Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — метод диагностики различных заболеваний: болезней сердца, нервной системы, онкологических. В отличие от КТ и МРТ, выявляющих лишь структурные нарушения органов, ПЭТ даёт возможность получить трёхмерную реконструкцию происходящих в организме процессов.
При исследовании в организм вводят меченные радиоактивными изотопами биологически активные вещества, например глюкозу. Глюкоза накапливается в тканях, причём опухоль поглощает её активнее окружающих тканей. Радиоактивный изотоп непрерывно распадается, испуская позитроны. Сталкивась с электронами, позитрон аннигилирует, образуя два гамма-кванта. В детекторе томографа гамма-кванты вызывают люминесценцию в виде световой вспышки, которую регистрируют. Чем больше глюкозы в смеси с изотопом накопил какой-то участок ткани, тем чаще возникают вспышки. Поэтому опухоль «светится» ярче окружающих тканей и становится хорошо заметной.
Преобразование гамма-квантов в томографе происходит в так называемых сцинтилляционных кристаллах, обладающих способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения. Чаще всего эти вещества — неорганические монокристаллы. Для увеличения их световыхода — количества фотонов, излучаемых кристаллом при поглощении определённого количества энергии, — в них вводят примеси ионов иновалентных металлов (примерно сотые доли процента).
Для повышения точности и чувствительности метода ПЭТ при диагностике, например, ранних стадий образований опухолей физики ищут наиболее подходящие сцинтилляторы. К спектру и времени их излучения предъявляют определённые требования. Поэтому при подборе подходящих кристаллов их тестируют — изучают люминесцентные свойства.
В настоящее время тестирование сцинтилляционных кристаллов проводят методом гамма-люминесценции, в которой применяют радиоактивные источники, что весьма неудобно из-за трудностей, связанных с хранением и использованием радиоактивных веществ. Кроме того, свечение, возникающее при гамма-люминесценции, имеет небольшую интенсивность, и это создаёт дополнительные трудности его регистрации.
Сотрудники Отдела оптики низкотемпературной плазмы ФИАНа для тестирования сцинтилляционных кристаллов предложили подход, основанный на методе импульсной катодолюминесценции (ИКЛ) — явлении свечения вещества при бомбардировке его пучками быстрых электронов. Эффект был открыт в 1966 году сотрудниками НИИ ядерной физики в Томске под руководством академика Геннадия Андреевича Месяца.
В ФИАНе образцы кристаллов облучали мощным и очень коротким (2 нс) импульсом электронов со средней энергией в пучке 140 кэВ и затем регистрировали спектры возникающей люминесценции. Эти спектры сравнивали со спектрами излучения, получаемыми при гамма-люминесценции. Исследования вели на четырёх различных кристаллах-сцинтилляторах: йодистом цезии с добавками таллия, алюмоиттриевом гранате с добавками германия или тербия и кристалле на основе оксиортосиликата лютеция. Все эти кристаллы были выращены в ФИАНе.
Эксперименты показали отличные результаты: спектры и время высвечивания при катодолюминесценции и гамма-люминесценции совпадали. Кроме того, интенсивность ИКЛ-излучения в 10—100 раз превышала интенсивность гамма-люминесценции.
