Szcintillátorok alapvető tulajdonságai

Stopping Power

Alapvető tulajdonságként tartják számon szcintillátoroknál az un. stopping powert, ami arról hivatott információt adni, hogy a kristály mennyire hatékonyan „állítja meg”, nyeli el a fotonokat. Egy szcintillátor annál jobb stopping powerrel rendelkezik, minél nagyobb a rendszáma, ill. a sűrűsége.

 
Ha a stopping power nagy, akkor az un. elnyelési hossz rövidebb, így rövidebb kristályokat gyárthatunk, aminek köszönhetően pontosabb pozíció-meghatározásra lesz lehetőségünk és nem utolsó sorban olcsóbb lesz gyártani a kristályt. Elnyelési hossznak nevezzük azt a távolságot, amelyen az intenzitás 1/e-ad részére csökken.
Fontos kérdés még, hogy adott kristályban a fotoeffektus vagy a Compton-szórás valószínűsége nagyobb-e, mivel nekünk a szcintilláció folyamatához a fent említetteknek megfelelően fotoeffektusra van szükgégünk, a Compton-szórt fotonok zajként jelennek meg.

Fényhozam (light yield)

A fényhozam azt mondja meg, hogy egységnyi gamma-energia az adott szcintillációs kristályban hány látható tartományba eső foton keletkezik. Ez a tényező alapvető befolyással van a detektorunk jel-zaj viszonyára, ill. az energiafelbontásra is. Egy felvillanásban átlagosan néhány ezer- néhány tízezer foton jelenik meg.

Energiafelbontás

Ez tulajdonképpen nem más, mint a fotocsúcs kiszélesedése. A kiszélesedés a szcintillátor anyagának függvénye, nagyban befolyásolja ennek fényhozama (statisztika jósága), nem- linearitása (mennyire igaz, hogy kétszer akkora gamma energia kétszer annyi fotont vált ki), ill. inhomogenitása. Fontos tudni, hogy a gyári értékként megadott energiafelbontást a detektor szcintillátor utáni elektronikájának hatását is belevéve kell tekinteni.

Emissziós spektrum

A látható tartományban kibocsátott szcintillációs fotonok hullámhosszát értjük ez alatt. Általánosságban ez 350-550 nm között van. Fontos, hogy olyan tartományban legyen, ami az optikai anyagok számára átlátszó, mert a fényvezető, ill. a PMT (Photo Multiplayer Tube) ablaka (detektor további alkatrészei) ilyen anyagokból állnak. PMT-ket szerencsére igen széles tartományra lehet találni, így ez nem szűkíti sokban a szcintillátorok körét.

Lecsengési idő

A szcintilláció során létrejövő fényimpulzus exponenciális lecsengésű. Minél rövidebb lecsengési idővel rendelkezik egy szcintillátor, annál jobb. Lecsengési idő alatt azt értjük, amennyi idő alatt az impulzus energiájának 63%-a már kibocsátódott. A lecsengési idő nagyságrendileg 10 ns-tól pár µs-ig terjedhet.

Felfutási idő

Alapvetően a jel felfutási idő nem egy fontos jellemzője a szcintillációs kristályoknak, de mindez nagyon nagy jelentőséggel bír a TOF (Time Of Flight) PET-ek esetében. Ez az érték a fényimpulzus felfutási idejének ismertetőjegye (azaz azt az időtartamot jelenti, ami idő alatt a jel a 10%-os értékéről eléri a maximum 90%-át) azt követően, hogy a szcintillációs kristály abszorbeálta a γ fotont. A fényimpulus időbeni lefolyását az alábbi az alábbi ábra mutatja.

 
Higroszkóposság

A tekintélyesen nagy méretű szcintillációs detektort körülvevő levegőben jelenlévő vízpárát abszorbeálhatja a szcintillációs kristály, mely a szcintilláció jelenségét tönkreteheti /pl. NaI(Tl), vagy LaBr(Ce)/  higroszkópos jelenség. E defektus egyik tüneti ténye, hogy a kristály besárgul az érintett területen, így a kristályszerkezet e területe kedvezőtlenné válik a további fény emisszióra. Következésképp e detektor kristályokat meg kell óvni a vízpára abszorpcióval szemben. Technológiailag a nagyméretű szcintillációs kamerák /NaI(Tl)/ detektorait jóval könnyebb megóvni a higroszkóp jelenségtől, mint azon szcintillátorokat, amelyek kisméretű tűkristályokból állnak (ilyenek pl. a PET detektorok). Pixellált kristályok esetén jelentősen romolhat a kristálymátrix kitöltési faktora annak a ténynek köszönhetően, hogy minden egyes kristály pixelt jelentősen védeni kell a párás behatással szemben.

Háttér sugárzás

Számos szcintillátor rendelkezik belső ún. detektor háttér sugárzással is, amely mint zaj jelenik meg a detektor jelek érzékelése mellett. Mindezt figyelembe véve ajánlatosnak tűnik elkerülni az olyan szcintillátor anyagokat, melyek rendelkeznek belső ún. detektor kristályanyagból származó háttérsugárzással. Mindazonáltal létezhetnek detektoranyagok, amelyek más aspektusból olyan számottevő feljavult szcintillációs tulajdonsággal rendelkeznek, hogy a belső detektor háttér sugárzás ténye mellett érdemes használni mint szcintillációs kristályok. Egy ilyen példa a (Lu), amelyik β sugárzást emittál (így megnövelve a zajt és a detektálás holtidejét), mégis igen jól alkalmazható az LSO és LYSO szcinillációs detektorokban.

Gyártási, mechanikai tulajdonságok, törésmutató

Az egykristálykat rendszerint olvasztással növesztik, ahol az adott kristály alapanyag olvadáspontja komoly hatással van a méretre. Nagyon fontos tudni a maximálisan növeszthető kristály méreteit. Továbbá az is alapvető, hogy megvizsgáljuk mechanikailag mennyire ellenálló a kristály, milyen a válasza a γ sugarakra, mennyire egyszerű megvalósítani és milyen hőtani tulajdonságokkal rendelkezik (mindez nagyon fontos az egyszerű összeszereléshez). További fontossággal bír a szcintillációs kristály optikai törémutatója az optikai csatolás végett, ui. a szcintillátor felületéről kilépő látható szcintillácós fotonok visszaverődése olyan alacsony legyen, amennyire csak lehet.

*Néhány dedikált SPECT rendszer (pl. McSPECT detektor rendszere /lásd 3.3.1 fejezet/, 12, 13, 14, 15) moduláris detector struktúrát alkalmaz. A jövőben egyre több dedikált SPECT rendszer használhat vagy moduláris detector struktúrát vagy pixellált detector rendszert. Mind a mai napig az általános célú nagy látómezejű (LFOV) több-detektoros SPECT rendszerek 1 nagy kristály (large crystal) / detector alapján épülnek fel.

---