不同能量放射性核素在井型电离室中轴向响应的实验

/ 上海市计量测试技术研究院

0 引言

放射性活度计常用于放射性溶液的放射性活度的测定，尤其是对短寿命放射性核素的放射性活度的刻度，是核医学诊疗必不可少的工具，并且在环境辐射监测及工业、农业、医用放射性同位素的刻度与快速测定等方面应用广泛[1]。放射性活度计通常都是由填充高压气体的井型电离室和静电计组成，放射性核素溶液源放置于井底，其γ射线与气体相互作用产生电离电流，静电计以补偿法准确测量电离电流，经刻度后转化为放射性活度显示。

为了保证放射性诊疗使用的药物的放射性活度的准确性，必须使用标准溶液源（直接校准法）或标准放射性活度计（比较测量法）对同位素生产厂商以及医疗机构使用的放射性活度计进行定期检定或校准[2]。而放射性活度计测量数据的准确性往往依赖于测量条件[3]，例如源的几何形状、材料、均匀性、注射器/样品瓶的壁厚、溶液体积以及其在井型电离室内的位置。任何一个或几个特征的微小变化均可能导致放射性活度的测量值发生改变。放射性溶液源在4πγ井型电离室内测量时，溶液量、液面高度均会引起溶液样品所处轴向位置的相对改变[4]，因此，本研究的目的是为了验证井型电离室中放射性溶液源的放射性核素能量不同对井型电离室轴向响应的影响。

2 实验

2.1 实验设备

实验使用的放射性活度计：美国CAPINTEC公司生产的CRC-25R型放射性活度计，仪器序列号：252798；分度误差小于±1mm的钢尺；封装于1mL安瓿瓶的放射性核素溶液源：125I、131I、18F、137Cs。实验室配备恒温恒湿放射性活度计的操作箱体，对环境温湿度加以控制，保证环境对实验结果的影响可忽略。

2.2 实验方法

井型电离室配备用于放置注射器和样品瓶的源托支架，其对γ射线衰减和散射效应的影响极小，可以忽略，源托支架可使放射源靠近井型电离室底部尽可能地保证4πγ测量角。CRC-25R型号放射性活度计的井型电离室深25.4cm，实验以源托支架所处的常规位置（井底）放射性核素溶液源的放射性活度计示值为参考示值，将放射性核素溶液源由井型电离室内的常规测量位置，沿着电离室中心轴，以2cm的间隔向上移动。每个位置处连续重复读取10次放射性活度计示值，取平均值作为该位置的测量值，从0cm到16cm每种核素分别测量9组数据。

图1 井型电离室的结构

3 结果与分析

3.1 实验结果

分别将封装有125I、131I、18F、137Cs放射性核素标准溶液的安瓿瓶置于CRC-25R型号放射性活度计的源托支架的径向中心位置，由井型电离室底部出发，通过源托支架向上移动改变密封溶液源在井型电离室中的轴向位置，将每个位置的放射性活度计示值与井型电离室底部测得的参考示值之比作为放射性活度计示值的相对响应，得到的实验数据如表1所示。

表1 放射性核素溶液源在轴向位置与在井底参考位置的放射性活度计示值的相对响应

为了更加直观地对比四种不同能量的放射性核素在轴向位置的变化对放射性活度计测量结果的影响，将四种放射性核素溶液源在各轴向位置放射性活度计示值的相对响应变化情况标示于图2。图2中放射性核素的能量是指各放射性核素放出的特征γ射线的能量。

图2 不同能量的放射性核素轴向位置的变化对放射性活度计示值的影响

由图2可知，随着放射源在井型电离室中轴向位置的变化，放射性活度计显示的测量值会出现一个极大值灵敏区域，随后开始大幅减少，这与李小双的文献[5]中测量137Cs所获数据的大致趋势相同。但随着放射性核素能量的下降，出现放射性活度计示数极大值的位置会沿井型电离室的轴向上移，达到极大值之后随着放射源沿井型电离室轴向位置继续上移，γ射线能量较高的放射性核素的放射性活度计示值减少的幅度比γ射线能量较低的放射性核素更为明显。表2中列出了四种放射性核素溶液源沿井型电离室轴向不同位置与在井底参考位置的放射性活度计参考示值的相对偏差。

表2 四种放射性核素在不同轴向位置的放射性活度计示值与在井底参考位置的放射性活度计参考示值的相对偏差

γ射线能量较高的18F和137Cs放射性核素，放射性活度计的响应随轴向位置的上移持续降低，放射性活度计示值的最大相对偏差均在距井底参考位置16cm处。当放射性核素溶液源接近井型电离室的井口时，放射性活度计示值出现骤降。其原因在于放射源被置于电离室井底时，对电离室灵敏体积所张立体角接近4π，当放射源由井底沿轴向位置逐渐上移时，井口对放射源所张立体角逐渐增大，放射源放出的γ射线进入电离室灵敏体积的概率逐渐下降。因此，放射性活度计示值相对井底参考位置的最大偏差往往出现在井口位置；并且γ射线能量越高，其射程越长，越接近电离室井口位置对电离室灵敏体积所张立体角越小，因此，γ射线能量较高的放射性核素沿轴向位置上移，其放射性活度计示值减少的幅度比γ射线能量较低的放射性核素更为明显。

对于γ射线能量较低的125I放射性核素，其最大放射性活度计示值的最大相对偏差为8.0%，出现在井室轴向位置底部向上约8cm处，是放射性活度计示值极大值的轴向位置，125I放射性核素接近井口处位置时放射性活度计示值与井底参考位置的相对偏差仅-2.9%。这是因为125I放射性核素源γ射线能量很低、射程短，部分γ光子因自吸收效应等原因没有到达电离室灵敏体积，使得放射性活度计实际测得的电离电流较小，因此，立体角的变化对125I放射性核素活度响应的影响并没有高能放射性核素明显。所以在测量能量较低的放射性核素如125I时，不仅需要考虑溶液量、液面高度引起溶液样品在井型电离室轴向响应变化，还要考虑溶液自吸收的影响。

131I放射性核素γ射线能量低于18F和137Cs放射性核素，高于125I放射性核素，其轴向响应变化介于它们之间，在井型电离室底部向上约10cm范围内放射性活度响应的变化较小，不超过±2%。当放射性核素溶液源接近井型电离室的井口时，放射性活度计示值也出现较大幅度的下降。

4 结语

利用CRC-25R型放射性活度计，通过实验测量四种放射性核素标准溶液源得到了各轴向位置的放射性活度计示值与井型电离室底部的参考示值之比的变化规律，分析轴向响应对不同能量放射性核素的放射性活度测量的影响。实验结果表明，放射性活度计的示值与井型电离室轴向位置有一定的依赖关系，不同能量放射性核素溶液在井型电离室轴向响应也有明显差异，γ射线能量越高，放射性核素的放射性活度示值极大值的轴向位置越接近井底参考位置；对于γ射线能量较低的125I放射性核素，放射性活度示值极大值的轴向位置接近于井型电离室中部，其示值极大值与参考示值的相对偏差达到了8%，而接近井口处位置时放射性活度计示值与井底参考位置的相对偏差仅-2.9%。综上所述，在放射性活度测量过程中，井型电离室内样品测量位置需要与放射性活度计刻度或标定的位置保持一致，否则会带来不必要的误差。针对能量较低放射性核素，放射性活度计操作人员有必要确定其在井型电离室内的最佳测量位置以及放射性核素溶液体积等，保障放射性活度测量量值的准确可靠。