[科普中国]-湮没辐射

介绍

湮没辐射(annihilation radiation)：当一种粒子与其反粒子相互作用并且终止各自的存在而产生的电离辐射。β+粒子的平均寿命只有10^-9 S，它与物质相互作用并完全耗尽其动能前，与物质中的自由电子（e－）结合，正负两个电子的静止质量转化为两个方向相反、能量各为0.511MeV的γ光子而自身消失，这一过程称为湮没辐射。正电子发射CT的探测原理就是利用湮没辐射事件发生两个方向互为相反的γ光子，并通过符合电路对这一事件进行空间定位。

成像技术放射性核素示踪正电子于1934年发现,它的性质与电子相同,带一个正电荷,有一定的能量和射程。在医学中应用最广泛的正电子放射性核素是18F、15O、13N、11C。这些放射性核素是由回旋加速器生产,它们是缺中子的,在衰变过程中发生质子、中子的相互转化,同时放出β+粒子。β+粒子叫正电子。正电子从衰变核中得到能量，具有动能,其能谱与β -粒子类同。具有动能的正电子与周围物质中的电子相互作用,损失能量,其过程非常短暂，最后，正电子与负电子相互结合、消失、形成能量相同(511keV),方向相反的两个γ光子,称湮没辐射(图1)。将发射正电子的放射性核素标记在示踪化合物上,再注射到研究对象体内,这些示踪化合物就可以在活体内示踪其生理和生化过程,以达到研究人体病理和生理过程的目的。

湮没辐射及其探测正电子发射体的放射性核素在组织或脏器中的分布是不能直接通过测定电子来达到的。这一方面是因为电子在物质中射程短,不足以穿过较厚的组织和脏器;另一方面是正电子只能瞬态存在。测定正电子的基本方法是测量湮没辐射产生的γ光子。

湮没辐射的γ光子与单光子有不同的特点,在正电子成像仪器中,对射线的限束不采用机械准直,而采用电子准直(Electrical Colli-mation)。在普通核素显像中,从人体内发射出的单光子Y射线，向四面八方发射，闪烁点的空间位置由几何准直确定。几何准直是在探头前面加一个铅制的机械准直器，用以限制Y射线的方向和范围。在正电子成像仪器中，由于湮没辐射产生的两个Y光子是在同一直线上，且方向相反，我们可以利用这一特性来确定Y射线的方向和范围。符合探测的两个探头成180。排列，湮没辐射的两个Y光子只有在两个探头所形成的立体角内才能被探测，在两个探头视野之外的湮没辐射则不能被探测。这种利用湮没辐射和两个相对探头来确定闪烁点位置的方法称电子准直。在PET探测系统中除了电子准直外，还有符合探测线路。符合探测线路与单道分析器中的反符合正相反，它要求进入探头的两个Y光子是同时到达的，否则就不予接受，因而排除了一些非符合光子的进入。这种测量湮没辐射的线路在PET中被广泛应用。2

应用用湮没辐射法可以测量煤的灰份。按反散射法(这时，射源与检测器都设置在煤样的同一侧)，对湮没辐射和康普顿散射同时进行测量，就可得出煤样的灰分含量。大量测试结果表明，这种方法的均方差仅为0. 40%-1.37%。

采用电子对湮没辐射法测量煤的灰分，具有下列三大优点：(1)原子序数高的灰成分(如铁和钙等)对测量精度无影响；（2）煤的水分对测量结果也很少影响;(3)射源能量强，穿透深度大。因而。特别适用于火电厂燃用煤种多变的实际情况。