Введение 3
Г лава 1. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) 5
1.1. Принцип работы позитронно-эмиссионной томографии 5
1.2. Радиоактивные источники для ПЭТ 6
1.3. Сцинтилляционные детекторы 8
Глава 2. Методика эксперимента 14
2.1. Схема совпадений 14
2.2. Спектры схемы совпадений 23
2.3. Угловые у-у-корреляции 29
Глава 3. Экспериментальная часть 35
3.1. Схема совпадений для наблюдения каскадов распадов 39
3.2. Схема совпадений для наблюдения аннигиляции позитронов 43
Заключение 45
Публикации 46
Список литературы
Как известно, рак является одной из важнейших социальных проблем 21 века, что вызвано неуклонным ростом заболеваемости, высокими показателями смертности, большими экономическими затратами на лечение [1]. Ежегодно раком в мире заболевает более 14 миллионов человек [2] и становится причиной практически каждой шестой смерти в мире. Распространенной проблемой является недоступность диагностики на первых стадиях заболевания.
Для раннего выявления раковых клеток в последние годы в клиническую практику активно внедряется высокотехнологичный метод - позитронноэмиссионная томография (ПЭТ) [3]. ПЭТ - хорошо зарекомендовавший себя, надежный метод неинвазивного исследования внутренних органов человека (Parodi and Enghardt 2000, Parodi et al 2002, Attanasi et al 2011, Knopf et al 2011). С помощью радиофармацевтических препаратов (РФП - биологически активное соединение, меченное радиоактивным изотопом, которое испускает позитроны) позитронно-эмиссионная томография позволяет оценить интенсивность обмена и транспорт веществ в организме. Для проведения ПЭТ пациенту внутривенно вводят РФП, который избирательно поглощается тканями и встраивается в биологические процессы. При радиоактивном распаде радиофармпрепарат испускает позитроны, которые встречаются с электронами и превращаются в новые частицы - гамма-кванты. Такие частицы регистрируются детекторами позитронно-эмиссионной томографии. Чем больше интенсивность обмена веществ в той или иной области, тем больше радиофармацевтических препаратов будет там накапливаться и, тем сильнее будет обнаруживаемое прибором «свечение» от этих участков. Раковые клетки, как известно, делятся бесконечно и из-за этого у них повышенный уровень потребления глюкозы.
По причине вышесказанного студентам физических и медицинских отделений, при прохождении общего физического практикума, необходимо ознакомиться с позитронно-эмиссионной томографией, в основе которой лежит регистрация пары у-квантов в схеме совпадения [4-7]. Кроме того, студентам
3
других специальностей, в рамках общего физического практикума, может быть интересна реализация схемы совпадений для каскадов гамма-переходов. При помощи угловых у-у корреляций [8] можно определять характеристики ядер, мультипольности ядерных переходов.
Цель:
В связи с этим целью данной работы являлось постановка лабораторной работы по схеме совпадений, а также по принципу ПЭТ.
Задачи:
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выбор радиоактивных изотопов при демонстрации схемы у-у совпадений
и принципа работы позитронно-эмиссионной томографии.
2. Постановка схемы у-у совпадений для каскадов распадов
3. Постановка экспериментальной работы на радиоактивном источнике
22Na.
4. Выбор наилучшего источника наиболее пригодного для проведения
студенческого лабораторного эксперимента.
Во введении диссертации обоснована актуальность исследования, сформулирована цель работы и перечислены решаемые задачи.
В первой главе проведен обзор литературы по основам позитронноэмиссионной томографии.
Во второй главе описана техника регистрации частиц в схеме совпадений, а также гамма-гамма корреляции для каскадов переходов.
В третьей главе дана характеристика использованных радиоактивных изотопов и описана экспериментальная установка.
В заключении подведены итоги исследования, отражающие научную значимость диссертации.
Постановка лабораторной работы по демонстрации принципов
позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) возможна в рамках ядернофизического практикума.
2. Из всех опробованных источников для демонстрации гамма-гамма
совпадений по каскадам распадов лучше всего подходит природный изотоп
176
Lu, а для демонстрации принципов работы позитронно-эмиссионной
томографии – радиоактивный источник 22Na, при условии, что активность
нуклида 22Na должна быть небольшой, порядка 10 кБк.
Активность рекомендуемых источников не превышает минимальную
значащую активность.
