Сцинтилляционный детектор

)5 6 01 ЕНТН ОСУДАРСТВЕНЮЕ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ-; АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оеобьединение н и Б.В,Гринево СССР и, 1982,3,(54)СЦИНТИЛЛЯ (57) Изобретение щим устройствам ОННЫЙ ДЕТЕКТОРносится к детектируюя регистрации ионизиотносится к детектирую. предназначенным для ре эирующих излучений и оксе применение при их ионным детектирующим польэуемым в аппаратуре азначения, предьявляются ния к стабильности сцинрактеристик (светового выеского расширения). огабаритных иэделий сцинтехники вопрос с элементом зи до настоящего времени не иэделиях данного направлету отсутствовал. Для круп тилляционнои оптической св был решен и ния он попро(56) Авторское свидетельсВ 1056741, кл, 0 01 Т 12Патент США ЬЬ 436073кл. 6 01 Т 1/20, 1982. Изобретение щим устройствам гистрации ион может найти ши изготовлении.К сцинтилля устройствам, ис специального н высокие требов тилляционных ха хода и энергетич Известно, что при сборе светового потока из сцинтиллятора на выходное окно детектора (либо входное окно Фотоприемника) значительные потери происходят на границе сцинтиллятор-стекло и связаны с их различными показателями преломления. Эти потери складываются из френелевского отражения и полного внутреннего отражения. В случае отсутствия оптического контакта между сцинтиллятором и фотоприемником для известных сцинтилляторов, показатели рующих излучений. Цель изобретения - повышение стойкости к воздействию температурных нагрузок, Цель достигается тем, что в детекторе узел выходного окна выполнен в виде гофрированной мембраны с симметричным гофром, больший уступ которого расположен в сторону герметично вклеек- ного выходного окна, а величина уступа Ьвыбрана из соотношения Ла Лт, где а - коэффициент линейного расширения сцинтиллятора,- длина сцинтиллятора, Ь 1 - интервал рабочих температур, 3 ил., 1 табл. преломления которых лежат в пределах 1,8- - 2,4, френелевское отражение только для нормально падающего потока составит 16- 30, При этом потери на полное внутреннее й отражение составляют 60 - 70.Таким образом, в случае отсутствия оптического контакта потери светового сигна- ала на полное внутреннее отражение (, являются решающими. Это обусловливает необходимость создания элемента оптической связи между сцинтиллятором и фотоприемником.Однако элемент оптической связи является одной из наиболее уязвимых частей С) сцинтилляционного детектора, особенно при воздействии механических и климатических факторов.Известен ряд технических решений, в которых предпринята попытка стабилизации элемента оптической связи.Так, известен сцинтилляционный детектор, состоящий из контейнера, отражателя, 5 выходного окна и сцинтиллятора, оптически соединенных между собой, при этом контейнер выполнен из двух частей - собственно контейнера и узла выходного окна, состоящего из оправы со вклеенным выход ным окном с возможным свободным ее перемещением относительно контейнера.Существенным недостатком данной конструкции детектора является невозможность использования ее из-за плохой гермдти эации для упаковки наиболее гигроскопичньх сцинтилляторов типа Ма 1(Те),а(Ео) без дополнительного усложнения конструкции, введением дополнительных элементов в месте сочленения блока окна и контейнера, что 20 зачастую невозможно сделать, так как габариты изделия жестко регламентирован ь 1,Известен сцинтилляционный детектор (прототип), состоящий из контейнера, отражателя, узла выходного, окна и сцинтиллято ра, оптически соединенных между собой элементом оптической связи, Узел состоит из оправы, внутренняя поверхность которой образует гладкое коническое отверстие, а окно имеет вид усеченного конуса неболь шой высоты и вклеивается в коническое углубление оправы, Узел окна приваривается к краю контейнера герметичным швом, Для стабилизации оптического контакта со стороны входного торца сцинтиллятора распо ложена система пружинных элементов,Подобная конструкция детектора не лишена недостатков, При механических и климатических воздействиях из-за разницы в коэффициентах термического расширения 40 сцинтиллятор вдавливает окно в оправу, а последующее охлаждение может привести к нарушениям в элементе оптической связи, особенно при несколькихциклах, когда про. исходит доуплотнение светоотражающей 45 оболочки, Сцинтиллятор в итоге фиксируется только по торцам и малейшие различного рода воздействия приводят к необратимым нарушениям.Практически невозможно создать подо бную конструкцию (систему пружин) для детекторов большого размера (300 мм, 0200 мм, гдето - высота сцинтиллятора, 0 - его диаметр) из-за усложнения конструкции и невозможность учесть воздействие 55 всех факторов при расчете необходимой пружины, кроме того, материал пружин будет приводить к дополнительному неоднородному поглощению ионизирующего излучения со стороны входного окна детектора, приводящему к неоднородности сцинтилляций и ухудшению разрешения детектора.Цель изобретения - повышение стойкости к воздействиютемпературных нагрузок.Указанная цель достигается тем, что всцинтилляционном детекторе, состоящемиз контейнера, отражателя, узла выходногоокна, герметично соединенного с контейнером, сцинтиллятора, окно и сцинтилляторсоединены между собой элементом оптической связи, согласно изобретению, узел выходного окна выполнен в виде гофрированноймембраны с асимметричным гофром, больший уступ которого расположен в сторонугерметично вклеенного выходного окна,Уембрана с асимметричным гофромпридает узлу выходного окна подвижные,пружинящие свойства,Усилия, возникающие в мембране, благодаря асимметрии гофра действуют вдольоси детектора по нормали к выходному окнуи фиксируют элемент оптической связимежду окном и сцинтиллятором в постоянноподжатом состоянии.Асимметрия гофра должна быть направлена большим уступом в сторону выходногоокна, В любом противном случае этот узелработать как пружина не будет. Асимметрияв противоположном направлении будет расклинивать контейнер, а равноплечий гофрпредставляет собой пружинящий элемент,функционирующий не по нормали к выходному окну, а вдоль него.На фиг. 1-3 представлен детектор, состоящий из контейнера 1, узла выходногоокна 2 с герметично вклеенным в мембрану3 выходным окном 4, сцинтиллятора 5, сочлененного с выходным окном элементомоптической связи 6, Сторона контейнера,противоположная выходному окну,закрыта крышкой 7. Зазор между контейнером исцинтиллятором заполнен порошкообразным отражателем В. Зазор между мембранойи сцинтиллятором заполнен светоотражающей резиноподобной композицией 9, Сцинтиллятор центрируется кольцами 10,При эксплуатации в аппаратуре специального назначения на детектор воздействуют как температурные, так и механическиенагрузки.Узел выходного окна практически представляет собой пружинящий элемент (мембрану), на котором гофр выполнен в видеуступа величиной Ь. При этом разницамц Дгде Л - величина уступа,а - коэффициент линейного расширения,Л-а 1 Лт онные характери- длина сцинтиллятораЛт - интервал рабочих температур,При сборке детектора мембрану отклоняют до величины;5 При температурных изменениях вследствие различия в коэффициентах термического расширения контейнера 1 и сцинтиллятора5 последний перемещается относительноконтейнера в сторону выходного окна 4, таккак входной торец кристалла жестко опирается на входное окно. При этом узел выходнога окна 2 следует эа перемещениямисцинтиллятора 5 и элемент оптической связи не нарушается, При охлаждении происходит обратный процесс,Предложенная конструкция детектора 20особенно эффективна для детекторов с одним выходным окном на основе сцинтиллятора большого размера, т,е, с большойудельной нагрузкой на выходное окно, испособствует сохранению элемента оптической связи, а это позволяет обеспечить высокие сцинтилляционные характеристикидетектора в широком интервале механиче. -ских и климатических воздействий.Предлагаемая авторами конструкция 30была проверена на партии детекторов из 4-хштук на основе сцинтилляторов Иа(Т) размерами диаметр 300 х 420 мм с колодцемдиаметр 85 х 300 мм (см.фиг,3). Контейнерыизготавливались из нержавеющей стали Х 3518 Н 10 Т.В качестве элемента оптической связииспользовались полиорганосилоксановыекаучуки марки СКТН - Мед. В качестве герметиэирующих клеевых использованы модифицированные композиции маркиУП-233-1 и УГ-233-ПЭ Н,Все детекторы подвергались испытаниям на воздействие положительных и отрицательных температур от -60 до+70 С, 45Результаты испытаний сведены в таблицу,По сравнению с известным техническим решением для скважинных приборов:когда кристалл специальным металлическим прижимным устройством, расположенным со стороны входного окна детектора, фиксируется относительно выходного окна. с которым он оптически сочленен, нагрузка на пружину уравнивает тепловые расширения кристалла относительно контейнера, так как материал сцинтиллятора имеет более высокий коэффициент теплового расширения, чем материалы контейнера (например, у 12 х 18 1 ОТ а - 4 х 10 град-б -1 а у Ка(Т) 45 х 10 град ) и, кроме того, выходное окно имеет возможность разово переместиться - "доэапрессоваться", так как его соединение в блоке выполнено из жесткого высокотемпературного эпоксидного клея, положительный эффект достигается благодаря возможности блока выходного окна перемещаться как единое целое с крупногабаритным сцинтиллятором в герметичном контейнере постоянно с сохранением элемента оптической связи,Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:- позволяет упростить конструкцию детектора путем совмещения функций пружинящего элемента и узла выходного окна;- улучшить качество изделий - сохранением их сцинтилляционных характеристик после механических и климатических воздействий,Формула изобретения Сцинтилляционный детектор, состоящий из контейнера. отражателя, узла выходного окна, герметично соединенного с контейнером,сцинтиллятора,сочлененного элементом оптической связи с выходным окном, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости к воздействию темпе- ратурных нагрузок, узел выходного окна выполнен в виде гофрированной мембраны с асимметричным гофром, больший уступ которого расположен в сторону герметично вклеенного выходного окна, а величина уступа Л выбрана из соотношения: где а - коэффициент линейного расширения сцинтиллятора,- длина сцинтиллятора,Лс - интервал рабочих температур.1699270 ч о фСоставитель Е,Набатов Редактор Г,Мозжечкова Техред М,Моргентал Корректор И,М Заказ 19 б 8 ВНИИПИ Госуд Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45 оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагар