Вибротермопрочный детектор гамма-излучения

(51)5 С 01 Т 1/20 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ъ2ного в герметичный корпус, снабженный порошкообразным отражателем и про" зрацным выходным окном, смежным со сцинтиллятором, о т л и ч а ю щ и й" с я тем, цто, сцелью повышения световыхода детектора, выходное окно выполнено из кристаллического материала с коэффициентом линейного расширения 3 1 О -5 101/град предпочтительно лития фтористого, причем сцинтиллятор к выходному окну жестко прикреплен полимеризующимся клеем, а само окно выполнено в виде усеченного конуса, входящего в коническую часть корпуса.(54) (57) ВИБРОТ ГАММА" ИЗЛУЧЕНИЯ РМОПРОЧНЦЙ на основе тиллятора, ЕКТО еоргани- аключенцеского монос но. Выходное ного матекоэффициен 5-12 к4сл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к детектирующим устройствам Лля регистрации жесткого гамма-излучения и может най ти широкое применение при конструировании и контейнеризации вибротермопрочных сцинтилляционных детекторов, используемых в геологических и геофизических (полевых) исследованиНироко известны детекторы общего назначения на основе сцинтилляционных щелочногалоидных монокристаллов (ЦГК), например Мат(т 1), Ся(т 1), представляющих собой активный элемент детектора гамма-излучения, преобразующий энергию гамма"квантов в световую, которая в свою очередь регистрируется фотоэлектронным умножителем. Активный элемент детектора (монокристаллический сцинтиллятор) заключен в герметичный корпус, имеющий отражатель и выходное ококно изготовлено из аморфриала, например стекла, стом линейного расширениях 10 61/грал,Торцы выходного окна выполнены зеркальногладкими с шероховатостьюК =0,05.Выходное окно вклеивается в металлический кожух. Пространство междуактивным элементом и внутренней поверхностью корпуса заполнено отражателем, представляющим .собой мелкодисперсный порошок белого цвета. Он служит для увеличения доли светового потока, выходящего через выходное окно корпуса, а также для механической фиксации активного элемента путем его зажатия между уплотненным слоем отра . жателя и выходным окном.,:ктивкый элемент каходится в спти чгсксм контакте с выходным окном.Оптилеский элемент осуществляют с помсцью слоя иммерсионной жидкости. Ввсдение этой жидкости увеличивает -.ы,сд света из сциктиллятсра через выходное окко на фотоэлектронный ум" ксжитель. Зтст эффект обусловлен тем, что щелоч фс-галсидкые монокристаллы имеют высокий показатель преломления ;., 1,3) и глсд свет=, из сцинтилля" тора при отсутствии иммерсии (оптиче кого контакта) ограничивается предельным углом полного внутренне 1стражеил (1,=.агсз 1 п -), Введениеииммерсии с показателем преломленияп=.1,5, близким к показателю прелом"ленив материала вцхоцксго окна, при"водит к увеличению предельного углат ,в Дпричема.свпЯз"за того, что коэффициенты ликяйнсгс расширения щелочно-галсидмснскристаллсв и материалов выходного окка значительно различаютсл (например, -510 1/град, стекло1(-д - 5 101/град) в качестве иммерсии используют нетвердеющие клеи,обычно кремкийорганические (силиконовые) масла,Температурный диапазон рабсть,таких детекторов ограничен свойствами применяемой иммерсионнсй жидкостиснизу - температурой ее отвердевания,сверху " температурой, при которойаязкссть этой жидкости становитсянастолько малой, что легко вытекаетиз зоны контакта, зпитывается в слойотражателя и т щОтвердевание жидкости приводит ктому. Что дальнейшее охлаждение детектора сопровождается разрушением(растрескиванием) его активного элемента или выходного окна из-за зна"чителькых различий в коэффициентахлинейногс расширения чатериалов, изкоторых они изготовлены. Поэтомутемпературный диапазон надежной работы детекторов общего назначениясоставляет "20 - +60йЗтс " основнои недостаток детектора общего назначения. Они также нессладают достаточнои Вибропрсчкостью, так как в процессе воздействиявибрации происходит нарушение оптического контакта вследствие выдавливания иверсионной жидкости,из прогсф 4странства между торцом активногоэлемента; и поверхностью выходногоокна,5Ближайшим к заявляемому являетсявибротермопрочный детектор гамма-излучений на основе неорганическогосцинтиллятора, заключенного в герметичный корпус, снабженный порошкообразным отражателем и прозрачным выходным окном, смежным со сцинтиллятором.Он представляет собой сцинтилля"ционный детектор с активным элемен"том, изготовленным из щелочно-гало"идного монокристалла, например Ма 1(Т 1)или Сз 1(Т 1), преобразующим энергиюгамма-квантов в световую, которая всвою очередь регистрируется фото 20 электронным умнсжителем,Активный элемент детектора (монокристаллический сцинтиллятор) заключен в герметичный корпус, имеющийотражатель и выходное окно. Выходное25 окно изготовлено из аморФного матери"ала, например стекла, с коэффициектомлинейного расширения 5-12 ф 101/град,Торцы выходного окна выполнены зеркально гладкими.30 Выходное окно вклеивается в метал"лическйй кожух. Пространство междуактивным элементом и внутренней поверхностью кожуха заполнено отражателем, представляющим собой мелкодисперсный порошок белого цвета. Онслужит для увеличения доли световогопотока, выходящего через выходное ок"ко корпуса, а также для механической фиксации активного элемента пущо тем его зажатия между уплотненнымслоем отражателя и выходным окном.Активный элемент находится в оптическом контакте с выходным окном лишьна части площади торца (не болееч 0 Ф). Оптический контакт осуществля"ется путем притирки соприкасающихсяповерхностей "насухо", что возможнотолько в. том случае, если сопрягаемыеповерхности имеют достаточную плос"50 кость и высокую чистоту поверхности(величина воздушного зазора должнабыть менее половины длины волны собственного излучения, т,е. менее210 НВ).На остальной площади торца ("ф 60и более) между поверхностями активного элемента и выходного окна имеется слой воздуха. Наличие воздушного зазора снижает выход света из860сцинтиллятора через выходное окно наФотоумножитель, так как в этом слу"чае для большей доли света ( 604)предельный угол полного внутреннего1 оотражения=агсвп м 34 илишь для меньшей доли света (м 403) 1 5 о,=агсз 1 п - =ЯК 1,бУкаэанное обусловливает основнойнедостаток описанного детектора.Наряду с этим у детекторов, упакованных как описано наблюдается"выда вливание" стекла сцинтилляторомили растрескивание его за счет различного коэффициента линейного расширения сцинтиллятора и металлического кожуха,Цель изобретения - повышение све"гового выхода детектора и устранение1выдавливания выходного окна при сохранении термопрочности.Поставленная цель достигаетсятем, что в известном вибротермопрочном детекторе гамма-излучений на основе неорганического сцинтиллятора,заключенного в герметичном корпусе,снабженном порошкообразным отражате"лем и прозрачным выходным окном,смежным со сцинтиллятором, выходноеокно выполнено из кристаллическогоматериала с коэФФициентом линейногорасширения 3 10-5 1 О1/град,предпочтительно лития Фтористого,причем сцинтиллятор к выходному окнужестко прикреплен полимеризующимсяклеем, а само окно выполнено в видеусеченного конуса, входящего в коническую часть корпуса.Малая разность коэффициентов ли"нейного расширения позволяет производить приклейку сцинтиллятора к выходному окну (создание оптическогоконтакта) твердеющим полимеризующимклеем (например, "Зластосил").Само выходное окно изготовлено ввиде пластины с конусной боковой поверхностью и вклеивается в посадочное место корпуса, имеющего такуюже конфигурацию. Со стороны входного окна сцинтиллятор прижимают пружиной, обеспечивающей более высокуюпрочность соединения сцинтиллятора свыходным окном и играющей роль компенсатора температурного расширенияэлементов детектора,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55860598На Фиг. 1 представлен детекторГэюи излучения предложенной конструкции; на фиг. 2 - корпус детекТора ю5Детектор представляет собой ак".ивный элемент - монокристаллическийсцинтиллятор 1, заключенный в герме"тнчный контейнер, состоящий из корпуса 2 (фиг 2), входного окна 3 1 Ои выходного окна 4. Выходное окно 4вклеено Б кануснуючасть корпуса 2.фиксация и центровка активного эле"ментэ 1 Б контейнере осуществляетсяцентрирующими кольцами 5 и 6. Коль"цо 6, центрирующее активный элемент .1 со стороны входного окна, выполнено коническим (по форме боковойповерхности активного элемента).На корпусесо стороны входного ,2 О ,Окна имеется резьба, на которую накручивэется входное окно (крышка 3)(фиг. 2)Пространство между боковой поверхностью, торцом активного элемента со стороны входного окна и соответствующими поверхностями корпуса2 и крышки 3 заполнено отражателем 7. Торец активного элемента; со стороны выходного окна сочленен с выходным окном 4 с помощью твердеющего 30полимеризующегося клея. Между вход"ным окном 3 и отражателем 7 контей"нера детектора помещаются диск 8 и пружина 9.Работа предложенного устройствазаключается в следующем,Гамма"квант, падающий на входноеокно 3 детектора (или на его боковуюповерхность), попадает в сцинтилля".тор 1 и передает ему полностью иличастично СБОЙ энергию, Возникающийпри этом электрон (электроны) создают световую вспышку - сцинтилляцию. Возникший свет после отражении ототражателя 7 и преломления на границах раздела (сцинтиллятор 1 - иммерсионный слой) выходит через выходноеокно 4.Наличие прозрачного клея междусцинтиллятором 1 и выходным окном4 увеличивает предельный угол выходасвета и тем самым световой выходдетектора и его энергетическое разрешение,При работе в области переменныхтемператур происходит изменение размеров элементов детектора - корпус2, сцинтиллятора 1, выходного окна4, Однако различие в коэффициентахрасширения алюминия и фтористого лития (3 10 "5 1 О1/град) не приводитк разрушению последнего благодаряуказанной величине и пластичноститонкой конусной части корпуса 2Расширение сцинтиллятора 1 компанируется пружиной 9 через диск 8, Прочность сочленения выходного окнаи корпуса 2 обеспечивается вклейкойи конусностью его, благодаря чемуоно не выдавливается".Таким образом, предлагаемая конструкция сочетает в себе более высокий световыход, высокие сцинтилляционные характеристики и работоспособность в широком диапазоне температур(-60 - +140 дС),Наряду с этим достигается дополнительный положительный эффектповышение механической прочности,исключается "выдавливание" стекласцинтиллятором или его растрескивание.В таблице приведены сопоставитель.ные данные работы предложенного устройства и устройства"поототипа.т М Значения параметров Номер детектора Вибропрочность вПосле испытаний навлагоустойчивость После испытаний на- холодоустойчивость До испытаний внешний вид световойвыход световойвыход(УЕСВ) Беэ изменения Беэ изменения ЦБез изменения 2,4 Без изменения 1,8 Гез измененияЦБез видимыхдефектов Детектор по Без вияимых прототипу деликтов(удовлетворяет .ТУ 6. 0,26223" 76) внешний вид световойвыход (УЕСВ) 2,4 Беэ изменения 2,4 2,4 Без изменения 2,4 Без изменения 1,8 Без изменения 1,8 цикл (продол" аит.) испытаний 4,5 ч, диапазон частот 0"2000 Гцу Ус" корение Нарушен опти"ческий контакт,не пригоден кдальнейшей эксплуатации: нзнс п.то.п . -цдатель.кнй комбинат атент", г,ужгород, ул, Гагарина, 111 Заказ И 1 Ц Тираж КНОПП 111 Госуцдрс.твенногц комитет 113035, Москва, Подписноепо нчобретенням н открытиям прн ГКНТ СГСР