Сцинтилляционный детектор

(51) 5 ОИТ 1 202 СОЮЗ СОВЕТСКНХ СОЦНАЛНСТНЧЕСЕНХ РЕСПУВЛШ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к детектирующим устройствам для регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано при изготовлениисцинтавяционных детекторов. Целью изобретениятепяется повышение и стабилизация сцинтилляционных характеристик детектора в условиях воздействия повыш 6 нных механических и климатических нагрузок Цель достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе порошкообразный отражатель и амортизирующий элемент, расположенный с противоположной стороны выходного окна детектора, выполнены монолитно с промежуточным споем из отражателя, пропитанного веществом амортизи- . рующего элемента на глубьву (0,6 - 0,9) от толщины отражателя. Изобретение повышает световой выход детекторов после воздействия механических и климатических нагрузок на 25%, а энергетическое разрешение на 20% по сравнению с известным техническим решением. 1 ил, 2 таблИзобретение относится к сцинтилляционным детектирующим устройствам и может быть использовано при конструировании и изготовлении приборов для регистрации ионизирующих излучений, особенно в условиях высоких механических и климатических нагрузок.Целью изобретения является повышение и стабилизация сцинтилляционных характеристик детектора в условиях воздействия повышенных механических и климатических нагрузок.Сущность изобретения заключается в монолитном выполнении слоя отражателя и амортизирующего элемента на торце сцинтиллятора с промежуточным слоем из отражателя, пропитанного каучуком (то есть, веществом амортизирующего элемента) на глубину (0,6-0,9) толщины отражателя, что обеспечивает устойчивое положение светоотражающей оболочки сцинтиллятора .при различного рода внешних механических и климатических воздействиях, благодаря сцеплению частиц отражателя с каучуком,Пределы глубины пропитки отражателя материалом амортизирующего элемента (0,6-6,9) толщины отражателя выбраны, исходя иэ следующих условий.Чем больше глубина пропитки, т.е. чем ближе амортизирующий элемент к сцинтиллятору, тем надежнее защита сцинтиллятора. С другой стороны для получения высоких сцинтилляционных характеристик необходимо, чтобы слой отражателя, находящийся в контакте с поверхностью сцинтиллятора оставался "сухим", так как в этом случае порошкообраэный отражатель имеет максимальный коэффициент отражения. При обычных в сцинтилляционных детекторах степенях уплотнения, слой окиси магния толщиной 1 М,2 мм передает механические усилия на 99,8-99,9, То есть при толщине слоя отражателя не более 1,2 мм амортизирующий элемент воздействует на сцинтиллятор практически так же, как при непосредственном контакте.Выбранные пределы глубины пропитки 0,6-0,9 толщины отражателя позволяют получить гарантированный слой "сухого" отражателя не более 1,2 мм для отражающих оболочек толщиной до 12 мм. При этом для небольших толщин отражателя (до 3 мм) пропитка на 0,6 толщины обеспечивает достаточную фиксацию светоотражэющей оболочки.На чертеже приведена схема предлагаемой конструкции сцинтилляционного детектора,Сцинтилляционный детектор содержиткорпус 1, сцинтиллятор 2, оптически соединенный с выходным окном 3 и окруженныйпорошкообразным отражателем 4, амортиэи 5 рующий элемент 5, выполненный из композиции на основе полиорганосилоксановогокаучука и расположенный со стороны крышки 6, противоположной выходному окну.Амортизирующий элемент и отражатель10 связаны между собой промежуточным слоем 7, выполненным из отражателя, пропитанного каучуком.Амортизирующий и промежуточныйслои выполнены монолитно,15 Принцип работы сцинтилляционногодетектора основан на преобразовании проникающих через крышку 6 стенки корпуса 1и слой отражателя 4, амортизирующий элемент 5, в сцинтиллятор 2 квантов энергии20 ионизирующего излучения во вспышки видимого света, которые затем через прозрачное выходное окно 3 выходят нафотоэлектронный умножитель, где, в своюочередь, преобразуются в импульсы элект 25 рического тока.В табл. 1 приведены результаты измерений сцинтилляционных характеристик детекторов, изготовленных с различнойтолщиной промежуточного слоя,30 Пример выполнения устройства,Предлагаемый конструкционный элемент был проверен в детекторах нэ основесцинтилляционных монокристаллов Сз 1(Иа)размерами 70 х 200 мм.35 Была изготовлена партия детекторов вколичестве 5 шт. В качестве отражателя использовался порошкообразный порошококиси магния.На торце сцинтиллятора со стороны,40 противоположной выходному оптическомуокну, был засыпан и уплотнен слой порошкаокиси магния толщиной 3,5 мм, который былпропитан компаундом "Виксинт ПК" наглубину 2,8+0,2 мм, Требуемую глубину45 пропитки обеспечивали путем подбора композиции определенной вязкости с учетом еежизнеспособности. Для получения пропиточногоо слоя толщиной 2,8+0,2 мм применялся каучук СКТН вязкостью 95 сек,50 жизнеспособность которого в смеси с компаундом М 68 составлялэ 50-% мин.Примеры реализации устройства придругих толщинэх промежуточного слоя приведены в табл. 1. Как следует из таблицы.% только при толщине промежуточного слоя,соответствующей предлагаемым параметрам, обеспечивается достижение поставленной цели. Выход эа граничныепараметры приводит к ухудшению сцинтил1477106 Таблица 1 Параметры сцинтилляционных характеристик детекторов на основе монокристаллов Сз(йа) размерами 70 х 200 мм, изготовленных с различной толщиной промежуточного слояДе- тек- тор Примеры композиции Сцинтилляционные характеристики детекто- ов Толщиныпромежу- ТОЧНОГО слоя (при толщине слоя, отражателя б=3,5 мм),мм После испытаний на воздействие механических и климатических нагрузок С, УЕСВсветовойвыход С, УЕСВ световойвыход Внешний вид К энергетическоее разрешение9,6 1,6 10,8 1,8 расслоение отражателя без изменения9,2 1,7 1.7 9,4 ляционных характеристик (пример 5) и снижает сцинтилляционные характеристики при воздействии повышенных механических и климатических нагрузок (пример 1).Одновремено была изготовлена партия детекторов на основе монокристаллов Сз(йа) размерами 70 х 200 мм, у которых амортизирующий элемент был выполнен в соответствии с известным техническим решением из композиции на основе полиорганосилоксанового каучука с добавлением 25 порошкообраэного наполнителя окиси магния. Амортизирующий элемент был выполнен в форме диска с выступами, пространство между выступами было заполнено порошкообразной окисью магния.Все детекторы подвергались испытаниям: воздействию климатических факторов - смена температур от плюс 70 С до минус 60 С, воздействию влаги при относительной влажности воздуха(95 ф.3) ф( при температуре (35 2)С в течение 10 сут, климатических. - вибрации в диапазоне частот от 10 до 2000 Гц с ускорением 59 в течение 24 ч, воздействию одиночных ударов с ускорением 1509 и многократных ударов с ускорением 159, количество ударов 10000,Результаты испытаний приведены в табл. 2.После воздействия механических нагрузок (вибрации) у одного из детекторов, изготовленных в соответствии с известным техническим решением, произошло разрушение амортизирующего элемента, просыпка отражателя в пространство междусцинтилляторем и выходным окном детектора, в результате чего световой выход детектора ухудшился на 50. а энергетическое разрешение на 25, У других детекторов, выполненных в соответствии с известным техническим решением наблюдались расслоениеотражателя и нарушения оптического контакта. Все детекторы предлагаемой конст 5 рукции выдержали испытания. Световойвыход детекторов после испытаний в среднем на 25 выше, а энергетическое разрешение лучше на 20, чем в известномтехническом решении,10 Предлагаемое техническое решениеобеспечивает следующие преимущества посравнению с известным: устраняется возможность пересыпания отражателя при воздействии вибрации и механических ударов,15 а также его расслоение в результате неодинаковых тепловых расширений элементовдетектора. Таким образом, стабилизируетсяоптическая система детектора, что повышает устойчивость сцинтилляционных харак 20 теристик при воздействии высокихмеханических и климатических нагрузках иповышает сцинтилляционные характеристики детекторов после воздействия механических и климатических воздействий25 (световой выход в среднем на 25;4, а энергетическое разрешенйе на 20),Важным эффектом предлагаемого технического решения является то, что благодаря пропитке отражателя веществом30 амортизирующего элемента, увеличивается,степень воздействия последнего на сцинтиллятор, т.е. повышается надежность фиксациии сцинтиллятора в процессевоздействия механических и климатических35 факторов.(56) Авторское свидетельство СССРФ 1102359, кл, 6 01 Т 1/202, 1982,Патент США М 4158773,40 кл. С 01 Т 120, 1979,1477106 Продолжение табл. 1 После испытаний на воздействие механических и климатических нагрузок Сцинтилляционные характеристики детекто- ов Примеры ком- пози- ции Толщины промежуточного слоя (при толщине слоя, отражателя б=3,5 мм),мм Де- тек- тор С, УЕСВсветовойвыход Внешний вид С, УЕСВсветовойвыход К энергетическое разрешение(3,15+0,2) без изменения без изменения без изменения 9,7 9,9 1,8 1,8 10,1 1,8 9,9 1,8 1,5 5 11,8 11,5 1,5 3,5 Таблица 2 Параметры сцинтилляционных характеристик детекторов на основе монокристаллов Сз 1(йа) размерами 70 х 200 мм После испытаний на воз ействие Констоиспытаний Сцинтилляционные характеристикиМеханических наг зок рук ция детек- тора Внешний видСцинтилляционные характери- стики Сцинтилляционные характери- стики Световой выход С УЕСВ Световой выход С УЕСВ 0,8 15,9 1,7 12,1 ПрототипЭнер- гетическое разре- шение, К Разрушение амортизирующего элемента, просыпка отражателя Расслоение отражателя Энерге- тическое разрешение.Кпр нарушение оптического контакта нарушение оптического контакта К энергетическое разрешение10 1477106 Продолжение табл, 2 Конструкция детек- тора После испытаний на воэ ействие Механических наг эоко испытаний Сцинтилляционные характери- стики Сцинтилляционные характери- стики Сцинтилляцион- Внешные характери- ний видстики Внешний вид Световой выход С УЕСВ Световой выход С УЕСВ Световой выход С УЕСВ 1,8 10,4 1,8 10,6 Предлагаемаяя конст- рукция 1,8 10,8 1,8 9,7 9,9 1,8 9.9 1,8 10,9 1,9 1,9 10,7 1,8 Формула изобретения СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержащий корпус и размещенный в нем сцинтиллятор, порошкообразный отражатель, амортизирующий элемент, выполненный из полиорганосилоксанового каучука и расположенный со стороны, противоположной выходному окну, отличающийся тем, что, с целью повышения и стабилизации сцинтилляционных характеристик детектора в условиях воздействия повышенных механических и климатических нагрузок, амортизирующий элемент и слой отражателя на торце сцинтиллятора связаны между собой промежуточным слоем, выполненным иэ отражателя, пропитанного каучуком на глубину (0,6 - 0,9) б, где б - толщина отражателя, причем промежуточный слой и амортизирующий элемент выполнены монолитно,Энерге- тическое разрешение,Кп без из- менения без из- менения без из- мене- ния Энерге- тическое разрешениее,Кп без изменения без изменения без изменения