Published October 1965
| Version v1
Book
Multidimensional Gamma-Ray Spectrometry and its Use in Biology
Creators
- 1. Battelle Memorial Institute, Pacific Northwest Laboratory, Richland, WA (United States)
Description
Multidimensional gamma-ray spectrometry is a new technique for the measurement of radionuclides which has special application in biology. This instrumental technique allows direct identification and measurement of individual gamma-ray emitters in complex mixtures of radionuclides in diverse sample matrices without prior chemical treatment. The detector system is designed to provide: high sensitivity through use of two large (6-in diam., 4-in thick) Nal(Tl) detectors; high selectivity by using coincidence counting techniques which separate gamma ray spectra by taking advantage of the gamma-ray decay characteristics of each radionuclide ; and ultra-low background and reduced Compton interference through a surrounding anticoincidence annulus detector (a NaI(Tl) crystal 11½-in thick with a 6½ - in - diam. hole). A 4096-channel multidimensional analyser analyses the two gamma-rays in coincidence according to their energies and stores them in the plane of the 64 X 64-channel memory while non-coincident events are stored only on the axes of the memory. This effectively decreases the background and Compton interference by orders of magnitude while greatly improving the selectivity. Direct gamma-ray spectrometric measurement of trace levels of radionuclides in biological samples has been inhibited by the presence of relatively large amounts of natural 4°K whose 1.47 MeV gamma-radiation has interfered with their measurement. Since most radionuclides decay through emission of two or more gamma-rays in cascade the new technique does provide a direct selective measurement and permits wider application. For example, 22Na (a naturally occurring cosmic-ray produced radionuclide), 134Cs and 137Cs (fission products) can be readily measured at existing levels (in some cases at less than 1 dpmAg) in meat, fish, foodstuffs, as well as in urine, so that uptake-excretion studies are possible. This technique could be applied to studies where tracers are added and would be especially useful for the simultaneous measurement of absorption, deposition, and turnover in the animal body of several suitably labelled compounds. When used with neutron activation analysis measurements of a large group of elements may be made in tissues and blood at the parts per billion level. (author)
Abstract (French)
La spectrométrie gamma multidimensionnelle constitue une nouvelle méthode de mesure des radionuclides qui a trouvé des applications particulières en biologie. Cette méthode instrumentale permet d'identifier et de mesurer directement et séparément, sans traitement chimique préalable, les émetteurs gamma de mélanges complexes de radionuclides se trouvant dans diverses matrices échantillons. Le détecteur présente les caractéristiques suivantes: grande sensibilité, assurée par deux détecteurs 9 Nal(Tl) de 15 cm de diamètre et 10 cm d'épaisseur; grande sélectivité obtenue gráce á des méthodes de comptage par coïncidence qui séparent les spectres des rayons gamma en utilisant les caractéristiques de désintégration gamma de chaque radionuclide; bruit de fond extrémement faible et interférence Compton réduite par suite de la présence d'un détecteur annulaire en anticoïncidence (cristal de NaI(Tl) de 29 cm d'épaisseur, ayant un diamètre intérieur de 16 cm). Un analyseur multidimensionnel à 4096 canaux analyse les deux rayons gamma en coïncidence en fonction de leur énergie et les enregistre dans le plan de la mémoire à 64 x 64 canaux, alors que les événements survenant en anticoïncidence sont enregistrés seulement dans les axes de la mémoire. Il en résulte une diminution sensible de plusieurs ordres de grandeur du bruit de fond et de l'interférence Compton, etune forte augmentation de la sélectivité. La mesure directe par spectrométrie gamma de radionuclides à l'état de traces dans des échantillons biologiques a été génée par la présence de quantités relativement importantes de 40K naturel à cause du rayonnement gamma de 1,47 MeV de cet élément. La plupart des radionuclides se désintégrant en émettant deux ou plusieurs rayons gamma en cascade, la nouvelle méthode permet de faire une mesure sélective directe et se prête à maintes applications. C'est ainsi que 22Na (radionuclide normalement produit par les rayons cosmiques), 134Cs et 137Cs (produits de fission) peuvent être facilement mesurés à la concentration naturelle (dans certains cas dans des proportions inférieures à 1 dpmAg) dans la viande, le poisson et autres denrées alimentaires ainsi que dans l'urine, ce qui permet de faire des études sur les quantités fixées et excrétées. Cette méthode pourrait être utilisée dans les études comportant l'emploi de traceurs et elle serait particulièrement précieuse pour la mesure simultanée de l'absorption, de la fixation et de l'assimilation dans l'organisme animal de plusieurs composés marqués de manière appropriée. En utilisant cette méthode avec l'analyse par activation neutronique on peut mesurer dans les tissus et dans le sang un groupe importantd'éléments d'une concentration de quelques milliardièmes. (author)Abstract (Spanish)
La espectrometría gamma multidimensional es una nueva técnica de medición de radionüclidos especialmente aplicable en biología. Esta técnica instrumental permite identificar y medir directamente los distintos emisores gamma de mezclas complejas de radionüclidos en diversas matrices, sin necesidad de un tiatamiento qufmico previo. El sistema detector está ideado con miras a obtener una gran sensibilidad, utilizando dos grandes detectores de NaI(Tl) (6 pulg de diámetro y 4 pulg de espesor), una elevada selectividad, gracias al empleo de técnicas de recuento de coincidencias que separan ios espectros gamma aprovechando las caracterfsticas de desintegracitfn gamma de cada radionúclido, y una actividad de fondo sumamente baja, así como una interferencia debida al efecto Compton muy atenuada. Esas propiedades se consiguen rodeando dichos detectores conotro detector anular de anticoincidencias (un cristal de NaI(Tl) de 11½ pulg de espesor, con un diámetro interior de 6½ pulg). Un analizador multidimensional de 4096 canales mide en coincidencia los dos rayos gamma segfin su energía y almacena los datos en el piano de la memoria de 64 x 64 canales, en tanto que las fisiones no coíncidentes se almacenan sólo en los ejes de dicha memoria. Esto reduce eficazmente la actividad de fondo y la interferencia debida al efecto Compton en varios órdenes de magnitud y mejora considerablemente la selectividad. La medición directa por espectrometría gamma de los radionficlidos présentes como vestigios en muestras biolfigicas se ha visto obstaculizada por la presencia de cantidades relativamente grandes de 40K natural, cuya radiacifin gamma de 1,41 MeV dificulta esas mediciones. Como la mayorfa de los radionûclidos se desintegran por emisión de dos o más rayos gamma en cascada, la nueva técnica permite una medición selectiva directa y su campo de aplicacion es más amplio. Por ejemplo, permite medir fácilmente el 22Na (radionflclido natural producido por acción de los rayos cósmicos), el 134Cs y el 137Cs (productos de fisión) a los niveles (en algunos casos de 1 desint/minx kg) en que se hallan présentes en la carne, en el pescado, en otros productos alimenticios y en la orina, haciendo posible los estudios sobre la relación absorción-excreción. Esta técnica podrfa aplicarse a los estudios con indicadores y serfa de especial utilidad para la medición simultánea de la absorcion, el depósito y la renovación en el cuerpo de diversos compuestos adecuadamente marcados; combinada con el análisis por activación neutrónica, permite realizar mediciones de muchos elementos présentes en los tejidos y en la sangre en cantidades del orden de algunas partes por 10-9. (author)Abstract (Russian)
Mnogomernaja spektrometrija gamma-luchej javljaetsja novym nahodjashhim sebe osoboe primenenie v biologii metodom izmerenija radioizotopov. Jetot instrumental'nyj opyt daet vozmozhnost' neposredstvenno vyjavit' i izmerit' otdel'nye gamma-izluchateli v slozh- nyh smesjah radioizotopov v razlichnyh matricah prob bez predvaritel'noj himicheskoj ob- rabotki. Sistema obnaruzhenija skonstruirovana tak, chtoby obespechit': bol'shuju chuvstvi- tel'nost' blagodarja ispol'zovaniju dvuh bol'shih kristallicheskih detektorov iz NaJ (T1) (diametrom 6 i tolshhinoj 4 djujma); bol'shuju selektivnost' blagodarja ispol'zovaniju metoda scheta sovpadenij, pozvoljajushhego otdeljat' drug ot druga spektry gamma-luchej, pol'zujas' harakteristikami gamma-raspada kazhdogo radioizotopa v otdel'nosti; nakonec, chrezvychajno nizkij fon, a takzhe sokrashhenie komptonovskoj interferencii posredstvom okruzhajushhego pribor detektora antisovpadenij s kol'cevym kanalom (sostojashhego iz kristalla NaJ (T1) tolshhinoj 11,5 djujma s otverstiem diametrom 6,5 djujma). Pri pomoshhi 4096-kanal'nogo mnogomernogo analizatora dva sovpadajushhih gamma-lucha razreshajutsja po svoim jenergijam i zanosjatsja dlja hranenija v ploskost' 64 h 64-kanal'noj pamjati, togda kak nesovpadajushhie sobytija hranjatsja tol'ko na osjah pamjati. Jeto jeffektivnym obrazom sokrashhaet fon i komp- tonovskie interferencii na neskol'ko porjadkov i vmeste s tem znachitel'no uluchshaet sele- ktivnost' . Neposredstvennoe gamma-spektrometricheskoe izmerenie radioizotopov, nahodjashhihsja v nichtozhno malyh kolichestvah v biologicheskih probah, znachitel'no zatrudnjaetsja iz-za pri- sutstvija otnositel'no bol'shih kolichestv prirodnogo kalija-40, gamma-radiacija kotorogo s jenergiej 1,47 Mjev meshaet izmerenijam. Poskol'ku bol'shaja chast' radioizotopov raspa- daetsja s kaskadnoj jemissiej dvuh ili neskol'kih gamma-luchej, novyj metod daet vozmozh- nost' provodit' neposredstvenno selektivnye izmerenija i rasshirjat' krug primenenija jetogo metoda. Tak, naprimer, natrij-22 (radioizotop, vstrechajushhijsja v prirode i obrazuemyj kosmicheskimi luchami), cezij-134 i cezij-137 (radioizotopy, obrazujushhiesja v rezul'tate vzryva bomb) mozhno legko izmerit' v fakticheski sushhestvujushhih kolichestvah (v nekotoryh sluchajah menee odnogo raspada v minutu na 1 kg) v mjase, rybe i drugih pishhevyh produktah, a takzhe v moche, chto pozvoljaet izuchat' processy pogloshhenija i vydelenija. Jetot metod pri- menim k issledovanijam, gde pribegajut k dobavleniju indikatorov, i mozhet byt' osobenno poleznym dlja odnovremennogo izmerenija pogloshhenija, otlozhenija i oborota rjada dolzhnym obrazom mechenyh soedinenij v organizme zhivotnogo. V sluchae ispol'zovanija sovmestno s nejtronnym aktivacionnym analizom jetot metod daet vozmozhnost' izmerjat' bol'shuju grup- pu jelementov v tkanjah i krovi dazhe na urovne neskol'kih chastej na milliard. (author)Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- La Spectrométry Gamma Multidimensionnelle et son Application en Biologie; Mnogomernaya spektrometriya gamma-luchej i ee ispol'zovanie v biologii; La Espectrometria Gamma Multidimensional y su Empleo en Biologia
Publishing Information
- Publisher
- IAEA
- Imprint Place
- Vienna (International Atomic Energy Agency (IAEA))
- Imprint Title
- Radioisotope Sample Measurement Techniques in Medicine and Biology. Proceedings of the Symposium on Radioisotope Sample Measurement Techniques
- Imprint Pagination
- 741 p.
- Series
- Proceedings Series
- Journal Page Range
- p. 3-14
- ISSN
- 0074-1884
Conference
- Title
- Symposium on Radioisotope Sample Measurement Techniques in Medicine and Biology
- Dates
- 24-28 May 1965
- Place
- Vienna (Austria)
INIS
- Country of Publication
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- Country of Input or Organization
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- INIS RN
- 44086399
- Subject category
- S60: APPLIED LIFE SCIENCES; S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Conference
- Descriptors DEI
- BIOLOGY; BLOOD; CESIUM 134; CESIUM 137; COINCIDENCE METHODS; GAMMA RADIATION; GAMMA SPECTRA; GAMMA SPECTROSCOPY; LABELLED COMPOUNDS; MEAT; MEV RANGE 01-10; NAI DETECTORS; NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS; SENSITIVITY; SODIUM 22; URINE
- Descriptors DEC
- ACTIVATION ANALYSIS; BETA DECAY RADIOISOTOPES; BETA-MINUS DECAY RADIOISOTOPES; BETA-PLUS DECAY RADIOISOTOPES; BIOLOGICAL MATERIALS; BIOLOGICAL WASTES; BODY FLUIDS; CESIUM ISOTOPES; CHEMICAL ANALYSIS; COUNTING TECHNIQUES; ELECTROMAGNETIC RADIATION; ELECTRON CAPTURE RADIOISOTOPES; ENERGY RANGE; FOOD; HOURS LIVING RADIOISOTOPES; INTERMEDIATE MASS NUCLEI; INTERNAL CONVERSION RADIOISOTOPES; IONIZING RADIATIONS; ISOMERIC TRANSITION ISOTOPES; ISOTOPES; LIGHT NUCLEI; MATERIALS; MEASURING INSTRUMENTS; MEV RANGE; NANOSECONDS LIVING RADIOISOTOPES; NONDESTRUCTIVE ANALYSIS; NUCLEI; ODD-EVEN NUCLEI; ODD-ODD NUCLEI; RADIATION DETECTORS; RADIATIONS; RADIOISOTOPES; SCINTILLATION COUNTERS; SODIUM ISOTOPES; SOLID SCINTILLATION DETECTORS; SPECTRA; SPECTROSCOPY; WASTES; YEARS LIVING RADIOISOTOPES
Optional Information
- Contract/Grant/Project number
- Contract AT(45-1)-1830
- Notes
- 5 refs., 2 tabs., 3 figs.
- Secondary number(s)
- IAEA-SM--61/21