Термостатированный сцинтилляционный детектор

 

Использование: сцинтилляционные блоки детектирования ионизирующих излучений , создаваемые на базе гигроскопич - ных кристаллов. применительно к геофизике, атомной энергетике и другим отраслям народного хозяйства. Сущность изобретения: внутренняя оболочка сосуда Дьюара выполнена в виде гофрированного элемента, гофры которого заполнены находящимся в состоянии объемного сжатия эластичным материалом. ФЭУ закреплен со стороны входного окна с помощью посадочного пояска, расположенного между двумя частями гофрированного элемента, снабженного со стороны сцинтиллятора охватывающим его снаружи по меньшей мере .одним демпферным кольцом. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 Т 1/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4943368/25 (22) 23.04.91 (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Научно-производственное обьединение

"Монокристаллреактив" (72) Б.В,Гринев, В.И,Мельник и Э.Г,Урманов (56) Арм Е.M. и др. Термостатированный сцинтилляционный блок детектирования скважинной аппаратуры для ядерно-геофизических исследований глубоких и сверхглубоких скважин//Изотопы в СССР, вып.1 (67), 1984, с.47 — 49, Патент США N 4629888, кл. 6 р1 Т 1/2p

1986. (54) ТЕРМОСТАТИРОВАННЫЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР

Изобретение относится к блокам детектирования ионизирующего излучения, построенным на базе гигроскопических кристаллических сцинтилляторов и использующимся в каротажных устройствах, работающих в условиях повышенных температур, Известен термостатированный сцинтилляционный блок детектирования, детектор которого включает кристаллический сцинтиллятор,сопряженный со входным окном фотоэлектронного умножителя, снабженныйй компенсатором несогласованных тепловых изменений размеров кристалла и установленный в герметичную оболочку.

Сам детектор в известном устройстве помещен в сосуд Дьюара, Там же расположен и

ФЭУ, который, будучи оптически сопряженным с выходным окном детектора, вместе с Ы 1789946 А1 (57) Использование: сцинтилляционные . блоки детектирования ионизирующих излучений, создаваемые на базе гигроскопичных кристаллов, применительно к геофизике, атомной энергетике и другим отраслям народного хозяйства. Сущность изобретения: внутренняя оболочка сосуда

Дьюара выполнена в виде гофрированного элемента, гофры которого заполнены находящимся в состоянии обьемного сжатия эластичным материалом, ФЭУ закреплен со стороны входного окна с помощью посадочного пояска, расположенного между двумя частями гофрированного элемента, снабженного со стороны сцинтиллятора охватывающим его снаружи по меньшей мере .одним демпферным кольцом. 7 ил. последним образует сцинтиблок. Закреплен сцинтиблок внутри сосуда Дьюара жестко между двумя бачками с теплопоглотителем. Конструктивной особенностью сосуда Дьюара является наличие слоистого теплового экрана из чередующихся слоев алюминиевой фольги и стеклоткани, располагающихся внутри замкнутой его полости и заполняющих последнюю наполовину.

Недостатком известной конструкции является ее неприспособленность к работе в условиях вибрации и ударных воздействий. Обусловлен такой недостаток жестким закреплением сцинтиблока и отсутствием каких-либо амортизирующих устройств, способных гасить интенсивные ударные и знакоперемейные систематические механические нагрузки.

1789946

Наиболее близким к заявляемому устройству является известный каротажный инструмент для высокотемпературных скважин, представляющий собой сосуд Дьюара, внутренняя часть оболочки которого используется в качестве контейнера для сцинтиллятора и сопрягающегося с ним ФЭУ.

Компенсатором несогласованных между собой теп л оных расширений кристалла и другИх" деталей инструмента, в частности металлической внутренней части оболочки сосуда Дьюара, в известном устройстве служит амортизирующий элемент из эластичного материала, заполняющий собой пространство между внутренним торцом кристалла и дном упомянутой части оболочки сосуда Дьюара. Этот же амортизирующий элемент используется также и в качестве осевого амортизатора, предотвращающего разрушение кристалла при воздействии осевых нагрузок. Со стороны свободного от сопряжения с кристаллом торца ФЭУ в известном устройстве имеется изолирующий элемент, также из эластичного материала и обладающий свойством низкой теплопроводности. Будучи закрепленным внутри сосуда Дьюара выше уровня других уже упомянутых деталей каротажного инструмента, изолирующий элемент служит фиксатором для ФЭУ и кристалла. Сопряжение кристалла со входным окном ФЭУ выполнено традиционно оптически прозрачным, а свободная от сопряжения с ФЭУ внешняя поверхность кристалла окружена диффузной светаотражающей оболочкой из уплотненного порошка, располагающегося в зазоре между указанными поверхностями кристалла и другими деталями устройства; B качестве демпфера для радиальных ударных нагрузок в известном устройстве используется амортизирующая и стабилизирующая установка, закрепленная внутри сосуда

Дьюара между донными частями (внутренней и внешней) его оболочки.

Недостатки известного устройства следующие. В процессе осевого смещения кристалла и ФЭУ, что происходит вследствие соответствующей направленности ударного воздействия, например в момент погружения инструмента в скважину, воздействию подвергается диффузная светоотражающая оболочка. Внутренние слои порошковой светоотражающей оболочки в этом случае увлекаются кристаллом, а внешние. наоборот, придерживаются контактирующими с порошком стенками сосуда Дьюара. В конечном ито е такой процесс заканчивается перераспределением порошка по объему светоотражающей оболочки, сопровождающимся появлением разуплотненных участков и участков с повышенной плотностью.

Кроме этого, в процессе смещения самого

ФЭУ (разумеется вместе с кристаллом) возможно защемление порошка между стенками ФЭУ и оболочкой сосуда Дьюара, после чего может произойти резкая остановка

ФЭУ и отрыв кристалла от ФЭУ. Последнее происходит за счет сжатия эластичного

"О амортизатора. По окончанию ударных механических воздействий восстановление формы эластичного амортизатора происходит не полностью, также по причине защемления порошка светоотражающей оболочки

15 между стенками амортизатора и внутренними поверхностями соприкасающейся с ним части сосуда Дьюара. С течением времени в ходе эксплуатации известного устройства в условиях переменных температур порошок

20 "расползается" все глубже и глубже в щели между ФЭУ и сосудом Дьюара, а также между амортизатором и сосудом. Все это приводит к снижению оптических качеств светоотражающей оболочки кристалла и

25 снижению способности амортизатора эффективно гасить ударные воздействия. Использование уплотняющих колец из различных материалов по краям кристалла не приводит к преодолению упомянутых неЗО достатков, так как закрепить их клеем на стенках сосуда Дьюара не представляется возможным по причине несогласованности тепловых линейных расширений отдельных составляющих устройства и следовательно 5 обязательных взаимных смещений деталей устройства друг относительно друга, в том числе и колец. А в таком случае их смещения сопровождаются такими же процессами, как и без них, с той разницей, что защемле40 ние порошка происходит главным образом и в первую очередь между наружными поверхностями этих уплотняющих колец и внутренними поверхностями сосуда Дьюара, контактирующими с кольцами. Таким об45 разом, известный каротажный инструмент эффективно может работать только при использовании непорош ковых светоотражающих устройств, что неизбежно сопровождается снижением их оптических качеств, а следовательно, ухудшением сцинтилляционных характеристик, в том числе и при повышенной температуре, Цель изобретения — повышение устойчивости детектора к механическим и терми55 ческим воздействиям.

Поставленная цель достигается тем, что в термостатированном сцинтилляцианном детекторе, содержащем сцинтиллятор со светоотражающей оболочкой, сопряженный со входным окном ФЭУ, компенсатор

178994б

10

20

30

40

55 несогласованных тепловых измерений размеров и гаситель ударных нагрузок, установленные во внутреннюю ог олочку сосуда

Дьюара и герметизированные, огласно изобретению, внутренняя оболочка сосуда

Дьюара выполнена в виде гофрированного элемента, гофры которого закреплены находящимся в состоянии объемного сжатия эластичным материалом, ФЭУ закреплен со стороны входного окна с помощью посадочного пояска. расположенного между двумя частями гофрированного элемента, снабженного со стороны сцинтиллятора охватывающим его снаружи по меньшей мере одним демпферным кольцом.

В собранном состоянии ФУ, равно как и кристалл, находятся внутри сосуда Дьюара, именуемого в дальнейшем контейнер, традиционно с зазором, Исключение составляет участок ФЭУ в области посадочного пояска контейнера, где имеется полный по всей площади последнего контакт. Крепление ФЭУ внутри контейнера жесткое. Посадочное место ФЭУ расположено возле

его входного окна, Оптически прозрачное сопряжение кристалла с ФЭУ, равно как и в целого ряда известных устройств, выполнено клеевым. Со стороны противоположной сопряжению с ФЭУ кристалл снабжен центрирующим кольцом, охватывающим его в окрестности торцевого ребра, С этой же стороны кристалла расположено отъемное дно контейнера. Гофры контейнера с внутренней его стороны по всей высоте кристалла заполнены кольцевыми элементами, в радиальном нормальном сечении соответствующими форме аналогичного сечения упомянутых гофр и выполненными из упругого термостойкого материала, не обязательно с возможностью демонтажа.

Оставшийся зазор между свободными внутренними поверхностями контейнера и кольцевых элементгв с одной стороны и внешней цилиндрической поверхностью кристалла с другой стороны используется традиционным образом для размещения светоотражающей оболочки последнего, выполненной из уплотненного порошка, Зазор между отъемным дном контейнера и расположенным против него торцом кристалла используется также традиционно для размещения в нем торцевой части светоотражающей оболочки детектора. Материал светоотражающей оболочки детектора по всему объему последней находится в состоянии упругого сжатия, исключающем возможность локального его перераспределения в процессе вибраций и ударных нагрузок. Участок контейнера, расположенный выше уровня посадочного пояска под ФЭУ (имеется в виду гофрированная его часть) функционально принадлежит к механизму гасителя осевых ударных силовых воздействий и перемещений сцинтиблока (ФЭУ+ собственно детектор). К этому же механизму относятся и внешняя цилиндрическая поверхность ФЭУ. а также заполняющие зазор между упомянутой поверхностью ФЭУ и внутренней поверхностью контейнера упругие термостойкие кольца из антифрикционного материала (в дальнейшем просто фрикционные кольца).

Высота каждого из этих колец превышает шаг между гофрами находящего вне сборки в статическом состоянии контейнера. В собранном состоянии фрикционные кольца находятся в состоянии объемного сжатия.

Конструктивно фрикционные кольца могут быть по группам или все полностью объединены в трубчатый (один или несколько) элементов с гофрированной периферией (именуемый в дальнейшем фрикционный элемент). С точки зрения достижения поставленной цели совершенно несущественно, сколько фрикционных колец (одно или более) входит в состав одного фрикционного элемента, а поэтому в дальнейшем будем оперировать последним понятием, по своему определению допускающим понимание того, что фрикционное кольцо представляет собой подмножество понятия фрикционный элемент, Каждый фрикционный элемент, присутствующий в конструкции, выполнен не обязательно с возможностью демонтажа из контейнера. Пары трения механизма гасителя осевых ударных нагрузок и перемещений сцинтиблока (М ГОУНПС) образуются соприкасающимися поверхностями (внешней цилиндрической) ФЭУ и (внутренней) каждого из фрикционных элементов, находящихся в состоянии нормального сжатия.

Роль упругого подвеса сцинтиблока выполняет гофрированная часть контейнера, расположенная на участке МГОУНПС, или, что то же самое, в пределах между посадочным пояском под ФЭУ и противоположным от него торцом последнего фрикционного элемента. Выше уровня ФЭУ, т,е. со стороны, противоположной месту установки отъемного дна, контейнер детектора имеет расширение в диаметре и сопряжение с внешним стаканом сосуда Дьюара. Выполнено это сопряжение традиционно герметичным, а внутри замкнутой полости сосуда

Дьюара находится вакуум. Посадочный поясок под ФЭУ в средней части контейнера по форме своих внутренних поверхностей повторяет сопрягающиеся с ними поверхностями ФЭУ. В качестве гасителя радиальных ударных нагрузок в конструк1789946

25

35

55 ции устройства предусмотрено по меньшей мере одно эластичное термостойкое кольцо, установленное снаружи контейнера в одном из,его гофров, на уровне кристалла.

Физические процессы, протекающие внутри заявляемого устройства, связанные с выполнением регистрирующей ионизирующие излучения функции, подчинены известным для данного класса устройств законам и новизны в себе не содержат. Отличие состоит в механизме вибротермопрочности устройства.

С повышением температуры все детали детектора претерпевают увеличение в линейных размерах, Известно, что материал сцинтиллятора, как правило, отличается повышенной способностью к изменению размеров под воздействием тепла, нежели материал других деталей детектора. Но в заявляемом устройстве при нагреве детектора и, следовательно, кристалла, а отсюда при прогрессирующем удлинении последнего никаких перемещений поверхностей кристалла относительно контактирующего с ними порошка светоотражающей оболочки не происходит, поскольку гофрированный . контейнер под воздействием кристалла растягивается пропорционально величине этого воздействия, полностью сохраняя их взаимное расположение в конструкции

Следует особо подчеркнуть, что пропорциональность растяжения гофрированного контейнера тепловому удлинению заключенного в нем кристалла сохраняется для каждого элементарного участка их длины, а поэтому ситуация остается неизменной по всему объему порошковой светоотражающей оболочки. Последнее справедливо и для торцевой части светоотражающей оболочки. Достигается это за счет того, что при сборке детектора его контейнер предварительно подвергают растяжению. Это обстоятельство и обеспечивает постоянное прижатие дна контейнера к торцу кристалла при изменении температуры окружающей среды в пределах полного рабочего диапазона, включая и температуру хранения детектора. С понижением температуры увеличения зазора между цилиндрической поверхностью кристалла и охватывающей ее внутренней поверхностью контейнера (с учетом заполняющих гофры кольцевых элементов), а следовательно, разуплотнение материала светоотражающей оболочки не происходит, поскольку в этом случае проходит осевое сжатие гофрированного контейнера, что неизбежно сопровождается уменьшением в диаметре внутренних его (упомянутых выше) поверхностей. Происходит это и за счет того, что материал кольцевых элементов, заполняющих собой гофры, сжимающимися стенками контейнера частично вытесняется внутрь его (в радиальном направлении), дожимая светоотражающую оболочку, по всему объему ее цилиндрической части.

Нелинейности в изменениях геометрии кристалла и контейнера компенсируются за счет того, что порошок светоотражающей оболочки изначально, т,е. уже в ходе сборки детектора, находится в состоянии объемного упругого сжатия. Этому же способствует и аналогичное состояние кольцевых элементов контейнера, заполняющих собой его гофры. Разумеется, что поскольку скользящих движений одних элементов относительно других в заявляемом устройстве нет (имеется в виду контактирующие со светоотражающей оболочкой детали), то нет и не может быть защемления порошка между подвижными относительно друг друга поверхностями. Это полностью исключено, как исключено и "расползание" порошка за пределы объема светоотражающей оболочки, Дно контейнера постоянно находится под воздействием выталкивающего осевого усилия, Обусловлено это тем, что в собранном состоянии контейнер, даже при температуре хранения, остается растянутым в осевом направлении, и поэтому, как любая упруго деформированная пружина; всегда готов восстановить свою исходную форму, если освободится от удерживающего его в растянутом положении дна. Надежность крепления дна контейнера гарантируется использованием любого из известных технических решений, например, сварного, клеевого или болтового соединения. Стык дна с контейнером выполнен традиционно герметичным.

При осевом ударном воздействии, возможном при погружении устройства внутрь скважины, в работу включается МГОУНПС.

В зависимости от направления удара происходит сокращение или удлинение. упругого подвеса сцинтиблока, роль которого выполняет гофрированная часть контейнера, расположенная выше уровня ФЭУ на участке

МГОУНПС.

Такое изменение длины упругого подвеса сопровождается взаимным проскальзыванием образующих пару трения элементов

МГОУНПС, к которым относится внешняя цилиндрическая поверхность ФЭУ и соприкасающаяся с ней поверхность каждого фрикционного элемента, Возникающее при этом трение гасит ударное воздействие, плавно выравнивая скорости движения сцинтиблока и внешнего стакана сосуда

Дьюара. Особо следует подчеркнуть, что си1;ggnqg

30

35 лы трения в парах трения пропорциональны величине ударных нагрузок, Происходит это за счет того. что при любом изменении длины упругого подвеса фрикционные элементы вытесняются из гофр в направлении оси симметрии, прижимаясь к контактирующим с ними поверхностям ФЭУ. Степень этого вытеснения не зависит от знака относительного изменения длины упругого подвеса и определяется величиной этого изменения длины. Чем больше изменение длины упругого подвеса, тем больше вытеснение фрикционных элементов из гофр в направлении к ФЭУ, а следовательно. тем больше возникающие при этом силы трения, воздействующие на поверхности трения упомянутых выше пар трения. Но поскольку упругий подвес это попросту пружина, то это значит, что величина возможного изменения длины подвеса пропорциональна величине ударного воздействия. Таким образом, чем интенсивнее ударное воздействие, тем больше трение в парах трения и тем интенсивнее гашение удара. Обратим внимание и на то, что в замкнутой полости сосуда Дьюара, частью оболочки которой является контейнер и его верхняя гофрированная часть — упругий падве, находится вакуум, а поэтому в состоянии покоя подвес сцинтиблока находится в частично растянутом состоянии не только и не столько под воздействием веса сцинтиблока, сколько под воздействием давления окружающей среды, т.е, внешнего давления. Независимо от того, есть внешнее давление или его нет, рабочий процесс гашения ударных воздействий протекает идентично. Учитывается этот фактор на этапе проектирования устройства и его сборки. Если предполагается использование изделия в условиях присутствия внешнего давления, то это значит, что норм льным исходным состоянием упругого подвеса будет его частично растянутое состояние и именно эту форму гофр следует закладывать при проектировании формы фрикционных элементов МГОУНПС.

Роль демпфера при радиальных ударных нагрузках для сцинтиблока выполняют податливые к упругим деформациям кольца, как было сказано выше, установленные по наруже контейнера детектора. Эти кольца фактически установлены между наружной и внутренней оболочкой сосуда Дьюара, В процессе радиальных механических воздействий внутренняя оболочка сосуда Дьюара (контейнер детектора) отклоняется от оси симметрии изделия и прижимает демпферные кольца к внутренней поверхности внешней оболочки сосуда Дьюара. Чем сильнее механическое воздействие, тем сильнее деформируется контейнер и кольца, тем сильнее реакция на это механическое воздействие. Нарастает эта реакция плавно (вследствие эластичных свойств колец), а поэтому пиковые значения ускорений передаваемых на кристалл значительно уменьшаются.

Формирование фрикционных элементов МГОУНПС и кольцевых элементов, заполняющих собой гофры контейнера, расположенные на уровне кристалла, выполняют непосредственно в контейнере после предварительного его растяжения в осевом направлении. Возможно формирование кольцевых и фрикционных элементов и вне контейнера, но их форма соответствует форме гофр контейнера, находящихся в растянутом в осевом направлении состоянии. Монтаж кольцевых и фрикционных элементов в этом случае выполняют также после предварительного растяжения контейнера. Монтаж ФЭУ, предварительно сопряженного со сцинтиллятором, выполняют не снимая растяжения с контейнера или после повторного его растяжения до прежнего уровня, формирование насыпной диффузной светоотражающей оболочки выполняют, сохраняя осевое растяжение контейнера детектора, но уже возможно только на уровне сцинтиллятора. После установки дна контейнера и полного его закрепления осевое растяжение контейнера, а верхнее той его части, которая расположена на уровне кристалла. путем приложения осевого усилия (сжимающего) частично уменьшают. При этом донная часть светоотражающей оболочки переходит в состояние упругого сжатия, равно, как и вся остальная ее часть. Контролируется требуемое сжатие по линейным размерам детектора. После установки детектора внутрь внешнего стакана сосуда Дьюара, герметизации сопряжения

"внешний стакан-контейнер" и создания вакуума в образовавшейся замкнутой полости сосуда Дьюара по неизменности величины погружения деталей сцинтиблока внутрь контейнера контролируют надежность герметизации замкнутой полости сосуда Дьюара. Понятно, что в случае, если указанная полость не герметичная и со временем давление внутри не возрастает, то тогда сцинтиблок под воздействием сил упругости растянутой части контейнера (расположенной в области МГОУНПС) частично сжимается. Именно этот факт и используется для контроля качества сопряжения "внешний стакан сосуда Дьюара — контейнер" и других.

Следует обратить внимание на то, как создается состояние упругого обье ".ного

1789946

55 сжатия в теле цилиндрической части светоотражающей оболочки, формируемой на первом этапе известными методами. Такое состояние оболочки достигается после установки, полного закрепления дна контейнера и главное — после частичного снижения величины осевого растяжения соответствующей оболочке части контейнера. После приложения к сцинтиблоку осевого сжимающего усилия дно контейнера приближается к кристаллу, сжимая порошок и выбирая возможные зазоры между ним и центрирующим кольцом. В этом случае донная часть с ветоотражающей оболочки непосредственно переходит в состояние упругого объемного сжатия. Для остальной части оболочки это происходит несколько опосредственным способом. Сначала сжимаются (частично) гофры контейнера, вытесняя из себя в осевом направлении заполняющие их, выполненные из упругого материла кольцевые элементы, а уже последние сжимают в том же направлении материал светоотражающей оболочки. В ходе повышения температуры, т,е. после введения детектора в работу, состояние цилиндрической части светоотражающей оболочки остается практически неизменным и не сопровождается доуплотнением ее, что было бы чревато последующим разуплотнением, после выведения детектора из рабочего режима, Несмотря на то, что в случае нагрева детектора диаметр кристалла увеличивается большими темпами, чем диаметр контейнера, доуплотнение светоотражающей оболочки не происходит, Обусловлено это тем, что при этом кристалл естественно удлиняется и опять с более высокими темпами, чем контейнер, растягивая последнего. В этом случае контейнер по своему состоянию приближается к тому, которые он имел в ходе сборки детектора перед частичным осевым его сжатием. К этому же состоянию возвращаются и кольцевые элементы, заполняющие собой гофры контейнера. Усилие выдавливания кольцевых элементов из гофр уменьшается, и они "прячутся" назад в гофры, Донная часть светоотражающей оболочки в любом случае остается сжатой, поскольку со стороны растянутого контейнера осевое сжимающее усилие существует всегда, Таким образом, для всего объема светоотражающей оболочки поддерживается постоянное состояние упругого сжатия, практичееки не зависящее от температуры окружающей среды (в пределах рабочего диапазона) и ее колебаний.

Из существующего уровня техники заявителем неизвесны технические решения с аналогичными отличительными и ризнака5

40 ми, приводящими в совокупности с известными признаками к достижению поставленной цели.

На фиг.1 изображен общий вид термостатированного сцинтилляционного детектора с наложенным осевым сечением; на фиг.2 — локальный осевой разрез в области сопряжения контейнера с внешним стаканом сосуда Дьюара; на фиг.3 — то же в области механизма гасителя осевых ударных нагрузок и перемещений сцинтиблока; на фиг,4- то же в области клеевого сопряжения

ФЭУ с контейнером; на фиг.5 — то же в области сопряжения дна с контейнером. в плоскости винта; на фиг.6 и 7 — то же в области эластичных колец гасителя радиальных ударных нагрузок.

Заявляемый термостатированный сцинтилляционный детектор представляет собой сосуд Дьюара, состоящий из внешнего стакана 1 и внутреннего 2 (далее именуемого

"контейнер"), а также содержимого контейнера 2 в виде сцинтиблока и ряда других вспомогательных деталей и узлов. Сцинтиблок состоит из кристалла сцинтиллятора 3. сопряженного посредством клеевого соединения с ФЭУ 4. Сам контейнер 2 имеет сложную форму, В целом представляя собой трубчатую конструкцию с присоединяемым в процессе сборки устройства дном 5, контейнер (гофрированный элемент) 2 имеет два гофрированных участка разного функционального назначения, разделенных посадочным пояском 6 под ФЭУ. Материал контейнера 2 — пружинная сталь. Верхний гофрированный участок 7 контейнера 2, именуемый далее упругим подвесом и расположенный с противоположной от отъемного дна 5 стороны, ближе к торцу сопрягается с цилиндрическим участком 8, далее переходящим в конический 9, увеличивающийся в диаметре и заканчивающийся снова цилиндрическим венцом 10 (фиг.2) с тесненым кольцевым буртиком 11. Диаметр цилиндрического участка 8 контейнера

2 совпадает по величине с диаметром впа-. дин гофрированного упругого подвеса 7, а диаметр венца 10 — с внутренним диаметром стакана 1 сосуда Дьюара, В ответ на тесненый буртик 11 на внутренней поверхности стакана 1 имеется аналогичная канавка. Используется буртик 11 и упомянутая канавка в теле стакана 2 для точного позиционирования контейнера 2 и стакана 1 в ходе их сварки. Сварочный шов 12 в этом случае выполняет роль крепления и герметизирующую роль. Ведь в замкнутой полости 13 сосуда Дьюара находится вакуум, Посадочный поясок 6 под ФЭУ 4 (фиг.4) имеет сложную внутреннюю поверхность, пред13

1789946

14 ставляющую собой посадочное место под

ФЭУ 4. Состоит это посадочное место из цилиндрической внутренней, поверхности

14 и несколько меньшей по диаметру также цилиндрической поверхности 15. Последняя, т.е. поверхность 15, по диаметру меньше наименьшего диаметра упругого подвеса 7, но обе они в точности соответствуют (с учетом допуска и толщины клеевого слоя) размерам посадочных поверхностей

16 и 17 самого ФЭУ 4, Сопрягаются поверхности 14 и 15, а также 16 и 17 посредством конусных переходов соответственно 18 и

19. Фиксируется ФЭУ 4 внутри контейнера

2 путем проклейки по укаэанным поверхностям 14, 15 и 18 посадочного пояска 6 и 16, 17 и 19 ФЭУ 4. Заключенная между посадочным пояском 6 и дном 5 гофрированная часть 20 контейнера 2 по своей конструкции ничем не отличается от такой же гофрированной части 7 (упругого подвеса) и со стороны свободного своего торца имеет цилиндрический поясок 21 — посадочное место под дно 5 (фиг.5). Особенность конструкции посадочного пояска 21 состоит в наличии серии сквозных отверстий под винты 22, использующиеся для закрепления дна 5 внутри посадочного пояска 21. Таким образом контейнер 2 это монолитная деталь, состоящая из ряда элементов 6, 7, 8, 9, 10, 20, 21 и выполненная из пружинного материала, например стали 65Г ГОСТ 105074. Дно 5 контейнера 2 представляет собой деталь в виде диска с цилиндрической периферией, Диаметр дна 5 в точности соответствует (с учетом допуска) внутреннему диаметру посадочного пояска 21. Обращенная к кристаллу 3 поверхность 23 дна 5 выполнена совершенно плоской, нормальной оси симметрии изделия в целом. Противоположная поверхности 23 внешняя поверхность 24 дна 5 выполнена в виде обращенного выпуклостью внутрь контейнера 2 участка сферы. Такая конструкция дна 5 обусловлена стремлением облегчить его беэ значительного снижения жесткости, Кроме этого, дно 5 со стороны кристалла 3 имеет скошенную поверхность в виде фаски и серию глухих радиальных сверлений с нарезанной резьбой под винты 22. Кроме того, на внешней поверхности контейнера 2 имеется два кольцевых ребра 25 и 26, первое из которых закреплено путем сварки в области посадочного пояска 6 под ФЭУ 4, а второе в области посадочного пояска 21 под дно 5.

Внутреннее содержимое контейнера 2 состоит главным образом из кристалла 3 и

ФЭУ 4. ФЭУ имеет традиционную, широко известную в технике конструкцию, и его особенности касаются лишь внешней фор20

30

45 ляемом устройстве с внутренней стороны на

° участке 20 контейнера 2 гофры заполнены

55

15 мы колбы. Обратим внимание только на то, что цилиндрическая внешняя боковая поверхность ФЗУ 17 самая большая по площади и высоте из числа боковых поверхностей и по высоте она далеко превышает поверхность 15 посадочного места под ФЭУ 4 пояска 6 контейнера 2. В основном поверхность 15 располагается внутри упругого подвесэ 7 и по высоте не меньше последнего.

Входное окно ФЭУ 4 используется для непосредственного сопряжения его с кри- сталлом 3. Для этого применяется оптически прозрачный клеящий состав. Поскольку сопряжение ФЗУ 4 и кристалла 3 непосредственное и жесткое, то в устройстве не предусмотрено наличие промежуточного световода (стекла) и каких-либо центрирующих расположение кристалла 3 внутри контейнера 2 устройств. Сопряжение "ФЭУ— кристалл" выполняется вне контейнера 2 и вопросы строгой центровки кристалла 3 внутри контейнера 2 решаются на этапе выполнения этого сопряжения, путем применения в ходе склеивания центрирующей технологической оснастки. В конечном счете точность центровки кристалла 3 внутри контейнера 2 опосредствованно определяется и точность центровки самого ФЭУ 4.

Со стороны дна 5 точность центровки кристалла 3 гарантируется путем применения центрирующего кольца 27 (фиг.5). Это кольцо выполнено Г-образным в радиальном сечении и охватывает кристаллы 3 flo двум смыкающимся его поверхностям: цилиндрической 28 и плоской торцевой поверхности 29.

Зазор между кристаллом 3 и контейне-, ром 2, а также между дном 5 и кристаллом 3 в заявляемой конструкции, равно как и в известных, имеет светоотражающее наполнение. Внутренняя поверхность контейнера

2, равно как и его внешняя поверхность, на участке 20 имеет кольцевые гофры. В заявтелом кольцевых элементов 30 (фиг.6, 7), выполненных из податливого для упругих деформаций материала, например из силиконового каучука. Важным свойством материала кольцевых элементов 30 является его термопрочность, сохраняющаяся на всем рабочем диапазоне температур. Непосредственного контакта элементов 30 с поверхностями кристалла 3 нет и пространство 31 (тело цилиндрической части светоотражающей оболочки) между ними, открытыми внутренними поверхностями участка 20 контейнера 2 и боковой поверхностью кристалла 3 заполнено светоотражающим по1789946

16 рошком, уплотненным до состояния объемного упругого сжатия. Выполнены кольцевые элементы 30 путем формирования по месту, а поэтому могут быть рассмотрены вместе с контейнером 2 как нечто целое, безразборно соединенное. Возможно формирование кольцевых элементов 30 вне контейнера. В этом случае их сопряжение с контейнером 2 должно быть выполнено клеевым. В случае разъемного сопряжения элементов 30 с контейнером 2 несколько затрудняется сборка детектора, и применять такое сопряжение нежелательно. Технология получения цилиндрической светоотражающей оболочки 31, порошок которой уплотнен до состояния объемной упругости, будет раскрыта при описании процесса сборки устройства. Торцевая часть 32 светоотражающей оболочки выполнена также из светоотражающего порошка, находящегося в состоянии объемной упругости.

Выше уровня кристалла 3 в заявляемом устройстве имеется механизм МГОУНПС, компонентами которого является цилиндрическая поверхность 17 ФЭУ 4, упругий подвес 7 и фрикционные элементы 33 (фиг,3), Фрикционные элементы 33 могут быть выполнены таким >ке способом, как и кольцевые — 30. К их материалу предъявляются такие же требования, плюс дополнительные — антифрикционные свойства, В отличие от элементов 30 фрикционные элементы 33 могут быть объединены по несколько штук в единую трубчатую конструкцию, и, кроме этого, они собой заполняют полностью весь зазор между поверхностью 17 и внутренней гофрированной поверхностью упругого подвеса 7. В нормальном рабочем состоянии фрикционные элементы 33 находятся в состоянии объемного сжатия, а их свободные от сопряжения с контейнером 2 поверхности прижаты к поверхности 17 ФЭУ 4 и совместно представляют собой пару трения, Следует обратить внимание, что исходное рабочее состояние МГОУНПС зависит от того-, что в условиях какого рабочего внешнего давления планируется использовать детектор. Если внешнее давление атмосферное, то в исходном состоянии упругий подвес 7 будет находиться частично растянутым, что обусловлено наличием вакуума внутри замкнутой полости 13 сосуда

Дьюара, Именно такое частично растянутое состояние упругого подвеса 7 и считается исходным и именно в таком состоянии, или с учетом такого состояния, должно выполняться формирование фрикционных элементов 33.

Гаситель радиальных ударных нагрузок в данном устройстве (фиг.6, 7) представлен двумя способными к упругим деформациям кольцами 34 и 35. Первое из них установлено в выемке внешней поверхности контейнера 2 на уровне центра тяжести всего изделия в целом, за вычетом внешнего стакана 1 сосуда Дьюара, На внешней поверх10 ности это кольцо 34 имеет равномерно рассредоточенные по периметру шипы и в исходном состоянии касается стакана 1 только шипами в нескольких точках. Второе кольцо 35 выполнено гладким, меньшегодиаметрэ и поверхности стакана 1 в исходном (спокойном от вибраций) состоянии не каса-. ется. Установлено оно в последнем, близлежащем к дну 5 гофре контейнера 2.

Сборку детектора начинают с выполнения кольцевых элементов 30 и фрикционных элементов 33, Для этого контейнер 2, использовав для захвата цилиндрический венец 10 и два кольцевых ребра 25 и 26, ют в осевом направлении. Кольцевые элементы 30 и фрикционные элементы 33 выполняют путем формования непосредственно в контейнере 2 и последующего их отверждения, или вулканизации, если речь

30 идет о применении силиконового каучука, Возможно изготовление кольцевых элементов 30 и фрикционных элементов 33 вне контейнера 2 с последующим их монтажем внутрь контейнера 2 и закреплением их там с помощью клеящих составов

Ке снимая осевого растяжения контейнера 2 и предварительно выполнив оптически прозрачное сопряжение ФЭУ 4 с кристаллом 3, помещают ФЭУ 4 с кристаллом 3 внутрь контейнера 2. Монтаж пары

"ФЭУ- кристалл" осуществляют со стороны посадочного пояска 21 под дно 5, после предварительного нанесения клеящего состава на поверхности 16 и 19 ФЭУ 4, сопри. касающиеся в дальнейшем с соответствующими на поверхностями 14 и

18 посадочного пояска 6 контейнера 2. После полимеризации клея сопряжение ФЭУ 4 с контейнером 2 считают выполненным, После этого приступают к продолжению сборки устройства. В ходе монтажа ФЭУ 4 внутрь контейнера 2 происходит объемное сжатие фрикционных элементов 33. Происходит это под воздействием ФЭУ 4, диаметр внешней поверхности 17 которого больше внутреннего диаметра фрикционных элементов 33 (находящихся в свободном предшествующем сборке состоянии).

25 частично (в пределах упругости) растягива17

1789946

Далее сохраняя осевое растяжение кон- герметиэируют и закрепляют другим спосотейнера на участке 20, через открытый то- бом. Удаляют из замкнутой полости 13 сосурец в области дна 5 традиционными да Дьюара воздух. В процессе откачки методами формируют цилиндрическую воздуха под воздействием внешнегодавлечасть 31 светоотражающей оболочки. Для 5 ния, растягивая упругий подвес 7, сцинтибэтого используют известные порошковые лок погружается внутрь стакана 1. По материалы. Несколько не достигнув торца величине этого погружения и его неизменкристалла 3. формирование цилиндриче- ности во времени судят о величине и стаской части 31 светоотражающей оболочки бильности вакуума в замкнутой полости 13 прекращают и в оставшееся место между 10 сосуда Дьюара. кристаллом 3 и посадочным пояском 21 кон- В случае осевого ударного воздействия. тейнера 2 запрессовывают центрирующее непосредственно воспринимаемого внешкольцо27 из фторопласта. После запрессов- ним стаканом 1 сосуда Дьюара, последний ки кольцо 27 частично находится в зазоре приобретает ускорение по модулю и намежду кристаллом 3 и контейнером 2, а ча- 15 правлению, соответствующее интенсивностично возвышается над поверхностью 29 сти и направленности удара. Поскольку кристалла 3 (имеется в виду, что иэделие стакан 1 и сцинтиблок в целом соединены закреплено вертикально). После этого изве- между собой упругим подвесом 7, то ускорестными методами формируют донную часть ние начнет приобретать и сам сцинтиблок.

32 светоотражающей оболочки весовым ме- 20 Величина этого ускорения, в силу упругости тодом, отмерив нужное количество порошка связи 7, всегда будет ниже пикового значеи уплотнив его в осевом направлении, В ния возмущающегоускорения, Понятно,что этот момент времени толщина донной части после деформации (растяжения или сжатия)

32 светоотражающей оболочки должна упругого подвеса 7 неизменно следует восстрого соответствовать высоте центрируще- 25 становление его формы, Происходит это за го кольца 27, Далее запрессовывают дно 5 счет его собственных упругих свойств и внутрь посадочного пояска 21 и заворачива- представляет собой затухающий колебают винты 22, зафиксировав тем самым дно тельный процесс. Наличие пары трения "на5 внутри контейнера 2. С целью герметиза- ружная цилиндрическая поверхность 17 ции сопряжения "дно-контейнер", перед за- 30 ФЭУ 4 — фрикционные элементы 33" сущепрессовкой дна 5 свободные поверхности ственноускоряетзатухание, быстронормацентрирующего кольца 27, а также внутрен- лизуя состояние детектора. Происходит это ние поверхности посадочного пояска 21 по- следующим образом. В случае упругого раскрывают клеяющим составом, В ходе тяжения подвеса 7 глубина гофр его уменьзапрессовки клей частично вытесняется в 35 шается и фрикционные элементы 33 область скошенной поверхности фаски дна вытесняются из них в направлении оси сим5, надежно герметизируя стык. Далее уси- метрии изделия, интенсивно прижимаясь к лие осевого растяжения контейнера 2 сме- поверхности 17 ФЭУ 4. Чем больше растяняют на обратное, выбрав в качестве места жение подвеса 7, тем ниже глубина его гофр приложения сжимающего усилия внешнюю 40 и тем существеннеефрикционные элементы поверхность 24 дна 5. В результате сжатия 33 вытесняются из них, все сильнее прижиконтейнер 2 на участке 20 по всей его длине маясь к поверхности 17 ФЭУ4, а значит, тем частично восстанавливает свою предшест- сильнее препятствующее первопричине вующую растяжению форму. При этом все всего этого процесса — растяжениеупругого гофры его сжимаются, вытесняя из себя 45 подвеса 7 трение, возникающее между сокольцевые элементы 30. Последние, вытес- прикасающимися поверхностями фрикциняясь в объем цилиндрической части 31 све- онных элементов 33 и ФЭУ 4. тоотражающей оболочки, дожимают ее Аналогичная ситуация возникает и на материал до состояния упругости. В области этапе упругого подвеса 7, с той лишь разнидна 5 контейнера 2. такое обжатие изделия 50 цей, что в этом случае фрикционные элеменсопровождается упругой деформацией ты 33 вытесняются из гофр подвеса 7 по (сжатием) донной -части 32 светоотражаю- причине уменьшения их объема. Важно защей оболочки и центрирующего кольца 27. метить, что трение в паре "фрикционный

Далее осевые усилия снимают. После этого элемент — ФЭУ 4" лишь тормозит развитие монтируют кольца 34 и 35 и весь сцинтиблок 55 ситуации, а восстановление первоначальнопомещают внутрь стакана 1 до совмещения . го состояния иэделия происходит за счет тесненого пояска 11 контейнера с ответной сил упругости самого подвеса 7 и частично канавкой на внутренней поверхности стака- фрикционных элементов 33. на 1. Далее стык контейнера 2 сс стаканом Радиально направленные удары в заяв1 обваривают электродуговой сваркой или ляемом устройстве воспринимаются в пер1789946

20

30

40

45 вую очередь шипованным кольцом 34, Будучи расположенным на уровне центра тяжести всего изделия в целом (за исключением стакана 1), кольцо 34 воспринимает на себя удар, не порождая крутильных колебаний, В случае значительного удара, а следовательно значительного сжатия кольца 34, в работу включается кольцо 35. То обстоятельство, что в равновесном состоянии изделия со стаканом 1 кольцо 34 имеет только несколько точечных контактов, а кольцо 35 вовсе стакана 1 не касается, способствует минимизации теплоподвода к кристаллу 3.

При повышении температуры деталей изделия, что при использовании его в горячих скважинах совершенно неизбежно (если считать в качестве температуры отсчета температуру хранения изделия), никаких существенно влияющих на работоспособность детектора изменений, если только температура не превышает температуру плавления деталей устройства, в нем не происходит. Дело в том, что при нагреве кристалла 3, удлиняясь, он просто растягивает контейнер 2, материал которого при нагреве расширяется менее интенсивно.

Таким образом, смещения поверхностей кристалла 3 относительно поверхностей контейнера 2 не происходит, а следовательно, нет "перетирания" материала светоотражающей оболочки; особенно цилиндрической ее части. Взаимно подвижных. к тому же контактирующих с порошком светоотражающей оболочки деталей в заявляемом устройстве просто нет, а поэтому не может быть и речи о защемлении порошка в парах скольжения. В случае нагрева и увеличения диаметра кристалла 3, несмотря на менее значительное увеличение диаметра контейнера 2 на участке 20, объем порошковой цилиндрической части 31 светоотражающей оболочки практически не уменьшается, поскольку при растяжении контейнера 2 изначально несколько сжатые кольцевые элементы 30 частично "прячутся" внутрь гофр контейнера 2. При снижении температуры процесс проходит в обратном порядке, все время сохраняя для материала светоотражающей оболочки состояние уп- 50 ругого объемного сжатия. В таком состоянии перераспределение порошка по объему

Формула изобретения

Термостатированный сцинтилляционный детектор, содержащий сцинтиллятор со светоотражающей оболочкой, сопряженный со входным окном ФЭУ, компенсатор светоотражающей оболочки весьма затруднено, что и гарантирует ее фиксированные светоотражающие качества.

Измерение излучения с помощью предложенного детектора происходит следующим образом.

При облучении кристалла 3 ионизирующим излучением часть гамма-квантов или быстрых частиц (альфа и бета) взаимодейст-. вует с веществом кристалла, порождая световую микровспышку — сцинтилляцию, Порожденный таким образом свет в силу прозрачности материала распространяется во все стороны внутри кристалла практически изотропно, т,е. без явного приоритетного направления. Достигнуты границы кристалла 3, окруженного уплотненным белым порошком светоотражающей оболочки

31, порожденные сцинтилляциями фотоны претерпевают диффузное отражение. В силу того, что порожденные сцинтилляциями фотоны распространяются внутри детектора без явно выраженных приоритетных направлений, то прежде чем попасть на фотокатод ФЭУ 4 фотоны претерпевают многочисленные диффузные отражения от материала светоотражающей оболочки 31, за счет чего равномерно распределяются по объему кристалла 3. Последнее обстоятельство способствует тому, что по площади фотокатода ФЭУ 4, имеющего оптическую связь с кристаллом 3 со стороны одного из его торцов, свет может распространяться равномерно, а отсюда — использование рабочей поверхности фотокатода ФЭУ 4 получается эффективным. Попадающие на фотокатод ФЭУ 4 фотоны порождают на нем свободные электроны, количество которых пропорционально интенсивности световой вспышки внутри кристалла 3. Количество фотоэлектронов с помощью специальных электродов ФЭУ 4 преобразовывается в электрический сигнал, таким образом происходит регистрация первичного ионизирующего излучения, попадающего на кристалл 3.

Таким образом, предполагаемое техническое решение позволяет стабилизировать диффузноотражающую оболочку сцинтиллятора в условиях повышенных механических и термических воздействий. несогласованных тепловых изменений размеров и гаситель ударных нагрузок, уста- новленные во внутреннюю оболочку сосуда Дьюара и герметизированные, отл и ч ающийсятем,что,сцелью

21

1789946

Фи2. f повышения устойчивости к механическим и термическим воздействиям, внутренняя оболочка сосуда Дьюара выполнена в виде гофрированного элемента, гофры которого заполнены находящимся в состоянии объемного сжатия эластичным материалом, ФЭУ закреплен со стороны входного окна с помощью посадочного пояска, расположенного между двумя частями гофрированного элемента, снабженного со стороны сцинтиллятора охватывающим его снаружи по меньшей мере одним демпферным кольцом.

1789946

1789946

Составитель Б. Гринев

Техред M,Mîðãåíòàë

Корректор М. Самборская

Редактор Г. Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 348 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5