СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР Советский патент 1994 года по МПК G01T1/202 

Изобретение относится к сцинтилляционным детектирующим устройствам и может найти широкое применение в конструировании и производстве приборов для регистрации и спектрометрии ионизирующих излучений, работоспособных в условиях повышенных механических и климатических воздействий.

Известен сцинтилляционный детектор, содержащий размещенные в корпусе с выходным окном из оптического стекла сцинтиллятор, элемент оптической связи, расположенный между сцинтиллятором и выходным окном. В качестве элемента оптической связи используют предварительно изготовленную прокладку в форме диска толщиной 3 мм, имеющую канавки, компенсирующие температурные расширения. Прокладка выполнена из композиции на основе низкомолекулярного полиорганосилоксанового каучука СКТН и приклеена к сцинтиллятору и выходному окну клеем на основе каучука СКТН.

Недостатком данного технического решения является большая толщина прокладки, необходимая для компенсации тепловых расширений сцинтиллятора, что приводит к большим потерям светового потока и ухудшению сцинтилляционных характеристик детектора. Кроме того, наличие канавок уменьшает площадь оптического контакта, что также приводит к дополнительным потерям света. В результате использования такого элемента оптической связи термопрочность конструкции детектора достигается за счет ухудшения его сцинтилляционных параметров.

Известен сцинтилляционный детектор, содержащий размещенные в корпусе с выходным окном из оптического стекла сцинтиллятор, элемент оптической связи, расположенный между сцинтиллятором и выходным окном. Элемент оптической связи выполнен двухслойным, причем слой со стороны сцинтиллятора выполнен из неотвержденного высокомолекулярного каучука большой вязкости, а слой со стороны выходного окна - из отвержденного каучука типа СКТН и охватывает первый слой и часть боковой поверхности сцинтиллятора в виде крышки высотой до 4 мм.

Двухслойный элемент оптической связи обеспечивает хороший оптический контакт благодаря применению неотвержденного каучука, постоянно смачивающего сцинтиллятор. Наружный слой отвержденного каучука имеет неплохую адгезию к стеклу и, охватывая слой неотвержденного каучука, препятствует его вытеканию из зоны оптического контакта.

Недостатком такого детектора являются температурная нестабильность и недолговечность оптического контакта. При постоянном усилии прижатия сцинтиллятора к выходному окну, которое необходимо для работы элемента оптической связи, неотвержденный каучук постепенно выдавливается из зоны контакта. Этот процесс значительно усиливается при высоких температурах вследствие теплового расширения сцинтиллятора. В результате при тепловых воздействиях происходит нарушение оптического контакта, что приводит к необратимому ухудшению сцинтилляционных характеристик.

Таким образом, такое техническое решение не обеспечивает достаточно термопрочности сцинтилляционного детектора.

Принципиальным недостатком известных конструкций является то, что независимо от вида элемента оптической связи существует некоторое критическое значение теплового удлинения кристаллического сцинтиллятора, при котором элемент оптической связи разрушается либо вытесняется из зоны контакта, что ограничивает термопрочность сцинтилляционного детектора.

Целью изобретения является повышение термопрочности сцинтилляционного детектора при сохранении его сцинтилляционных характеристик за счет стабилизации оптического контакта сцинтиллятора с выходным окном.

Поставленная цель достигается тем, что сцинтилляционный детектор, содержащий размещенные в корпусе с выходным окном из оптического стекла сцинтиллятор, элемент оптической связи, расположенный между сцинтиллятором и выходным окном, снабжен кольцевым опорным элементом, расположенным между поверхностью сцинтиллятора, обращенной к выходному окну, и плоскостью выходного окна, причем внутренний диаметр указанного опорного элемента соответствует диаметру используемой поверхности выходного окна детектора, а его высота составляет 0,2-0,7 мм.

Применение кольцевого элемента позволяет разгрузить элемент оптической связи детектора от воздействия сцинтиллятора как при механических нагрузках, так и при тепловом расширении. Любое усилие, направленное от сцинтиллятора к выходному окну, в данном случае приходится на опорный элемент. В результате достигается стабилизация оптического контакта при самых опасных - осевых нагрузках как механического, так и теплового происхождения.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает термопрочность сцинтилляционного детектора за счет разгрузки зоны оптического контакта, что позволяет значительно упростить узел оптического контакта, уменьшить его толщину, избежать оптически нецелесообразных конфигураций, расширить круг приемлемых для термо- и механически прочных детекторов иммерсионных веществ с высокими оптическими характеристиками.

В зависимости от требований к конфигурации детектора и жесткости конструкции опорный элемент может быть выполнен как в виде отдельной детали, так и части других элементов конструкции, например корпуса, либо центрирующего кольца, фиксирующего расположение сцинтиллятора. В последнем случае кольцевой опорный элемент выполняется в виде уступа в центрирующем кольце.

Ограничение внутреннего диаметра кольцевого опорного элемента обусловлено потерями при сборе света с детектора на фотоприемник. Если диаметр кольцевого опорного элемента не менее диаметра используемой поверхности выходного окна, сопрягаемый с фотоприемником, то указанный элемент не вносит дополнительных ограничений в сечение светового потока и, следовательно, не уменьшает световой выход детектора.

Высота кольцевого элемента установлена в процессе эксперимента и связана и оптимальной толщиной применяемого в детекторе элемента оптической связи. Последняя зависит от оптических и физико-механических характеристик материала элемента оптической связи. Эксперименты, проведенные на детекторах с различными элементами оптической связи, показали, что значение высоты опорного элемента в пределах 0,2-0,7 мм в равной степени обеспечивает их прочность в составе детектора, не оказывая практически влияния на их оптические характеристики.

При высоте кольцевого элемента более 0,7 мм становятся заметными потери света в результате поглощения в объеме элемента оптической связи, а также рассеяния на стенках кольцевого опорного элемента.

Уменьшение высоты кольцевого опорного элемента до значения менее 0,2 мм технически сложно и нецелесообразно, так как на оптические характеристики элемента оптической связи это практически не влияет, а механическая прочность ухудшается при деформациях в результате радиальных термических расширений.

На чертеже показана конструкция сцинтилляционного детектора. Сцинтилляционный детектор содержит корпус 1 с выходным окном 2, кристаллический сцинтиллятор 3, окруженный светоотражающей оболочкой 4. Между поверхностью сцинтиллятора, обращенной к выходному окну, и выходным окном имеется кольцевой опорный элемент, выполненный в данном случае в виде кольцевого уступа в центрирующем кольце 5. В зоне оптического контакта сцинтиллятора с выходным окном, ограниченной опорным элементом, расположен элемент 6 оптической связи. Прижатие сцинтиллятора через опорный элемент к выходному окну осуществляется прижимным устройством 7. Выходное окно детектора сопряжено с фотокатодом ФЭУ.

П р и м е р. Предлагаемое техническое решение было проверено на детекторах со сцинтилляторами на основе кристаллов NaJ(TI) размерами 18 х 160 мм.

Были изготовлены три детектора с кольцевыми опорными элементами, выполненными в соответствии с изобретением с виде уступа на центрифугирующем кольце 5 Г-образного профиля. Высота кольцевого опорного элемента 0,3; 0,5 и 0,7 мм. Кроме того, изготовлен детектор с опорным элементом высотой 0,8 мм и детектор по прототипу. Для изготовления детекторов были подобраны кристаллы с одинаковым световым выходом.

Указанные детекторы, а также детектор, выполненный по прототипу были подвергнуты испытанию на воздействие повышенной температуры окружающей среды до 150^оС с выдержкой при предельной температуре в течение 2 ч.

Характеристики детекторов до и после испытаний приведены в таблице. Результат испытаний показывают, что детекторы, изготовленные по изобретению, превосходят прототип. (56) ТУ-6-09-5089-83.

Авторское свидетельство СССР N 1313190, кл. G 01 T 1/20, 1985.

Изобретение относится к области сцинтилляционной техники и может найти применение при конструировании и производстве приборов, регистрирующих сцинтилляционные излучения. Целью изобретения является повышение термопрочности сцинтилляционного детектора при сохранении его сцинтилляционных характеристик. Цель достигается выполнением детектора с кольцевым опорным элементом, расположенным между поверхностью сцинтиллятора, обращенной к выходному окну, и плоскостью выходного окна, причем внутренний детектор опорного элемента соответствует диаметру используемой поверхности выходного окна детектора, а его высота составляет 0,2 - 0,7 мм. 1 ил. , 1 табл.

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержащий размещенные в корпусе с выходным окном из оптического стекла сцинтиллятор, элемент оптической связи, расположенный между сцинтиллятором и выходным окном, отличающийся тем, что, с целью повышения термопрочности сцинтилляционного детектора при сохранении его сцинтилляционных характеристик, детектор снабжен кольцевым опорным элементом, расположенным между поверхностью сцинтиллятора, обращенной к выходному окну, и плоскостью выходного окна, причем внутренний диаметр указанного опорного элемента соответствует диаметру используемой поверхности выходного окна детектора, а его высота составляет 0,2 - 0,7 мм.