Invoering

Sinds de ontwikkeling ervan halverwege de 20e eeuw is de vloeistofscintillatieteltechniek een hoeksteen geworden van onderzoek in de kernfysica, biomedische wetenschappen en milieuwetenschappen. Het kernprincipe is gebaseerd op het feit dat energetische deeltjes die vrijkomen tijdens het verval van radionucliden interacteren met de scintillatievloeistof, waarbij de energie wordt omgezet in zichtbare fotonen. Deze fotonen worden door fotodetectoren (bijvoorbeeld fotomultiplicatorbuizen, PMT's) omgezet in elektrische signalen, die uiteindelijk worden geanalyseerd om de hoeveelheid radioactief materiaal te kwantificeren.

Hoewel de nadruk bij vloeistofscintillatieteltechnieken vaak ligt op de detector of de scintillatievloeistof zelf, zijn de scintillatieflesjes, als containers die het monster en de scintillatievloeistof direct inkapselen, een belangrijke verborgen factor die het succes of falen van een experiment bepaalt.

Het ontwerp van scintillatievials in de huidige studie kent nog steeds uitdagingen. Het doel van dit artikel is om de invloed van de functie en het ontwerp van scintillatievials op hun prestaties systematisch te analyseren en onderzoekers een theoretische basis en praktische begeleiding te bieden bij de selectie en het gebruik van scintillatievials door de functie te analyseren, het ontwerp te optimaliseren, het materiaal te selecteren en de prestaties te verbeteren.Tegelijkertijd kijkt het bedrijf vooruit naar de toekomstige ontwikkelingstrend en biedt het ondersteuning voor de verdere optimalisatie en toepassingsuitbreiding van LSC-technologie.

Overzicht van vloeistofscintillatieteltechnologie

1. Basisprincipe: Precisieketen voor energieomzetting

De kern van vloeistofscintillatietelling ligt in het hele proces van het omzetten van radioactieve vervalenergie in optische signalen via de scintillatievloeistof. Het technische proces kan worden onderverdeeld in stralingsexcitatie, fotongeneratie, optische signaalopvang en data-analyse.

2. Analyse van belangrijke technologiesegmenten

• Stabiliteitscontrole van scintillatieoplossing: vermijd hydrolyse (bijv. aan een scintillatieoplossing op basis van ethyleenglycol moet antioxidatieve BHT worden toegevoegd) of fotolyse (een oplossing op basis van tolueen moet op een donkere plaats worden bewaard); een deel van de scintillatieoplossing (bijv. een ethyleenglycolsysteem dat PPO bevat) absorbeert gemakkelijk kristallen bij lage temperaturen (＜4℃), wat tot een plotselinge daling van de lichtopbrengst zal leiden.

• Optimalisatie van de detectorgevoeligheid:nieuwe detectietechnologieën zoals siliciumfotodiodes met een brede spectrale respons en lage ruis zijn geschikt voor de detectie van zwakke lichtsignalen; detectorarrays met meerdere kanalen kunnen worden gecombineerd met parallelle signaalverwerking om de snelheid van high-throughput monsteranalyse te verbeteren.

• Inkapseling en zuivering van monsters: Monsterinkapseling en -zuivering: De hermetische afsluiting van de scintillatieflesjes vereist dat de heliummassaspectrometrie een leksnelheid van minder dan 1×10-⁹ Pa-m³/s detecteert, waardoor zuurstof niet kan binnendringen en oxidatieve degradatie van de scintillatie kan veroorzaken. Ionenwisselaarharsen kunnen worden gebruikt voor reiniging om metaalionen te verwijderen en de achtergrondtelsnelheid te verlagen. Zinknitraat/kaliumferrocyanide wordt gebruikt om de radionucliden te concentreren tot een gepelletiseerde toestand, waardoor het oplossingsvolume wordt verkleind en de inkapselingsefficiëntie wordt verhoogd.

Vloeistofscintillatietechnologie maakt zeer gevoelige detectie van laagenergetische radionucliden mogelijk door de energie van radioactieve deeltjes om te zetten in een lichtsignaal. De prestaties ervan zijn afhankelijk van de optimalisatie van belangrijke technische aspecten, zoals de stabiliteit van de scintillatievloeistof, de gevoeligheid van de detector en de inkapseling en zuivering van het monster. Als kerncomponent van monsterinkapseling speelt scintillatievloeistof een onvervangbare rol in deze schakels, en het ontwerp en de materiaalkeuze hebben een belangrijke impact op de algehele prestaties van LSC-technologie.

Kernkenmerken en ontwerp van scintillatieflesjes

1. Containerfuncties

• AfdichtenScintillatieflesjes moeten uitstekend afgedicht zijn om lekkage van radioactieve gassen en het binnendringen van externe verontreinigingen in het flesje te voorkomen.

• VerenigbaarheidScintillatieflesjes moeten compatibel zijn met een groot aantal scintillatievloeistoffen om te voorkomen dat ze chemisch reageren of fysiek vervormen bij langdurig contact.

2. Materiaalkeuze

• Glas: hoge transmissie voor maximale fotontransmissie-efficiëntie; uitstekende chemische stabiliteit, corrosiebestendigheid, geschikt voor een breed scala aan scintillatievloeistoffen; lage achtergrondtelling, geschikt voor detectie met hoge gevoeligheid. Glas is echter kwetsbaar en zwaar.

• Plastic: lichtgewicht en slagvast, gemakkelijk te bedienen en te transporteren. Sommige kunststoffen bevatten echter natuurlijke radionucliden en zijn chemisch minder stabiel en reageren met sommige scintillatievloeistoffen.

• Oppervlakteafwerking:Materialen zoals silica worden op de binnenwand van de fles aangebracht om de lichtreflectie en -transmissie-efficiëntie te verbeteren en de fotonenuitvoer te vergroten.

3. Vorm- en structuuroptimalisatie

• Ontwerp voor het openen van flessen:Een smalle opening vermindert de vloeistofstroom, vermindert de lichtverstrooiingsinterferentie en verbetert de signaalconsistentie.

• Lichte vermijding: een donkere fles of coating kan interferentie van extern licht tegengaan, achtergrondgeluid verminderen en de signaal-ruisverhouding verbeteren.

• Andere geoptimaliseerde ontwerpen:scintillatieflesjes met conische bodems of speciale ontwerpen voor de binnenwand verminderen de hoeveelheid monsterresten en verbeteren de recoverypercentages; microflesjes zijn geschikt voor het testen van micromonsters, wat de hoeveelheid scintillatieoplossing kan verminderen en de kosten kan verlagen.

Het ontwerp en de materiaalkeuze van scintillatievials hebben een aanzienlijke invloed op hun prestaties. De detectiegevoeligheid en nauwkeurigheid van vloeistofscintillatietelling kunnen aanzienlijk worden verbeterd door optimalisatie van afdichting, compatibiliteit, materiaalkeuze, vorm en constructie. In de toekomst zullen de prestaties van scintillatievials verder worden verbeterd door de toepassing van nieuwe materialen en technologieën, om de ontwikkeling van LSC-technologie te ondersteunen.

De cruciale rol van scintillatieflesjes

1. Verbeterde detectiegevoeligheid

• Lage ruisvloer: Verminderde introductie van radioactieve verontreinigingen door materiaalkeuze en afdichtingstechnieken, gebruik van kaliumarm borosilicaatglas of hoogzuivere kunststoffen om het gehalte aan natuurlijke radionucliden te verminderen. Vacuümafdichting of vultechnieken met inert gas worden gebruikt om het barstende effect van zuurstof en vocht op de scintillatievloeistof te verminderen.

• Hoge energie-efficiëntie:Geoptimaliseerde transmissie van de fleswand zorgt ervoor dat het scintillatielicht maximaal wordt opgevangen door de detector.

2. Het garanderen van experimentele betrouwbaarheid

• Monsterstabiliteit: Langdurige afdichting ter voorkoming van vervluchtiging of degradatie, geschikt voor langdurige experimenten. Het hoogwaardige ontwerp van de dopafdichting zorgt ervoor dat monsters niet lekken of besmet raken tijdens langdurige opslag of transport.

• Herhaalbaarheidscontrole:Gestandaardiseerde containerspecificaties beperken de experimentele fouten tussen batches, en het gebruik van scintillatieflesjes met een uniforme grootte, vorm en materiaal zorgt voor consistente experimentele omstandigheden.

3. Uitgebreide toepassingsscenario's

• Detectie van microvolumes:Microscintillatieflesjes ondersteunen monsteranalyse met een hoge doorvoer en zijn geschikt voor de detectie van microvolumemonsters, waardoor het reagensverbruik en de experimentkosten worden verlaagd.

• Compatibiliteit met extreme omstandigheden:De verpakking is gemaakt van hittebestendig glas of speciaal kunststof en is daardoor geschikt voor sterilisatie in speciale omgevingen, zoals autoclaven of opslag bij lage temperaturen.

Scintillatievials verbeteren de detectiegevoeligheid door lage achtergrondruis en efficiënte energieoverdracht in vloeistofscintillatieteltechnologie, en garanderen tevens de experimentele betrouwbaarheid door monsterstabiliteit en reproduceerbaarheidscontrole. Bovendien breidt het geminiaturiseerde en onder extreme omstandigheden compatibele ontwerp de toepassingsscenario's verder uit, wat een sterke ondersteuning biedt voor onderzoek op het gebied van kernfysica, biomedische wetenschappen en milieumonitoring. In de toekomst zullen de prestaties van scintillatievials, met de vooruitgang in materiaalkunde en productietechnologie, verder worden verbeterd, waardoor een solide basis wordt gelegd voor innovatie en uitbreiding van toepassingen van LSC-telling.

Praktische toepassingsvoorbeelden

1. Biomedisch veld

• Kwantificering van radiotracer in radioimmunoassayRadioimmunoassay (RIA) is een zeer gevoelige biomoleculaire detectietechniek die veel wordt gebruikt voor de kwantitatieve analyse van hormonen, geneesmiddelen en tumormarkers. Scintillatieflesjes worden gebruikt voor het bewaren van radiogelabelde antigeen-antilichaamcomplexen en scintillatieoplossingen, wat zorgt voor efficiënte detectie van radiotracers dankzij een hoge transmissie en een lage achtergrond.

2. Monitoring van de veiligheid van kernenergie

• Sporendetectie van radio-isotopen in kernafvalKernafval bevat een breed scala aan radio-isotopen die nauwkeurig moeten worden gemonitord om de veiligheid van het milieu te waarborgen. Scintillatieflesjes worden gebruikt om kernafvalextracten en scintillatievloeistoffen in te kapselen voor radiografische detectie. Dit voorkomt lekkage van radioactieve stoffen via corrosiebestendige materialen en hermetische afdichtingen.

3. Milieukunde

• Het volgen van radionucliden in atmosferische aerosolenRadionucliden in atmosferische aerosolen zijn belangrijke indicatoren voor de studie van atmosferische processen en milieuvervuiling. Scintillatieflesjes worden gebruikt om radionucliden in aerosolmonsters te verzamelen en te detecteren. Dit verbetert de detectiegevoeligheid van laagactieve monsters dankzij een lichtvermijdend ontwerp en efficiënte energieoverdracht.

4. Andere toepassingsgebieden

• VoedselveiligheidScintillatieflesjes kunnen worden gebruikt om radioactieve besmetting in voedsel te detecteren.

• Geologische datering: datering door het meten van radioactieve isotopen in gesteenten en mineralen.

• Geneesmiddelenontdekking:scintillatieflesjes worden gebruikt voor metabolische kinetische studies van radiogelabelde geneesmiddelen.

Scintillatievials hebben hun onvervangbare rol bewezen in praktische toepassingen in sectoren zoals biomedische technologie, nucleaire veiligheidsmonitoring en milieukunde. Dankzij hun hoge gevoeligheid, hoge stabiliteit en diverse ontwerpen bieden scintillatievials betrouwbare ondersteuning voor radioactiviteitsdetectie en bevorderen ze onderzoek en technologische vooruitgang in aanverwante vakgebieden. In de toekomst, met de voortdurende uitbreiding van de toepassingsbehoeften, zullen scintillatievials hun unieke waarde in meer sectoren blijven behouden.

Uitdagingen en verbeterpunten

1. Bestaande beperkingen

• Kwetsbaar glas leidt tot operationele risico'sHoewel glazen scintillatieflessen zeer doorschijnend en chemisch stabiel zijn, kan hun kwetsbaarheid leiden tot lekkage van monsters of onderbreking van experimenten tijdens transport en gebruik. Dit kan leiden tot hogere experimentkosten, vooral bij high-throughput of geautomatiseerde experimenten.

• Plastic kan verouderingsproblemen hebben:Kunststof scintillatieflessen kunnen door langdurig gebruik of blootstelling aan extreme omstandigheden (zoals hoge temperaturen, sterke zuren en logen) verouderen. Hierdoor nemen de fysieke eigenschappen of de chemische compatibiliteit af en worden de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van experimentele resultaten minder.

• Probleem met achtergrondgeluid:Sommige kunststofmaterialen kunnen natuurlijke radioactieve onzuiverheden bevatten, die de achtergrondconcentratie verhogen en de detectiegevoeligheid van monsters met een lage activiteit beïnvloeden.

• Kosten- en milieuproblemen:Hoogwaardig glas of speciale kunststofmaterialen zijn duur en scintillatieflesjes voor eenmalig gebruik kunnen belastend zijn voor het milieu.

2. Technologische innovaties

• Ontwikkeling van nieuwe composietmaterialenDoor de hoge chemische stabiliteit van keramiek te combineren met de slagvastheid van kunststoffen, ontwikkelen we nieuwe composietmaterialen op basis van keramiek die bestand zijn tegen hoge temperaturen, corrosie en lage achtergrondruis. Dit maakt ze geschikt voor extreme omstandigheden en hoge gevoeligheid. De ontwikkeling van biologisch afbreekbare kunststoffen vermindert de belasting van het milieu en is geschikt voor wegwerpexperimenten, in lijn met het concept van duurzame ontwikkeling.

• Optimalisatie van oppervlaktebehandelingstechnologie: het aanbrengen van nanoschaal optische coatings op de binnenwand van flessen om de efficiëntie van de fotonentransmissie te verbeteren. Verbetering van de detectiegevoeligheid is verder mogelijk, geschikt voor micromonsterdetectie.

3. Optimalisatie van de oppervlaktebehandelingstechnologie

• Nanocoatingtechnologie: Optisch verbeterde nanoschaalcoatings worden aangebracht op de binnenwand van de scintillatieflesjes om de fotonentransmissie-efficiëntie te verbeteren. Dit verbetert de detectiegevoeligheid verder en is geschikt voor de detectie van sporenmonsters.

• Anti-fouling coatingsAnti-fouling coatings zijn ontwikkeld om monsterresten te minimaliseren en de terugwinning van waardevolle monsters of hergebruikscenario's te verbeteren.

Hoewel scintillatieflesjes een sleutelrol spelen in de technologie voor vloeistofscintillatietelling, staan ​​ze nog steeds voor bepaalde uitdagingen op het gebied van materiaaleigenschappen, operationele veiligheid en milieubescherming. De prestaties en het toepassingsgebied van scintillatieflesjes kunnen aanzienlijk worden verbeterd door onderzoek op verschillende vlakken. In de toekomst zullen scintillatieflesjes, dankzij de vooruitgang in materiaalkunde en productietechnologie, grotere doorbraken bereiken op het gebied van gevoeligheid, betrouwbaarheid en duurzaamheid, wat de ontwikkeling van technologie voor vloeistofscintillatietelling nieuw leven zal inblazen.

Conclusies en vooruitzichten

Scintillatievials, als kerncomponent van vloeistofscintillatietelling (LSC)-technologie, spelen een onvervangbare rol in de detectie van radioactiviteit door continue optimalisatie van materialen, structuren en processen. Materiaalinnovatie, structuuroptimalisatie, procesverbetering en andere optimalisaties vormen de belangrijkste ondersteunende tools om van scintillatievials dé vloeistofteltechnologie te maken. Deze technologie wordt veel gebruikt in de biomedische sector, de veiligheidsmonitoring van kernenergie, milieuwetenschappen en andere sectoren.

Dankzij de snelle ontwikkeling van materiaalkunde, nanotechnologie en automatiseringstechnologie zullen scintillatievials in de toekomst betere prestaties leveren en een slimmer en milieuvriendelijker ontwerp hebben. Deze innovaties zullen niet alleen de ontwikkeling van vloeistofscintillatieteltechnologie bevorderen, maar ook krachtigere tools en ondersteuning bieden voor onderzoek in de kernfysica, biomedische wetenschappen en milieuwetenschappen. Naar verwachting zullen scintillatievials in de toekomst een efficiëntere, betrouwbaardere en duurzamere kerncomponent worden van technologie voor radioactiviteitsdetectie.