Сцинтиллятор на основе полиорганосилоксанового каучука

 

Использование: для детектирования бетта-и гамма-излучений. Сущность изобретения: сцинтиллятор выполнен на основе полиорганосилоксанового каучука и содержит катализатор-оловоорганическое соединение, вулканизирующий агент-этиловый эфир ортокремниевой кислоты, а также первичную и вторичную люминесцирующие добавки. При этом соотношение компонентов выбрано следующим, мас. %: первичная люминесцирующая добавка 1,3-2,5; вторичная люминесцирующая добавка 0,03-0,04; катализатор 0,05-0,1; вулканизирующий агент 8,0-10,0; каучук остальное. При производстве такого материала сцинтиллятора температура отверждения композиции может быть снижена, при этом сцинтилляционная эффективность сцинтиллятора не ухудшается. 3 табл.

Изобретение относится к разработке материалов для измерения ионизирующих излучений и может быть использовано при изготовлении эластичных сцинтилляторов на основе полиорганосилоксановых каучуков, применяемых при детектировании β и γ-излучений.

В настоящее время сцинтилляционные детекторы находят все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и потребность в них постоянно возрастает. Поэтому проблема создания новых сцинтилляционных материалов, отвечающих возросшим требованиям, является актуальной.

Известен пластмассовый сцинтиллятор (1), содержащий винилароматический полимер или сополимер винилароматических мономеров с метилметакрилатом, первичную и вторичную люминесцирующие добавки, металлосодержащее соединение из алкиларильных соединений олова или свинца общей формулы (CH₃)_m-(C₆H₅)_nSn или (CH₃)_m-(C₆H₅)Pb, где m 1-3; n 3-1, при следующем соотношении компонентов, мас.

Первичная люминесци- рующая добавка 1,5-3,0 Вторичная люминесци- рующая добавка 0,05-0,5 Металлосодержащее соединение 5-30 Полимерная основа Остальное Недостатком данного технического решения является высокая температура полимеризации, что обуславливает большие энергозатраты, сложность технологического процесса изготовления сцинтиллятора, опасность загрязнения окружающей среды из-за токсичных вредных выбросов, паров, выделяющихся при получении полимерной матрицы.

Известен сцинтиллятор (2), содержащий полиорганосилоксановый каучук полидиметилсилоксан или полидифенилсилоксан или их смесь, катализатор отверждения оловоорганическое соединение, вулканизующий агент силоксановый олигомер, содержащий гидридные звенья, первичную и вторичную люминесцирующие добавки.

Недостатками данного технического решения являются высокая температура отверждения, что требует больших затрат электроэнергии, сложность технологического процесса изготовления сцинтиллятора, обусловленная тем, что в качестве вулканизующего агента используют полигидридсилоксановый олигомер, поэтому отверждение каучука необходимо проводить под вакуумом из-за выделяющегося водорода.

Цель изобретения снижение температуры отверждения композиции при сохранении сцинтилляционной эффективности сцинтиллятора.

Цель достигается тем, что в сцинтилляторе на основе полиорганосилоксанового каучука, содержащего катализатор оловоорганическое соединение, вулканизующий агент, первичную и вторичную люминесцирующие добавки, в качестве вулканизующего агента содержит этиловый эфир ортокремниевой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.

Первичная люминесци- рующая добавка 1,3-2,5 Вторичная люминесци- рующая добавка 0,03-0,4 Катализатор 0,05-0,1 Вулканизующий агент 8-10,0 Каучук Остальное В качестве первичной люминесцирующей добавки может быть использована любая добавка, применяемая в пластмассовых сцинтилляторах, но лучшие результаты показали те, которые растворимы в спиртах, например, 2,5-дифенилоксазол (РРО), 2-(4-бифенилил)-5-фенилоксазол (ВРО) и другие.

В качестве вторичной люминесцирующей добавки может быть использован любой смеситель спектра, применяемый для этих целей: 1,4-ди-2-(5-фенилоксазолил)-бензол (РОРОР) или тетрафенилбутадиен (ТРБ).

Применение в качестве вулканизующего агента этилового эфира ортокремниевой кислоты позволяет снизить температуру отверждения сцинтиллятора. Выделение в процессе отверждения спирта не вызывает ухудшения сцинтилляционной эффективности сцинтиллятора, так как первичные люминесцирующие добавки в нем растворимы.

Применение в качестве вулканизующего агента этилового эфира ортокремниевой кислоты обеспечивает хорошую растворимость первичных люминесцирующих добавок, например, растворимость 2,5-дифенилоксазола (РРО) в тетраэтоксисилане выше 10 г/100 г.

Соотношение компонентов в сцинтилляторе выбрано в процессе проведения экспериментов и является оптимальным.

Уменьшение содержания вулканизующего агента менее 8,0 мас. приводит к снижению механической прочности сцинтиллятора, нарушению его целостности в процессе эксплуатации, снижению сцинтилляционных параметров.

Увеличение содержания вулканизующего агента более 10,0 мас. приводит к снижению эластичности сцинтиллятора, его хрупкости, что способствует образованию дефектов в сцинтилляторе при извлечении его из формы и снижению сцинтилляционных параметров.

Увеличение содержания катализатора более 0,1 мас. приводит к снижению времени жизнеспособности композиции, что способствует образованию дефектов в сцинтилляторе из-за неполного удаления воздушных включений, образовавшихся в процессе перемешивания компонентов.

Уменьшение содержания катализатора менее 0,05 мас. приводит к увеличению времени отверждения и нуждается в повышенной температуре.

Уменьшение содержания первичной люминесцирующей добавки < 1,0 мас. приводит к уменьшению сцинтилляционной эффективности сцинтиллятора.

Увеличение содержания первичной люминесцирующей добавки > 2,5 мас. приводит к незначительному увеличению сцинтилляционной эффективности по уменьшению прозрачности за счет поглощения света собственного излучения.

Уменьшение содержания вторичной люминесцирующей добавки < 0,02 приводит к уменьшению сцинтилляционной эффективности сцинтиллятора.

Увеличение содержания вторичной люминесцирующей добавки > 0,5 приводит к ухудшению прозрачности сцинтиллятора за счет перепоглощения света собственного излучения.

В табл.1 представлены сцинтилляционные характеристики сцинтилляторов на основе полиорганосилоксанового каучука с различным содержанием катализатора, вулканизующего агента, первичной и вторичной люминесцирующих добавок.

Как видно из табл. 1, только при параметрах, соответствующих данному изобретению, обеспечивается достижение технического результата (примеры 2,3,4), выход за граничные пределы (примеры 1,5) приводит к ухудшению сцинтилляционных характеристик сцинтиллятора.

В табл. 2 и 3 представлены сцинтилляционные характеристики сцинтилляторов, изготовленных в соответствии с данным техническим решением и прототипом.

П р и м е р 1. В стеклянный бюкс взвешивали 1,8 г 2,5-дифенилоксазола (РРО) и 0,22 г 1,4-ди-2-(5-фенилоксазолил)-бензол (РОРОР), добавляли 88,9 г полиметилфенилсилоксанового каучука, смесь тщательно перемешивали до полного растворения добавок, затем вводили 0,08 г катализатора октоата олова и 9,0 г тетраэтоксисилана. Смесь вновь тщательно перемешивали, вакуумировали в течение 10 мин до полного удаления воздушных включений и заливали приготовленный состав в формы, на внутреннюю поверхность которых был нанесен антиадгезионный слой. Выдерживали в формах в течение 48 ч до полного отверждения сцинтиллятора, а затем извлекали сцинтилляторы из формы и проводили измерения сцинтилляционных характеристик сцинтилляторов.

П р и м е р 2. В стеклянный бюкс взвешивали 1,7 г 2-(4-бифенилил)-5-фенилоксазол (ВРО) и 0,15 г 1,4-ди-2-(5-фенилоксазолил)-бензол (РОРОР), добавляли 89,09 г полиметилфенилсилоксанового каучука, смесь тщательно перемешивали до полного растворения добавок. Затем вводили катализатор диэтилолово дикаприловокислое 0,06 г и этилсиликат 32 9,0 г. Смесь вновь тщательно перемешивали, вакуумировали в течение 10 мин до полного удаления воздушных включений и заливали в формы, на внутреннюю поверхность которых был нанесен антиадгезионный состав. Выдерживали в формах в течение 48 ч до полного отверждения сцинтилляторов, которые затем извлекали из формы и проводили измерения сцинтилляционных характеристик сцинтилляторов.

Как видно из табл. 2 и 3, сцинтилляционная эффективность предлагаемых сцинтилляторов не хуже сцинтилляторов, изготовленных в соответствии с прототипом.

Таким образом полученные результаты подтверждают, что изготовление детекторов в соответствии с данным техническим решением позволяет снизить температуру отверждения сцинтиллятора при сохранении хорошей сцинтилляционной эффективности.

Формула изобретения

СЦИНТИЛЛЯТОР НА ОСНОВЕ ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНОВОГО КАУЧУКА, содержащий катализатор оловоорганическое соединение, вулканизующий агент, первичную и вторичную люминесцирующие добавки, отличающийся тем, что в качестве вулканизующего агента он содержит этиловый эфир ортокремневой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.

Первичная люминесцирующая добавка 1,3 2,5 Вторичная люминесцирующая добавка 0,03 0,4 Катализатор 0,05 0,1
Вулканизующий агент 8 10
Каучук Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2