2) электромагнитное поле
3) электрический импульс
4) флюоресценцию (+)
Натрий-йодный монокристалл, активированный таллием NaI(Tl), служит сцинтиллятором гамма-камеры. При взаимодействии гамма-кванта с веществом кристалла за счёт фотоэлектрического эффекта или комптоновского рассеяния его энергия передаётся электронам, вызывая возбуждение атомов кристаллической решётки. При возвращении возбуждённых состояний к основному уровню энергия высвобождается в виде короткой вспышки видимого света — флюоресценции, которую в радионуклидной диагностике обычно называют сцинтилляцией.
Сам кристалл непосредственно не формирует регистрируемый электрический сигнал. Световые фотоны поступают на фотокатоды фотоэлектронных умножителей, где преобразуются в электроны, а затем усиливаются с образованием электрического импульса. Амплитуда этого импульса приблизительно пропорциональна энергии, поглощённой в кристалле, что позволяет проводить энергетическую селекцию событий и отсеивать значительную часть рассеянного излучения.
| Этап регистрации | Физический процесс | Результат | Значение для гамма-камеры |
|---|---|---|---|
| Взаимодействие гамма-кванта с NaI(Tl) | Фотоэлектрическое поглощение или комптоновское рассеяние | Передача энергии электронам кристалла | Начало формирования регистрируемого события |
| Возбуждение кристаллической решётки | Переход электронов на более высокие энергетические уровни | Накопление энергии возбуждения | Подготовка к световой эмиссии |
| Деактивация центров таллия | Возврат электронов в основное состояние | Флюоресценция, или сцинтилляционная вспышка | Преобразование энергии гамма-излучения в свет |
| Поступление света на фотокатод | Внешний фотоэлектрический эффект | Эмиссия фотоэлектронов | Преобразование светового сигнала в электронный |
| Прохождение через диноды ФЭУ | Вторичная электронная эмиссия | Многократное усиление числа электронов | Формирование измеримого электрического импульса |
| Электронная обработка | Амплитудный анализ и позиционирование события | Определение энергии и координат импульса | Построение сцинтиграфического изображения |
Интенсивность сцинтилляционной вспышки зависит от величины энергии, поглощённой кристаллом, поэтому энергетический спектр импульсов отражает характер взаимодействия гамма-квантов с детектором. Настройка энергетического окна вокруг фотопика повышает контраст изображения, поскольку уменьшает вклад рассеянного излучения. Таллий вводится в кристалл как активатор, создающий центры люминесценции и обеспечивающий эффективное излучение света в спектральном диапазоне чувствительности фотоэлектронных умножителей. Таким образом, флюоресценция является промежуточным физическим этапом между поглощением гамма-излучения и появлением электрического сигнала.