Волокно для сцинтилляционных годоскопов Советский патент 1992 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано в области техники, где необходимы измерения ядерных излучений и рентгеновских :гучей с помощью координатно-чувствительных сцинтшшяционных детекторов (годоскопов) на основе пластмасс, жидкостей или кристалшов „

Известны сцинтилля1Ц1онные волокна для сцинтилшяционньк годоскопов, представляюпще собой плоские кассеты, состоящие из светоизолированных друг от друга сцинтшишционных -однослойных волокон (полированных палочек) сечением около 1 мм, гфи том свет, выходящий из торца каждого волокна, регистрируется малогабаритными фотоумножителями„

IsD ND

Вследствие больщого затухания света в таких волокна длина чувствительной области годоскопа ограничена несколькими сантиметрами ( Ю см).

СО

Известны двухслойные оптические волокна, состоящие из керна, изготовленного из сцинтшишционного материала, который покрывается оболочкой из вещества с меньшим чем у керна показателем преломления, обеспечивая условия полного внутреннего отражения света сцинтилляций... Высокие оптическое качество границы paздeJra керн- . оболочка обусловливает существенно . меньшее затухание света в двухслойных 3 чем в однослойных i-i длина волокнах чуйствительнои- oojfacTH годоскопа может быть равной HGCKOJtbKHM десяткам сантиметров при днаметре волокон около 1 мм, эти годоскопы определяют только олну координату (номер волокн в кассете) в направлении распространения регистрируемого излучения ил1-1 частицы, Цля регистрации двух координат используют несколько плоскостей, расположенных друг за другом. Наиболее близким к изобретению является волокно для сцинтилляционных годоскопов, содержащее керн, выполнен5гый из сцинтилляционного вещества, и прозрачную оболочку,, ко фИ1 ;иент преломления которой меньше, чем у керна. Наилучшие результаты были получены для волокнаJ состоящего из керна-сдинтиллятора на основе поли- винилтолуола типа NE 161, покрытого кремнийорганической или стеклянной смо:юй. Кассета годоскопа представл ет собой двойной слой волокна, поме щенный Б завд1тную светоизолирующую матрицу, причем один слой сдвинут относительН-о другого,на половину ди метра волокна. Этот прием позволяет уменьшить неэффективность регистрации три определении одной координат связанную с прохо ;ф,енкем регистрир-/ емых частиц между волокнами и через j их обооточку, В этой работе показана возможность изготовления годоскопа до 50 см при диаметре волокон 1 мм„ С одной стороны, существующая технология не позволяет изготавлива достаточно тонкую оболочку волокна, с другой - оболочка должна быть достаточно толстой для надежной защит опт;-1чески / совершенной Границы раздела керн-оболочка от воздействия Бнеишей среды. Большая толщина оболочки двухслойных волокон приводит к падению эффективности. Длш часто встречающегося на прак тике схгучая потери в эффективности регистрации для однослойного годо скопа составляют более 30%. Для мно гослойных годоскопов при соответствующем сдвиге слоев волокон потери в эффективности компенсируются, но при прохожден1 и регистрируемой частицы только через оболочку или вбли зи границы раздела керн-оболочка 3 уменьшение ко.чичеетва света сцинтилляцией в каждом отдельном волокне составит около 30%, Целью изобретения явлшется увеличение эффективности регистрации ядерных излучений и повьш1ение световыхода волокон для сцинтилляционных годо- скопов, Цель достигается тем, что в волокне для сцинтилляционных годоско- пов, содержащем керн, выполненный из сцинти/шяционного вещества и прозрачную оболочку, коэффициент преломления которой меньше, ч.м у керка., оболочка волокна выполнена из сцинтилляциониого вещества. Спектр излучения которого совпадает или перекрывается спектром поглощения керна волокна, В керне наряду со светом сцинтилляцией образуется jпоминесценция за счет его фотовозбуждения светом оболочки. В o6ojto4Ke образуется коротко™ волновый Свет, который, попадая в керн, преобразуется в более д.тшнноволновый„ Такой подход позволяет пооГУчить ВОЛОКНОу в котором керн и оболочка сцинтшшируют как единое пелое,, а распространение света происходит в керне с полным внутренним отражением на границе раздела керн-оболочка. На фиг, 1 схематически изображено волокно; на фиг, 2 кассета годоскопа. На фиг, 1 и фиг, 2 введены обозначения 5 волокно 1; керн 2,, выполненный из схшнтшогарующего вещества; оболочка 3 5, кассета годоскопа 4, направление регистрируемого из:гучения 5s направление света 6, выходящего из волокон, Образование света в волокне в случае двухкомпонентов сцинтиллятора керна осуществляется следующим образом. Регистрируемое из:1учение (частица) проходит через волокно 1, теряя часть своей энергии, которая передается вев1;еству (основе) керна 2 и оболочки 3. Эта энергия безрадиационным способом сообщается сцинтшишционной добавке, которая излучает корот- коволновые. фотоны. Фотоны, образовавшиеся в керне 2 и оболочке 3. возбуждают молекулы . второй дОбавкИ керна (смеситель.спектра), которая с высокой квантовой эффективностью изотропно излучает в более длинноволс

ь

новой частц спектра о Далее пасть полученного света выходит из волокна 1, а часть света, удов:(етворяюи1;ая условиям полного внутреннего отражения на границе раздела кен 2 - оболочка 3, рас пространяется в керне 2 к фотоприемнику в направлении света 6, выходящего из волокон.

Пример выполнения волокна.

Керн 2 Изготовлен из полистирола (п 1,59) с добавками: 2% РРО (собственно сцинтиллятор) и 0,1% РОРОР (смеситель спектра). Оболочка 3 сделана из полиметилмегакрилата (п 1,49) с добавкой 10% РРО. Максимум спектра изхгучения РРО находится в области длин волн 360-370 нм, ширина спектра излучения на уровне 0,5 от максимума составляет 55 нм (345-400) Максимум спектра поглощения РОРОР соответствует длине волны 360 нм, а ширина спектра поглощения на уровне 0,5 - 330-395 нм. Таким образом видно, что спектры - и;-,.1гучения РРО и поглощения РОРОР - хорошо перекрываются; квантовая эффективность.преобразования спектра составляет 0,80,9; кроме того, максимум спектра излучения РОРОР соответствует максимуму спектральной чувствительности фотокатодов большинства современных фотоумножителей. Диаметр керна 2 равен 0,5 мм, наружный диаметр волокна 1 равен 0,8 мм (К 3,3). Различные концентрации РРО в керне и оболочке выбраны из условий обеспечения примерно одинаковой сцинтилляционной эффективности. Сравнение этого волокна с аналогичным волокном без добавок РРО в оболочку показывает, что в предлагаемом волокне световыход уве22113

jwmHBaeTCn на 45-30%. Волокна 1 собраны в кассету годоскопа 4 размером 50x20x10 мм (см.фиг. 2). Регистри90руемое излучение от |3 -источника Sr (показано стрелкой 5) направлено нормально к плоскости кассеты годоскопа 4 с волокном 1. Выходящий из волокон Свет п направлении 6 попадает на фоIQ тоумножитель и электронно-оптический преобразователь, а далее свет фотографируется или преобразуется в элект р1тчески:е импульсы и обрабатывается электроникой.

Дпя дополнительного повьшения эффективности волокна оболочку можно изготовить квадратного сечения либо из легко деформируемого материала с таким расчетом, чтобы при укладке 20 волокон в кассету зазор между волокна ми бьш минимaJtьным и регистрируемое излгучение независимо от места попадания в кассету проходило одинаковое расстояние в объеме сцинтшшятора. 5 Некоторое leньшeниe эффективности регистрации при малых значениях К, связанное с уменьшением телесного угла захвата света оболочки керном. можно преодолеть известным способом нанесения тонкого отражающего слоя на поверхность оболочки волокна.

Применение предлагаемого волокна для сцинтилляционных годоскопов с высоким пространственным разрешением обеспечивает увеличение на 20-30% 5 длины чувствительной области годоскопов при сохранении прежнего световыхода; улучшение пространственного разрешения годоскопов на 30-40%, а также не требует изменений сущест0 вующей технологии изготовления двухслойных волокон.

ВОЛОКНО ДЛЯ СЩШТИЛЛЯ1ЩОННЫХ ГОДОСКОПОВ, содержащее керн, выполненный из СЦИНТИЛЛЯ1ЩОННОГО вещества и прозрачную оболочку, коэффициент преломления которой меньше, чем у керна, oтJrичaющ ее с я тем, что, с целью увеличения эффективности регистрации ядерных излучений и повьппения световыхода волокна, оболочка волокна выполнена из сцинтилляционного вещества, спектр излгучения которого совпадает или перекрьтается спектром поглощения керна.. (Л