Сцинтилляционный детектор

 

1. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР состоящий из контейнера, .отражателя выходного окна и сцинтйллятора, жестко соединенных между собой, о тли-; чающийся тем, что, с целью сохранения устойчивости сцинтилляци онных характеристик после воздействия механических и климатических нагрузок за счет стабилизации оптического контакта , контейнер снабжен оправой, жестко соединенной с выходным окном, и сцинтиллятором с возможностью свободного ее перемещения относительно контейнера 2. Детектор по п. 1, о т л и ч а to щ и и с я Тем, что оправа соединена сконтейнером телескопически.

СООЭ СОВЕТСНИХ

От%

PECflVSJlNH (Я)5 С. 01 Т 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЦЙ НОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

flPN ГКНТ СССР .

1 (21 ) 3299287/25 (2z) 15. 06Л 1. (4.:6) 30.06.92. Бюл. и 24i (72) .В.Л.Янкелевич, А.П.Шабалтас и В.З.Квитницкая (56) . Авторское свидетельство СССР и 31222, кл. G 01 Т 1/20, 1968.

Патент США М 3303342р кл. 250"71.7; опублик, 1967р (54).(57) 1. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЦЙ ДЕТЕКТОР 1 состоящий из контейнера, .отражателя выходного окна и сцинтиллятора, жестко соединенных между собой, о т л иИзобретение .относится к устройствам для регистрации и спектрометрирования ионизирующего излучения, в част™ ности к сцинтилляционным детекторам.

""" В настоящее время к сцинтилляцион- !; ным детекторам, исследуемым в народном хозяйстве иособенно в.аппаратуре специального назначения,:йредьявляются высокие требования к стабильности . сцинтилляционных характеристик (све™ товой выход и энергетическое разре" щение) при повыиенных механических . и климатических нагрузках.

Важным условием, обеспечивающим высокую. устойчивость сцинтилляционных . характеристик при и после воздейст" вий механических и климатических фак" торов, является стабильность оптичес"

r. кого контакта сцинтиллятора с выход"ным чеком..

Известен детектор, состоящий из цельного корпуса, пружинной оправы с

„„Я „„1094453 А1

2 ч а ю шийся тем, что, с целью сохранения устойчивости сцинтилляционных характеристик после воздействия механических и климатических нагрузок за счет стабилизации, оптического контакта, контейнер снабжен оправой, жестко соединенной с выходным окном, и сцинтиллятором с возможностью свободного ее перемещения. относительно контейнера .

2. Детектор по и. 1, о т л и ч а10 щ и Й с яТем., что оправа соединена с контейнером телескопически. гйездом "под кварцевое окно,сцинтиллятора и отражателя, причем прост- а .ранство между сцинтиллятором и окном залито оптическим маслом.

Недостатком данной конструкции а детектора являются низкие сцинтилля- О ционные характеристики из-за невоз- К ) можности использования наиболее эф- ф фективного порошкообразного отража" л. теля типа окиси. магния, так как оптический контакт выполнен иэ жидкого оптического масла. Кроме того, наличие вконтакте с боковой поверхноСтыс кристндоо имморсионнод аидкостн ии» создает условия для выхода света че- а рез поверхность кристалла, что значительно ухудшает световой выход детектора по сравнению с "сухим отражателем".

Наиболее близким к заявляемому является детектор, состоящий иэ цельного металлического контейнера, вы3 l0>44<3 ходного of(HB и сцинтиллятора жестко": соединенных между собой, сцинтилля" тор приклеен к выходному окну оптическим клеем, отражателя типа окиси магния, которым заполнен зазор меж" ду сцинтиллятором и контейнером.

Такая конструкция детектора с использованием оптического клея и эффективного отражателя позволяет получить хорошие сцинтилляционные характеристики в нормальных условиях эксплуатации.

Недостатком данной конструкции является неустойчивость оптического контакта между кристаллом и стеклянным выходным окном к воздействиям климатических и механических нагрузок за счет жесткого сцепления стекла с корпусом, из-за колебания величины 20 нагрузки в зоне оптического контак" та сцинтиллятора с выходным окном, что приводит к его нарушению, а сле" довательно, ухудшению сцинтилляционных характеристик. По этой причи- 25 не эксплуатация таких детекторов в условиях повышенных механических и климатических нагрузок невозможна.

Целью изобретения является сохранение устойчивости сцинтилляционных 39 характеристик детектора после воз" действия механических и климатичес" ких нагрузок эа счет стабилизации оптического контакта.

Указанная цель достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе, состоящем из контейнера, отражателя, выходного окна и сцинтиллятора, жестко соединенных между собой, контейнер снабжен оправой, жестко соеди- 40 ненной с выходным окном, и сцинтил" лятором с возможностью ее свободного перемещения относительно контейнера, а также тем, что оправа соединена с контейнером,телескопически.

На фиг.1 представлен детектор, состоящий из контейнера 3, оправы 2 с вклеенным выходным окном 3, сцинтиллятора 4,,приклеенного к выходно" му окну с помощью оптического клея

5. Другая сторона контейнера, проти,воположная выходному окну, закрыта крышкой 6, 8азор Между сцинтиллято" ром и контейнером заполнен порошкообразным отражетелем 7типа окиси магния. Во избежание просыпки s зазор между оправой и контейнером установлено фторопластовое кольцо 8.

Принцип работы сцинтилляционного детектора основан на превращении квантов энергии ионизирующего излу" чения, проникающего в сцинтиллятор через стенки контейнера и отражателя, во вспышки света, которые в зависимости от угла падения будут либо проходить непосредственно к выходному окну, либо через многократное отра" жение. Вышедший через выходное окно детектора свет собирается на фотокатод фотоэлектронного умножителя. На фотокатоде свет превращается в фотоэлектроны, которые затем проходят через дикодную систему и усиливаются. Be"" личина импульса электрического тока пропорциональна энергии, выделенной в сцинтилляторе ионизирующей частице (фотоном).

В реальных условиях эксплуатации на аппаратуре, в состав которой входит детектор, воздействуют как меха" нические, так температурные нагрузки.

При повышении температуры вследст- :. вие разных коэффициентов:термичес" кого расширения контейнера 1 и сцинтиллятора 4 последний имеет возможность перемещаться относительно корпуса контейнера 1 в сторону окна 3, так как второй торец жестко опирается, через слой отражателя 7 на крышку 6. При этом оправа 2 с выходным окном 3 следует за сцинтиллятором 4, Силы трения, препятствующие перемещению оправы относительно корпуса незначительны. Поэтому нагрузка на оптический контакт, равная сила трения оправы относительно контейнера, также незначительна и оптический контакт не нарушается.

При понижениитемпературы сцинтил-лятор, плотно защемленный порошкообраэным отражателем, увлекает за со45 бой в корпусе оправу с выходным окном. При приклейке сцинтиллятора к . выходному окну прочность клеевого шва значительно превышает силы тре-. ния оправы о корпус. Поэтому опти56 ческий контакт не ухудшается. Кроме этого, при установке детектора на

ФЗУ последний всегда поджат с помощью пружин. Усилий на разрыв практи" чески не возникает, т.е. выходное ок55 но будет постоянно поджато к сцинтиллятору. Следовательно, при воздействии температурныхфакторов оптичес" кий контакт сцинтиллятора с выходным окном будет стабильным и сцинтилляци5 1094 > онные характеристики детектора будут устойчивыми.

При воздействии механических нагрузок (вибрация, удары, линейные нагрузки) вследствие незначительной массы оправы с выходным окном относительно массы сцинтиллятора возника" ющие усилия в зоне приклейки выходного окна со сцинтиллятором также будут 10 значительно меньше усилий, возникающих при воздействии механических нагрузок на известный детектор, так как при жестком цег:ьном корпусе усилия будут зависеть от массы сцинтил" лятора, которая значительно превышает массу оправы. Так для детектора на основе монокристалла цезия йодис" того, активированного натрием, раз" мером 30 к 160 мм масса сцинтиллято" ра составляет 506 г, а масса оправы

10 г, т.е. при некачественном защемлении сцинтиллятора, что наблюдается в реальных условиях, нагрузка на оптический контакт в 50 раз меньше нагрузки, чем в известной конструк" ции.

Предлагаемая конструкция детектора особенно эффективна для сцинтилляторов с большим отношением длины к 30 диаметру, т.е. с большой удельной нагрузкой на основе, и способствует сохранению качественного оптического контакта сцинтиллятора с выход-. ным окном. А это позволяет обеспечить высокие сцинтилляционные характеристики детектора в широком интервале механических и климатических нагрузок °

Герметизацию подвижного соеди- 40 нения оправы относительно контейнера в зависимости от степени гигроскопичности материала сцинтиллятора можно осуществить Различными методами.

Варианты герметизации различных 4 сцинтилляторов приведены на фиг„ 2 и фиг 3.

На фиг. 2 представлен вариант герметизации сцинтилляторов на основе монокристаллов йодистого цезия, 50 активированного натрием. Оправа 2 с вклеенным выходным окном 3 сочленяются с корпусом 1 по ходовой посадке, Герметизация между оправой и корпусом осуществляется с помощью у густой консистентной смазки, которая заполняет кольцевые канавки 9, выполненные в корпусе, Смазка также

53 6 спссобс твует уме н ьшению опра в ы относительно корпуса.

Во избежание просыпки порошкооб" разного отражателя в зазор между оправой и корпусом используется уплотнительное Фторопластовое кольцо 8.

На фиг. 3 представлен вариант герметизации сцинтилляторов íà основе монокристаллов йодистого натрия, активированного таллием. Оправа 2 с вклеенным выходным окном 3 сочленяются с корпусом 1 по ходовой посадке..Для уменьшения трения между ними наносится консистентная смазка в канавке 9. Герметизация между оправой и корпусом осуществляется с помощью сильфона l0, который с одной стороны герметично приклеивается к оправе, а с другой стороны - к корпусу.

Пример. Предлагаемая конструкция проверена на партии детекторов со сцинтилляторами на основе цезия йодистого, активированного натрием, размером 18 х 160 мм и 30 х.250 мм.

Изготовлено по три детектора каждого типоразмера предлагаемой конструкции и по три детектора по прототипу.

В качестве оптического клея использовались полимеризукщиеся клеи на основе кремнийорганических каучуков эластосил "11-02" и эластосил "137"

180". В качестве герметизирующего материала использовали густую консистентную смазку ЦИАТИИ-201. Все детекторы подвергались испытаниям на воздействие вибрационных нагрузок, многократных и одиночных ударов, а также положительных (+70 С) и отрицательных ("60 С) температур, Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как видно из таблицы изменения сцинтилляционных характеристик после воздействия комплекса механических и климатических нагрузок для образцов предлагаемой конструкции не превышают 8,74, что в 15,7 раэ меньше, чем для прототипа .(137,33).

Таким образом, предлагаемое техническое решение сохраняет сцинтилляционные характеристики после воздействия механических и климатических воздействий практически неизменными (в то время как в прототипе эти характеристики, в частности энергетическое разрешение, ухудшаются в

1,5-2,3 раза .

1094453

Размер сцин" тиллятора,мм

АС, Ф

ДВ, 7.

R X

C у.ес.в.

Внешний вид

С, R, Е у.ес. в.

По

20,8

18Х160 прототипу

Нарушение оп» 0,72 48,0 тического контакта

«l I 0,46 42,0

« ° 0,55 31,0

Нарушение on- 0,88 24,0 тического контакта

««l 1» 0,62 24,2

««t l»« 0182 269 0 предлагаемой конструкцииБез изменений 0 85 14,5

«13 0,8 15,5

08 . 135

Без изменений 0,9 19,0 1 t» 1,2 12,6 !

tq 1,0 12,5

0 96

-25

+130

»4,1

»12

0,48

0 56

1,0

17 7

21,8

16;0

+137,3

+42, 2

150

«t1»

«! t.

: 30Х250

+58,2

+78,1

-8,8

-13,6 0,68

0,95

15 3.

14,6

Ilo

13 5

15 0

13,0

19 0

12,0

11,5

« I!»

+7,4

+3,3

+3,8

+5

+8,:7

18Х160

«l I

tI» 30X250"

»5,5

+6

0 +9

-1О

019

0,8

0 75

0,9

1,1

1,1! н»

«t1

Сцинтилпяционные характеристики детекторов до испытаний

Внешний вид и сцинтилляционные характеристики детекторов после воздействия ударных нагрузок, вибрации, положительных (+70 С) и отрицательных (-60 С) температур

Сцинтилляционные характер. р«« ° ° «» ««««««

Изменение сцинтилляционных характеристик после испытаний

1094453

Фиа2

ФиИ

Техред И,Иоргентал

Редактор О.Филиппова

Корректор. Т. Палий

За каз 2814 Тираж Покипи r.ила

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретеиням н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4 /5

Пронэводственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101