Indledning

Siden udviklingen i midten af ​​det 20. århundrede er væskescintillationstællingsteknikken blevet en hjørnesten i forskningen inden for kernefysik, biomedicin og miljøvidenskab. Kerneprincippet ligger i, at energiske partikler, der frigives under henfaldet af radionuklider, interagerer med scintillationsvæsken og omdanner energien til synlige fotoner. Disse fotoner omdannes til elektriske signaler af fotodetektorer (f.eks. fotomultiplikatorrør, PMT'er), som i sidste ende analyseres for at kvantificere mængden af ​​radioaktivt materiale.

Selvom auraen ved væskescintillationstællingsteknikker ofte er fokuseret på selve detektoren eller den scintillerende væske, er scintillationsglassene, som de beholdere, der direkte indkapsler prøven og den scintillerende væske, en central skjult faktor, der bestemmer et eksperiments succes eller fiasko.

Designet af scintillationsglas i den aktuelle undersøgelse står stadig over for udfordringer. Formålet med denne artikel er systematisk at analysere indflydelsen af ​​funktionen og designet af scintillationsglas på deres ydeevne og at give forskere et teoretisk grundlag og praktisk vejledning i udvælgelse og brug af scintillationsglas ved at analysere funktionen, optimere designet, vælge materialet og forbedre ydeevnen.Samtidig ser den frem til sin fremtidige udviklingstendens og yder støtte til yderligere optimering og applikationsudvidelse af LSC-teknologi.

Oversigt over væskescintillationstællingsteknologi

1. Grundprincip: Præcisionskæde til energiomdannelse

Kernen i væskescintillationstælling ligger i hele processen med at omdanne radioaktiv henfaldsenergi til optiske signaler gennem scintillationsvæsken, og dens tekniske proces kan opdeles i strålingsexcitation, fotongenerering, optisk signaloptagelse og dataanalyse.

2. Analyse af nøgleteknologisegmenter

• Stabilitetskontrol af scintillationsopløsningUndgå hydrolyse (f.eks. skal ethylenglycol-baseret scintillationsopløsning tilsættes antioxidanten BHT) eller fotolyse (toluen-baseret opløsning skal opbevares væk fra lys); en del af scintillationsopløsningen (f.eks. ethylenglycol-system indeholdende PPO) absorberer let krystaller ved lave temperaturer (<4℃), hvilket vil føre til et pludseligt fald i lysudbyttets effektivitet.

• Optimering af detektorfølsomhedNye detektionsteknologier såsom siliciumfotodioder med bred spektral respons og lav støj er egnede til detektion af svage lyssignaler; flerkanalsdetektorarrays kan kombineres med parallel signalbehandling for at forbedre hastigheden af ​​højkapacitetsprøveanalyse.

• Prøveindkapsling og oprensningIndkapsling og oprensning af prøven: Scintillationsflaskerne er hermetiske og kræver, at heliummassespektrometrien registrerer en lækagehastighed på mindre end 1×10⁹ Pa-m³/s, hvilket forhindrer ilt i at trænge ind og udløse oxidativ nedbrydning af scintillationen. Ionbytterharpikser kan bruges til rengøring for at fjerne metalioner og reducere baggrundstællingshastigheden. Zinknitrat/kaliumferrocyanid anvendes til at koncentrere radionukliderne til en pelleteret tilstand, hvilket reducerer opløsningens volumen og øger indkapslingseffektiviteten.

Væskescintillationstællingsteknologi muliggør meget følsom detektion af lavenergi-radionuklider ved at omdanne energien fra radioaktive partikler til et lyssignal. Dens ydeevne afhænger af optimeringen af ​​centrale tekniske aspekter såsom scintillationsvæskens stabilitet, detektorens følsomhed samt indkapsling og rensning af prøven. Som kernekomponenten i prøveindkapsling spiller scintillationsvæske en uerstattelig rolle i disse forbindelser, og dens design og materialevalg har en vigtig indflydelse på LSC-teknologiens samlede ydeevne.

Kernefunktioner og design af scintillationsflasker

1. Containerfunktioner

• ForseglingScintillationsglas skal have fremragende forsegling for at forhindre lækage af radioaktive gasser, samtidig med at eksterne forurenende stoffer undgås i at trænge ind i glasset.

• KompatibilitetScintillationsflasker skal være kompatible med en bred vifte af scintillationsvæsker for at sikre, at de ikke reagerer kemisk eller deformeres fysisk under langvarig kontakt.

2. Materialevalg

• GlasHøj transmittans for at maksimere fotontransmissionseffektiviteten; fremragende kemisk stabilitet, korrosionsbestandighed, egnet til en bred vifte af scintillationsvæsker; lavt baggrundstal, egnet til detektion med høj følsomhed. Glas er dog skrøbeligt og tungt.

• PlastLet og slagfast, nem at betjene og transportere. Nogle plasttyper indeholder dog naturlige radionuklider og er kemisk mindre stabile og vil reagere med visse scintillationsvæsker.

• OverfladebehandlingMaterialer som silica er belagt på flaskens indervæg for at forbedre lysrefleksion og transmissionseffektivitet og øge fotonoutputtet.

3. Form- og strukturoptimering

• Design af flaskeåbningSmal åbning reducerer væskestrømmen, reducerer lysspredningsforstyrrelser og forbedrer signalkonsistensen.

• LysundgåelseMørkfarvede flasker eller belægninger kan hæmme ekstern lysinterferens, reducere baggrundsstøj og forbedre signal-støj-forholdet.

• Andre optimerede designsScintillationsglas med konisk bund eller specielle indvendige vægdesign reducerer prøverester og forbedrer genvindingsraterne; mikroglas er velegnede til mikroprøvetestning, hvilket kan reducere mængden af ​​scintillationsopløsning og sænke omkostningerne.

Design og materialevalg af scintillationsglas har en betydelig indflydelse på deres ydeevne. Detektionsfølsomheden og nøjagtigheden af ​​væskescintillationstælling kan forbedres betydeligt ved at optimere forsegling, kompatibilitet, materialevalg samt form og konstruktion. I fremtiden, med anvendelsen af ​​nye materialer og teknologier, vil scintillationsglassenes ydeevne blive yderligere forbedret for at give stærkere støtte til udviklingen af ​​LSC-teknologi.

Den kritiske rolle af scintillationsflasker

1. Forbedret detektionsfølsomhed

• Lavt støjniveau gulvReduceret tilførsel af radioaktive urenheder gennem materialevalg og forseglingsteknikker, brug af lavkaliumborosilikatglas eller højrent plast for at reducere indholdet af naturlige radionuklider. Vakuumforsegling eller inertgaspåfyldningsteknikker anvendes til at reducere ilts og fugts sprængningseffekt på scintillationsvæsken.

• Høj energieffektivitetOptimeret flaskevægstransmission sikrer maksimal opfangning af scintillationslys af detektoren.

2. Garanti for eksperimentel pålidelighed

• PrøvestabilitetLangtidsforsegling for at forhindre fordampning eller nedbrydning, egnet til langvarige eksperimenter. Højkvalitets kapselforsegling sikrer, at prøver ikke lækker eller kontamineres under langtidsopbevaring eller transport.

• GentagelseskontrolStandardiserede beholderspecifikationer reducerer eksperimentelle fejl mellem batcher, og brugen af ​​scintillationsglas af ensartet størrelse, form og materiale sikrer ensartede eksperimentelle forhold.

3. Udvidede anvendelsesscenarier

• MikrovolumendetektionMikroscintillationsglas understøtter højkapacitetsprøveanalyse og er velegnede til detektion af mikrovolumenprøver, hvilket reducerer reagensforbrug og eksperimentelle omkostninger.

• Kompatibilitet med ekstreme forholdVed at anvende højtemperaturbestandigt glas eller specielt plastmateriale er det egnet til autoklaversterilisering i specialmiljøer eller opbevaring ved lav temperatur.

Scintillationsglas forbedrer detektionsfølsomheden gennem lav baggrundsstøj og effektiv energioverførsel i væskescintillationstællingsteknologi og garanterer også eksperimentel pålidelighed gennem prøvestabilitet og reproducerbarhedskontrol. Derudover udvider det miniaturiserede og ekstremt betingelser-kompatible design yderligere dets anvendelsesscenarier og giver stærk støtte til forskning inden for kernefysik, biomedicin og miljøovervågning. I fremtiden, med fremskridt inden for materialevidenskab og fremstillingsteknologi, vil scintillationsglassenes ydeevne blive yderligere forbedret, hvilket lægger et solidt fundament for innovation og anvendelsesudvidelse af LSC-tælling.

Praktiske anvendelseseksempler

1. Biomedicinsk felt

• Kvantificering af radiotracer i radioimmunoassayRadioimmunoassay (RIA) er en yderst følsom biomolekylær detektionsteknik, der i vid udstrækning anvendes til kvantitativ analyse af hormoner, lægemidler og tumormarkører. Scintillationshætteglas bruges til at indeholde radiomærkede antigen-antistofkomplekser og scintillationsopløsninger, hvilket sikrer effektiv detektion af radiotracere gennem høj transmittans og lav baggrundsstråling.

2. Overvågning af sikkerheden inden for nuklear energi

• Spordetektion af radioisotoper i nukleart affaldNukleart affald indeholder en bred vifte af radioisotoper, der skal overvåges nøjagtigt for at sikre miljøsikkerhed. Scintillationsflasker bruges til at indkapsle nukleart affaldsekstrakter og scintillationsvæsker til radiografisk detektion, hvilket forhindrer lækage af radioaktive materialer gennem korrosionsbestandige materialer og hermetiske forseglinger.

3. Miljøvidenskab

• Sporing af radionuklider i atmosfæriske aerosolerRadionuklider i atmosfæriske aerosoler er vigtige indikatorer for studiet af atmosfæriske processer og miljøforurening. Scintillationsrør bruges til at indsamle og detektere radionuklider i aerosolprøver, hvilket forbedrer detektionsfølsomheden af ​​lavaktive prøver gennem lysundgåelsesdesign og effektiv energioverførsel.

4. Andre anvendelsesområder

• FødevaresikkerhedScintillationsglas kan bruges til at detektere radioaktiv kontaminering i fødevarer.

• Geologisk dateringDatering ved måling af radioaktive isotoper i bjergarter og mineraler.

• LægemiddelopdagelseScintillationshætteglas bruges til metaboliske kinetiske undersøgelser af radiomærkede lægemidler.

Scintillationsglas har vist deres uerstattelige rolle i praktiske anvendelser inden for områder som biomedicin, overvågning af nuklear sikkerhed og miljøvidenskab. Gennem høj følsomhed, høj stabilitet og varierede design yder scintillationsglas pålidelig støtte til radioaktivitetsdetektion og fremmer forskning og teknologiske fremskridt inden for relaterede områder. I fremtiden, med den løbende udvidelse af anvendelsesbehov, vil scintillationsglas fortsat spille sin unikke værdi inden for flere områder.

Udfordringer og retninger for forbedring

1. Eksisterende begrænsninger

• Skrøbeligt glas fører til driftsrisiciSelvom glasscintillationsflasker er meget gennemskinnelige og kemisk stabile, kan deres skrøbelighed føre til prøvelækage eller afbrydelse af forsøget under transport og brug. Dette kan føre til øgede forsøgsomkostninger, især i eksperimenter med høj kapacitet eller automatiserede forsøg.

• Plastik kan have aldringsproblemerPlastscintillationsflasker kan ved langvarig brug eller udsættelse for ekstreme forhold (såsom høje temperaturer, stærke syrer og baser) ældes, hvilket resulterer i en forringelse af fysiske egenskaber eller kemisk kompatibilitet, hvilket vil reducere pålideligheden og reproducerbarheden af ​​eksperimentelle resultater.

• Problem med baggrundsstøjNogle plastmaterialer kan indeholde naturlige radioaktive urenheder, som øger baggrundstællingen og påvirker detektionsfølsomheden af ​​prøver med lav aktivitet.

• Omkostninger og miljøproblemerHøjkvalitetsglas eller specialplastmaterialer er dyre, og engangsscintillationsflasker kan være en byrde for miljøet.

2. Teknologiske innovationer

• Udvikling af nye kompositmaterialerVed at kombinere keramikkens høje kemiske stabilitet og plastens slagfasthed udvikler vi nye keramikbaserede kompositmaterialer, der er modstandsdygtige over for høje temperaturer, korrosion og lav baggrundsstøj, hvilket gør dem velegnede til ekstreme forhold og detektion med høj følsomhed. Udviklingen af ​​bionedbrydelige plastmaterialer reducerer belastningen på miljøet og er egnede til engangsforsøg i overensstemmelse med konceptet om bæredygtig udvikling.

• Optimering af overfladebehandlingsteknologiPåføring af nanoskala optiske forstærkende belægninger på flaskers indervæg for at forbedre fotontransmissionseffektiviteten. Yderligere forbedring af detektionsfølsomheden, egnet til detektion af mikroprøver.

3. Optimering af overfladebehandlingsteknologi

• Nano-coating-teknologiNanoskala optisk forbedrede belægninger påføres scintillationsrørenes indvendige væg for at forbedre fotontransmissionseffektiviteten. Dette forbedrer detektionsfølsomheden yderligere og er egnet til sporprøvedetektion.

• Antifouling-belægningerAntifouling-belægninger er blevet udviklet for at minimere prøverester og forbedre genvindingsraterne for prøver af høj værdi eller genbrugsscenarier.

Selvom scintillationsflasker spiller en nøglerolle i væskescintillationstællingsteknologi, står de stadig over for visse udfordringer med hensyn til materialeegenskaber, driftssikkerhed og miljøbeskyttelse. Ydeevnen og anvendelsesområdet for scintillationsflasker kan forbedres betydeligt gennem forskning i forskellige aspekter. I fremtiden, med fremskridt inden for materialevidenskab og fremstillingsteknologi, vil scintillationsflasker gøre større gennembrud inden for følsomhed, pålidelighed og bæredygtighed, hvilket vil tilføre ny vitalitet til udviklingen af ​​væskescintillationstællingsteknologi.

Konklusioner og fremtidsudsigter

Scintillationsglas, som kernekomponenten i væskescintillationstællingsteknologi (LSC), spiller en uerstattelig rolle i radioaktivitetsdetektion gennem kontinuerlig optimering og optimering af materialer, strukturer og processer. Materialeinnovation, strukturoptimering, procesforbedring og andre optimeringer er de centrale støtteværktøjer for scintillationsglas, der er ved at blive den væsketællingsteknologi, som er meget udbredt inden for biomedicin, sikkerhedsovervågning af nuklear energi, miljøvidenskab og andre områder.

Med den hurtige udvikling inden for materialevidenskab, nanoteknologi og automatiseringsteknologi vil scintillationsglas i fremtiden opnå højere ydeevne, et smartere og mere miljøvenligt design. Disse innovationer vil ikke blot fremme udviklingen af ​​​​væskescintillationstællingsteknologi, men også give mere kraftfulde værktøjer og støtte til forskning inden for kernefysik, biomedicin og miljøvidenskab. I fremtiden forventes scintillationsglas at blive en mere effektiv, pålidelig og bæredygtig kernekomponent i radioaktivitetsdetektionsteknologi.