Сцинтилляционный детектор, способ его сборки и устройство для сборки сцинтилляционного детектора Советский патент 1993 года по МПК G01T1/202 

Изобретение относится к области сцин- тилляционной техники, и может быть использовано при создании конструкций детекторов на базе сцинтилляционных кристаллов с помощью устройств для формирования светоот- ражающей оболочки сцинтиллятора из порошкообразных материалов.

Цель изобретения - улучшение оптических характеристик и повышение их стабильности при повышенных механических нагрузках.

Сцинтилляционный детектор имеет не однослойный контейнер из разнородного материала, причем внутренний слой контейнера выполнен в виде эластичного стакана из не обязательно светоотражающего материала. Основными качествами эластичного стакана являются минимальная толщина его стенок, минимальная поглощающая способность по отношению к ионизирующему излучению и максимальная жесткость, с точки зрения сопротивления растяжению в осевом направлении. С противоположной от окна детектора стороны донная часть эластичного стакана контейнера отделена от .насыпной светоотражаюа1ей оболочки Сцинтиллятора жесткой листовой пластинкой, размеры которой (исключая толщину) в точности соответствуют размерам поперечного сечения полости эластичного стакана. На внутренней, по.отношению к кристаллу, поверхности этой жесткой пластинки закреплено центрирующее кристалл кольцо, охватывающее последний как с периферийной, так и с торцевой стороны. В свободном состоянии (до сборки) глубина кольцевой выемки на внутренней части центрирующего кольца кристалла, т.е. глубина посадочного места под кристалл, не постоянна и уменьшается в направлении от периферии к центру. Торцевая часть самого монокристалла с обеих сторон выполнена традициел

с

00

о

СП

-N о

онно плоской, Со стороны окна детектор имеет второе трансформируемое по внешнему диаметру центрирующее кольцо, выполненное из двух разнородных по материалу насаженных друг на друга (кон- центрично) кольцевых частей. Внутренняя поверхность внутренней кольцевой части центрирующего кольца по форме в точности повторяет периферию сцинтиллятора, а наружная выполнена в виде канавки с нормальным сечением в виде дуги окружности. Наружный диаметр внутренней кольцевой части со стороны, противоположной окну детектора больше, чем со стороны, окна, а минимальная величина его приходится на срединную ее часть. Другими словами, внутренняя кольцевая часть рассматриваемого (верхнего) центрирующего кольца имеет переменный по высоте наружный диаметр и максимум его приходится на противолежащую от окна сторону. Наружная кольцевая часть верхнего центрирующего кольца выполнена из пружинящего материала и в нормальном сечении имеет форму, близкую к запятой, ориентированной круговой частью внутрь, а тангенциально расположенным линейной формы хвостиков - - наружу. Друг с,другом обе кольцевые части верхнего центрирующего кольца сопряжены в области кругового утолщения наружной и периферийной канавки внутренней кольцевых частей, В области сопряжения геометрические параметры обеих кольцевых частей

полностью совпадают. Так достигается подвижность сопряжения с точки зрения скручивания наружной кольцевой части. В собранном виде наружная кольцевая часть верхнего центрирующего кольца находится в частично вывернутом состоянии и на периферийной поверхности имеет цилиндрический участок, по диаметру совпадающий с внутренним диаметром эластичного стакана контейнера, В свободном состоянии верхнее центрирующее кольцо имеет

периферийную поверхность в форме усеченного конуса, обращенного вершиной к окну детектора и с диаметром большего основания, превышающим внутренний диаметр эластичного стакана контейнера, находящегося в собранном виде с основной металлической его частью. Донная наружная часть контейнера детектора выполнена отьемной и монтируемой в направлении изнутри наружу. По контуру сопряжения наружной отъемной донной части контейнера с его основной цилиндрической частью выполнено ряд глухих отверстий, предназначенных для размещения герметизирующего материала в зазор между упомянутыми частями контейнера. Насыпная порошковая

и

светоотражающая оболочка в заявляемой конструкции устроена традиционным образом в зазоре между контейнером и сцинтил- лятором, но удерживается в постоянно

5 напряженном (сжатом) состоянии.

Заявляемый способ сборки сцинтилля- ционного детектора состоит в том, что вначале внешний жесткий бездонный стакан контейнера помещают внутрь технологиче10 ской обоймы, диаметр полости которой в точности соответствует наружному диаметру упомянутого стакана. Ориентируют стакан при этом вертикально, донной частью вниз, Сверху стакан прикрывают технологи15 ческой шайбой, внутренний диаметр отверстия которой фиксирован по высоте и равен внутреннему диаметру внешнего стакана контейнера. Ориентируют технологическую шайбу также соосно со стаканом контейнера, После этого внутрь последнего помещают дно контейнера, а также разрезанное пружинное технологическое кольцо, заполняющее собой расточку внутри него, использующую в дальнейшем для закрепления оптического стекла окна. Эластичный стакан контейнера устанавливают также внутри технологической обоймы переменного диаметра, располагая дном вниз над жестким стаканом соосно с последним. Закрепляют эластичный стакан.путем защемления его отбортованных технологических краев. Поскольку высота технологической обоймы эластичного стакана контейнера меньше. чем высота самого эластичного стакана, то нижняя часть последнего располагается внутри упомянутой выше технологической шайбы. В месте сопряжения технологической шайбы и технологической обоймы эластичного стакана их внутренние диаметры совпадают и равны наружному диаметру донной части эластичного стакана контейнера. Выше этого уровня эластичный стакан контейнера располагается внутри технологической обоймы с зазором. После этого покоящееся внутри жесткого внешнего стакана контейнера его отъемное дно приподнимают, не изменяя горизонтальной ориентации до полного касания и нижней поверхности донной части эластичного стакана. В таком положении отъемное дно внешнего стакана фиксируют, а внутрь эластичного стакана помещают жесткую листовую пластинку с закрепленным на ее верхней поверхности нижним центрирующим кольцом

55 сцинтиллятора. Далее традиционным образом формируют донную часть насыпной порршковой светоотражающей оболочки, располагая ее на жесткой листовой пластинке в пространстве между внутренними поверхностями нижнего центрирующего

20

25

30

35

40

45

50

кольца сцинтиллятора. Толщина светоотра- жающего порошкового слоя выбирается при этом такой, чтобы его верхняя поверхность располагалась строго на одном уровне с внутренней кромкой посадочного места под сцинтиллятор, выполненного внутри центрирующего кольца, Затем внутрь центрирующего кольца на свое посадочное место устанавливают сцинтиллятор и прижимают его ко дну контейнера, сжимая материал светоотражающей оболочки и частично деформируя торцевую часть центрирующего кольца. Внутри эластичного стакана контейнера сцинтиллятор располагается традиционно с зазором и строго кон- центрично. В дальнейшем кристалл удерживают прижатым ко дну контейнера без каких-либо осевых и радикальных перемещений, а эластичный стакан контейнера подвергают осевому растяжению и в напряженном состоянии фиксируют. После этого традиционным образом формируют цилиндрическую часть насыпной светоотражающей оболочки с той лишь разницей, что в процессе уплотнения материала оболочки эластичный стакан контейнера, преодолевая его упругость, изменяют до диаметра технологической обоймы охватывающей его с зазором/Формирование насыпной части светоотражающей оболочки выполняют без осевого разгружения монокристалла и с таким же ограничением выполняют смену уплотняющего инструмента. Далее, также без осевого разгружения монокристалла, устанавливают верхнее трансформируемое по наружному диаметру центрирующее кольцо, погружая его в зазор между эластичным стаканом контейнера и монокристаллом до одного (по высоте) уровня с последним. После этого начинают перемещать монокристалл вместе с его верхним центрирующим кольцом вниз, внутрь жесткого внешнего стакана контейнера. Защемленные технологические края эластичного стакана контейнера при этом освобождают, а подпирающее снизу усилие, воздействующее на отъемное дно внешнего стакана контейнера, снижают, давая ему также возможность перемещаться вниз. Поскольку внешний диаметр раздутого светоотражающей оболочкой эластичного стакана контейнера больше, чем внутренний диаметр полости внешнего стакана, то перемещение вышеупомянутого узла вниз сопровождается радиальным сжатием эластичного стакана, а следовательно доуп- лотнением материала насыпной порошковой светоотражающей оболочки и перевод последней в постояннонапряженное состояние. Вместе со светоотражающим слоем сжатию подвергается и верхнее центрирующее кольцо монокристалла, при этом его наружный диаметр уменьшается на столько, насколько необходимо для полного погружения его вместе с остальными деталями 5 детектора внутрь внешнего стакана контейнера. После того как монокристалл вместе со светоотражающей оболочкой, эластичным стаканом контейнера и другими деталями полностью запрессован внутрь

0 внешнего стакана контейнера до рабочего положения, осевую нагрузку с него снимают, технологическую часть эластичного стакана контейнера удаляют (обрезают), удаляют также технологическое разрезан5 ное пружинное кольцо, заполняющее собой расточку под клеевое крепление оптического стекла окна и устанавливают последнее. Оптический контакт стекла окна с торцевой поверхностью монокристалла обеспечива0 ется традиционным образом, например путем приклеивания оптическим клеем. Клеем герметизируется и стык стекла с внешним стаканом контейнера. В процессе приклеивания стекла его прижимают к торцу

5 монокристалла осевым усилием, чем обеспечивается не только надежный оптический контакт стекла с кристаллом, а и требуемое сжатие донной части светоотражающей оболочки. Осевое нагружение не снимается до

0 полного затвердевания клея. После этого вынимают детектор из технологической обоймы и выполняют герметизацию стыка отъемного дна контейнера с его внешним стаканом.

5 Устройство для осуществления заявляемого способа представляет собой два вертикальных подвижных в осевом направлении соосно расположенных штока, между которыми также соосно закреплены две техноло0. гические обоймы переменного внутреннего диаметра. В первой из обойм (назовем ее нижней) выполнено посадочное место под внешний стакан контейнера детектора нужного типоразмера. Вторая обойма (верхняя)

5 отделена от нижней технологической шайбой, внутренний диаметр отверстия которой совпадает с внутренним диаметром внешнего стакана контейнера детектора, Закреплена технологическая шайба также соосно с други0 ми уже названными деталями. Верхняя обойма имеет ряд конструктивных особен- , ностей. Во-первых, она выполнена составной, состоящей по меньшей мере из двух частей - конической и цилиндрической,

5 имеющих соответствующей формы полости. Коническая часть.верхней обоймы имеет полость в виде перевернутого усеченного конуса с нижним (меньшим) основанием по диаметру, равным диаметру отверстия в технологической шайбе, отделяющей верхнюю

технологическую обойму от нижней. Во-вторых, обе части верхней обоймы (цилиндрическая и коническая) сопрягаются между собой также по конической поверхности и также обращенной большим основанием вверх. В-третьих, коническая часть верхней технологической обоймы также выполнена составной, составленной из несколькихсек- торообраэных деталей, подвижных в радиальном направлении, а цилиндрическая часть верхней технологической обоймы выполнена с диаметром полости, превышающим внутренний диаметр внешнего стакана контейнера, подвижной в осевом направлении и покоящейся на нижней своей части, сопрягаясь по уже упомянутым коническим поверхностям. Над верхней технологической обоймой располагается воронка для сыпучего материала светоотражающей оболочки и цилиндрический в виде отрезка трубы дозатор. Дозатор и воронка также подвижны с возможностью перемещения вдоль общей оси симметрии устройства. В зазор между дозатором и верхним штоком расположена уплотняющая втулка. Внутренний диаметр втулки соответствует диаметру штока и диаметру сцинтиллятора, соответствующего всему устройству типоразмера. Уплотняющая втулка выполнена составной и может быть установлена в устройстве без каких-либо изменений в положениях уже упомянутых его деталей. Нарух .ный диаметр уплотняющей втулки меньше диаметра цилиндрической полости в соответствующей части верхней технологической обоймы.

На фиг. 1 изображен осевой разрез сциитилляционного детектора; на фиг. 2 - вид детектора со стороны, противоположной о кну; на фиг. 3 - локальный осбвой разрез в области глухого сверления в донной части контейнера детектора; на фиг. 4 - локальный осевой разрез детектора в области верхнего центрирующего кольца монокристалла; на фиг. 5 - два наложенных друг на друга осевых разреза устройства для сборки детектора: справа от осевой линии изображено устройство в состоянии, предшествующем осевому натяжению эластичного стакана контейнера, а слева - в состоянии, когда эластичный стакан уже напряжен и устройство готово для начала формирования насыпной светоотражающей оболочки (цилиндрической ее части).

На фиг. 6 - показан нормальный разрез нижнего центрирующего кольца сцинтиллятора в состоянии, предшествующем осевому сжатия донной части насыпной порошковой светоотражающей оболочки; на фиг. 7 - то же, в состоянии после осевого

сжатия донной части насыпной светоотражающей оболочки; на фиг. 8 - локальный осевой разрез верхней части контейнера детектора в области проточки под стекло окна

детектора; на фиг. 9 - два наложенных друг на друга осевых разреза устройства для сборки детектора: справа от осевой линии изображено устройство в состоянии начала этапа формирования цилиндрической час0 ти насыпной порошковой светоотражающей оболочки сцинтиллятора, а слева - в состоянии завершения формирования этой оболочки.

На фиг. 10 - показано поперечное сече5 ние уплотняющей втулки устройства для сборки детектора; на фиг. 11 - поперечное оси симметрии сечение устройства для сборки детектора в области конической части верхней технологической обоймы; на фиг.

0 12 - два наложенных друг на друга осевых разреза устройства для сборки детектора: справа от осевой линии изображено устройство в момент укладки верхнего центрирующего кольца монокристалла, а слева - в

5 состоянии погружения этого кольца до уровня верхнего торца сцинтиллятора; на фиг. 13 - показан нормальный разрез верхнего центрирующего кольца в состоянии, предшествующем погружению в зазор между

0 монокристаллом и эластичным стаканом контейнера; на фиг. 14 - два наложенных друг на друга осевых разреза устройства дли .сборки детектора: справа от осевой линии в текущем состоянии в ходе перемещения мо5 нокристалла из верхней технологической обоймы внутрь наружного стакана контейнера, а слева - в состоянии завершения операции перемещения; на фиг. 15 - нормальное сечение верхнего центрирующего

0 кольца сцинтиллятора в момент завершения операции перемещения монокристалла .из верхней технологической обоймы в наружный стакан контейнера; на фиг. 16- собранный детектор на этапе приклеиваний

5 оптического стекла окна.

Сцинтилляционный детектор включает в себя (фиг. 1-4) составной неоднородный по материалу контейнер, состоящий из наружного жесткого (металлического) цилинд0 рического стакана 1 с отъемным дном 2, внутреннего эластичного стакана 3, например из углепластика, и металлического диска. Наружныйi стакан 1 представляет собой тру бчатую конструкцию с перпендикуляр.5 ными ос;и симметрии торцами 5 и 6. Со стороны верхнего торца б стакана 1 на внутренней его поверхности имеется фигурная расточка 7, а со стороны другого торца 5 - выступающий внутрь кольцевой буртик 8. Отъемное дно 2 стакана 1 выполнено плоским и также круглой формы со ступенчатым наружным диаметром. С внутренней стороны (со стороны поверхности 9) диаметр отъемного дна 2 больше, чем собственный диаметр с другой своей стороны (со стороны поверхности 10), больше чем образованное буртиком 8 ступенчатое отверстие внутри стакана 1, но меньше диаметра полости цилиндрической средней части стакана 1. Смонтировано дно 2 внутри стакана 1 и удерживается от выпадания наружу буртиком 8 последнего. Эластичный стакан 3 располагается внутри стакана 1 и покрывает собой поверхность 9 отъемного дна 2. По высоте эластичный стакан 3 достигает уровня фигурной расточки. Ко дну 2 эластичный стакан 3 прижат металлическим диском 4, на противоположной дну 2 поверхности которого клеем закреплено центрирующее кольцо. Таким образом, глубина посадочного места подсцинтиллятор 16. выполненного внутри центрирующего кольца 11, переменная в радиальном направлении и увеличивается по мере удаления от оси симметрии кольца 11 и всего устройства о целом. Описанную выше форму кольца 11 сохраняют только в свободном состоянии. В процессе сборки детектора кольцо 11 частично деформируется (сжимается) под воздействием соосно посаженного в него сцинтиллятора 16. В сжатом состоянии кольца 11 (рабочее состояние) плоский торец 19 кристалла 16 своей периферийной частью прилегает к трансформировавшейся из конической в плоскую (в процессе сжатия кольца 11) поверхности 18 по всей площади последней (фиг, 7). В верхней части кристалла 16, со стороны отполированного его торца 20 имеется еще одно центрирующее кольцо 21, расположенное в зазоре между сцинтиллятором 16 и внутренней поверхностью эластичного стакана 3 не выше плоскости 20. Окна детектора выполнены традиционным образом и состоят из приклеенного к торцу 20 кристалла 16 и к стакану 1, в районе его фигурной расточки 7 и торца 6, стекла 24. Для приклеивания стекла 24 отполированной грани 20 кристалла 16 используют клеи с требуемыми оптическими свойствами (сдлй 25) на фиг. 4. Для прикле- ивания стекла 24 к стенкам стакана 1 (слой 26) могут быть использованы иные клеящие составы. Слой клея 26 обеспечивает требуе- мую прочность и герметичность соединения стекла 24 со стаканом 1, Для герметизации донной части детектора (фиг. 2) по контуру сопряжения отъемного дна 2 со стаканом 1 выполнено ряд глухих отверстий 27, облегчающих заливку герметизирующего состава в зазор между ними. В пространстве между

внешними поверхностями сцинтиллятора 16 (исключение составляет его торец 20 и участки сопряжения с кольцами 11 и 21), внутренними поверхностями эластичного 5 стакана 3 и металлического диска 4 расположена насыпная порошковая светоотража- ющая оболочка из окиси .магния или алюминия. Особенностью конструкции детектора является то обстоятельство, что все

0 внутренние детали его, включая насыпную светоотражающую оболочку (донная часть 28 и цилиндрическая периферийная часть 29), постоянно находятся в состоянии объемного сжатия. Создавая такое состояние в

5 процессе сборки детектора, благодаря выше описанным конструкту/аным особенностям его деталей.

С точки зрения процесса идентификации ионизирующего излучения, заявляемый

0 детектор по принципу работы ничем не отличается от известных, в частности прототипа. Отличие составляет насыпная светоотражающая оболочка, находящаяся в предварительно сжатом состоянии. Такая

5 особенность конструкции исключает разуплотнение и нарушение однородности оболочки в процессе даже длительного воздействия знакопеременных механических нагрузок, вибрации и тряски, а это, в

0 свою очередь, обеспечивает стабильность оптических качеств детектора на протяжении всего срока его эксплуатации.

Устройство для сборки детектора (фиг. 5-16) представляет собой два вертикальных

5 цилиндрических, соосно друг с другом расположенных, имеющих плоские, обращенные друг к другу, торцы 30 и 31 и подвижных в осевом направлении, штока 32 и 33. Шток 32 условимся называть нижний, а шток 33 0. верхний. Соосно с нижним штоком 32 не- ,подвижно закреплена охватывающая шток с зазором технологическая обойма 34. Полость внутри обоймы 34 представляет собой фигуру вращения, ступенчатую по диаметру

5 и соосную со штоком 32. Срединная часть полости обоймы 34 в точности повторяет периферию наружного стакана 1 контейнера детектора (наличие фаски на торце 6 стакана 1 игнорируется), равна по высоте длине

0 стакана 1 и является для него посадочным местом, Применяемая посадка в сопряже- . нпи стакан 1 - обойма 34 - с зазором. Верхний обрез обоймы 34, поверхность 35 выполнена плоской и нормальной оси сим5 метрии устройства. Между поверхностью 35 обоймы 34 и участком полости последней, занятым под стакан 1, расположено посадочное место под шайбу 36. Внутренняя поверхность шайбы 36 цилиндрическая, равная по диаметру, соответствующему разеру полости внутри стакана 1. По толщине айба 36 равна глубине посадочного места од нее в обойме 34, а поэтому верхний ровень шайбы 36 является продолжением оверхности 35, Геометрия части полости внутри обоймы 34, расположенной ниже ровня стакана 1, принципиального значения не имеет и выбирается из условия наежного осевого крепления стакана 1 и возможности осевого перемещения штока 32. Над обоймой 34 в устройстве имеется еще одна составная обойма (составляющие части 37, 38), также имеющая внутри полости, симметричную относительно общей оси симметрии всего устройства в целом. Верхняя часть 37 обоймы 37-38 имеет внутри полость строго цилиндрической формы по диаметру не меньшей, чем внутренний диаметр стакана 1 в средней его части. Обращенный к штоку 33 торец 39 детали 37 - плоский, нормальный общей оси симметрии

и плазносопряженный с внутренней цилиндрической ее поверхностью. Установлена деталь 37 с возможностью осевого перемещения. Нижний торец 40 и ее - конусный и представляет собой усеченную пирамиду, обращенную малым основанием вниз, т.е. к штоку 32. Сопряжение конусной поверхно- сти торца 40 с цилиндрической внутренней полости детали 37 выполнены в виде естественного пересечения конуса С цилиндром. Исключение составляет технологическое округление образовавшейся кромки 41 с радиусом порядка нескольких десятых или сотых долей миллиметра (в виду малости на фиг, 5, 9, 12 и 14 не показано). Между деталью 37 и нижней обоймой 34 заключены три или более сектора 38 (фиг. 11). Все секторы 38 подвижны в радиальном и осевом направлении, В целом секторы 38, если не принимать во внимание их деление на три составляющих, представляют собой кольцевую деталь со сквозным переменного поперечного сечения каналом в центре, нижним .плоским

нормальным оси симметрии всего устройства торцом41 и верхним, полностью соответствующим поверхности 40, конусным горцом 42. Образовавшаяся внутри секторов 38 полость, если все секторы максимально сдвинуты к центру до полного прилегания их друг к другу, представляет собой плавный переход цилиндрической полости внутри детали 37 к цилиндрической полости внутри шайбы 36 и стакана 1. В

рабочем состоянии устройства между торцами 41 и 35 деталей 34 и 38, между торцами 42 и 40 деталей 38 и 37, а также между сопрягающимися поверхностями деталей 36 и 38 зазоров нет. Над верхней обоймой, состоящей из деталей 37 и 38 соосно со

всеми уже названными деталями устройства расположена воронка 43 для сыпучего материала светоотражающей оболочки сцинтиллятора. Полость воронки 43 конусная с минимальным диаметром не меньшим, чем диаметр полости детали 37, Нижняя поверхность 44 воронки плоская, нормальная оси симметрии и параллельная торцу 39 детали 37. Доступ к полости ворон0 ки 43 со стороны штока 33 свободный. Крепится воронка 43 на детали 37 с возможностью сжатия поверхностей 44 и 39. Внутри воронки 43 имеется трубчатый дозатор 45, также соосно расположенный

5 по отношению к другим деталям и установленный с внутренней конусной поверхностью 46 воронки 43. Рабочая часть дозатора 45 представляет собой трубчатую деталь с {нормальным оси симметрии торцом, внут0 ренним диаметром равным диаметру полости в детали 37 за вычетом двух толщин стенки эластичного стакана 3 (фиг. 1) контейнера детектора и внешним диаметром, меньшим от диаметра большего основания

5 конусной полости в воронке 43 и выбранным, исходя из достаточности прочности конструкции дозатора 45. Внутренняя ци- . линдрическая поверхность дозатора 45 отстоит от внешней цилиндрической

0 поверхности штока 33 на некотором рассто-- янии, образуя радиальный зазор. В этом зазоре расположена составная уплотняющая втулка, разделенная на две составляющие 47 (фиг. 5, 9 и 10) плоскостью,

5 проходящей через ось симметрии всего устройства в целом, В комплект устройства входит несколько вариантов сменных втулок 48 и 49 (фиг. 9t 12, 13, 14 и 15), Общей их особенностью является то, что все они со0 стоят из двух одинаковых частей. Такая конструкция втулок позволяет производить их смену без каких-либо пеермещений штока 33, а просто путем разъема их на две части, Воедино половинки втулок объединяются с

5 помощью кольцевой обоймы (на чертежах не показана), Все упомянутые тут втулки (47, 48, 49) установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения по штоку 33 как по направляющей. Внутренний

0.диаметр во всех втулках одинаковый и равен диаметру штока 33 плюс допуск на зазор, Внешний диаметр одинаковый только у двух втулок 47 и 48 и равен диаметру полости в детали 37 за вычетом двух толщин

5 стенки эластичного стакана 3 (фиг. 1) и допусков на зазор. Торец втулки 47 плоский, нормальный оси симметрии ее. Торец втулки 48 выполнен также симметричным оси ее, но имеет выступающие в направлении штока 32 периферийные края, Торцевая поверхность втулки 48 со стороны штока 32 состоит из кольцевого нормального оси симметрии участка плоскости 50, плавно переходящей в конусную поверхность 51, расширяющуюся в направлении штока 32 и плавно сопрягающуюся с наружной собственной цилиндрической поверхностью втулки. В сечении торца втулки 48 плоскостью, проходящей через ось симметрии, содержится профиль близко повторяющий профиль аналогичного сечения верхнего центрирующего кольца 21 (фиг. 13), находящегося в свободном состоянии. Конструкция уплотняющей втулки 49 несколько более сложная (фиг. 12, 13, 14 и 15), Внеш- ний диаметр ее и самой нижней части равен внутреннему диаметру стакана 1 (измеренному в средней части) за вычетом двух толщин стенки эластичного стакана 3 (фиг. 1) и допуская на зазор. На некотором удалении от обращенного к штоку 32 торца втулки 49. наружный диаметр ее меньше. В проходящем через ось симметрии втулки 49, сечении профиль торца ее полностью повторяет профиль верхней части аналогичного сече- ния центрирующего кольца 21. Такая конструкция торца втулки 49 обеспечивает полное прилегание его к соответствующим поверхностям кольца 21. Кроме выше перечисленного, в комплект устройства входит пружинное разрезанное кольцо 52, заполняющее собой фигурную расточку 7 внутри стакана 1 (фиг. 8), два центрирующих стержня 53, нижней частью запрессованных в торец 30 штока 32 и эластичная прокладка 54, наклеенная на торец 31 штока 33.

Технологический процесс сборки детектора заключается в следующем. В начале технологического процесса (фиг. 5) шайба 36 из устройства удалена, а пакет деталей 37, 38, 43 и 45 приподняты над поверхностью 41 обоймы 34 на высоте, достаточной для ее установки, а детали 38, кроме того, раздвинуты в радиальном направлении. Шток 33 в этот момент времени также при- воднят и возвышается над дозатором 45 на высоте, достаточной для установки стакана 1 внутрь устройства. После установки внутрь обоймы 34 стакана 1 на его посадочное место устанавливают в рабочее положе- ние шайбу 36, а пакет деталей 37 и 38 опускают до полного выбора зазора между поверхностями 35 и 41, Теперь внутрь стакана 1, в его фигурную расточку 7 помещают пружинное разрезаное.кольцо 52 (фиг. 8). Шток 32 устанавливают так, чтобы он не достигал по высоте торца б стакана 1 на величину толщины отъемного дна 2 и, со- вместив имеющиеся на нижней поверхности 10 дна 2 центрирующие отверстия с

стержнями 53, устанавливают дно 2 на торец 30 штока 32 до полного исчезновения зазора между поверхностями 10 и 30. Далее внутрь верхней состовной обоймы 37, 38 устанавливают эластичный стакан 3, который на данный момент времени еще имеет отбортованные технологические края 55, и защемляют последние между воронкой 43 и деталью 37, или, что то же самое, между принадлежащими им поверхностями 44 и 39. Для защемления отбортованных краев 55 стакана 3 воронку 43 опускают и прижимают к детали 37. После этого на дно эластичного стакана 3 укладывают металлический диск 4 с уже приклеенными к нему центрирующим кольцом 11. Диск 4 прижимают в осевом направлении ко дну 2 до полного выбора зазоров между диском 4, дном стакана 3 и дном 2. Отмерив нужное количество (по весу) светоотражающего порошка (например окиси алюминия), засыпают его в пространство внутри центрирующего кольца 11 на диск 4 и, использовав шток 33 (путем опускания.навстречу штоку 32), уплотняют его до нужной степени. Толщина светоотражэющего слоя 28 после снятия осевой нагрузка со стороны торца 31 штока 33 равно высоте центрирующего кольца 11 за вычетом минимальной глубины посадочного места под сцинтиллятор 16 выполненного в нем (в кольце 11). После этого на кольцо 11 на свое посадочное место устанавливают сцинтиллятор 16. В этот момент времени светоотражающий слой 28 осевого сжатия не испытывает (весом кристалла 16 пренебрегаем), а поэтому кристалл 16 своим торцом 19 прилегает только к порошковому слою 28, а к конусной поверхности 18 поса- дочного места внутри кольца 11 касается только по контуру меньшего, возвышающегося над большим, основания. Конусная поверхность 18 пока не деформирована, как показано на фиг. 5 (справа от оси симметрии) и фиг. 6. Далее кристалл 16 штоком 33 через прокладку 57, предохраняющую торец 20 кристалл 16 от повреждения, прижимают вниз до состояния, иллюстрированного на фиг. 7, когда светоотражающий слой 28 сжат настолько, что конусная поверхность 18 посадочного места внутри кольца 11 трансформировалась в плоскую и полностью прилегает к торцу 19 кристалла 16. Именно по этой причине при выборе материала для кольца 1.1 учитывают его способность деформироваться без разрушений, в пределах упругости и с незначительным сопротивлением сжатию. В данном случае использован фторопласт. В таком состоянии устройство готово к подготовительным операциям по формированию цилиндрической

части светоотражающей оболочки монокристалла. Для этого монтируют уплотняющую втулку 47 с плоским торцом иа шток 33 и устанавливают ее в положение, в котором она перекрывает доступ порошка из воронки 43 в кольцевой зазор между кристаллом 16 и эластичным стаканом 3. Затем в воронку 43 засыпают светоотражающий порошок 58. Теперь детали 38 сдвигают в радиальном направлении к центру. Взаимодействуя по коническим поверхностям 40 и 42 с деталью 37, детали 38 приподымают деталь 37, а с ней и воронку 43 с дозатором .45, натягивая при этом в осевом направлении эластичный стакан 3. Так создается предварительное осевое напряжение стакана 3. Этот момент показан на фиг. 5 (слева от оси симметрии). Далее путем возвратно-поступательных движений втулки 47 (фиг. 9, правая от оси симметрии часть рисунка) формируют цилиндрическую часть 29 светоотражающей

оболочки. Дозирование разовой подачи порошка 58 выполняют осевым перемещением дозатора 45. Чем выше дозатор, тем больше разовая подача порошка в зазор между сцинтиллятором 16 и эластичным стаканом 3. Для засыпки порошка 58 в указанный зазор втулку 47а, 47в подымают так, чтобы ее торец оказался выше торца дозатора 45, а для уплотнения порошка отпускают внид до упора. Поскольку ширина полости внутри верхней составной обоймы 37, 38 больше, чем наружный диаметр нижней части стакана 3, находящегося в свободном- состоянии, то в процессе формирования цилиндрической части 29 саетоотражающей оболочки стакан 3, преодолевая силы упругости, раздувается, полностью заполняя (вмесе с порошком) зазор между верхней составной обоймой 37,38 и монокристаллом 16.. В таком состоянии стакан 3 имеет наружный диаметр, превышающий диаметр полости в стакане 1. После полного расходования порошка 58 в воронке 43 выполняют смену уплотняющей втулки и устанавливают втулку 48 со сложным профилем торца (фиг. 9, левая от оси симметрии часть рисунка). С помощью осевого перемещения втулки 48 вниз до внедрения ее в верхний слой цилиндрической части 29 соетоотражающей оболочки, формируют подложку под верхнее центрирующее кольцо 21 (фиг. 12, правая от оси симметрии часть рисунка). Центрирующее .кольцо 21 одевают на шток 33 до закрепления им кристалла 16, т.е. сразу после формирования донной части 28 светоотражёющей оболочки и установки на центрирующее кольцо 11 кристалла 16. Закрепляют центрирующее кольцо 21 в верхней части штока 33 (на фиг.

не показано) на такой высоте, чтобы не препятствовать всем другим манипуляциям штока 33 и сменных уплотняющих втулок (47, 48 и 49), двигающихся по нему. Далее

выполняют все уже перечисленные операции, а затем, удалив втулку 48 не снимая осевой нагрузки со стороны штока 33 на кристалл 16, опускают до касания с поверхностью порошка в светоотражающей обо0 лочке 29 центрирующее кольцо 21. После этого монтируют третью уплотняющую втулку 49, опустив ее до касания с центрирующим кольцом 21 (этот момент зафиксирован на правой части фиг. 12 и на фиг. 13), после

5 чего с помощью этой втулки кольцо 21, преодолевая сопротивление сжимаемого ею порошка светоотражающей оболочки 29, погружают в зазор между стаканом 3-й кристаллом 16 до выравнивания верхнего уров0 ня кольца 21 и уровня торца 20 кристалла 16 (фиг. 12, левая от оси симметрии часть). В дальнейшем втулку 49 перемещают вместе со штоком 33, как одно целое, предварительно освободив с помощью подъема

5 воронки 43 защемленные отбортованные технологические края 55 эластичного стакана 3. В ходе этой операции кристалл 16 вместе с остальными окружающими его де талями детектора перемещается из верхней

0 составной технологической обоймы 37, 38 в- свой металлический корпус, т.е. стакан 1, находящийся внутри нижней обоймы 34, Поскольку обойма, состоящая из деталей 37, 38 имеет переменную по диаметру, сужаю5 щуюся книзу полость (минимальный ее диа- метр приходится на самый низ и он равен диаметру полости в стакане 1), то в ходе последней операции происходит радиальное сжатие стакана 3, сопровождающееся

0 до уплотнением порошковой светоотражающей оболочки 29 до упругого состояния (фиг. 14, правая от оси симметрии часть рисунка). Центрирующее кольцо 21 (фиг. 13) препятствует прорыву порошка вверх мимо.

5 втулки 49, своей наружной металлической частью 23. Взаимного перемещения кристалла 16, кольца 21, включая его составляющие 22 и 23, а также стенок эластичного стакана 3 при этом нет. Все детали, упомя0 нутые выше; двигаются как одно целое. Очень важно обратить внимание, что сила предварительного осевого натяжения эластичного стакана 3 (момент сборки, зафик- сированный на фиг. 5, левая часть)

5 выбирается из условия равенства ею суммарной силе трения, действующей на полную, площадь внешней поверхности эластичного стакана 3 на нынешнем этапе сборки. При этой причине в ходе текущей операции не наблюдается и упругих осевых

деформаций стакана 3. В этот момент времени, когда центрирующее кольцо 21 достигнет сужающегося участка верхней обоймы .37, 38, оно за счет скручивания кольцевой части 23 начнет сжиматься, не препятствуя дальнейшему перемещению кристалла 16 и всех окружающих его деталей детектора. Именно этот этап сборки детектора отображен на правой части фиг, 14. Так перемещают кристалл 16 вплоть до конечного его положения внутри стакана 1 (фиг. 14, левая от оси симметрии часть ри сунка). Теперь осевую нагрузку на кристалл 16 со стороны штока 33 и втулки 49 снимают, подняв на должную высоту. Кристалл 16 при этом остается в покое, поскольку силы упругости, действующие на его торец 19 со стороны сжатой донной части порошковой светоотражающей оболочки 28, полностью уравновешиваются значительными силами трения, воздействующими на цилиндрическую поверхность кристалла 16 со стороны, находящейся в состоянии упругого сжатия цилиндрической части светоотражающей

.оболочки 29. Далее обрезают технологические отбортованные края эластичного стакана 3 и вынимают из фигурной расточки 7 пружинное разрезанное кольцо 52, использующееся на предыдущих этапах сборки, как заполнитель неровности, т.е. расточки 7. Затем традиционным образом вклеивают стекло 24, удерживая его в прижатом к сцин- тиллятору 16 состоянии опять с помощью штока 33 и заполняют клеем зазор между торцом стекла 24, фигурной расточкой 7 стакана 1 и примыкающими к торцу 6 другими внутренними поверхностями стакана 1 (фиг. 16). Для склейки стекла 24 и торца 20 кристалла 16 используют клей с удовлетворяющими оптическими свойствами. После затвердевания клея детектор вынимают из обоймы 34 и, перевернув вниз стеклом 24 через глухие отверстия 27 (фиг, 2), заполняют герметиком зазор в сопряжении дно 2 - стакан 1. После затвердевания герметика детектор готов для применения по своему назначению.

Использование1предлагаемой конструкции детектора, способа его сборки и устройства для осуществления такого способа позволяет получить детектор, у которого все внутренние детали, включая порошковую светоотражающую оболочку, находятся в состоянии объемного упругого сжатия. Это качество детектора позволяет свести до минимума возможность разуплотнения светоотражающей оболочки в ходе эксплуатации детектора в условиях механических нагрузок, тряски и вибраций. В итоге заявляемый

. детектор имеет стабильные оптические параметры, мало зависящие от времени и условий его работы.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

51. Сцинтилляционный детектор, содер- жаа1ий монокристалл цилиндрической формы с нормальными к оси симметрии плоскими торцами, контейнер, охватывающий монокристалл с зазором, порошковую

0 насыпную светоотражающую оболочку, расположенную в зазоре между монокристаллом и контейнером, два центрирующих кольца и окно из оптического стекла, расположенное на одном из торцов монокристал5 ла, отличающийся тем, что, с целью улучшения оптических характеристик и повышения их стабильности при повышенных механических нагрузках, контейнер, выполнен двухслойным в цилиндрической части и

0 трехслойным в торцевой, противоположной выходному окну, а внутренний слой цилиндрической части образует со средним слоем торцевой монолитный эластичный стакан, причем противоположное выходному окну

5 центрирующее кольцо монокристалла по контуру внутренней своей части снабжено посадочным местом с переменной, увеличивающейся в радиальном от центра направлении глубиной, а близлежащее к окну

0 центрирующее кольцо выполнено составным из двух коаксиально расположенных разнородных по материалу кольцевых частей, внутренняя из которых со стороны, обращенной к контейнеру, имеет кольцевую

5 выемку, соответствующую второй кольцевой части, выполненной- из пружинящего материала в виде сопряжения тора и конусообразного кольца с общей осью симметрии.

02. Способ сборки сцинтилляционного детектора, включающий установку монокристалла внутрь контейнера, формирование насыпной светоотражающей оболочки, установку центрирующих колец, выходного

5 окна и герметизацию, отличающийся тем, что внутри эластичной внутренней части контейнера с.противоположной входному окну стороны монтируют пластину с закрепленным на ней центрирующим коль0 цом, внутри которого формируют торцевую часть насыпной порошковой светоотражающей оболочки, устанавливают внутрь посадочного места в центрирующем кольце монокристалл сцинтиллятора и, защемив

5 отбортованные, технологические края эластичной внутренней части контейнера, прикладывают осевое усилие к свободному торцу;сцинтиллятора, создают внутри этой эластичной части контейнера осевое напряженное состояние, затем формируют цилиндрическую часть светоотражающей оболочки, после установки верхнего центрирующего кольца монокристалл вместе с центрирующими кольцами, порошковой светоотражающей оболочкой путем приложения осевого усилия к монокристаллу и верхнему центрирующему кольцу, освободив защемленные технологические края внутренней эластичной части контейнера и использовав технологическую обойму, расположенную соосно с внешней частью контейнера в качестве сужающейся в направлении последней направляющей, перемещают внутрь внешней части контейнера, после чего технологические отбортованные края внутренней эластичной части контейне- ра удаляют и вклеивают оптическое стекло окна.

3. Устройство для сборки сцинтилляци- онного детектора, содержащее бункер с порошком, состоящий из конусной воронки для сыпучего материала и полого трубчатого

дозатора и цилиндрический уплотняющий элемент с блоком одноосной нагрузки, отличающееся тем, что оно снабжено двумя цилиндрическими вертикальными подвижными в осевом направлении, ориентирован- ными торцами друг к другу соосными штоками, между которыми соосно с ними расположены две технологические обоймы с переменным внутренним диаметром, верхняя технологическая обойма выполнена составной из цилиндрической внутри части и по меньшей мере трех секторообразных ниже расположенных, подвижных в радиальном направлении, имеющих конусную внутреннюю поверхность частей, причем указанная обойма, конусная воронка и полый трубчатый дозатор выполнены подвижными в осевом направлении, а составной уплотняющий элемент установлен в зазоре между верхним штоком и трубчатым дозатором с возможностью замены элемента.

Использование: при создании конструкций детекторов на базе сцинтилляционных кристаллов с помощью устройств для формирования светоотражагощей оболочки сцинтиллятора из порошкообразных материалов. Сущность: предлагаемые конструкции детектора, способ его сборки и устройство для осуществления способа позволяют получить детектор, у которого все внутренние детали, включая порошковую светоотражающую оболочку, находятся в состоянии объемного упругого сжатия. Это позволяет.свести до минимума возможность разуплотнения светоотражающей оболочки в условиях механических нагрузок, тряски и вибраций. 3 с.п.ф-лы, 16 ил.

Фиг. f