Сцинтилляционный детектор Советский патент 1992 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к устройст- ; вам для регистрации и спектрометриро ; вания ионизирующего излучения, в частности к сцинтйлляционным детекторам, j В настоящее время к сцинтилляцион- j / ным детекторам, исследуемым в народном хозяйстве иЬсобенно в аппаратуре спецмальнЬго назначения, предъявляются высокие требования к стабильности сцинтилляцйонных характеристик (световой выход и энергетическое разрешение) при повышенных механических и климатических нагрузках. ;

Важным условием, обеспечивающим высокую устойчивость сцинтилляцйонных характеристик при и после воздействий механических и климатических фак торов, является стабильность оптического контакта сцинтйллятора с выходHbw чеком.;

Известен детектор, состоящий из цельного корпуса пружинной оправы с

ъ« /

гнездом под кварцевое окно,сцинтйллятора и отражателя, причем пространство между сцинтиллятором и окном залито оптическим маслом.

Недостатком данной конструкции

о ю детектора являются низкие сцинтилляционные характеристики из-за невозможности использования наиболее эф|Ь. фективного порошкообразного отража4 СЛ Ы теля типа окиси магния, так как оптический контакт выполнен из жидкого сптическбго масла. Кроме того, наличие в контакте с боковой поверхноСты4 кристалла иммерсионной жидкости создает условия для выхода света через поверхность кристалла, что значительно ухудшает световой выход детектора по сравнению с сухим отражателем.

Наиболее близким к заявляемому является детектор, состоящий из цельного металлического контейнера, вы3lходного окна и сцинтиллятора, жестк соединенных между собой, сцинтиллятор приклеен к выходному окну оптическим клеем отражателя типа окиси магния, которым заполнен зазор между сцинтиллятором и контейнером. Такая конструкция детектора с ис пользованием оптического клея и эффективного отражателя позволяет получить хорошие сцинтилля14ионные характеристики в нормальных условиях эксплуатации. Недостатком данной конструкции является неустойчивость оптического контакта между кристаллом и стеклян выходным окном к воздействиям климатических и механических нагрузок за счет жесткого сцепления стекла с корпусом, из-за колебания величины нагрузки в зоне оптического контакта сцинтиллятора с выходным окном, что приводит к его нарушению, а сле довательно, ухудшению сцинтилляцион ных харгжтеристик. По этой причине эксплуатация таких детекторов в условиях повышенных механических климатических нагрузок невозможна. Целью изобретения является сохра нение устойчивости сцинтилляционных характеристик детектора после воздействия механических и климатических нагрузок за счет стабилизации о тического контакта. Указанная цель достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе, состоящем из контейнера, отражателя выходного окна и сцинтиллятора, жес ко соединенных между собой, контейнер снабжен оправой, жестко соединенной с выходным окном, и сцинтиллятором с возможностью ее свободног перемещения относительно контейнера а также тем, что оправа соединена с контейнером,телескопически. На фиг.1 представлен детектор, состоящий из коутейнера 1, оправы 2 с вклеенным выходным окном 3 сцинтиллятора k, .приклеенного к выходно му окну с помощью оптического клея 5. Другая сторона контейнера, проти воположная выходному окну, закрыта крькикой 6« Зазор Между сцинтиллятором и контейнером заполнен порошко образным отражетелем 7типа окиси магния Во избежание просыпки в заЗО1Э между оправой и контейнером установлено фторопластовое кольцо 8. Принцип работы сцинтилляционного детектора основан на превращении квантов энергии ионизирующего излучения, проникаю1цего 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 отражение о 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. Величива импульса электрического тока пропорциональна энергии, выделенной в сцинтилляторе ионизирующей частице (фотоном)„ В реальных условиях эксплуатации на аппаратуре, в состав которой входит детектор, воздействуют как механические, так температурные нагрузки. При повышении температуры еследст- : вие разных коэффициентов -термического расширения контейнера 1 и сцинтиллятора k 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 . 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 понижении температуры сцинтил- лятор, плотно защемленный порошкообразным отражателем, увлекает за собой в корпусе оправу с выходным окном. При приклейке сцинтиллятора к выходному окну прочность клеевого шва значительно превышает силы трения оправы о корпус. Поэтому оптимеский контакт не ухудшается. Кроме этого, при установке детектора на ФЗУ последний всегда поджат с помощ ью пружин Усилий на разрыв практически не возникает, т.е. выходное окно будет постоянно поджато к сцинтиЛлятору. Следовательно, при воздействии температурных факторов оптический контакт сцинтиллятора с выходным окном будет стабильным и сцинтилляционные характеристики детектора будут устгичивыми.

При воздействии механических нагрузок (вибрация, удары, линейные нагрузки) вследствие незначительной массы оправы с выходным окном относительно массы сцинтиллятора возникающие усилия в зоне приклейки выходного окна со сцинтиллятором также буду значительно меньше усилий, возникающих при воздействии механических нагрузок на известный детектор, так как при жестком цел.ьном корпусе усилия будут зависеть от массы сцинтиллятора, которая значительно превышает массу оправы. Так для детектора на основе монокристалла цезия йодистого, активированного натрием, размером 30 к 1бО мм масса сцинтиллятора 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 конструкции „ .

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

Герметизацию подвижного соединения оправы относительно контейнера в зависимости от степени гигроскопичности материала сцинтиллятора можно осуществить различными методами.

Варианты герметизации различных сцинтиляяторов приведены на фиг,2 и фиг, 3.

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

способствует уменьшению оправы относительно корпуса.

Во избежание просыпки порошкообразного отражателя в зазор между оправой и корпусом используется уплотнительное фторопластовое кольцо 8„

На фиг. 3 представлен вариант герметизации сцинтиляяторов на 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 lO, 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 х160 мм и 30 х 250 мм. Изготовлено по три детектора каждого типоразмера предяагаемой конструкции и по три детектора по прототипу. В качестве оптического кяея испояьзовались полимеризующиеся клеи на основе кремнийорганических каучуков эластосил 11-02 и эластосил 137180. В качестве герметизирующего материала использовали густую консистентную смазку 11ИАТИМ-201. Все детекторы подвергались испытаниям на воздействие вибрационных нагрузок, многократных и одиночных ударов, а также положительных ) и отрицательных (-60С) температур. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как видно из таблицы изменения сцинтилляционных характеристик поеле воздействия компяекса механических и климатических нагрузок дяя образцов предлагаемой конструкции не превышают 8,7, что в 15,7 раз меньше, чем для прототипа ().

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.

t44A ч чД1

XX

sirs

,X;J

Фиг,г

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.

fV ч ч чА М

5-1

f %

«ч1

-.t;

1