Способ получения пластмассового сцинтиллятора

(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТМАССО ВОГО СЦИНТИЛЛЯТОРА, основанный на термической радикальной блочной полимеризации винилароматицеских мономеров, люминесцирующих добавок и металлсодержащих соединений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью повышения теплостойкости и прозрачности пластмассовых сцинтилляторов к свету собственной люминесценции при. сохранении высокого светового выход в исходный состав в качестве металл- содержащих соединений вводят трибутилоловокапронат или гексабутилдиоло вооксид и полимеризацию осуществляют при 125-135 С,2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто трибутилоловокапронат или гексабутилдиоловооксид вво дят в концентрации 5-20 ь..ПетЮ 3356661, кл. 260 ргия, т. 17, вып а,. 6,сах ту- массо- иллято- ХарьР79 дят органические соединения тяжелых элементов, Присутствие этих соединений вызывает тушение люминесценции ПС, уменьшая их световой выход на 50-604 и, таким образом, снижая эффективность регистрации ионизирующе-, го излучения.Известны способы получения ПС путем полимеризации растворов органических производных олова, свинца, ртути, висмута и люминесцирующих добавок в винилароматических мономерах.Известен способ получения сцинтилляторов на основе полистирола, соГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(72).В.Б.Битеман, Г.П.ВолосюкЬ,А,Гундер; Ю,П;Дормидонтов, Ивва и В,Г,Сенцишин56) Патент СШАЮ 3041287, кл. 2301,2, 1967.Патент США1967,Атомная энес. 497-500,А:оц 1 сепепегрде., В. 28, Н8. 131-134, 1976Петрова И.Б. и др, О процешения в металлсодержащих пласвых сцинтилляторах. Сб, "Сцинры и органические люминофоры,ков, 1975, вып. 4, с. 105-110Авторское свидетельство СС8 818287, кл. С 01 Т 1/203, 1 Изобретение относится к технике регистрации ионизирующих излучений с помощью пластмассовых сцинтилляторов (ПС) с повышенным средним эффективным атомным номером и может быть использовано в экспериментальных и промышленных установках для регистрации рентгеновских и гамма-лучей малых энергий (20-200 кэВ).Поглощение сцинтиллятором низко- энергетического ионизирующего излучения зависит от среднего эффективного атомного номера сцинтиллятора и растет с его увеличением. Для повышения эффективности в состав ПС ввоЮ 1095789 А 1держащих 51 тетрафенилсвинца или три 1 фенилвисмута. Введение 5 Ф тетрафенил свинца уменьшает световой выход сцин-тиллятора на 60, а введение 5 Ф триФеиилвисмута - на 853 (везде далее по сравнению со световым выходом сцинтиллятора, изготовленного таким же способом, но без утяжелителя), Известен способ получения сцинтилляторов на основе сополимеров винилтолуола с винильным металлсодержащим соединением.Этот способ позволяет вводить .большее количество металла в сцинтил ф; лятор, Световой выход сополимера винилтолуола с трифенил-(4-винилфенил)- оловом уменьшается на 35.Известен также способ получения сцинтиллятора путем полимеризации стирола и органических соединений олова, свинца, ртути или висмута типа НеСН )В связи с ограниченной растворимостью металлсодержащих соединений в . я 5 стироле в состав пластмассового сцинтиллятора этим способом можно ввести не более 10 ь укаэанных соединений, и поэтому не удается достичь эффективного поглощения ионизирующего излуче- ЗО ния.Световой выход сцинтилляторов, полученных известным способом, составляет 30 - 803.Известны способы получения ПС, содержащих 10 свинца, световой выход которых уменьшается на 65"703.Известен также способ получения ПС с повышенным средним эффективным атомным номером путем полимеризации растворов этильных или нафтильных органических производных олова или свинца в стироле. Полученные сцинтилляторы более 4 эффективно поглощают ионизирующее излучение в области 20-150 кэВ, так как в винилароматических мономерах. можно растворить до 203 этильных или нафтильных производных металлов. Однако они имеют низкий световой выход (30- 60) .Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения металлсодержащих ПС с повышенным средним эффективным атомным номером, основанный на термической радикальной блочной полимеризации винилароматических мономеров 5-20 люминесцирующих добавок и металлсодержащих мономеров при 160+5 С.В качестве винилароматического мономера использованы стирол или винилтолуол.В качестве металлсодержащего соединения использованы п-дибромбензол,или трифенил-(4-этилфенил)-олово, илитрифенил-(4-этилфенил)-свинец, илип-диодбензол.В качестве люминесцирующей добавки использованы хорошо растворимыесоединения из класса оксазолов: 2,5"дифенилоксазол (РРО), 2-(1-нафтил)"5-фенилоксазол (юЮРО) или 2,5-(4-би-фенил)-4-Фенилоксазол,Введение 5-203 люминесцирующей добавки позволяет снизить тушащее действие металлсодержащих соединений итем самым обеспечивает высокий световой выход сцинтиллятора (см. таблицу).Этот способ получения металлсодер"жащих ПС является наиболее прогрессивным.Однако полученные указанным способом ПС содержат большое количестволюминесцирующей добавки, что уменьшает температуру, стеклования (см.таблицу) и таким образом снижает устойчивость ПС к различным климатичес"ким условиям в процессе эксплуатации.Недостатком металлсодержащих ПС,полученных известным способом, является также их низкая прозрачность(см. таблицу), обусловленная высокойконцентрацией люминесцирующей добавки, что не позволяет получать сцинтилляторы больших размеров и сложнойконфигурации,При изготовлении ПС известным способом полимеризация может протекатьнеполностью вследствие большой концентрации добавки, в результате образцы получаются деформированными инедостаточно твердыми,Целью изобретения является повышение теплостойкости и прозрачности ПСк свету собственной люминесценциипри сохранении высокого световоговыхода и эффективности поглощениянизкоэнергетического ионизирующегоизлучения.Поставленная цель достигается тем,что в способе., получения ПС.основанном на термической радикальной блоч-ной полимеризации винилароматическихмономеров металлсодержащих соедине"095789 65 С/ц до 80 С и охлаждением до комнатной температуры,П р и м е р 1. В ампулу из тер 5 мостойкого стекла загружают 20/ гексабутилдиоповооксида, 0,23 РОРОР, 2 ФТР и заливают 87,8 Ф свежеперегнанногостирола. Содержимое ампулы продуваютазотом в течение 5 минЗатем ампулу10 запаивают и помещают в термостат, гдевыдерживают 72 ч при 130 С, Для снятия напряжений, развивающихся в блоке, проводят отжиг со скоростью 5 С/чдо 80 С. Ампулу разбивают и помещают15 в выключенный термостат для самоохлаждения до комнатной температуры,Затем образец освобождают от остатков стекла, шлифуют и полируют,Получают образец диаметром 16 мм20 и высотой 10 мм, относительный световой выход 853, поглощение гамма-лучей с энергией 60 кэВ составляет3503 по отношению к эталону и 1603по отношению к ПС протатипа, темпе 25 ратура стеклования составляет 100по отношению к эталону и 160 по отношению к ПС прототипа, прозрачностьуменьшается в 3,8 раза по отношениюк эталону и увеличивается в 1,7 раза30 по отношению к ПС прототипа (см. таблицу, и, 3),П р и м е р ы 2 - 10. Процессосуществляют, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице,35 Кроме специально оговоренных случаевполучают образец диаметром 16 мм ивысотой 1 О мм,5 1ний и люминесцирующих добавок, в качестве металлсодержащих соединенийвводят 5-204 трибутилоловокапронатаили гексабутилдиоловооксида и полимеризацию осуществляют при 125-135 С,При температуре полимеризации ниже 125 В образцах образуются пузыри,при температуре полимеризации выше135 С образцы мутнеютоВ обоих случаях ПС имеют низкиесветовой выход и прозрачность (см.таблицу),Введение в состав ПС менее 53 металлсодержащего соединения не обеспечивает достаточно эффективное поглощение рентгеновского и гамма-излучения (см. таблицу).Вследствие ограниченной растворимости указанных соединений в винилароматических мономерах введение всостав ПС более 204 металлсодержащихсоединений приводит к уменьшению светового выхода и прозрачности ПСвследствие их помутнения (см. таблицу).Гексабутилдиоловооксид и трибутилоловокапронат известны как стабилизаторы поливинилхлорида. Для изготовления детектора низкоэнергетического рентгеновского и гамма-излучения эти вещества использованы впервые. Эти соединения удачно сочетаются с полимерной основой и слабо тушатлюминесценцию ПС.,В качестве основы могут быть использованы винилароматические мономеры - стирол, винилтолуол, винилксилол.Н качестве первичной люминесцирующей добавки может быть использованалюбая добавка, применяемая в ПС: и-.терфенил (ТР), или РРО, или 2-фенил 5-(4-бифенил)-оксадиазол,3(РВД),или (фБРО).В качестве вторичной люминесци"рующей добавки может быть использована любая добавка, применяемая дляэтих целей: 1,4-ди-(2,5-фенилоксазолил)-бензол (РОРОР), или тетрафенилбутадиен, или 1,3,5-62-трифенилпиразолин (ТРДДФ).Получают ПС путем термическойблочной радикальной полимеризации при130+5 С с выдержкой при этой температуре в течение 72 ч, последующим снижением температуры со скоростью Как видно из приведенных данных, ,1 О ПС полученные предлагаемым способом,сохраняя эффективное поглощение гамма-лучей и высокий световой выход,имеют более высокую температуру стек"лования (на 40-603) и более прозрач ны (в 2-2,5 раза) .1Более .высокая теплостойкость ПСпозволит значительно расширить область применения детекторов гамма" ирентгеновского излучения, используемых в ядерных и космических исследованиях. Высокая прозрачность даетвозможность изготавливать детекторы .различных размеров и сложной конфигурации.% Предлагаемый способ является более технологичным.1095789а) Поглоще"ние гамма-лучейс энергией60 кэВ)Ж Температура стеклова" ния, С Световой вы ход, Ж ПрозрачностьсмСостав ПС,Температура полимери-, зации, Со Номер примера 100 0)013 10 100 0,085 2280+0,2 РОРОР+10. трифенил- Р 1-этилфенил)"олова ЭталонПрототип 50 160+5 80 83 0,050 35 130 88,3 стирол+2 ТР+ +0,2 РОРОР+20 гексабутилдиоловооксида Стирол+1,5 ФРРО+0)2 РОРОР+103 трибутилоловокапроната93,4 винилтолуола + + 1,5 РВЛ + 0,1 ТРд 2+ +5 гексабутилдиоловооксида82,8 стирола+2 ОР 1 РО+0)2 РОРОР+15 трибутилоловокапроната78,3 винилксилола+1,5 РВД+0)2 РОРОР+20 гексабутилдиоловооксида 82,8 стирола+2 ТР+0,2 РОРОР+15 гексабутилдиоловооксида72,8 стирола+2 ТР+0,2 РОРОР+23 трибутилоловокапроната97,3 стирола+1,5 РВД+ +0,2 РОРОР+3 гексабутилдиоловооксида 87,8 стирола+2 ТР+0,2 РОРОР+10 трибутилоловокапроната88,3 стирола+1,5 РРО+ +0,1 ТР 2+1 О трибутил- оловокапроната 90 0,032 22 70 125 18 120 0,013 90 135 96, 0,040 50 7.0 130 100 0,050 35 130 130 90 0,040 50 80 130 50 0.,092 130 12 100 130 70 0,090 120 40 0,085 140 10Образец диаметром 40 мм и высотой 20 мм.Редактор Т.карганова Техред И,Иоргентал Корректор СЮско Заказ 1085 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР 113035, Москва, Ж) Раушская наб д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101