Танилцуулга

20-р зууны дунд үеэс эхлэн шингэний туяа тоолох техник нь цөмийн физик, биоанагаах ухаан, байгаль орчны шинжлэх ухааны салбарын судалгааны тулгын чулуу болсон юм. Үндсэн зарчим нь радионуклидын задралын үед ялгардаг энергийн хэсгүүд нь синтилляцийн шингэнтэй харилцан үйлчилж, энергийг харагдахуйц фотон болгон хувиргадаг явдал юм. Эдгээр фотонуудыг фотодетекторууд (жишээ нь, фото үржүүлэгч хоолой, PMT) цахилгаан дохио болгон хувиргаж, эцэст нь цацраг идэвхт бодисын хэмжээг тодорхойлохын тулд шинжилдэг.

Шингэний цацрагийг тоолох аргын аура нь ихэвчлэн детектор эсвэл гялбаатай шингэнд төвлөрдөг ч дээж болон гялалзах шингэнийг шууд бүрхдэг савнууд нь туршилтын амжилт эсвэл бүтэлгүйтлийг тодорхойлдог гол далд хүчин зүйл болдог.

Одоогийн судалгаанд сцинтилляци хийх шилний загвар нь бэрхшээлтэй тулгарсан хэвээр байна. Энэхүү нийтлэлийн зорилго нь синтилляцийн шилний үйл ажиллагаа, хийц нь түүний гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөөллийг системтэйгээр шинжлэх, функцийг шинжлэх, хийцийг оновчтой болгох, материалыг сонгох, гүйцэтгэлийг сайжруулах замаар синтилляцийн шилийг сонгох, ашиглах онолын үндэслэл, практик удирдамжийг судлаачдад өгөхөд оршино.Үүний зэрэгцээ LSC технологийн цаашдын оновчлол, хэрэглээг өргөжүүлэхэд дэмжлэг үзүүлж, ирээдүйн хөгжлийн чиг хандлагыг тэсэн ядан хүлээж байна.

Шингэн шингээлтийн тоолох технологийн тойм

1. Үндсэн зарчим: Эрчим хүчийг хувиргах нарийн гинж

Шингэний туяа тоолох гол цөм нь цацраг идэвхт задралын энергийг синтилляцийн шингэнээр дамжуулан оптик дохио болгон хувиргах бүх үйл явцад оршдог бөгөөд түүний техникийн процессыг цацрагийн өдөөлт, фотон үүсгэх, оптик дохио авах, өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийх гэж хувааж болно.

2. Технологийн үндсэн сегментүүдийн шинжилгээ

• Сцинтилляцийн уусмалын тогтвортой байдлын хяналт: гидролиз (жишээ нь этилен гликол дээр суурилсан сцинтилляцийн уусмал нь антиоксидант BHT нэмэх шаардлагатай) эсвэл фотолиз (толуолд суурилсан уусмалыг гэрлээс хол байлгах шаардлагатай) зайлсхийх; Шинтилляцын уусмалын нэг хэсэг (жишээлбэл, PPO агуулсан этилен гликолын систем) нь бага температурт (＜4℃) талстыг шингээхэд хялбар байдаг бөгөөд энэ нь гэрлийн гаралтын үр ашгийг огцом бууруулахад хүргэдэг.

• Илрүүлэгчийн мэдрэмжийг оновчтой болгох: өргөн хүрээний хариу үйлдэлтэй, дуу чимээ багатай цахиурын фотодиод зэрэг илрүүлэх шинэ технологиуд сул гэрлийн дохиог илрүүлэхэд тохиромжтой; Олон сувгийн детекторын массивыг зэрэгцээ дохио боловсруулахтай хослуулж, дээжийн өндөр хүчин чадалтай шинжилгээний хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой.

• Дээжийг капсулжуулах, цэвэршүүлэх: Дээжийг битүүмжлэх, цэвэршүүлэх: Шинтилляцын шилний герметик чанар нь гелийн масс спектрометрийг 1 × 10-⁹ Па-м³/с-ээс бага нэвчиж, хүчилтөрөгч нэвтрэхээс сэргийлж, исэлдэлтийн задралыг өдөөдөг. Металл ионыг арилгах, дэвсгэр тоолох хурдыг багасгахын тулд ион солилцооны давирхайг цэвэрлэхэд ашиглаж болно. Цайрын нитрат/калийн ферроцианид нь радионуклидуудыг үрлэн хэлбэрт шилжүүлэхэд ашигладаг бөгөөд уусмалын хэмжээг багасгаж, капсулжуулалтын үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.

Шингэн сцинтилляцийг тоолох технологи нь цацраг идэвхт хэсгүүдийн энергийг гэрлийн дохио болгон хувиргах замаар бага энергитэй радионуклидуудыг өндөр мэдрэмжтэй илрүүлэх боломжийг олгодог. Түүний гүйцэтгэл нь шингэний тогтвортой байдал, детекторын мэдрэмж, дээжийг битүүмжлэх, цэвэршүүлэх зэрэг техникийн үндсэн үзүүлэлтүүдийг оновчтой болгохоос хамаарна. Дээжний капсулжуулалтын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох синтилляцийн шингэн нь эдгээр холбоосуудад орлуулшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд түүний дизайн, материалын сонголт нь LSC технологийн ерөнхий гүйцэтгэлд чухал нөлөө үзүүлдэг.

Сцинтилляцийн шилний үндсэн шинж чанар ба дизайн

1. Контейнерийн функцууд

• Битүүмжлэх: Цацраг идэвхт хий нэвчихээс сэргийлж, гаднах бохирдуулагчийг хуруу шилэнд оруулахаас сэргийлж, гялалзах савнууд маш сайн битүүмжлэгдсэн байх ёстой.

• Тохиромжтой байдал: Удаан хугацааны хүрэлцэх үед химийн урвалд орохгүй, физикийн хувьд деформацид орохгүйн тулд синтилляцын шил нь өргөн хүрээний шингэний шингэнтэй нийцтэй байх шаардлагатай.

2. Материалын сонголт

• Шилэн: фотон дамжуулах үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд өндөр дамжуулалт; маш сайн химийн тогтвортой байдал, зэврэлтэнд тэсвэртэй, олон төрлийн сцинтилляцын шингэнд тохиромжтой; бага дэвсгэр тоо, өндөр мэдрэмжтэй илрүүлэхэд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч шил нь хэврэг, хүнд байдаг.

• Хуванцар: хөнгөн, цохилтод тэсвэртэй, ашиглах, тээвэрлэхэд хялбар. Гэсэн хэдий ч зарим хуванцарууд нь байгалийн радионуклид агуулдаг бөгөөд химийн хувьд тогтвортой биш бөгөөд зарим сцинтилляцын шингэнтэй урвалд ордог.

• Гадаргуугийн өнгөлгөө: Цахиур гэх мэт материалыг лонхны дотоод хананд бүрхэж, гэрлийн тусгал, дамжуулалтын үр ашгийг дээшлүүлж, фотоны гаралтыг нэмэгдүүлдэг.

3. Хэлбэр ба бүтцийг оновчтой болгох

• Лонхны нээлтийн дизайн: Нарийхан нээлхий нь шингэний урсгалыг багасгаж, гэрлийн тархалтын саадыг багасгаж, дохионы тогтвортой байдлыг сайжруулна.

• Хөнгөнөөс зайлсхийх: бараан өнгийн лонх эсвэл бүрээс нь гадны гэрлийн хөндлөнгийн оролцоог дарангуйлж, арын чимээг багасгаж, дохио-дуу чимээний харьцааг сайжруулна.

• Бусад оновчтой загварууд: конусан ёроолтой, эсвэл дотоод ханын тусгай хийц бүхий синтилляцийн шил нь дээжийн үлдэгдлийг бууруулж, нөхөн сэргээх хурдыг сайжруулдаг; бичил хуруу шил нь бичил дээжийг туршихад тохиромжтой бөгөөд энэ нь синтилляцийн уусмалын хэмжээг бууруулж, зардлыг бууруулдаг.

Шинтилляцийн шилний дизайн, материалын сонголт нь тэдгээрийн гүйцэтгэлд ихээхэн нөлөөлдөг. Битүүмжлэл, нийцтэй байдал, материалын сонголт, хэлбэр, хийцийг оновчтой болгосноор шингэний синтилляцийг тоолох илрүүлэх мэдрэмж, нарийвчлалыг мэдэгдэхүйц сайжруулж болно. Цаашид шинэ материал, технологийг ашигласнаар синтилляцийн шилний гүйцэтгэлийг улам сайжруулж, LSC технологийг хөгжүүлэхэд илүү хүчтэй дэмжлэг үзүүлэх болно.

Шинтилляцийн шилний чухал үүрэг

1. Илрүүлэх мэдрэмжийг сайжруулсан

• Дуу чимээ багатай шал: Материал сонгох, битүүмжлэх арга техникээр цацраг идэвхт хольцыг нэвтрүүлэхийг багасгаж, байгалийн радионуклидын агууламжийг бууруулахын тулд калийн багатай борсиликат шил эсвэл өндөр цэвэршилттэй хуванцарыг ашиглах. Вакуум битүүмжлэх эсвэл инерт хий дүүргэх техникийг синтилляцын шингэн дэх хүчилтөрөгч, чийгийн тэсрэх нөлөөг багасгахад ашигладаг.

• Эрчим хүчний өндөр үр ашиг: Лонхны хананы оновчтой дамжуулалт нь детектороор гялалзах гэрлийг дээд зэргээр авах боломжийг олгодог.

2. Туршилтын найдвартай байдлыг баталгаажуулах

• Жишээ тогтвортой байдал: дэгдэмхий болон доройтлоос сэргийлэхийн тулд урт хугацааны битүүмжлэл, урт хугацааны туршилт хийхэд тохиромжтой. Өндөр чанартай тагны битүүмжлэлийн загвар нь дээжийг удаан хугацаагаар хадгалах, тээвэрлэх явцад гоожихгүй, бохирдуулахгүй байхыг баталгаажуулдаг.

• Давтагдах чадварыг хянах: стандартчилагдсан савны техникийн үзүүлэлтүүд нь багц хоорондын туршилтын алдааг багасгаж, жигд хэмжээ, хэлбэр, материалтай синтилляцийн шилийг ашиглах нь туршилтын тогтвортой нөхцлийг хангадаг.

3. Өргөтгөсөн хэрэглээний хувилбарууд

• Бичил эзэлхүүнийг илрүүлэх: Бичил сцинтилляцын хуруу шил нь өндөр үр дүнтэй дээжийн шинжилгээг дэмждэг бөгөөд микро эзэлхүүнтэй дээжийг илрүүлэхэд тохиромжтой, урвалжийн хэрэглээ болон туршилтын зардлыг бууруулдаг.

• Онцгой нөхцөлд нийцтэй байдал: Өндөр температурт тэсвэртэй шил эсвэл тусгай хуванцар материалаар хийгдсэн тул тусгай орчин судлалын автоклавт ариутгах эсвэл бага температурт хадгалахад тохиромжтой.

Шингэний туяа тоолох технологид арын чимээ багатай, эрчим хүчний үр ашигтай дамжуулалтаар дамжуулан илрүүлэх мэдрэгчийг сайжруулж, сорьцын тогтвортой байдал, давтагдах чадварыг хянах замаар туршилтын найдвартай байдлыг баталгаажуулдаг. Нэмж дурдахад, жижигрүүлсэн, онцгой нөхцөл байдалд нийцсэн загвар нь цөмийн физик, биоанагаах ухаан, хүрээлэн буй орчны мониторингийн салбарын судалгаанд хүчтэй дэмжлэг үзүүлж, хэрэглээний хувилбараа улам өргөжүүлж байна. Ирээдүйд материаллаг шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн технологийн дэвшлийг дагалдан синтилляцийн шилний гүйцэтгэл улам сайжирч, LSC тоолох инноваци, хэрэглээг өргөжүүлэх бат бөх суурийг тавих болно.

Хэрэглээний практик жишээ

1. Био анагаахын салбар

• Radioimmunoassay дахь radiotracer-ийн тоон үзүүлэлт: Radioimmunoassay (RIA) нь гормон, эм, хавдрын маркеруудын тоон шинжилгээнд өргөн хэрэглэгддэг өндөр мэдрэмжтэй биомолекул илрүүлэх арга юм. Сцинтилляцын шилийг цацрагийн шошготой эсрэгтөрөгч-эсрэгбиеийн цогцолбор болон сцинтилляцын уусмалыг хадгалахад ашигладаг бөгөөд энэ нь өндөр дамжуулалт, бага дэвсгэр дизайнаар дамжуулан цацраг идэвхт бодисыг үр дүнтэй илрүүлэх боломжийг олгодог.

2. Цөмийн энергийн аюулгүй байдлын хяналт

• Цөмийн хаягдал дахь радиоизотопын ул мөрийг илрүүлэх: Цөмийн хаягдал нь байгаль орчны аюулгүй байдлыг хангах үүднээс нарийн хяналт тавих шаардлагатай олон төрлийн радиоизотопуудыг агуулдаг. Цөмийн хаягдлын ханд болон цацраг идэвхт бодисыг зэврэлтэнд тэсвэртэй материал, герметик лацаар дамжуулж цацраг идэвхт бодис нэвчихээс сэргийлж цацраг идэвхт бодисоор илрүүлэхийн тулд синтилляцийн шилийг ашигладаг.

3. Байгаль орчны шинжлэх ухаан

• Агаар мандлын аэрозол дахь радионуклидыг хянах: Агаар мандлын аэрозол дахь радионуклид нь агаар мандлын үйл явц, орчны бохирдлыг судлах чухал үзүүлэлт юм. Сцинтилляцийн шилийг аэрозолийн дээж дэх радионуклидыг цуглуулах, илрүүлэхэд ашигладаг бөгөөд гэрлээс зайлсхийж, эрчим хүчний үр ашигтай дамжуулалтаар бага идэвхжилтэй дээжийг илрүүлэх мэдрэмжийг сайжруулдаг.

4. Бусад хэрэглээний талбарууд

• Хүнсний аюулгүй байдал: Хүнсний бүтээгдэхүүн дэх цацраг идэвхт бохирдлыг илрүүлэхийн тулд синтилляцийн шилийг ашиглаж болно.

• Геологийн болзоо: чулуулаг, ашигт малтмал дахь цацраг идэвхт изотопыг хэмжих замаар болзоо.

• Эмийн нээлт: цацраг идэвхт шошготой эмийн бодисын солилцооны кинетикийн судалгаанд сцинтилляцийн шилийг ашигладаг.

Шинтилляцын шил нь биоанагаах ухаан, цөмийн аюулгүй байдлын хяналт, байгаль орчны шинжлэх ухаан зэрэг салбарт практик хэрэглээнд орлуулшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулсан. Өндөр мэдрэмжтэй, өндөр тогтвортой байдал, төрөл бүрийн хийцээрээ цацраг идэвхт бодисыг илрүүлэхэд найдвартай дэмжлэг үзүүлж, холбогдох салбар дахь судалгаа, технологийн дэвшлийг дэмжинэ. Ирээдүйд хэрэглээний хэрэгцээ тасралтгүй өргөжиж байгаа тул гялалзах шил нь илүү олон салбарт өвөрмөц үнэ цэнээ үзүүлсээр байх болно.

Бэрхшээл ба сайжруулах чиглэл

1. Одоо байгаа хязгаарлалтууд

• Эмзэг шил нь үйл ажиллагааны эрсдэлд хүргэдэг: Шилэн шилэн савнууд нь тунгалаг, химийн хувьд тогтвортой байдаг ч хэврэг байдал нь дээж гоожих эсвэл тээвэрлэх, ашиглах явцад туршилт тасалдахад хүргэдэг. Энэ нь туршилтын зардал, ялангуяа өндөр хүчин чадалтай эсвэл автоматжуулсан туршилт хийхэд хүргэдэг.

• Хуванцар нь хөгшрөлтийн асуудалтай байж болно: Хуванцар гялтгануур савыг удаан хугацаагаар хэрэглэх эсвэл эрс тэс нөхцөлд (өндөр температур, хүчтэй хүчил, шүлт гэх мэт) өртөх нь хөгширч, улмаар физик шинж чанар эсвэл химийн нийцэмж муудаж, туршилтын үр дүнгийн найдвартай байдал, давтагдах чадварыг бууруулдаг.

• Арын дуу чимээний асуудал: Зарим хуванцар материал нь байгалийн цацраг идэвхт хольц агуулсан байж болзошгүй бөгөөд энэ нь дэвсгэрийн тоог нэмэгдүүлж, идэвхжил багатай дээжийг илрүүлэх мэдрэмжинд нөлөөлдөг.

• Зардал, байгаль орчны асуудал: Өндөр чанартай шил эсвэл тусгай зориулалтын хуванцар материал нь өртөг өндөртэй байдаг ба нэг удаагийн сцинтилляци бүхий шил нь байгаль орчинд дарамт болдог.

2. Технологийн шинэчлэл

• Шинэ нийлмэл материал боловсруулах: Шаазан эдлэлийн химийн өндөр тогтвортой байдал, хуванцар материалын нөлөөллийн эсэргүүцлийг хослуулан бид өндөр температур, зэврэлт, арын чимээ шуугианд тэсвэртэй керамик дээр суурилсан шинэ нийлмэл материалыг бүтээж, эрс тэс нөхцөлд, өндөр мэдрэмжтэй илрүүлэхэд тохиромжтой. Биологийн задралд ордог хуванцар материалыг хөгжүүлснээр байгаль орчинд үзүүлэх ачааллыг бууруулж, тогтвортой хөгжлийн үзэл баримтлалын дагуу нэг удаагийн туршилт хийхэд тохиромжтой.

• Гадаргууг боловсруулах технологийг оновчтой болгох: фотон дамжуулах үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд шилний дотоод хананд нано хэмжээний оптик сайжруулсан бүрээсийг түрхэх. Микро сорьц илрүүлэхэд тохиромжтой илрүүлэх мэдрэмжийг улам сайжруулна.

3. Гадаргууг боловсруулах технологийг оновчтой болгох

• Нано бүрэх технологи: фотон дамжуулах үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд нано хэмжээст оптикийн сайжруулсан бүрээсийг сцинтилляцийн шилний дотоод хананд наасан. Энэ нь илрүүлэх мэдрэмжийг улам сайжруулж, ул мөрийн дээж илрүүлэхэд тохиромжтой.

• Бохирдлын эсрэг бүрээс: Дээжний үлдэгдлийг багасгах, өндөр үнэ цэнэтэй дээж эсвэл дахин ашиглах хувилбарт нөхөн сэргээх хурдыг сайжруулах зорилгоор бохирдлоос хамгаалах бүрээсийг боловсруулсан.

Шингэн шилжилтийн шил нь шингэний цацрагийг тоолох технологид гол үүрэг гүйцэтгэдэг хэдий ч материалын шинж чанар, ашиглалтын аюулгүй байдал, байгаль орчныг хамгаалах талаар тодорхой сорилтуудтай тулгарсаар байна. Шинжилгээний шилний гүйцэтгэл, хэрэглээний цар хүрээг янз бүрийн чиглэлээр судалгаа хийснээр мэдэгдэхүйц сайжруулж болно. Ирээдүйд материаллаг шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн технологийн дэвшлийг дагалдан синтилляцын шил нь мэдрэмж, найдвартай байдал, тогтвортой байдлын талаар илүү их нээлт хийж, шингэний синтилляци тоолох технологийн хөгжилд шинэ эрч хүч оруулах болно.

Дүгнэлт ба хэтийн төлөв

Шингэн туяа тоолох (LSC) технологийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох синтилляцийн шил нь материал, бүтэц, үйл явцыг тасралтгүй оновчлох, оновчтой болгох замаар цацраг идэвхт бодис илрүүлэхэд орлуулшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг. Материалын шинэчлэл, бүтцийг оновчтой болгох, үйл явцыг сайжруулах болон бусад оновчлолууд нь биоанагаах ухаан, цөмийн энергийн аюулгүй байдлын хяналт, байгаль орчны шинжлэх ухаан болон бусад салбарт өргөн хэрэглэгддэг шингэн тоолох технологи болох шингэний шилийг дэмжих гол хэрэгсэл юм.

Материалын шинжлэх ухаан, нанотехнологи, автоматжуулалтын технологийн хурдацтай хөгжлийг дагаад гялтгануурын шилнүүд нь ирээдүйд илүү өндөр гүйцэтгэлтэй, илүү ухаалаг, байгаль орчинд ээлтэй дизайн хийх болно. Эдгээр инноваци нь шингэн сцинтилляци тоолох технологийн дэвшлийг дэмжээд зогсохгүй цөмийн физик, биоанагаах ухаан, байгаль орчны шинжлэх ухааны салбар дахь судалгаанд илүү хүчирхэг хэрэгсэл, дэмжлэг үзүүлэх болно. Цаашид цацраг идэвхт бодисыг илрүүлэх технологийн илүү үр ашигтай, найдвартай, тогтвортой үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох туяа цацруулагч шилнүүд болно.