中国国家计量研究院（NIM）SIRTI技术的发展

《Applied Radiation and Isotopes》：Development of SIRTI at National Institute of Metrology (NIM), China

短寿命放射性核素国际比对系统SIRTI研发中采用双阈值比较器与FPGA计数器替代原有模块，验证了系统在阈值稳定性（±2通道）和计数率重复性（2.7×10??）上的优异性能，并成功测量了99mTc、18F和68Ga等核素七半衰期以上的数据，经死时间与背景校正后，计数率区间2000-20000 s?1的非线性度达3.6×10??。123I和153Sm等新核素国际比对需求推动区域SIRTI建设，本系统在屏蔽、参考源、机械配置等方面与BIPM SIRTI保持一致，为亚太地区提供可靠比对平台。

　　

Aoran Liu|Zhijie Yang|Yifan Tian|Leyi Chang|Qianqian Zhou|Juncheng Liang|Haoran Liu|Zhihao Fan|Hao Yang|Fuyou Fan

中国国家计量研究院，北京，100029

摘要

为了加强短寿命放射性核素的相互认可安排（MRA），中国国家计量研究院（NIM）为亚太计量计划（APMP）地区开发了一种SIRTI设备。该设备采用双阈值比较器与基于FPGA的计数器相结合，替代了BIPM SIRTI中使用的MTR2模块和ORTEC 994标度器。100 MHz时钟作为频率标准，实现了同时计数和死时间测量。^93mNb/⁹⁴Nb参考源采用高纯度放射性溶液制备，并放置在有机玻璃支架中。^93mNb的16.6 keV X射线峰用于设定下限阈值并评估其稳定性，而超过阈值的⁹⁴Nb计数率则作为系统稳定性和重复性的指标。为期两个月的测量结果显示，阈值位置的最大漂移在±2通道范围内，⁹⁴Nb计数率的相对标准偏差为2.7×10^{?499mTc、18F和68Ga的测量时间超过了其半衰期的七倍。经过严格的死时间和背景校正后，测量得到的计数率与衰减校正后的理论预测值非常吻合。在2,000 - 20,000 s-1的计数率范围内，系统的最大非线性为3.6×10?6。}

引言

国际计量局（BIPM）基于4πγ电离室建立了国际参考系统（SIR）用于关键放射性核素的比较（Ratel, 2007）。然而，由于医学放射性核素的半衰期较短，只有欧洲的计量机构才能通过将含有这些核素的安瓿运输到BIPM来进行国际比较。为了扩大SIR的覆盖范围，使地理位置偏远的计量机构也能参与短寿命医学放射性核素的比较，BIPM于2005年推出了国际参考系统转移仪器（SIRTI）。SIRTI根据SIR进行校准，作为一种可移动的次级标准，使各国计量机构能够在现场直接进行短寿命放射性核素的比较（Zimmerman和Steven, 2007；Judge等人, 2022）。随着SIRTI的建立，像¹⁸F、⁶⁴Cu和¹¹C这样的短寿命放射性核素的国际比较得以在全球范围内扩展；¹²³I和¹⁵³Sm分别在2022年和2023年首次在韩国标准科学研究院（KIRSS）和葡萄牙国家辐射计量实验室（LNMRI/IRD）进行了比较。包括¹³N、⁵⁶Mn和⁶⁸Ga在内的医学放射性核素预计也将被纳入未来的国际比较中。然而，随着全球对短寿命放射性核素比较需求的增加，BIPM的SIRTI难以独自承担所有这些比较项目。离子辐射第二咨询委员会（CCRI(II)）会议建议每个区域计量组织（RMO）建立自己的SIRTI（CCRI, 2023）。本文介绍了中国国家计量研究院开发的新SIRTI设备，该设备采用了双阈值比较器与基于FPGA的计数器相结合，实现了出色的稳定性、重复性和线性。

部分内容

设计与配置

测量系统主要由前端探测器、数据采集模块和离线数据处理软件组成，其结构如图1所示。前端探测器是由法国SAINT-GOBAIN公司制造的井型NaI探测器（型号3MW3/3），井深5.2厘米，直径2.0厘米，可精确容纳5毫升的安瓿。NaI探测器和前置放大器安装在三脚架上，并置于由5毫米厚材料制成的屏蔽层内。

死时间

系统需要较长的死时间间隔，以覆盖高活性放射性源产生的饱和脉冲以及高能γ射线引起的下冲现象。为了确定能够最佳覆盖饱和脉冲的死时间间隔，测量了在不同死时间设置下⁹⁴Nb（由^93mNb的16.6 keV X射线设定）的计数率。

为了抑制接近检测阈值的X射线的干扰，使用了^93mNb/⁹⁴Nb参考源

样品制备

使用NIM-SIRTI设备测量了三种短寿命放射性核素（^99mTc、¹⁸F和⁶⁸Ga）。准备了三组已知活度的样品，每组含有约37 MBq的^99mTc、¹⁸F和⁶⁸Ga，这些样品装在青霉素瓶中。标准溶液在4πγ电离室中制备后，用30 μg g^-1的NaCl或GaCl₃溶液进行定量稀释。稀释后的溶液约3.6克被密封在5毫升的安瓿中。

结论与展望

中国国家计量研究院建立的SIRTI设备的探测器、屏蔽层、参考源、阈值能量和机械配置与BIPM SIRTI相似。开发并实施了双阈值比较器与基于FPGA的计数器组合，以弥补商用MTR2模块的缺失。使用^93mNb/⁹⁴Nb参考源评估了阈值的稳定性和重复性以及计数率的再现性。实验结果表明

作者贡献声明

Zhijie Yang：项目管理、方法学、研究。Yifan Tian：软件开发、方法学、研究。Leyi Chang：软件开发、方法学、研究。Qianqian Zhou：软件开发、方法学、研究。Juncheng Liang：撰写-审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、研究、数据分析。Haoran Liu：方法学、研究、数据分析。Zhihao Fan：软件开发、方法学、研究。Hao Yang：软件开发、方法学、研究。

未引用参考文献

Qin等人，2022；Michotte等人，2013；BIPM、IEC、IFCC、ILAC、ISO、IUPAC、IUPAP和OIML，2008。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金（项目编号：12441508）、改善研究条件专项项目（编号：AGS23304）以及中国国家计量研究院（编号：AKYCX2506）的支持。