Жидкий сцинтиллятор Советский патент 1993 года по МПК C09K11/06 G01T1/204 

Изобретение относится к материалам для сцинтилляционной техники, а именно к быстродействующим жидким сцинтилляторам, применяющимся в качестве сцинтилляционных детекторов в рентгеновской и гамма-астрономии, при диагностике термоядерного синтеза, при изучении распределения изотопов в живом организме, исследовании траектории частиц в ядернофизических экспериментах, при определении времени жизни позитронов по фронтам нарастания гамма-сцинтилляций.

Цель изобретения -уменьшение времени высвечивания жидкого сцинтиллятора.

Пример 1. Готовят жидкую сцинтилляционную композицию, содержащую 10 г 2-(4-бифенилил)-5-(3.5-диметилфенил)оксадиазола- 1,3,4 в 1 л толуола; Жидкий сцинтиллятор заливают в кювету из стекла Пиреке в форме цилиндра с диаметром основания 25 мм и длиной боковой поверхности 25 мм. Толщина стекла боковой поверхности кюветы не превышает 0,2 мм. что позволяет проводить исследований при/3возбужаении {радиоизотопный источник 90у 4, 90gj.j Одно из оснований кюветы и боковую поверхность покрывают черной нитрокраской для ослабления влияния процессов светособирания, Временные характеристики измеряют методом счета отдельных фотонов на установке с высоким временным разрешением. Измерения светового выхода производят токовым методом по ГОСТ. Время высвечивания сцинтиллятора 1,09 НС, Сцинтилляционная эффективность 109% по отношению к стандартному эталону, принятому в сцинтилляционной технике 4 г/л пара-терфенила иО.1 г/л 1,4-бис-{5-фенилоксазолил-2)бензола в толуоле.

Пример 2. Готовят жидкую сцинтилляционную композицию, содержащую 20 г 2-(4-бифенилил)-5-{3,5-диметилфенил)оксадиазола-1,3,4 в 1 л толуола. Время высвечивания 0,72 НС. Сцинтилляционная эффективность 105% по отношению к стандартному эталону.

Пример 3. Готовят жидкую сцинтилляционную композицию, содержащую 30 г 2-(4-бифенилил)-5-(3,5-диметилфенил)оксадиазола-1,3,4 в 1 л толуола. Время высвечивания 0.62 НС. Сцинтилляционная эффективность 84% по отношению к сгандартному эталону. Пример 4. Готовят жидкую сциитилляционную композицию, содержащую 30 г 2-(4-бифенилил)-5-(3,5-диметилфенил)оксэдиазопа-1.3,4 в 1 л ксилола. Время высвечивания 0,64 НС. Сцинтилляционная зффектипность 67% по отношению к стандаотному эталону.

В таблице приведено сравнение временных характеристик предлагаемого жидкого сцинтиллятора (примреы 1-4) и известных жидких сцинтилляторов (примеры5-6).

Метод определения координаты попадания частицы в сцинтиллятор можно пояснить следующим образом, Пусть сцинтиллятор имеет форму цилиндра и свет с его

круговых оснований регистрируется фотоприемником. Если длина сцинтиллятора L, скорость распространения света в нем V, а частицы попадают в точку, находящуюся на расстоянии Хот одного из оснований цилиндра, т.е. L-X от другого, тогда сигнал будет зарегистрирован первым фотоприемником через время ti X/V, а вторым -12(L-X)/V после попадания частицы в сцинтиллятор. Измеряя величину промежутка времени ti t2, можно получить координату X. Погрешность в определении X будет определяться погрешностью измерения ti - 12. Разброс моментов регистрации ti и t2 сцинтилляционных импульсов, появившихся в одной и

той хе точке сцинтиллятора, будет тем меньше, чем короче сами сцинтилляционные импульсы.

Очевидны и условия работы сцинтиллятора при больших загрузках. Если промежуг

ток времени между приходом двух частиц Ati. и At2 - длительность оцинтилляционного импульса, то при Ati At2 произойдет раздельная регистрация сигналов, при Ati : At2 сигналы сольются, т.е. нарушится

режим работы сцинтилпяционного счетчика.

Таким образом, основной характеристикой данного вида сцинтилляторов является длительность их свечения. У более

быстродействующих сцинтилляторов разброс моментов излучения фотонов радиояюминесценции будет меньше. Энергетическое разрешение, световой выход и другие сцинтилляционные характеристикм для быстродействующих сцинтилляторов являются второстепенными.

Длительность сцинтилляционной вспышки в отсутствие заметной реабсорбции и значительного рассеяния света сцинтилляций обусловливается длительностью ее фронта затухания.

Определение временных характеристик проводят методом счета отдельных фотонов при облучении исследованных сцинтилляторов электронами от радионуклида °Y + °Sr. Измерительная установка и методика измерений описаны в литературе. Для повышения точности измерений результаты их подвергают математической обработке на

ЭВМ ЕС-1033. При обработке учитывают, что в результате измерений получают кинетические кривые, форма которых определяется не только формой исследуемого сигнала, но и влиянием измерительной аппаратуры. Результаты измерений для приведенных в таблице составов показаны на фиг. 1-5. Форма приведенных экспериментальных кривых описывается функцией, равной свертке функций, описывающих форму исследуемого сигнала и форму кривой отклика аппаратуры на мгновенное возбуждение (аппаратная функция). Аппаратная функция измерительной установки хорошо опис ывается гауссовой кривой со среднеквадратичным отклонением 260 ПС, что соответствует ширине на половине максимального значения аппаратной функции 0,6 НС. Методика построения программы обработки и пример ее реализации для установки описаны в литературе.

На фиг.1-5 изображены графики, иллюстрирующие кинетику сцинтилляций составов, описанных в примерах 3; 2; 1; 4. и известных (кривая 1 -для примера 6, кривая 2 - для примера 5) соответственно (на всех графиках по оси ординат отложено количество импульсов, зарегистрированное в канале памяти запоминающего устройства многоканального анализатора импульсов, а по оси абсцисс - номер канала; ширина канала 25 10 с; расстояние между точками по оси абсцисс дает информацию о промежутке времени между отдельными событиями, равном произведению количестеа каналов на ширину канала). Приведенные кривые делают наглядными результаты измерений и позволяют графически провести грубую оценку временных параметров сцинтилляционных импульсов соответствующих сцинтилляторов. Кривые, приведенные на фиг. 1,2 и 4, обладают более крутым фронтом затухания, обусловливающим время высвечивания сцинтиллятора, и меньшей длительностью, чем кривая, приведенная на фиг.З. Последняя кривая свидетельствует о лучших временных характеристиках соответствующего ей сцинтиллятора по сравнению с сцинтилляторами, результаты измерений кинетики радиосцинтилляций которых приведены на фиг.5. Точное определение временных параметров, описывающих форму сцинтилляционной вспышки, возможно лишь при учете вклада аппаратуры в результате измерений. Поэтому значения времени высвечивания сцинтилляторов, приведенные в примерах и таблице, получены вследствие обработки результатов измерений, позволяющей исключить влияние аппаратуры.

(56) Каталог фирмы Nuclear Enferprlses Limited, 1974, №68, с.З.

Каталог фирмы Nuclear Enferprlses Limited, 1974, № 68, с. 13.

В Irks J.B., The Theory and Practice of Scintillation Counting.- Oxford e.a., Pergamon Press, 1967, p.277, 288, 289.

Красовицкий Б.М., Болотин Б.М. Органические люминофоры. - Л., Химия, 1976, С.247,

Галунов Н.Э. К вопросу Об из1мерениях параметров кинетики сцинтилляций в нанои субнаносекундном диапазонах. - В кн. Методы получения и исследования монокристаллов и сцинтилляторов. Харьков, 1980. №6, с.104-110.

Галунов Н.З., Кришталь Е.Е., Цирлин Ю.А. Методика обработки экспериментальных даНн-ых. полученных однофотонным методом при исследовании сцинтилляционных импульсов быстрых органических сцинтилляторов. Харьков, 1982, 23 с. Рукопись представлена ВНИИмонокристаллов. Деп. а ОНИИТЭХИМ. Черкассы, 1982, N; 1024 ХП-Д82.

Furst М., Grunderg А., Hallmann Н,, Short Decay Time ScintlUmon Solutes - Rev. .Sclent, fnstrum. 1962,33, Ns 10, p. 1131-1132.

Продолжение таблицы

Формула изобретения ;

ЖИДКИЙ СЦИНТИЛЛЯТОР. включающий органическую основу - толуол или ксилол и люминесцирующую добавку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени высвечивания, в качестве люминесцирующей добавки он содержит 2-{4-: бифенилил) -5- (3,5- диметилфенил) оксади-: азол -1,3,4 при следующем соотношении компонентов:

2-(4- Бифенилкл) -5- (3,5- диметилфенил)- оксадиазол-1,3,4 10 - 30 г Толуол или ксилол1000мл

Номер канала анализатора Фиг.

SOtooJfO200/г

Номер Koffала анализатора

Фш.З