Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Фоновый шум
Шум является серьезной проблемой при создании жидкостных сцинтилляционных счетчиков, значение которой легко понять, если рассмотреть диапазон электрических импульсов, возникающих при единичном p-распаде. Предположим, чго (3-частица с энергией 50 КэВ (например, из 14С) будет давать несколько сот фотонов в обычно используемой системе растворитель — флуоресцент. Эти фотоны приведут к образованию приблизительно 50 фотоэлектронов (10—20%) на фотокатоде фотоумножителя. При усилении примерно в 106 раз фотоумножитель даст 5* 107 электронов или заряд в пределах от 0,5-10-11 до 1,0-10-11 Кл, который может быть преобразован в электрический импульс от 0,1 до 0,2 В. Для 3Н ?Ср составляет 5,5 КэВ, чему соответствует импульс приблизительно 0,018 В.
Низкое напряжение подобных импульсов порождает проблему, связанную с тем, что тепловой шум фотоумножителя приводит к появлению импульсов порядка 0,005 В уже при комнатной температуре. Следовательно, значительная доля излучаемых р-частиц (эта доля увеличивается с уменьшением ?Манс) дает импульсы с напряжением меньшим, чем термоионный шум.
Эта проблема решалась двумя путями. Первый состоял в помещении фотоумножителя и образцов в термостат с температурой от 0 до 5°С, что понижало уровень шума примерно в 4 раза; сейчас,-с появлением фотоумножителей с низким уровнем шума, стало возможным работать при комнатной температуре. Термоионный шум дает в результате единичный импульс, тогда как р-частицы обычно вызывают образование нескольких фотонов. Отсюда второй путь решения проблемы — использование двух фотоумножителей; выходы фотоумножителей вводятся в электрическую схему совпадений, которая регистрирует отсчет только в том случае, когда две величины регистрируются фотоумножителями одновременно (т. е. в пределах короткого временного ин-
тервала). При этом единичные импульсы отсеиваются. Работа схемы совпадений такова, что лишь в редчайших случаях возможно столь быстрое следование одного шумового импульса за другим, чтобы оно было зарегистрировано. Импульс регистрируется практически только тогда, когда два фотона возникают в результате действия одной {5-частицы. Схема совпадений понижает уровень шумовых отсчетов с 105 до 15 имп/мин (это и есть число импульсов, проходящих через схему совпадений).
Необходимость использования схемы совпадений делает невозможным определение р-частиц с низкой энергией со 100%-ной эффективностью, поскольку для этого требуется минимум два фотона (по одному на каждый фотоумножитель), тогда как некоторое число распадов приводит к образованию только одного фотона. Однако этот недостаток более чем компенсируется огромным выигрышем, получаемым за счет резкого снижения фона.
Существуют и другие источники фоновых импульсов, хотя они и менее значимы. На них чаще наталкиваются те, кто непосредственно работает со счетчиками. Так, одним из таких источников является радиоизотоп 40К из стекла. Поэтому, если образец представляет собой раствор, контейнер для него должен быть изготовлен из стекла с низким содержанием калия. Это существенно, поскольку в обычном стекле присутствует большое количество радиоизотопа 40К. Однако даже в стекле с низким содержанием калия имеется некоторое количество 40К, который может дать фон приблизительно на уровне 15 имп/мин, т. е. величину, аналогичную термоиоиному шуму. Для некоторых операций, требующих очень низкого значения фона, с целью исключения фона за счет 40К используют сосуды из полиэтилена, однако они устойчивы не во всех растворителях, используемых при сцинтилляци-онном счете, и поэтому их можно применять не во всех случаях. Другим источником фона является генерация светового излучения за счет эффекта Черенкова с длинами в области эффективной работы фотоумножителей. Излучение Черенкова возникает в результате взаимодействия сцинтилляционного растворителя (без участия флуоресцента) и собственно сосуда с космическими лучами. В результате этого процесса регистрируются импульсы в диапазоне низко- и среднеэнергетических р-частиц, что добавляет к фону еще до 10 имп/мин. Имеются и другие источники внешней радиоактивности. Если сосуд с образцом содержит растворитель и флуоресцент, то внешняя радиоактивность вносит дополнительный шум на уровне около 40 имп/мин. Наложение этих эффектов, включая термоионный шум, дает фон приблизительно в пределах от 80 до 90 имп/мин. Однако из-за того, что излучаемые р-частицы имеют определенную максимальную энергию, можно отсеять импульсы с энергией, превышающей это значение. Это осуществляют методом анализа амплитуды им-
пульсов с использованием дискриминаторов (см. ниже). В результате фон понижается примерно до 35 имп/мин без потери эффективности счета.
Тушение
Возможность зарегистрировать радиоактивность зависит от соотношения сигнал/шум. До сих пор обсуждались возможности улучшения этого соотношения только за счет понижения шума. Далее мы рассмотрим проблемы, связанные с максимальным увеличением эффективности образования фотонов (иными словами, максимализацией сигнала).
