Способ изготовления световодов-сместителей спектра Советский патент 1991 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к регистрации излучений с помощью сцинтилляци- онных счетчиков.

Целью изобретрния является повышение однородности сяетосбора световодов-сместителей спектра и изготовление протяженных сцннтилляторов на акриловой основе с повышенной однородностью светосбора.

Сущность изобретения заключается в создании неоднородного по толщине слоя добавки у поверхности образца.

Для этого разные участки образца погружают в красильную пачну на разное время, чем меньше участок находится в красильной ванне, тем тоньше слой добавки. Кгли образец погрузить быстро, выдерживать в ванне долго (l 2 ч) и быстро вынуть, то ввиду на- сыценья слой будрт одинаковой толщи-

ны, поэтому образец погружают быстро, держат недолго, а вынимают медленно, чтобы успел образоваться неоднородный слой. Эффект можно усилить, если образец и опускать медленно, и поднимать медленно. При этом возможно разбиение на меньшее число участков, что значительно упрощает работу (часто достаточно одного участка), что особенно важно для образцов с матри- цеь, характеризуюр(ейся для данного растворителя низким коэффициентом диффузии.

Необходимо отметить, что органические сцинтилляторы (жидкие и пластмассовые) изготовляют обычно двух- компонентными, при этом п матрицу (например, из почнметилмотакрилата - ) внедряют первичную добавку (на- пример, РРО) для того чтбы . i oСл

1

ел со со

брать у матрицы возбуждение, и вторичную (например, РОРОР), смещающую спектр светового излучения. Это необходимо делать, поскольку у первичных добавок спектры поглощения и испускания сильно перекрываются (мал сток- сов сдвиг). Для световода-сместителя спектра нет задачи отбирать возбуждение от матрицы, а в качестве добав- ки-сместителя спектра используются те же добавки, что и в сцинтнллято- рах; поэтому, если выбирать в качестве матрицы одну и ту же основу для сцинтиллятора и светонода-сместителя спектра (например, из ПММА, ПС-полис тирола и т.д.), то способ изготовления их одинаков. Это особенно очевидно, если цель - повышение их однородности, тогда приемы идентичны.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации заявляемого способа; на фиг. 2 схематически изображен световод, полученный заявляемым способом (у - длина световода, п - общее число участков разбиения); на фиг. 3 приведена характеристика однородности световода-сместителя спектра

Устройство содержит термостат 1 с Теплоносителем 2 и системой термо- статирования 3, емкость 4 с красильной ванной 5 состава, мас.%: Спирт95,17-91,6

Люминофор 0,025-4,8 Приме-си Остальное систему подвески 6 заготовки, электродвигатель с редуктором 7 для перемещения образца 8 на акриловой основе, управляемый источник питания 9 электродвигателя.

Способ реализуют следующим образом.

Образец 8 спускают в красильную

ванну 5 и выдерживают в течение 0,5- 10 мин в зависимости от размеров образца. Извлекают образец 8 из ванны с отрицательным ускорением (т.е. замедляясь), чтобы наиболее глубоко погружаемые части образца наиболее долго находились в красильной ванне. Извлеченный образец ополаскивают в спирте при комнатной температуре в течение 0,5 - 1 мин для ликвидации возможных неоднородностей (потеков) и дисперсных частиц и отжигают при 110-120°С для стабилизации характеристик пленки. Полученная пленка имеет вид;, близкий к изображенному схематически на фиг. 2, где

„

5

5

-

10 - исходный образец, 11 - пленка, толщина которой обратно пропорциональна сигналу, .чозбуждаемому ионизирующими частицами в исходном образце в данном сечении, В случае выполнения этого условия однородность световода будет характеризоваться прямой на фиг. 3, где на оси абсцисс отложена координата локального облучения световода (X), а по оси ординат - сигнал фоторегистратора в относительных единицах (А).

Динамический диапазон скоростей при подъеме или спуске образца определяется снизу насыщением поверхности люминофором, а сверху - значительным ухудшением качества поверхности (наличием подтеков при скорости 2- 5 мм/с). Увеличение температуры красильной вантш ускоряет диффузию, что позволяет выбором температуры раствора ич диапазона 40-80°С в выбранном диапазоне скоростей подъема получать толщину диффузионного слоя 0-0,5 мм, что достаточно для создания однородных световодов дпиной до 1,7 м. Опытным путем определено, что при температуре меньше 40 С окраски образцов не наблюдается, с другой стороны, температура кипения этанола 80 О, что определяет верхний температурный предел.

Диапазон скоростей подъема был определен -экспериментально:

Ю,А мм/с, vMaKc-2(5 мм/с. Число участков разбиения определяют по опыт- опытной партии, тог,;а ,c,Kc( пН ). VMOKC VMH

К - ---- -

п-1

Образец стекла на основе- полиме- тилметакрнлата (СО-95) размер 700х х37,4хЗ мь3 вручную загрузили в красильную ванну следущего состава, мас.%:

Спирт96,1

Люминофор0,1

ПримесиОстальное

подогретую до температуры 50°С, и затем, после минутной выдержки, поднимали по режиму 1 (предварительно выбранному по опытной партии) табл.1, с разбиением на 7 участков длиной 100 мм каждый.

После извлечения световод 5-кратно ногружани в ванну с чистым спиртом а затем отжигали при ta100 С до размягчения попиметэа ( мин).

51

Образец габаритами 700x37,4x1 погружался по режиму 2 табл.1, в красильную ванну состава, мас.%

Спирт96,1

ЛюминофорО, 1

ПримесиОстапьное

подогретую до и затем, после 30 с выдержки, поднимали по режиму 1 табл. 1 с разбиением на 7 участков длиной 100 мм каждый. После извлечения световод промыли чистым спиртом, затем отожгли при t 110°C до размягчения полимера.

В табл.2 приведены различные режи- J5 следующий путь, мы изготовления световодов-сместите-Световод по длине разбивается на

лей. Концентрация этанола 96,1 мас.%, п разных участков и подъем на каждом люминофора 0,100%. Световоды с габаритами 1380x196x3 изготовляли с раз20

биением на 3 участка (длина каждого участка 460 мм), режим подъема и спуска приведен в табл. 3.

Световоды с габаритами 1100х200х хЮ изготовляли с разбиением на

п

участке осуществляют с постоянной скоростью, различной на разных участках. Число п разбиений подбирают по опытной партии, оно колеблется от 2 до 10 и зависит от габаритов образца, сорта и состояния полимера. После выбора режима до 50% световодов

Это означает, что подъем с таким ускорением приводит к получению пленки как на фиг. 2, однако реально нет надобности стремиться точно выдержать эту формулу, как из-за сложности и неточности определения коэффициента ft, так и (главным образом),- потому, что исходные образцы значительно различаются по характеристикам, следстствием чего являются 15-50%-ные различия величины lfl для одновременно и в одинаковых условиях изготовленных световодов. Это позволяет применить

п разных участков и подъем на каждом

п

участке осуществляют с постоянной скоростью, различной на разных участках. Число п разбиений подбирают по опытной партии, оно колеблется от 2 до 10 и зависит от габаритов образца, сорта и состояния полимера. После выбора режима до 50% световодов

Изобретение относи/гя к регистрации излучений с помощью сцинтилля- ционных счетчиков. Целью изобретения является повышение однородности све- тосбора световодов-сместителей спектра и изготовление протяженных сцинтил- ляторов на акриловой основе с повышенной однородностью еветосбора. Повышение однородности достигается созданием неоднородного по толщине слоя у поверхности образца. Для этого разные участки образца погружают в кра сильную ванну на разное время. Если выбирать в качестве матрицы одну и ту же основу для сциитиллятора и све- товода-сместителя, то способ изготовления их одинаков, поэтому способ применим и для изготовления протяженных сцннтилляторов. Предлагаемый способ позволяет получить полностью однородные световоды-сместители спектра и протяженные сцинтилляторы и обеспечив 50%-ный выход готовой продукции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл. С SS

3 участка длиной по 366 мм. Оргстекло 25 удается изготавливать с характеристипогружали вручную, а поднимали по ре- vmHMy табл. 4.

кой, данной на фиг. 3, а число ений п не превышает 7, так чт ли обозначить через m номер пр вольного участка, скорость на

Время выдержки и режим подъема можно рассчитать из следующих сообра- 30 участке находят по формуле жений. Приближенное решение уравнения w 9 ц л,, t i Јi-JliL. /c

Фика для границы диффузии выражается в виде

.(1)

где х - расстояние от границы диффузии до поверхности; t - время диффузии; - коэффициент.

Уровень сигнала фоторегистратора от координаты по закону Бугера:

е-2 6 о. L0 e ,

где 10 - сигнал в точке z;

10 - длина-затухания (коэ Ьфициент).

Поскольку для получения однородно-1 го световода сигнал 10 должен быть пропорционален lz Ko . .№

v.S-fa-,;.

35

40

их, то

-U

t«

J/feo

L 1

z

k

at 3

- .lnt,

Iglnkc a- Ј2

a - ускорение; t - время.

(3)

Бремя выдержки выбирается и пазона 0,5-10 мин по опытном п исходных образцов в связи с не родностью листов промышленного по состаьу, при этом до 50% сне дов удается изгсгоБИТЬ ценность нородными. Если выдерживать бол 10 м.чн, то ввиду насыщения пове ти пленка будет однородной по т не по всей длине световода и об чить неоднородность ее замедляе подъемом трудно, процент полнос g однородных световодов падает до 10%, а в случае выдержки менее возрастает процент неоднородных товодов с обратной неоднороднос Примеры реализации способа. Пример 1. Образец оргст на основе полиметилметакрилата 95} габаритами 700x37,4x3 мм3 в загрузили в красипьную ванну и тем после минутной выдержки под ли по режиму табл. 5, с разбиени на 7 участков длиной по 100 мм.

Получен однородный по светосб (т.е. I/I0 const) световод с хар ристикой - см. фиг. J.

50

55

кой, данной на фиг. 3, а число разбиений п не превышает 7, так что, ее-. ли обозначить через m номер произвольного участка, скорость на т-м

участке находят по формуле w 9 ц л,, t i Јi-JliL. /c

стке находят по форму w 9 ц л,, t i Јi-JliL.

v.S-fa-,;.

5

0

Бремя выдержки выбирается из диапазона 0,5-10 мин по опытном партии исходных образцов в связи с неоднородностью листов промышленного ItttMA по состаьу, при этом до 50% снетозо- дов удается изгсгоБИТЬ ценностью однородными. Если выдерживать более 10 м.чн, то ввиду насыщения поверхности пленка будет однородной по толщине по всей длине световода и обеспечить неоднородность ее замедляемым подъемом трудно, процент полностью g однородных световодов падает до 3-: 10%, а в случае выдержки менее 0,5 мин возрастает процент неоднородных световодов с обратной неоднородностью. Примеры реализации способа. Пример 1. Образец оргстекла на основе полиметилметакрилата (СО- 95} габаритами 700x37,4x3 мм3 вручную загрузили в красипьную ванну и затем после минутной выдержки поднимали по режиму табл. 5, с разбиением на 7 участков длиной по 100 мм.

Получен однородный по светосбору (т.е. I/I0 const) световод с характеристикой - см. фиг. J.

0

5

Пример

Образец габаритами

700x3/, rvi ммэ рыдерживали в ьание 30 с, а поднимали и опускали по режиму табп, 1 ,

Получен однородный по светосбору световод с характеристикой - см., фиг, 3.

Предлагаемый способ позволяет получить полностью однородные свето- иоды-сместители спектра и протяженные сцинтилляторы. Заявляемый способ изготовления обеспечивает выход готовой продукции.

Формула изобретения

Люминофор0,025-4,8

ПримесиОстальное

при температуре 40-80 С,подъем из красильной ванны и отжиг в течение

740 х 37,4x330

740 х 37,4x360

740 х 37,4x360 740 х 37,4x1 30

740 х 37,4x130

740 х 37,4x1600

1380x196x3180

1380x196x360

1100x200x10180

1100x200x10120

1100x200x10600

5

0

5

10-30 мин при температуре 110-120°С, о т я и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения однородности световодов сбора, сместителей спектра и изготовления протяженных сцинтиллято- ров на акриловой основе с повышенной однородностью светосбора, выдержку производят в течение 0,5 - 10 мин, подъем из красильной ванны осуществляют с переменной скоростью, посто ш- ной на каждом т--м участке, где , 3,«..,n, n - число участков, причем размер участка находят по формуле у/п, где у - длина образца, скорость подъ- ема на участке m равна

Vln-2,5-(.

,4 + (m-1)f

Т а б л и ц а 1

Т г б л и ц а 2

2,3 2,8

2,7 2,7 2,8 3,0 3,5 4,5 2,8

91547539

ТаблицаЗ

Участок

Г 1 Г 2 | 3Участок| 1 2 |

Скорость подъема- спуска, мм/с 2,5 1,1 0,4

„. .тт ...

- Т ..в« -. - - мнЧн м ««.« ш...

Участок

Скорость подъема, мм/с 2,5 2,15 1,8 1,45 1,1 0,75 0,4

. у.... i

1 2 |

10 Таблица4

3

Скорость подъема,

мм/с0,4 1,1 2,5

.ц ,ал.---..« ,. j

Таблица5

1

CJ

г

- 2 5

Tf/fffifSSffi

Фаг. 7

Фиг. I

А,отн.ед

ЮWЮ40506070

Фм.З

И

iт