Пластмассовый сцинтиллятор

ПЛАСТМАССОВЫЙ СЦИНТИЛЛЯТОР на основе полистирола, содержащий первичную люминесцирующую добавку, п-терфенил в количестве 1 - 4% и вторичную люминесцирующую добавку, отличающийся тем, что, с целью повышения радиационной стойкости и сохранения сцинтилляционных характеристик пластмассового сцинтиллятора, в качестве вторичной люминесцирующей добавки он содержит 2-(4-дифторметилсульфонилфенил)-5-(4-дифенилил) оксазол в количестве 0,1 - 0,2% , полистирол, остальное до 100% .

Изобретение касается получения пластмассовых сцинтилляторов (ПС), в частности ПС на основе полистирола, используемых для проведения важнейших экспериментов в области ядерной физики, для исследования космических излучений на наземных и летающих станциях в геолого-разведочной аппаратуре при поиске полезных ископаемых и т. д.
Для эффективного использования ПС в указанных областях науки и техники он должен обладать наряду с высоким световым выходом и прозрачностью к свету собственного излучения устойчивостью к воздействию ионизирующего излучения, т. е. радиационной стойкостью.
Известен ПС на основе полистирола, содержащий в качестве люминесцирующей добавки смесь 2,5-дифенилоксазола (РРО) 2% и 1,4-бис-(5-фенилоксазолил-2)-бензола (РОРОР) 0,1% . Световой выход такого ПС составляет 0,37 УЕСВ. Пропускание света собственного излучения ( = 425 нм) образца размером 10 х 20 мм составляет 100% . К числу недостатков такого ПС, в значительной степени ограничивающих его практическое применение, относятся сравнительно низкий световой выход, а также быстрое "старение" во времени по мере воздействия на него ионизирующего излучения. Это приводит к появлению желтизны и, как следствие, к снижению прозрачности к собственному излучению и резкому падению его светового выхода, а следовательно, и непригодности к дальнейшему использованию вследствие понижения его чувствительности к ионизирующему излучению и искажению достоверности определения дозы ионизирующего излучения. Это требует частой замены детекторов и демонтирования рабочей аппаратуры. Так, при дозе облучения 2 10⁶ рад световой выход падает на 60% , т. е. больше чем на половину (см. таблицу). Пропускание света собственного излучения образца размером 10 х 20 мм падает при этом на 40% .
Ближайшим к предлагаемому техническому решению является ПС на основе полистирола, содержащий первичную люминесцирующую добавку n-терфенил в количестве 1 - 4% и вторичную люминесцирующую добавку.
Световой выход такого ПС составляет 0,45 УЕСВ.
Пропускание света собственного излучения ( = 425 нм) образца размером 10 х 20 мм составляет 100% . По сравнению с вышеописанным ПС он обладает повышенной радиационной стойкостью. Так, при дозе -облучения 2 10⁶ рад его световой выход уменьшается на 40% . Пропускание света собственного излучения составляет при этом 85% . Недостатком этого пластмассового сцинтиллятора, как и описанного, является низкая достоверность результата регистрации дозы ионизирующего излучения за счет резкого снижения его светового выхода при -облучении в процессе эксплуатации.
Повышение точности регистрации дозы ионизирующего излучения требует создания детекторов, обладающих более высокой радиационной стойкостью.
Целью изобретения является повышение радиационной стойкости и сохранение сцинтилляционных характеристик пластмассового сцинтиллятора в процессе эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что ПС на основе полистирола, содержащий первичную люминесцирующую добавку n-терфенил 1 - 4% и вторичную люминесцирующую добавку, в качестве вторичной добавки содержит 2-(4-дифторметилсульфонилфенил)-5-(4-дифенилил)оксазол (ДФМСФДО) SO₂CHF в количестве 0,1 - 0,1% , остальное основа полистирол до 100% . Световой выход такого ПС находится на уровне прототипа и составляет 0,45 УЕСВ. Пропускание света собственного излучения ( = 425 нм) образца размером 10 х 20, мм составляет 100% . Замена вторичной люминесцирующей добавки РОРОР в прототипе на ДФМСФДО позволяет резко увеличить его радиационную стойкость, особенно в интервале высоких доз -облучения.
Используемая добавка ДФМСФДО известна и синтезируется по следующей схеме:
O₂CHF
Кипятят 25,5 г (0,1 моль) 4-дифторметилсульфонилбензойной кислоты в 100 мл хлористого тионила в течение 2 ч. Избыток хлористого тионила отгоняют под вакуумом, остаток растворяют в 250 мл бензола и смешивают его с раствором 25 г (0,1 моль) -амино-4-фенилацетодинона солянокислого в 500 мл 30% -ного водного ацетона. К полученной смеси при интенсивном перемешивании и 20 - 25^оС прибавляют 10% -ный раствор соды до щелочной реакции на лакмус. Через 30 мин перемешивания выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой, сушат и растворяют в 10-кратном (по массе) количестве серной кислоты. Образовавшийся темно-коричневый раствор выдерживают при 40 - 45^оС 2 ч и выливают на лед. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой, сушат и бензольный раствор его хроматографируют на окиси алюминия.
Выход 33 г (80% ), т. пл. 177-178^оС.
ДМФСФДО применяется для придания различным материалам люминесцентных свойств. В изобретении она наряду с функцией активатора выполняет роль стабилизатора сцинтилляционной системы, что позволило сохранить световой выход и прозрачность полученного ПС при больших дозах -облучения.
П р и м е р 1. В стеклянную ампулу высотой 150 мм и диаметром 30 мм помещают 294 г стирола, 6 г (2% ) n-терфенила и 0,15 г (0,05% ) 2-(4-дифторметилсульфонилфенил)-4-дифенилилоксазола. Полученный раствор продувают в течение 5 мин свободным от кислорода азотом, после чего ампулу запаивают и помещают в термостат при температуре 145^оС для полимеризации. После 72 ч выдержки при 145^оС температуру понижают до комнатной, блоки освобождают от стекла. Из полученных блоков вырезают образцы цилиндрической формы диаметром 20 мм и высотой 10 мм, которые подвергают механической обработке на токарном станке и тщательной полировке на фетровом диске с водной суспензией оптического крокуса.
Световой выход полученного сцинтиллятора составляет 0,40 УЕСВ.
П р и м е р 2. Проводят аналогично примеру 1, но ДФМСФДО берут 0,3 г (0,1% ).
Световой выход полученного сцинтиллятора составляет 0,45 УЕСВ.
П р и м е р 3. Проводят аналогично примеру 1, но ДФМСФДО берут 0,6 г (0,2% ).
Световой выход полученного сцинтиллятора составляет 0,45 УЕСВ.
Таким образом, необходимая концентрация вторичной добавки - ДФМСФДО составляет 0,1% - 0,2% , поскольку при ее понижении световой выход падает (см. пример 1), а при повышении концентрации вторичной добавки световой выход не изменяется (см. примеры 2, 3).
Ниже приведена таблица, характеризующая радиационную стойкость заявляемого ПС и для сравнения ранее известных.
Как видно из таблицы, предлагаемый ПС обладает высокой радиационной стойкостью по сравнению с ранее известными ПС. Так, при дозе - облучения 2 10⁶ рад его световой выход и пропускание света собственного излучения практически не изменяются, в то время как световой выход прототипа падает почти вдвое и составляет 60% . Пропускание света собственного излучения при этом также 85% . При более высоких дозах -облучения (3 - 4 10⁶ рад) световой выход прототипа падает более чем вдвое, т. е. он практически теряет свою регистрирующую способность, в то время как световой выход предлагаемого ПС остается на уровне 80% .
Таким образом, предлагаемый ПС обладает высокой радиационной стойкостью, особенно при больших дозах -облучения, по сравнению с ранее известными ПС. Это позволяет значительно повысить его работоспособность (т. е. работать при более высоких дозах - облучения и более длительный период времени), что, в свою очередь, приводит к экономии детектора, сокращению трудозатрат как на изготовление детектора, так и на переоборудование аппаратуры.
ПС, обладающие аналогичными свойствами, могут быть получены при использовании в качестве основы не только полистирола, но и других винилароматических углеводородов, например винилтолуола, винилксилола. (56) Патент США N 2710284, кл. 252-301.2, опублик. 1955.
Birks I. B. The Theory and Praetire of Scintil lation Connting Oxford, London, Pergamon, Press, 1964, 336 р.