Вступ

З моменту свого розвитку в середині 20-го століття, метод рідинного сцинтиляційного лічильника став наріжним каменем досліджень у галузі ядерної фізики, біомедичних та екологічних наук. Основний принцип полягає в тому, що енергетичні частинки, що вивільняються під час розпаду радіонуклідів, взаємодіють зі сцинтиляційною рідиною, перетворюючи енергію на видимі фотони. Ці фотони перетворюються на електричні сигнали фотодетекторами (наприклад, фотопомножувачами, ФЕП), які зрештою аналізуються для кількісного визначення кількості радіоактивного матеріалу.

Хоча аура методів рідинного сцинтиляційного лічильника часто зосереджена на детекторі або самій сцинтиляційній рідині, сцинтиляційні флакони, як контейнери, що безпосередньо інкапсулюють зразок та сцинтиляційну рідину, є ключовим прихованим фактором, що визначає успіх чи невдачу експерименту.

Конструкція сцинтиляційних флаконів у поточному дослідженні все ще стикається з труднощами. Метою цієї статті є систематичний аналіз впливу функції та конструкції сцинтиляційних флаконів на їхню продуктивність, а також надання дослідникам теоретичної основи та практичних рекомендацій щодо вибору та використання сцинтиляційних флаконів шляхом аналізу функції, оптимізації конструкції, вибору матеріалу та покращення продуктивності.Водночас, компанія з нетерпінням чекає на майбутні тенденції розвитку, забезпечуючи підтримку для подальшої оптимізації та розширення застосування технології LSC.

Огляд технології рідинного сцинтиляційного лічильника

1. Основний принцип: прецизійний ланцюг для перетворення енергії

Суть рідинного сцинтиляційного лічильника полягає в усьому процесі перетворення енергії радіоактивного розпаду в оптичні сигнали за допомогою сцинтиляційної рідини, а його технічний процес можна розділити на збудження випромінюванням, генерацію фотонів, захоплення оптичного сигналу та аналіз даних.

2. Аналіз ключових технологічних сегментів

• Контроль стабільності сцинтиляційного розчину: уникайте гідролізу (наприклад, до сцинтиляційного розчину на основі етиленгліколю потрібно додавати антиоксидант BHT) або фотолізу (розчин на основі толуолу потрібно зберігати подалі від світла); частина сцинтиляційного розчину (наприклад, система етиленгліколю, що містить PPO) легко поглинає кристали за низьких температур (<4℃), що призведе до раптового зниження ефективності світлового потоку.

• Оптимізація чутливості детектораНові технології детектування, такі як кремнієві фотодіоди з широким спектральним діапазоном та низьким рівнем шуму, підходять для виявлення слабких світлових сигналів; багатоканальні детекторні масиви можна поєднувати з паралельною обробкою сигналів для підвищення швидкості високопродуктивного аналізу зразків.

• Інкапсуляція та очищення зразків: Інкапсуляція та очищення зразків: Герметичність сцинтиляційних флаконів вимагає, щоб гелієва мас-спектрометрія забезпечувала швидкість витоку менше 1×10⁹ Па⁹ м³/с, що запобігає проникненню кисню та запуску окислювальної деградації сцинтиляційного матеріалу. Іонообмінні смоли можна використовувати для очищення, щоб видалити іони металів та зменшити фонову швидкість рахунку. Для концентрування радіонуклідів до гранульованого стану використовується нітрат цинку/фероціанід калію, що зменшує об'єм розчину та підвищує ефективність інкапсуляції.

Технологія рідинного сцинтиляційного лічильника дозволяє високочутливо виявляти низькоенергетичні радіонукліди шляхом перетворення енергії радіоактивних частинок на світловий сигнал. Її продуктивність залежить від оптимізації ключових технічних аспектів, таких як стабільність сцинтиляційної рідини, чутливість детектора, а також інкапсуляція та очищення зразка. Як основний компонент інкапсуляції зразка, сцинтиляційна рідина відіграє незамінну роль у цих зв'язках, а її конструкція та вибір матеріалу мають важливий вплив на загальну продуктивність технології рідинного сцинтиляційного лічильника (ЛСК).

Основні характеристики та конструкція сцинтиляційних флаконів

1. Функції контейнера

• ГерметизаціяСцинтиляційні флакони повинні мати чудову герметичність, щоб запобігти витоку радіоактивних газів, а також уникнути потрапляння зовнішніх забруднювачів у флакон.

• СумісністьСцинтиляційні флакони повинні бути сумісними з широким спектром сцинтиляційних рідин, щоб гарантувати, що вони не вступають в хімічну реакцію або фізично не деформуються під час тривалого контакту.

2. Вибір матеріалу

• Скло: високий коефіцієнт пропускання для максимізації ефективності передачі фотонів; чудова хімічна стабільність, стійкість до корозії, підходить для широкого спектру сцинтиляційних рідин; низький фоновий рівень, підходить для високочутливого детектування. Однак скло крихке та важке.

• Пластиклегкий та ударостійкий, простий в експлуатації та транспортуванні. Однак деякі види пластику містять природні радіонукліди, є хімічно менш стабільними та реагують з деякими сцинтиляційними рідинами.

• Оздоблення поверхніТакі матеріали, як діоксид кремнію, нанесені на внутрішню стінку пляшки для покращення відбиття та пропускання світла, а також для збільшення випромінювання фотонів.

3. Оптимізація форми та структури

• Дизайн відкриття пляшкиВузький отвір зменшує потік рідини, зменшує перешкоди розсіювання світла та покращує стабільність сигналу.

• Уникнення світлаТемна пляшка або покриття можуть пригнічувати зовнішні світлові перешкоди, зменшувати фоновий шум і покращувати співвідношення сигнал/шум.

• Інші оптимізовані конструкціїСцинтиляційні флакони з конічним дном або спеціальною конструкцією внутрішніх стінок зменшують залишки зразків та покращують коефіцієнти відновлення; мікрофлакони підходять для тестування мікрозразків, що може зменшити кількість сцинтиляційного розчину та знизити витрати.

Конструкція та вибір матеріалу сцинтиляційних флаконів суттєво впливають на їхню продуктивність. Чутливість виявлення та точність рідинного сцинтиляційного підрахунку можна значно покращити, оптимізувавши герметизацію, сумісність, вибір матеріалу, а також форму та конструкцію. У майбутньому, із застосуванням нових матеріалів і технологій, продуктивність сцинтиляційних флаконів буде ще більше покращена, щоб забезпечити більшу підтримку розвитку технології LSC.

Критична роль сцинтиляційних флаконів

1. Підвищена чутливість виявлення

• Низький рівень шумуЗменшення внесення радіоактивних домішок завдяки вибору матеріалів та методам герметизації, використанню боросилікатного скла з низьким вмістом калію або високочистих пластмас для зменшення вмісту природних радіонуклідів. Для зменшення розривного впливу кисню та вологи на сцинтиляційну рідину використовуються методи вакуумного герметизації або заповнення інертним газом.

• Висока енергоефективністьОптимізоване пропускання стінки пляшки забезпечує максимальне захоплення сцинтиляційного світла детектором.

2. Гарантування експериментальної надійності

• Стабільність зразка: довготривала герметизація для запобігання випаровуванню або деградації, підходить для тривалих експериментів. Високоякісна конструкція герметичної кришки гарантує, що зразки не протікатимуть або не забруднюватимуться під час тривалого зберігання або транспортування.

• Контроль повторюваностіСтандартизовані специфікації контейнерів зменшують експериментальні похибки між партіями, а використання сцинтиляційних флаконів однакового розміру, форми та матеріалу забезпечує стабільні експериментальні умови.

3. Розширені сценарії застосування

• Виявлення мікрооб'ємуМікросцинтиляційні флакони підтримують високопродуктивний аналіз зразків і підходять для виявлення мікрооб'ємних зразків, зменшуючи витрату реагентів та експериментальні витрати.

• Сумісність з екстремальними умовамиВиготовлений з термостійкого скла або спеціального пластику, він підходить для стерилізації в автоклавах для досліджень у спеціальних умовах або для зберігання при низьких температурах.

Сцинтиляційні флакони підвищують чутливість виявлення завдяки низькому фоновому шуму та ефективній передачі енергії в технології рідинного сцинтиляційного лічильника, а також гарантують експериментальну надійність завдяки стабільності зразка та контролю відтворюваності. Крім того, мініатюрна та сумісна з екстремальними умовами конструкція ще більше розширює сценарії її застосування, забезпечуючи значну підтримку досліджень у галузях ядерної фізики, біомедицини та моніторингу навколишнього середовища. У майбутньому, з розвитком матеріалознавства та виробничих технологій, продуктивність сцинтиляційних флаконів буде ще більше покращена, закладаючи міцну основу для інновацій та розширення застосування підрахунку рідинних сцинтиляційних проб (ЛСК).

Приклади практичного застосування

1. Біомедична галузь

• Кількісне визначення радіоіндикатора в радіоімунологічному аналізіРадіоімунологічний аналіз (РІА) – це високочутливий метод біомолекулярної детекції, який широко використовується для кількісного аналізу гормонів, ліків та онкомаркерів. Сцинтиляційні флакони використовуються для зберігання радіоактивно мічених комплексів антиген-антитіло та сцинтиляційних розчинів, що забезпечує ефективне виявлення радіоіндикаторів завдяки високій пропускаючій здатності та низькому фоновому дизайну.

2. Моніторинг безпеки ядерної енергетики

• Виявлення слідів радіоізотопів у ядерних відходахЯдерні відходи містять широкий спектр радіоізотопів, які потребують точного контролю для забезпечення екологічної безпеки. Сцинтиляційні флакони використовуються для інкапсуляції екстрактів ядерних відходів та сцинтиляційних рідин для радіографічного виявлення, запобігаючи витоку радіоактивних матеріалів через корозійностійкі матеріали та герметичні ущільнення.

3. Наука про навколишнє середовище

• Відстеження радіонуклідів в атмосферних аерозоляхРадіонукліди в атмосферних аерозолях є важливими індикаторами для вивчення атмосферних процесів та забруднення навколишнього середовища. Сцинтиляційні флакони використовуються для збору та виявлення радіонуклідів у зразках аерозолів, покращуючи чутливість виявлення зразків низької активності завдяки конструкції, що уникає світла, та ефективній передачі енергії.

4. Інші сфери застосування

• Безпека харчових продуктівСцинтиляційні флакони можна використовувати для виявлення радіоактивного забруднення харчових продуктів.

• Геологічне датуваннядатування шляхом вимірювання радіоактивних ізотопів у гірських породах та мінералах.

• Відкриття ліківСцинтиляційні флакони використовуються для метаболічних кінетичних досліджень радіоактивно мічених препаратів.

Сцинтиляційні флакони продемонстрували свою незамінну роль у практичному застосуванні в таких галузях, як біомедицина, моніторинг ядерної безпеки та екологічна наука. Завдяки високій чутливості, високій стабільності та різноманітним конструкціям, сцинтиляційні флакони забезпечують надійну підтримку для виявлення радіоактивності та сприяють дослідженням і технологічному прогресу в суміжних галузях. У майбутньому, з постійним розширенням потреб застосування, сцинтиляційні флакони продовжуватимуть відігравати свою унікальну цінність у більшій кількості галузей.

Проблеми та напрямки покращення

1. Існуючі обмеження

• Крихке скло призводить до операційних ризиківХоча скляні сцинтиляційні флакони є дуже напівпрозорими та хімічно стабільними, їхня крихкість може призвести до витоку зразка або переривання експерименту під час транспортування та використання. Це може призвести до збільшення експериментальних витрат, особливо у високопродуктивних або автоматизованих експериментах.

• Пластик може мати проблеми зі старіннямПластикові сцинтиляційні пляшки внаслідок тривалого використання або впливу екстремальних умов (таких як високі температури, сильні кислоти та луги) можуть старіти, що призводить до погіршення фізичних властивостей або хімічної сумісності, що знижує надійність та відтворюваність експериментальних результатів.

• Проблема фонового шумуДеякі пластикові матеріали можуть містити природні радіоактивні домішки, які збільшують фоновий рівень та впливають на чутливість виявлення зразків з низькою активністю.

• Вартість та екологічні проблемиВисокоякісне скло або спеціальні пластикові матеріали є дорогими, а одноразові сцинтиляційні флакони можуть бути тягарем для навколишнього середовища.

2. Технологічні інновації

• Розробка нових композитних матеріалівПоєднуючи високу хімічну стабільність кераміки та ударостійкість пластмас, ми розробляємо нові композитні матеріали на основі кераміки, стійкі до високих температур, корозії та низького фонового шуму, що робить їх придатними для екстремальних умов та високочутливого виявлення. Розробка біорозкладних пластикових матеріалів зменшує навантаження на навколишнє середовище та підходить для одноразових експериментів, що відповідає концепції сталого розвитку.

• Оптимізація технології обробки поверхні: нанесення нанорозмірних оптичних покриттів на внутрішню стінку пляшок для покращення ефективності передачі фотонів. Подальше підвищення чутливості виявлення, придатне для виявлення мікрозразків.

3. Оптимізація технології обробки поверхні

• Технологія нанопокриттяНа внутрішню стінку сцинтиляційних флаконів наносяться нанорозмірні оптично покращені покриття для покращення ефективності передачі фотонів. Це ще більше підвищує чутливість детектування та підходить для детектування слідових зразків.

• Протиобростаючі покриттяДля мінімізації залишків зразків та підвищення коефіцієнтів вилучення цінних зразків або у випадках повторного використання були розроблені протиобростаючі покриття.

Хоча сцинтиляційні флакони відіграють ключову роль у технології рідинного сцинтиляційного лічильника, вони все ще стикаються з певними проблемами щодо властивостей матеріалів, безпеки експлуатації та захисту навколишнього середовища. Дослідження в різних аспектах можуть значно покращити продуктивність та сферу застосування сцинтиляційних флаконів. У майбутньому, з розвитком матеріалознавства та технології виробництва, сцинтиляційні флакони зроблять більші прориви в чутливості, надійності та стійкості, надаючи нового імпульсу розвитку технології рідинного сцинтиляційного лічильника.

Висновки та перспективи

Сцинтиляційні флакони, як основний компонент технології рідинного сцинтиляційного лічильника (РСК), відіграють незамінну роль у виявленні радіоактивності завдяки постійній оптимізації та оптимізації матеріалів, структур і процесів. Інновації в матеріалах, оптимізація структур, удосконалення процесів та інші оптимізації є основними інструментами підтримки сцинтиляційних флаконів як технології рідинного лічильника, яка широко використовується в біомедицині, моніторингу безпеки ядерної енергетики, екологічній науці та інших галузях.

Зі швидким розвитком матеріалознавства, нанотехнологій та технологій автоматизації, сцинтиляційні флакони в майбутньому досягнуть вищої продуктивності, розумнішого та екологічнішого дизайну. Ці інновації не лише сприятимуть розвитку технології рідинного сцинтиляційного підрахунку, але й нададуть потужніші інструменти та підтримку дослідженням у галузі ядерної фізики, біомедицини та екологічної науки. Очікується, що в майбутньому сцинтиляційні флакони стануть більш ефективним, надійним та сталим основним компонентом технології виявлення радіоактивності.