羅老永 洪永俠 漆明森 張勁松 王 旭

（中國核動力研究設(shè)計院第一研究所，四川 成都 610041）

放射性同位素及其制品的研發(fā)和生產(chǎn)測量是當(dāng)前核技術(shù)研究的重點之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物、航天等各個領(lǐng)域，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了寶貴的貢獻(xiàn)[1]。 其中，89Sr 核素作為一種新型的體內(nèi)治療藥物，是治療前列腺和乳腺癌骨轉(zhuǎn)移療效最好、毒性較低的放射性藥物[2]。 目前，89Sr 核素已成為許多醫(yī)院的常規(guī)治療項目，在臨床上得到了廣泛應(yīng)用[3]，在治療時， 直接將89Sr 核素導(dǎo)入人體內(nèi)部以達(dá)到治療的目的，因此，其放射性藥物的用量準(zhǔn)確與否是確保病人安全和保證醫(yī)療效果的關(guān)鍵，在使用時必須對放射性溶液進(jìn)行準(zhǔn)確的定值。

常用的放射性核素活度測量方法有液體閃爍法、4πγ 電離室法、符合計數(shù)法和量熱計測量方法等[4]。在這些測量方法之中， 由同軸圓筒式電極構(gòu)成的4π 井型電離室，具有長期穩(wěn)定性好、均勻電場大、能量響應(yīng)優(yōu)、量程寬及使用簡便易于普及等特點，作為活度測量的標(biāo)準(zhǔn)方法廣泛應(yīng)用于放射性藥品生產(chǎn)單位和臨床。 但其測量方法是一種相對測量方法，必須對測量儀器進(jìn)行準(zhǔn)確刻度和放射性活度校準(zhǔn)才能用于直接測量。

1 89S r 的物理特性

89Sr 核素衰變綱圖如圖1 所示。 其核素特點是：

（1）純β-1衰變；

（2）最大能量是1 492.1 keV；

（3）有極少量γ 能量為909 keV，可作核素鑒別；

（4）半衰期短，T1/2=（50.53±0.07）天。

圖1 89Sr 的衰變綱圖

2 實驗流程及測量方法

2.1 實驗流程

使用4πγ 電離室直接測量89Sr 放射性核素活度，首先必須使用89Sr 標(biāo)準(zhǔn)溶液對其進(jìn)行校準(zhǔn)或標(biāo)定，其實驗流程如圖2 所示。

2.2 主要實驗設(shè)備

4π （LS） 液閃活度標(biāo)準(zhǔn)裝置， 測量范圍5×102～104Bq；4πγ 電離室活度標(biāo)準(zhǔn)裝置， 測量范圍：（3.7×104～3.7×1010）Bq；F1070144 型電子天平，感量0.01 mg。

2.3 定值方法

定值系統(tǒng)是由兩個液閃β 探頭、 兩個NaI（Tl）γ閃爍探測器、前放、主放，符合電路等NIM 插件和自動計數(shù)與數(shù)據(jù)處理裝置組成。放射性核素溶液和液體閃爍液均勻混合后，其輻射直接和閃爍體發(fā)生作用而產(chǎn)生熒光， 經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電信號并經(jīng)前放、主放、單道、定標(biāo)器等電子學(xué)儀器處理并記錄下來，然后經(jīng)過本底、死時間、分辨時間等修正，排除外界條件對測量結(jié)果的影響。

圖2 89Sr 測量標(biāo)準(zhǔn)化流程示意圖

測量β 核素時，測量所選擇的工作條件，應(yīng)使β譜低能側(cè)展開近似水平的直線[5]，改變甄別閾，用積分偏壓曲線外推法測量，即將積分計數(shù)率外推到甄別閾為零時的計數(shù)率，即得到所求的放射性溶液活度。

3 89S rC l2 溶液比活度測定

3.1 原液稀釋

準(zhǔn)確稱量規(guī)格為20 mL 的低鉀玻璃瓶質(zhì)量后，用規(guī)格為1 mL 注射器吸取一定量原液加入低鉀玻璃瓶，然后將稀釋好的0.1 mol/L 稀硝酸再加入低鉀玻璃瓶稱重，使用差重法計算得到原放射性溶液稀釋倍數(shù)。

3.2 本底樣品

用移液管向規(guī)格為20 mL 的低鉀玻璃瓶中加入10 mL 閃爍液，然后向瓶中加入約30 mg 的四次蒸餾水，將其編號并搖勻。

3.3 89SrCl2 樣品的分裝

用移液管向規(guī)格為20 mL 的低鉀玻璃瓶中加入10mL 閃爍液， 然后稱取一定量的89Sr 稀釋液加入已經(jīng)加好閃爍液的瓶中，編號后將樣品搖勻避光。

3.4 89SrCl2 溶液的定值

將制備完成的實驗樣和本底樣分別進(jìn)行測量，測量結(jié)果經(jīng)本底、死時間等修正后進(jìn)行外推處理，結(jié)果如圖3 所示。利用不同質(zhì)量的樣品研究了樣品質(zhì)量對計數(shù)率的影響規(guī)律（見圖4），結(jié)果顯示樣品質(zhì)量與計數(shù)率呈線性關(guān)系，說明樣品比活度穩(wěn)定，制備過程正確，測量方式可靠。

圖3 不同編號樣品測量數(shù)據(jù)

圖4 樣品質(zhì)量與計數(shù)率的關(guān)系

通過對樣品的精確稱重、稀釋，然后制源、分裝，利用4π （LS） 絕對測量方式得到的樣品比活度為4.10×107Bq/g。

表1 89SrCl2 溶液比活度測量結(jié)果

3.5 不確定度分析

輸入量的不確定度分量列于表2。

則擴(kuò)展不確定度為：U=3.3%（k=2）。

4 利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對測量方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究

4.1 4πγ 電離室活度標(biāo)準(zhǔn)裝置

4πγ 電離室主要由一個井形氣體電離室、電子測量電路和顯示部分組成（見圖5）。 γ 射線與電離室室壁材料相互作用產(chǎn)生的次級電子進(jìn)入電離室有效體積內(nèi)，并與其內(nèi)的氣體碰撞，使氣體電離，產(chǎn)生電子和正離子，這些電子和正離子在電場作用下分別向收集極和電離室壁漂移，在收集極上形成電流，輸入測量設(shè)備進(jìn)行測量和顯示， 電流大小與放射性活度成正比。 對于一個已知的核素，假設(shè)它有固定的幾何形狀和線性響應(yīng)， 測量時只需要將其放置在氣體電離室中，核素所發(fā)出的射線在電離室中相互作用而產(chǎn)生電離電流，經(jīng)過電子測量電路的處理，最后顯示出該核素的活度。 作為一種相對測量儀器，必須對其4πγ 電離室進(jìn)行嚴(yán)格的能量刻度和放射性活度校準(zhǔn)后，才能被賦予計量學(xué)性能。

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

圖5 4πγ 電離室結(jié)構(gòu)圖

4.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

本標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為液態(tài)，其核雜質(zhì)小于0.1%，選取容量5 mL， 厚度1.0±0.1 mm 的有機玻璃管作為標(biāo)準(zhǔn)容器，樣品溶液量的多少必須做出明確的規(guī)定，否則會帶來不容忽視的系統(tǒng)誤差。 圖6 展示了溶液量與測量相對響應(yīng)之間的關(guān)系。 由圖所見， 當(dāng)溶液量小于2.0 mL時， 溶液量對測量結(jié)果很大， 當(dāng)溶液量大于3.5 mL時，對測量結(jié)果影響可忽略不計。

第一批溶液經(jīng)4π（LS）活度標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確定值后，使用5 mL 的有機玻璃管將其制成溶液量為3.5 mL 的標(biāo)準(zhǔn)源，精確稱重后對4πγ 電離室進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品給出的標(biāo)準(zhǔn)活度量值測試引起的響應(yīng)電流，重復(fù)測量多次，確定其校正因子。 經(jīng)測量確定本電離室的量值傳遞因子為1.78（U=3.8%，k=2）。

4.3 性能檢驗

4.3.1 吸附性能檢驗

為了確保標(biāo)準(zhǔn)化定值的準(zhǔn)確可靠，需要對標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行吸附性檢驗，復(fù)現(xiàn)測量結(jié)果。 對已經(jīng)測量完成的樣品經(jīng)過一段時間之后采用已經(jīng)刻度完成的電離室重新測量，自動扣除本底值。 測量完成以后將樣品轉(zhuǎn)移，測量空瓶的計數(shù)率，測量結(jié)果見表3。 檢驗結(jié)果顯示重新制樣后與制樣之前的樣品計數(shù)率與質(zhì)量的比值保持穩(wěn)定（相對偏差0.7%），空瓶計數(shù)率為零。 說明了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，且樣品均勻、密封性良好無揮發(fā)，在瓶壁上無吸附或者沉淀，滿足作為標(biāo)準(zhǔn)品的使用需要。

圖6 溶液量與測量結(jié)果的關(guān)系

4.3.2 重復(fù)性測試

重復(fù)性是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的重要指標(biāo)，測試的目的是了解在短時間內(nèi)連續(xù)測量的統(tǒng)計誤差。選擇制備完成的89Sr 標(biāo)準(zhǔn)溶液，在該核素設(shè)置條件下連續(xù)測量，每隔半個小時測量一次， 計算測量結(jié)果的最大變異系數(shù)，測量數(shù)據(jù)如表4 所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)品復(fù)測結(jié)果

根據(jù)重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)，利用：

其標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.20%，滿足標(biāo)準(zhǔn)級儀器設(shè)備重復(fù)性的技術(shù)要求。

4.3.3 穩(wěn)定性測試

用標(biāo)準(zhǔn)89Sr 的設(shè)置條件下，繼續(xù)間隔1 小時等時間間隔測量，連續(xù)測量10 次。每次測量經(jīng)衰變修正后取平均值。 測量所得穩(wěn)定性為0.51%，滿足國標(biāo)對標(biāo)準(zhǔn)級設(shè)備穩(wěn)定性的要求。

表4 重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)

5 結(jié)果分析

5.1 測量結(jié)果

使用與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相同的5 mL 有機玻璃管封裝制備容量3.5 mL 的待測液體溶液源（編號為2-1 和2-2），通過已經(jīng)刻度完成的4πγ 電離室對未知待測溶液進(jìn)行測量，測量結(jié)果列于表5。 成功測得待測溶液的活度為1.26×107Bq/g， 與待測溶液的標(biāo)準(zhǔn)值在不確定度范圍內(nèi)保持了很好的一致性，實現(xiàn)了89Sr 核素的準(zhǔn)確、快速測量。

表5 4πγ 電離室測量結(jié)果

5.2 不確定度評定

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表列于表6。

表6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

則擴(kuò)展不確定度為：U=k·μcr=4.1%，k=2

6 結(jié)論

通過4π（LS）液閃絕對測量的方法，系統(tǒng)的討論了測量的原理，裝置的結(jié)構(gòu)，死時間，零概率外推等問題，通過精確的稀釋配置標(biāo)準(zhǔn)樣品，實現(xiàn)了89SrCl2溶液的準(zhǔn)確定值。 同時以4πγ 電離室為標(biāo)準(zhǔn)方法，對標(biāo)準(zhǔn)樣品的容量，樣品性質(zhì)進(jìn)行了分析，對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的重復(fù)性、穩(wěn)定性進(jìn)行了檢驗，檢驗結(jié)果均滿足國標(biāo)對標(biāo)準(zhǔn)級儀器的相關(guān)要求，并利用4πγ 電離室對待測樣品進(jìn)行了直接測量，測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值在不確定允許范圍內(nèi)保持了很好的一致性，解決了89Sr 核素絕對定值復(fù)雜的難題，實現(xiàn)了89Sr 核素的準(zhǔn)確、快速測量。