Сцинтиблок Советский патент 1992 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к ядерной спектроскопии, точнее к измерительным устройствам, используемым в гамма-спектрометрах, предназначенных для исследования космического гамма-излучения, гамма-каротажа, гамма-дефектоскопии и др.

Наиболее близким к предлагаемому является сцинтиблок, содержащий корпус с размещенным в нем сцинтиллятором, оптически соединенным с фотоумножителем и частично окружающим сцинтиллятор и фотоэлектронный умножитель эластичным теплоизолятором из низкомолекулярного каучука, расположенным в пространстве между корпусом и сцинтиллятором с фотоумножителем. При этом теплоизолятор выполнен из низкомолекулярного привитого

полистиролполисилоксанового каучука - стиросила.

Недостатком известного устройства является низкая теплоизоляция кристалла и фотоэлектронного умножителя, связанная с тем, что через определенное время кристалл и фотоэлектронный умножитель будут переохлаждены или перегреты соотзетст- венно низкой или высокой температурой среды, окружающей сцинтиблок, что приведет к изменению его характеристик, т.е. к их нестабильности. Этим устройством также невозможно определить вид излучения.

Цель изобретения - повышение избира- тельности к гамма-и нейтронному излучениям с одновременным повышением стабильности характеристик при изменении температуры окружающей среды.

ю VJ

ON

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом сцинтиблоке, содержащем корпус с размещенным в нем сцинтилляци- онным кристаллом, соединенным с фотоэлектронным умножителем, боковые и по меньшей мере одна торцовая поверхности корпуса окружены герметичным чехлом, в зазоре между которыми, заполненном токо- носителем, размещен нагреватель, а в зазоре между корпусом и кристаллом - датчик температуры, соединенный с терморегулятором, подключенным к нагревателю. В качестве теплоносителя применена жидкость из группы кремнийорганических или фторо- органических соединений, в частности пол- иметилсилоксановая жидкость или теплопроводная масса,

Построение такого устройства необходимо для решения ряда задач, в которых используются измерители гамма-излучения, работающие при воздействии низких и высоких температур окружающей среды. Устройство позволяет значительно повысить эффективность и экономичность измерений при сохранении стабильности параметров. Это достигается за счет применения нагревателя и теплоносителя, размещенных в зазоре между корпусом и чехлом, а также средства регулирования температуры.

На фиг. 1 изображен сцинтиблок, разрез; на фиг. 2 - зависимость амплитуды сигнала сцинтиблока от температуры.

Сцинтиблок содержит корпус 1, в котором размещен сцинтилляционный кристалл (СК) 2, оптическим клеем 3 соединенный с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 4.

В патроне 5 ФЭУ 4 закреплен делитель б напряжения и эластичный уплотнитель 7, контактирующий с нажимным фланцем 8. Зазор между корпусом 1, СК 2 и ФЭУ 4 заполнен эластичным теплоизолятором 9, например кремнийорганическим каучуком типа СКТН, силпен или стиросил. Эти каучу- ки обладают высокими электроизоляционными характеристиками, являются хорошими амортизаторами. В качестве изоляторов тепла они могут быть использованы на непродолжительное время и только в качестве температурного демпфера при резких изменениях температуры окружающей среды, так как в иных условиях собственное тепловыделение ФЭУ 4 делителя 6 напряжения недостаточно для продолжительного поддержания температуры ФЭУ 4 и СК 2 в узких пределах, необходимых для сохранения стабильности характеристик устройства.

Корпус 1 окружен чехлом 10, герметично закрепленным на нем. На наружной поверхности 11 корпуса 1 размещен распределительный нагреватель 12, например тонкая (около 0,2 мм) нихромовая проволока, электрически изолированная от корпуса 1 и чехла 10. Зазор между корпусом 1 и чехлом 10 заполнен теплоносителем 13, в качестве которого используется материал, обладающий комплексом характеристик: низкой, не более 0,17 , теплопроводностью,

0 высокой, не менее 15 кВ/мм, электрической прочностью, низким, неболееО,06см2/гдля Е 1,0 МэВ, коэффициентом поглощения гамма-квантов, широким диапазоном рабочих температур, не менее чем от -60 до

5 +300°С, низким, не более 0,093 г град/см , коэффициентом теплового расширения. В качестве такого материала для регистрации гамма-излучения могут использоваться кремнийорганические жидкости и наиболее

0 оптимально высоковязкие полиметилси-- локсановые жидкости групп от ПМС-2500 до ПМС-250000 или кремнийорганические теп- лопровидящие пасты, например, типа КПГ- 8, а для детектирования быстрых нейтронов

5 - фтороорганические жидкости. Изменение объема жидкости при нагреве нагревателя компенсируется температурным компенсатором 14 изменения объема жидкости, который может быть выполнен, например, в

0 виде эластичной мембраны или расширительного бачка, сопряженного с чехлом 10. На поверхности 15 ФЭУ 4 установлен датчик 16 температуры, электрически соединенный с терморегулятором 17, точность

5 регулирования температуры которого составляет ±0,5°С.

На нажимном фланце 8 установлены средства 18 крепления, на которых закреплена плата 19 с терморегулятором 17. На

0 корпусе 1 герметично закреплена герметичная переходная колодка 20, к которой с одной стороны подключены нагреватель 12, а с другой - сетевые токоподводы 21. На задней стенке 22 корпуса 1 установлены разъ5 емы 23 для подвода сетевого питания, разъемы 24 для подвода высокого напряжения и разъемы 25 для съема сигналов информации.

Корпус 1 и чехол 10 изготовлены из ма0 териала, не поглощающего гамма-излучение, например из алюминия или титана,

Сцинтиблок работает следующим образом.

Гамма-кванты, проникающие без погло5 щения через чехол 10, теплоноситель 13 и корпус 1, попадая в СК2, возбуждают в нем световые вспышки, которые фиксируются ФЭУ 4. При измерении предлага-: ым сцин- тиблоком с полиметилсилоксановыми теплоносителями 13 гамма-излучения становится

возможным запрограммирована изменять экранировку детектирующего кристалла с целью уменьшения частотной перегрузки в мягкой области спектра при большой интенсивности измеряемого излучения.

При измерении предлагаемым сцинтиб- локом с полиметилфтороорганическим теплоносителем 13 возможно детектирование быстрых нейтронов с управляемой чувствительностью. Детектирование нейтронов осуществляется путем регистрации гамма- излучения изотопа N16, образовавшегося в

результате реакции F (n a)N Гамма-излучение регистрируется в диапазоне 5-7,5 МэВ, где фон гамма-излучения очень мал. При толщине зазора 5 мм эффективность этого устройства к нейтронам с энергией 10 МэВ составляет несколько процентов, что соответствует эффективности большинства известных детекторов к нейтронам в этом энергетическом диапазоне. Однако известные детекторы, позволяющие одновременно достигнуть исполнения всего комплекса параметров, аналогичных предлагаемому устройству, имеют более сложное конструктивное выполнение. В предлагаемом сцин- тиблоке те же задачи решены более простыми средствами.

Запрограммированное изменение электрических параметров при постоянной величине зазора между корпусом и чехлом осуществляется подбором состава (индекса) жидкости данного типа, например, индекс полиметилстилоксановых жидкостей изменяется от ПМС 1,5 до ПМС 250000. Индекс связан с изменением вязкости, плотности и других параметров.

Нагреватель 12 разогревает теплоноситель 13 до тех пор, пока температура внутри корпуса, регистрируемая датчиком 16, достигает 45°С. Значение температуры нагревателя 45°С выбрано из следующих соображений. Зависимость амплитуды выходного сигнала сцин-иблока от температуры окружающей среды такова, что (см. фиг. 2) стабильный участок ее приходится на температуру 45°С. В этом случае стабильность амплитуды выходного сигнала для регистрации положения линий в спектре гамма-излучения с точностью не менее 1 % может быть достигнута при точности поддержания температуры СК 2 и ФЗУ 4 в пределах ± 1°С. При температуре ниже 45°С точность поддержания температуры должча быть выше, что приводит к более частому включению нагревателя 12, а следовательно, к снижению экономичности, так как увеличивается энергопотребление. Кроме того, в реальных условиях маловероятна работа сцинтиблока

при температуре окружающей среды выше 45°С, поэтому нет необходимости в его охлаждении.

По достижении значения температуры

45°С датчик 16 вырабатывает сигнал на терморегулятор 17, который отключает нагреватель 12, а при снижении температуры ниже 45°С выключает его. С учетом инерционности нагревателя 12 и теплоносителя 13,

а также подбором типа терморегулятора 17, точность поддержания температуры СК 2 и ФЭУ 4 не должна быть ниже, чем ±1°С. Теплоноситель 13 обеспечивает равномерное распределение температуры нагрева

СК 2 и ФЭУ 4. Увеличение объема теплоносителя 13 при нагреве его нагревателем 12 компенсируется компенсатором 14, заполняемым теплоносителем 13 при минимальной возможной температуре и имеющим

ход, достаточный для компенсации увеличения объема при максимальной температуре. При применении предлагаемого сцинтиблока повышается стабильность физических характеристик за счет стабилизации

температурного режима работы КС 2 и ФЭУ 4 при использовании нагревателя, распределенного вдоль СК и ФЭУ снаружи корпуса в теплоносителе в сочетании с терморегулятором, повышается стабильность электрических характеристик за счет выполнения теплоносителя из материала с большой теп- лоинерционностью, повышается точность регистрации гамма-излучения, появляется возможность варьировать требуемые значения стабильности характеристик и предельные значения температуры стабилизации при работах в разных климатических зонах. Кроме того, имеется дополнительный эффект, возникающий в результате взаимодействия измеренного излучения с веществом теплоносителя, в качестве которого использованы элементоорганические жидкости.

45

Формула изобретения

1. Сцинтиблок, содержащий корпус с размещенными в нем сцинтилляционным кристаллом, соединенным с фотоэлектронным умножителем, отличающийся тем, что, с целью повышения избирательности к гамма- и нейтронному излучениям с одновременным повышением стабильности характеристик при изменении температуры

окружающей среды, боковые и по меньшей мере одна торцовая поверхности корпуса окружены герметичным чехлом, в зазоре между которыми, заполненном жидким эле- ментоорганическим теплоносителем, размещен нагреватель, а в зазоре между

корпусом и кристаллом - датчик температуры, соединенный с терморегулятором, подключенным к нагревателю.

2. Сцинтиблок по п. 1,отличающий3. Сцинтиблок по п. 1,отличающий- с я тем, что в качестве теплоносителя применес я тем, что в качестве теплоносителя приме- 5 на жидкость из полиорганосилоксановой группы.

нена жидкость класса фторорганических соединений.

3. Сцинтиблок по п. 1,отличающий- с я тем, что в качестве теплоносителя применена жидкость из полиорганосилоксановой группы.

Изобретение относится к сцинтилляци- онным детекторам ионизирующих излучений. Целью изобретения является повышение избирательности к гамма-и нейтронному излучениям с одновременным повышением стабильности характеристик при изменении температуры окружающей среды. Цель достигается тем, что в сцинтибло- ке, содержащем корпус с размещенными в нем сцинтилляционным кристаллом, соединенным с фотоэлектронным умножителей, боковые и по меньшей мере одна торцовая поверхности корпуса окружены герметичным чехлом, в зазоре между которыми, заполненном жидким элементоорганическим теплоносителем, размещен нагреватель, а в зазоре между корпусом и кристаллом - датчик температуры, соединенный с терморегулятором, подключенным к нагревателю Эффект обусловлен, в частности, взаимодействием измеряемого излучения с веществом теплоносителя, 2 з,п.ф-лы, 2 ил. сл с

21 is & гз

Фиг, d

НО..

1QO

90

$

Ј so

X

с

X 70

СЮ

(О

о/о

..V./ ЈPATyPA; °C

Фиг. 2