Возможности применения позитронной аннигиляционной спектроскопии для выявления канцерогенности вещества
Использование метода аннигиляции позитронов основано на свойстве канцерогенов и мутагенов - быть эффективными акцепторами избыточных электронов.
Идея метода основана на механизме образования атома позитрония - водородоподобного связанного состояния позитрона и электрона. Согласно этому механизму в молекулярных конденсированных средах атом Ps образуется на конечном участке трека быстрого позитрона, посредством рекомбинации потерявшего свою энергию позитрона с одним из внутритрековых электронов: e- + e+ = Ps. Характерное время реакции - несколько пикосекунд. Присутствующие в растворе канцерогены, будучи сильными электрофилами, перехватывают электроны (S + e- = S-), препятствуя тем самым образованию Ps. Измеряя зависимость вероятности образования Ps от концентрации испытуемого соединения S, растворенного в подходящей среде, можно в принципе судить о степени канцерогенной опасности данного соединения S. Выявление канцерогенности вещества S посредством позитронной спектроскопии может стать гораздо более простым, быстрым и дешевым способом, чем импульсный радиолиз [2].
Схема экспериментальной установки, приборы и источники
Установка для определения времени жизни позитронов
Рис. 6. Схема экспериментальной установки для определения времени жизни позитронов
На рис. 6 использованы следующие обозначения.
Сц – сцинтилляционный детектор, генерирует вспышку света при прохождении γ-кванта.
ФЭУ – фотоэлектронный умножитель, преобразует энергию фотонов в токовый импульс и усиливает его.
ИП – высоковольтное питание детектора.
ДД – дифференциальный дискриминатор, осуществляет отбор событий по амплитуде (т.е. по энергии регистрируемых γ-квантов).
ЛЗ – линия задержки.
СС – схема совпадений, осуществляет отбор совпадений по сигналам двух детекторов (стартового и стопового).
ВАП – время-амплитудный преобразователь, преобразует сигнал во время.
МКА – многоканальный анализатор импульсов, производит отбор импульсов по времени (сигналы с определенным временем распределяет в соответствующие каналы).
ПК – персональный компьютер, служит для обработки и визуализации полученных данных.
Внешний вид установки изображен на рис. 7.
Рис. 7. Установка для определения времени жизни позитронов
На рис. 8 и 9 изображены отдельные части установки – источник, сцинтиллятор и ФЭУ (рис. 8), электронный блок (рис. 9).
Рис. 8. Источник, сцинтилляторы и ФЭУ, входящие в установку для определения времени жизни позитронов
Рис. 9. Электронный блок установки для определения времени жизни позитронов
Установка для определения доплеровского уширения аннигиляционной линии
Рис. 10. Схема экспериментальной установки для определения доплеровского сдвига энергии аннигиляционных γ-квантов
На рис. 10 использованы следующие обозначения.
Д - полупроводниковый детектор, генерирует токовый импульс при прохождении γ-кванта.
ИП – питание детектора, обеспечивает подачу высокого обратного напряжения.
КД – система криостат-дьюар, поддерживает детектор в высоком вакууме при температуре, близкой в температуре жидкого азота.
У – усилитель, увеличивает сигнал с детектора и создает выходной импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной энергии поглощенного γ-кванта.
МКА – многоканальный анализатор импульсов, производит отбор импульсов по амплитуде (сигналы с определенной амплитудой распределяет в соответствующие каналы).
ПК – персональный компьютер, служит для обработки и визуализации полученных данных.
Усилитель и многоканальный анализатор импульсов объединены в одну систему интегрированного гамма-спектрометра, основанного на цифровых сигнальных процессорах (рис. 11).
Рис. 11. Интегрированный гамма-спектрометр, основанный на цифровых сигнальных процессорах
В качестве детектора в данной схеме используется детектор типа GEM. Это детектор из высокочистого германия торцевого коаксиального типа. Детектирующий элемент представляет собой одиночный кристалл германия, который работает в качестве диода при подаче высокого обратного напряжения при низких температурах. При этих условиях пары электрон-дырка, производимые при поглощении рентгеновского и гамма-излучения, разводятся к противоположным контактам электрическим полем – генерируется токовый импульс.
Детектор работает при температуре жидкого азота с целью понижения тока утечки и тем самым шума системы. Система криостат-дьюар (рис. 12) поддерживает детектор в высоком вакууме при температуре, близкой в температуре жидкого азота. Дьюар служит резервуаром для жидкого азота, а криостат (рис. 13) обеспечивает передачу тепла от детектора к жидкому азоту. Как дьюар, так и криостат поддерживаются в вакууме для изоляции охлажденных внутренних частей от внешних поверхностей.
Рис. 12. Система криостат-дьюар
Рис. 13. Внешняя оболочка детектора