомедицинская сфера

• Количественное определение радиоактивного индикатора в радиоиммунном анализе: Радиоиммуноанализ (РИА) — это высокочувствительный метод биомолекулярного обнаружения, широко используемый для количественного анализа гормонов, лекарств и опухолевых маркеров. Сцинтилляционные флаконы используются для хранения радиоактивно меченых комплексов антиген-антитело и сцинтилляционных растворов, обеспечивая эффективное обнаружение радиоактивных индикаторов благодаря высокой пропускающей способности и низкому фону.

2. Мониторинг безопасности атомной энергетики

• Обнаружение следов радиоизотопов в ядерных отходах: Ядерные отходы содержат широкий спектр радиоизотопов, которые необходимо тщательно контролировать для обеспечения безопасности окружающей среды. Сцинтилляционные флаконы используются для инкапсуляции экстрактов ядерных отходов и сцинтилляционных жидкостей для радиографического обнаружения, предотвращая утечку радиоактивных материалов через коррозионно-стойкие материалы и герметичные уплотнения.

3. Науки об окружающей среде

• Отслеживание радионуклидов в атмосферных аэрозолях: Радионуклиды в атмосферных аэрозолях являются важными индикаторами для изучения атмосферных процессов и загрязнения окружающей среды. Сцинтилляционные флаконы используются для сбора и обнаружения радионуклидов в образцах аэрозолей, улучшая чувствительность обнаружения низкоактивных образцов за счет конструкции, исключающей попадание света, и эффективной передачи энергии.

4. Другие области применения

• Безопасность пищевых продуктов: Сцинтилляционные флаконы можно использовать для обнаружения радиоактивного загрязнения пищевых продуктов.

• Геологическое датирование: датирование путем измерения радиоактивных изотопов в горных породах и минералах.

• Открытие лекарств: сцинтилляционные флаконы используются для метаболических кинетических исследований радиоактивно меченых препаратов.

Сцинтилляционные флаконы продемонстрировали свою незаменимую роль в практическом применении в таких областях, как биомедицина, мониторинг ядерной безопасности и экология. Благодаря высокой чувствительности, высокой стабильности и разнообразным конструкциям сцинтилляционные флаконы обеспечивают надежную поддержку обнаружения радиоактивности и способствуют исследованиям и технологическому прогрессу в смежных областях. В будущем, с постоянным расширением потребностей в применении, сцинтилляционные флаконы продолжат играть свою уникальную ценность в большем количестве областей.

Проблемы и направления для улучшения

1. Существующие ограничения

• Хрупкое стекло приводит к эксплуатационным рискам: Хотя стеклянные сцинтилляционные бутылки очень прозрачны и химически стабильны, их хрупкость может привести к утечке образца или прерыванию эксперимента во время транспортировки и использования. Это может привести к увеличению экспериментальных затрат, особенно в высокопроизводительных или автоматизированных экспериментах.

• Пластик может иметь проблемы со старением: Пластиковые сцинтилляционные флаконы при длительном использовании или воздействии экстремальных условий (таких как высокие температуры, сильные кислоты и щелочи) могут стареть, что приводит к ухудшению физических свойств или химической совместимости, что снижает надежность и воспроизводимость экспериментальных результатов.

• Проблема фонового шума: Некоторые пластиковые материалы могут содержать естественные радиоактивные примеси, которые увеличивают фоновый уровень и влияют на чувствительность обнаружения низкоактивных образцов.

• Вопросы стоимости и экологии: Высококачественное стекло или специальные пластиковые материалы стоят дорого, а одноразовые сцинтилляционные флаконы могут наносить вред окружающей среде.

2. Технологические инновации

• Разработка новых композиционных материалов: Объединяя высокую химическую стабильность керамики и ударопрочность пластика, мы разрабатываем новые композитные материалы на основе керамики, устойчивые к высоким температурам, коррозии и низкому фоновому шуму, что делает их пригодными для экстремальных условий и высокочувствительного обнаружения. Разработка биоразлагаемых пластиковых материалов снижает нагрузку на окружающую среду и подходит для одноразовых экспериментов, в соответствии с концепцией устойчивого развития.

• Оптимизация технологии обработки поверхности: нанесение наномасштабных оптических улучшающих покрытий на внутреннюю стенку бутылок для повышения эффективности передачи фотонов. Дальнейшее повышение чувствительности обнаружения, подходящее для обнаружения микрообразцов.

3. Оптимизация технологии обработки поверхности

• Технология нанопокрытия: на внутреннюю стенку сцинтилляционных флаконов наносятся наноразмерные оптически улучшенные покрытия для повышения эффективности передачи фотонов. Это дополнительно повышает чувствительность обнаружения и подходит для обнаружения следов образцов.

• Противообрастающие покрытия: Противообрастающие покрытия были разработаны для минимизации остатков образцов и повышения коэффициента извлечения ценных образцов или сценариев повторного использования.

Хотя сцинтилляционные флаконы играют ключевую роль в технологии жидкостного сцинтилляционного счета, они все еще сталкиваются с определенными проблемами с точки зрения свойств материалов, эксплуатационной безопасности и защиты окружающей среды. Производительность и область применения сцинтилляционных флаконов могут быть значительно улучшены путем исследований в различных аспектах. В будущем, с развитием материаловедения и производственных технологий, сцинтилляционные флаконы совершат еще большие прорывы в чувствительности, надежности и устойчивости, привнося новую жизненную силу в разработку технологии жидкостного сцинтилляционного счета.

Выводы и перспективы

Сцинтилляционные флаконы, как основной компонент технологии жидкостного сцинтилляционного счета (ЖСС), играют незаменимую роль в обнаружении радиоактивности посредством непрерывной оптимизации и усовершенствования материалов, структур и процессов. Инновации в материалах, оптимизация структуры, усовершенствование процессов и другие оптимизации являются основными инструментами поддержки для сцинтилляционных флаконов, чтобы стать технологией жидкостного счета, которая широко используется в биомедицине, мониторинге безопасности ядерной энергетики, науках об окружающей среде и других областях.

Благодаря быстрому развитию материаловедения, нанотехнологий и технологий автоматизации, сцинтилляционные флаконы в будущем достигнут более высокой производительности, более умной и более экологичной конструкции. Эти инновации не только будут способствовать развитию технологии жидкостного сцинтилляционного счета, но и предоставят более мощные инструменты и поддержку для исследований в области ядерной физики, биомедицины и экологии. Ожидается, что в будущем сцинтилляционные флаконы станут более эффективным, надежным и устойчивым основным компонентом технологии обнаружения радиоактивности.