FR2511387A1

FR2511387A1 - Scintillateur en matiere plastique a base de copolymere d'un derive du styrene et d'un monomere a deux doubles liaisons apte a la polymerisation radicalaire

Info

Publication number: FR2511387A1
Application number: FR8214228A
Authority: FR
Inventors: Tohru Shimizu; Junji Nakagawa
Original assignee: Kyowa Gas Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kyowa Gas Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1981-08-17
Filing date: 1982-08-17
Publication date: 1983-02-18
Also published as: DE3230263C2; FR2511387B1; IT8248993A0; JPS5830687A; GB2106525A; DE3230263A1; IT1149060B; CH664765A5; GB2106525B; US4495084A; JPS6410791B2

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SCINTILLATEUR DE MATIERE PLASTIQUE. LA RESINE DE MATRICE DU SCINTILLATEUR DE L'INVENTION COMPREND UN COPOLYMERE D'AU MOINS UN COMPOSE REPONDANT A LA FORMULE GENERALE: (CF DESSIN DANS BOPI) DANS LAQUELLE X ET YH OU CH, MAIS NE PEUVENT REPRESENTER TOUS DEUX CH ACCOMPAGNE LE CAS ECHEANT D'UNE PROPORTION MINEURE DE MONOMERES COPOLYMERISABLES, ET AU MOINS UN MONOMERE PORTANT AU MOINS DEUX DOUBLES LIAISONS CARBONE-CARBONE APTES A UNE POLYMERISATION RADICALAIRE. LE SCINTILLATEUR DE MATIERE PLASTIQUE SELON L'INVENTION POSSEDE A LA FOIS DE BONNES PROPRIETES D'EMISSION ET DE BONNES PROPRIETES MECANIQUES.

Description

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Scintillateur en matière plastique à base de copolymère d'un dérivé du styrène et d'un monomère à deux doubles

liaisons apte à la polymérisation radicalaire.

La présente invention se rapporte à un scintil-

lateur en matière plastique, dont la résine de matrice

consiste en un copolymère d'au moins un dérivé particu-

lier du styrène et d'au moins un monomère portant deux doubles liaisons carbone-carbone, apte à une polymérisa-

tion radicalaire.

Lorsque des radiations comprenant des particules chargées électriquement, comme les rayons alpha et les rayons bêta, pénètrent dans une certaine substance, elles ionisent, excitent ou dissocient les atomes ou molécules de la substance au prix de leur énergie Par contre, l'énergie perdue par les radiations et accumulées dans la

substance est convertie en énergie sous forme de mouve-

ment thermique ou ré-émise sous la forme d'ondes électro-

magnétiques Dans le cas particulier o les substances

dans lesquelles les radiations ont pénétré sont fluores-

centes ou phosphorescentes, une partie assez importante de l'énergie d'excitation est ré-émise sous la forme de

lumière à une longueur d'ondes dans la région visible.

Ce phénomène d'émission de lumière est appelé "scintilla-

tion" Dans le cas également de radiations comprenant des rayons gamma et des rayons neutroniques dépourvus de charge électrique, un phénomène analogue est induit par

l'action de particules secondaires chargées qui sont émi-

ses lorsque les radiations agissent sur une substance.

Par suite, ce phénomène est très largement exploité pour

la détection de radiations.

Les substances capables de causer la scintilla-

tion sont en général appelées scintillateurs Comme exem-

ples de scintillateurs, on citera des cristaux minéraux tels que l'iodure de sodium activé par le thallium, des cristaux organiques tels que les cristaux d'anthracène,

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des solutions organiques, par exemple une solution xylé-

nique de terphényle, et des scintillateurs en matière

plastique, par exemple du type terphénvle-polystyrène.

Ces substances sont utilisées en grandes quantités en tant que corps lumineux pour la détection de radiations.

Parmi d'autres scintillateurs, les scintillateurs en ma-

tière plastique sont faciles à manipuler et peuvent être

facilement moulés à volonté à des formes de grandes dimen-

sions; par suite, ces scintillateurs ont trouvé des ap-

plications en tant que dispositifs indispensables dans le

domaine des recherches sur les rayons cosmiques et des re-

cherches de physique à haute énergie par utilisation d'ac-

célérateurs de particules Au cours de ces dernières an-

nées, dans le domaine des recherches de physique à haute

énergie, la mise au point de gros accélérateurs à parti-

cules provoque une augmentation de la demande en scintil-

lateurs de matière plastique de grandes dimensions Parmi les propriétés attendues de ces scintillateurs en matière

plastique, en dehors des propriétés fondamentales géné-

rales des scintillateurs, à savoir les quantités d'émis-

sion et la transparence, on exige maintenant de plus en

plus souvent une haute aptitude aux transformations méca-

niques. Les résines transparentes utilisées jusqu'à maintenant dans les scintillateurs en matière plastique

étaient limitées aux résines à base de styrène, par exem-

ple polystyrène et polyvinyltoluène Les scintillateurs de matière plastique utilisant des résines de ce type en tant que résines de matrice présentent des inconvénients les résines elles-mêmes sont coûteuses et elles ont une aptitude limitée aux transformations mécaniques Ainsi par exemple, un tel scintillateur de matière plastique est fréquemment utilisé pour réfléchir toute la lumière sur ses surfaces intérieures et permettre un transfert effectif de la lumière qu'il produit vers un détecteur

tel qu'un tube photomultiplicateur Par suite, le scin-

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tillateur de matière plastique est généralement utilisé à l'état parfaitement poli Toutefois, un scintillateur de matière plastique à base de la résine classique de

styrène est sensible aux fendillements lorsqu'on le sou-

met à polissage Lorsqu'on veut nettoyer la surface du scintillateur en l'essuyant à l'aide d'un solvant tel qu'un alcool, il a tendance à subir des craquelures à

l'utilisation En raison de ces défauts, les scintilla-

teurs en matière plastique classiques à base de styrène, malgré leurs excellentes propriétés en matière de haute efficacité d'émission, demandent une g rande expérience de la part des utilisateurs qui doivent les polir et les manipuler Ainsi, dans les applications dans lesquelles

il y a une forte consommation de scintillateurs en ma-

tière plastique de grandes dimensions, les scintillateurs

classiques en matière plastique à base de styrène ne don-

nent pas entière satisfaction.

Pour remédier aux inconvénients décrits ci-des-

sus, on a mis au point, au cours de ces dernières années, des scintillateurs utilisant comme résine de matrice une résine acrylique peu coûteuse Contrairement aux résines à base de styrène, une résine acrylique n'est pas par

elle-même un scintillateur Par conséquent, ces scintil-

lateurs de matière plastique ont un inconvénient détermi-

nant: leur efficacité d'émission qui constitue la pro-

priété fondamentale des scintillateurs de matière plas-

tique, est inexistante On peut corriger dans une cer-

taine mesure cet inconvénient en dissolvant une substance scintillante, par exemple du naphtalène ou du styrène, à haute concentration dans la résine acrylique (Nuclear Instruments and Methods 169, 57-64 ( 1980)) Du fait qu'ils contiennent la substance scintillante à haute concentration, ces scintillateurs sont inévitablement

dépourvus des excellentes propriétés mécaniques inhéren-

tes aux résines acryliques La substance scintillante contenue à haute concentration dans la résine acrylique

est en général, pour des raisons de solubilité et de -

prix, du naphtalène en quantité de 1 à 15 % en poids.

Les scintillateurs de matière plastique contenant du

naphtalène ont un autre inconvénient: la durée d'atté-

nuation de la lumière résultant de la pénétration des

radiations dans les scintillateurs est longue, c'est-à-

dire que la réponse des scintillateurs aux radiations est lente Ces inconvénients limitent les applications des scintillateurs de matière plastique contenant une

résine acrylique en tant que résine de matrice.

La présente invention concerne en conséquence

un nouveau scintillateur de matière plastique Le scin-

tillateur de matière plastique selon l'invention peut être comparé favorablement au scintillateur classique de matière plastique à base de styrène par ses propriétés fondamentales, telles que l'efficacité d'émission, la

transparence et la durée de réponse, et il possède d'ex-

cellentes propriétés pratiques.

D'autres buts et avantages de l'invention appa-

raltront à la lecture de la description ci-après.

Ces buts et avantages ont été atteints dans un scintillateur de matière plastique qui contient, en tant

que résine de matrice, un copolymère obtenu en polyméri-

sant: (a) au moins un composé répondant à la formule générale I Y

C= CH 2 (I)

X dans laquelle X et Y représentent chacun, indépendamment

l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un groupe méthy-

le, mais ne peuvent représenter tous deux des groupes méthyle, ou un mélange de monomères contenant au moins un composé de formule générale I dans une proportion en poids d'au moins 0,4, par rapport au mélange de monomères polymérisable utilisé, en présence de (b), au moins un

monomère contenant au moins deux doubles liaisons carbone-

carbone aptes à une polymérisation radicalaire dans sa molécule.

Le scintillateur de matière plastique selon l'in-

vention contient un motif styrénique dans sa résine de ma-

trice, et la résine elle-même constitue donc un scintilla-

teur Il fournit une grande quantité d'émission sans né-

cessiter l'addition d'une proportion importante d'une

substance scintillante telle que le naphtalène, indispen-

sable au scintillateur de matière plastique dont la résine de matrice est une résine acrylique Par conséquent, il corrige dans une mesure notable la durée d'atténuation qui constitue l'un des inconvénients mentionnés cidessus

des scintillateurs de matière plastique contenant une ré-

sine acrylique en résine de matrice En outre, comme le scintillateur de matière plastique selon l'invention a un

indice de réfraction supérieur à celui de la résine acry-

lique, il présente un autre avantage: il y a haute effi-

cacité de l'extraction de la lumière produite à l'intérieur du scintillateur par réflexion totale de la lumière sur

ses surfaces intérieures.

En outre, comme le scintillateur de matière plastique selon l'invention possède une structure dans

laquelle la résine de matrice est réticulée, ses proprié-

tés pratiques telles que l'aptitude au travail mécanique, la résistance aux solvants et la résistance à la chaleur, dépassent de loin celles des scintillateurs de matière plastique classiques à base de styrène Un autre avantage du scintillateur de matière plastique selon l'invention

réside en ce qu'il résiste parfaitement aux radiations.

Du fait même de leur fonction, les scintillateurs de ma-

tière plastique sont utilisés par exposition constante à des radiations La résistance aux radiations constitue donc un attribut important D'une manière générale, les matières plastiques transparentes prennent une coloration parasitaire et perdent peu à peu leur résistance mécanique

au fur et à mesure qu'on les expose à des doses croissan-

tes de radiations Elles peuvent même être-désintégrées.

Les résines à base de styrène résistent beaucoup mieux aux dommages provoqués par les radiations que les résines acryliques Ce fait, exprimé en termes de qualité d'un scintillateur de matière plastique, implique que dans le scintillateur de matière plastique selon l'invention, la

dégradation au cours du temps de service de la transpa-

rence, c'est-à-dire la diminution au cours du temps de

la quantité de lumière qu'on Peut extraire du scintilla-

teur de matière plastique, est notablement plus lente que dans le scintillateur de matière plastique dont la résine

de matrice est une résine acrylique.

Comme exemples particuliers de monomères de for-

mule générale I ci-dessus, on citera le styrène, le vinyl-

toluène et l'al Dha-méthylstyrène Du point de vue des ré-

sultats, on n'accorde aucune préférence particulière à

l'un d'entre eux Du point de vue des facilités d'appro-

visionnement et du prix, le styrène est préféré aux au-

tres La concentration du monomère de formule générale I ci-dessus dans le mélange des monomères à utiliser à la préparation de la résine de matrice selon l'invention a une influence directe sur l'efficacité d'émission Pour une quantité déterminée de la substance scintillante à

incorporer, l'efficacité d'émission augmente avec la con-

centration du monomère ci-dessus Par conséquent, pour que le scintillateur de matière plastique possède une haute efficacité d'émission, il est souhaitable que cette

concentration soit aussi forte que possible dans la pra-

tique Le scintillateur de matière plastique a la plus forte efficacité d'émission lorsqu'on utilise un mélange de monomères comprenant un monomère (agent réticulant) à au moins deux doubles liaisons carbonecarbone et un

monomère de formule générale I ci-dessus uniquement.

L'augmentation de l'efficacité d'émission due à l'aug-

mentation de la concentration du monomère ci-dessus est relativement faible lorsque la proportion en poids de ce

monomère dans le mélange des monomères est de 0,4 ou au-

dessus Cette augmentation est encore plus faible lorsque la proportion en poids est de 0,7 ou au-dessus Lorsqu'on veut que le scintillateur de matière plastique possède de

bonnes propriétés pratiques, un bas prix et une haute ef-

ficacité d'émission, par exemple, on peut utiliser, en combinaison avec le monomère ci-dessus, un ou plusieurs

monomères copolymérisables.

La nature du monomère copolymérisable à utili-

ser en combinaison avec le monomère ci-dessus n'est pas particulièrement limitée pour autant que l'utilisation

de ce monomère supplémentaire ne fasse pas sortir du ca-

dre de l'invention Toutefois, en considération des pro-

priétés de transparence et des propriétés pratiques de la

résine de matrice formée, il est souhaitable que ce mono-

mère supplémentaire soit un acrylate ou méthacrylate d'un

alcanol en C 1-C 4 Comme exemples typiques de tels acry-

lates et méthacrylates, on citera le méthacrylate de mé-

thyle, le méthacrylate d'isopropyle, le méthacrylate de n-butyle, l'acrylate de méthyle, l'acrylate d'éthyle, l'acrylate d'isopropyle et l'acrylate de n-butyle Dans un tel cas, la proportion en poids du monomère de formule générale I ci-dessus dans le mélange des monomères destiné

à former le copolymère qui constituera la résine de matri-

ce est déterminée en fonction de l'application prévue pour la résine de matrice et en respectant un bon équilibre avec l'efficacité d'émission et les autres propriétés De toutes manières cependant, il faut que cette proportion en poids soit d'au moins 0,4 et de préférence d'au moins 0,7 Si la proportion en poids est inférieure à 0,4, il

devient nécessaire d'incorporer dans le mélange des mono-

mères une forte proportion d'une substance scintillante si l'on veut maintenir l'efficacité d'émission au-delà d'un niveau pratique L'utilisation d'une telle proportion

de substance scintillante n'est pas économique.

La nature et la proportion du monomère (agent réticulant) contenant au moins deux doubles liaisons carbone-carbone aptes à une polymérisation radicalaire dans sa molécule ne sont pas spécialement limitées On peut choisir ce monomère correctement de manière à parve- nir aux propriétés voulues dans l'intervalle dans lequel

la transparence du scintillateur formé n'est pas amoin-

drie Il faut que le monomère soit d'un type à deux

doubles liaisons carbone-carbone aptes à une polymérisa-

tion radicalaire Comme exemples particulièrement appré-

ciés d'agents réticulants, on citera les composés répon-

dant à la formule générale II

R R

I I

H 2 C=C-C-O+CH 2 N O-C-C=CH 2 (II)

II DH

O O

dans laquelle R représente un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et N est un nombre dont la valeur va de 3 à 8, de préférence de 3 à 6, les composés de formule générale III

R R' R

I I I

H C=C-C-O-CH -CH-O O C-C=CH (III)

2 l 2 mil 2

O O

dans laquelle R et R' représentent chacun, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle

et m est un nombre dont la valeur va de 1 à 23, de préfé-

rence de 1 à 9, et les composés de formule générale IV

R CH 3 R

l I I (IV)

H 2 C=C-C-O-H 2 C-C-CH 2-O-C-C=CH 2

O CH 3 O

dans laquelle R représente un atome d'hydrogène ou le

groupe méthyle.

Comme agents réticulants typiques, on citera le

diacrylate du 1,3-oro Dane-diol, le diacrylate du 1,4-bu-

tane-diol, le diacrylate du 1,6-hexane-diol, le dimétha-

crylate du 1,3-propane-diol, le diméthacrylate du 1,4-

butane-diol, le diméthacrylate du 1,6-hexane-diol, le diacrylate de l'éthylène-glycol, le diacrylate di diéthy-

lène-glycol, le diacrylate di triéthylène-glycol, le dia-

crylate du propylène-glycol, le diacrylate du dipropylène-

glyvcol, le diacrylate du tri Dropylène-glycol, le dimétha-

crylate de l'éthylène-glycol, le diméthacrylate du diéthy-

lêne-glycol, le diméthacrylate-du triéthylène-glycol, le diméthacrylate du propylène-glycol, le diméthacrylate du

dipropylène-glycol, le diméthacrylate du tripropylène-

glycol, le diacrylate du glycol néopentylique, le dimé-

thacrylate du glycol néopentylique, le tétraacrylate du pentaérythritol, le tétraméthacrylate du pentaérythritol,

le triacrylate du glycérol, le triméthacrylate du glycé-

rol, le phtalate de diallyle et le divinylbenzène par exemple Parmi ces composés, les composés répondant aux

formules générales II, III et IV ci-dessus sont spéciale-

ment recommandés en raison de leurs effets d'amélioration sur les propriétés pratiques telles que l'aptitude aux transformations mécaniques, la résistance aux solvants et la résistance à la chaleur, ainsi que la transparence

de la résine de matrice formée.

Lorsqu'on utilise l'un des composés de formules générales ci-dessus comme agent réticulant, la proportion de ce comoosé est en général dans l'intervalle de 0,OO 1 à 0,1, de oréférence de 0,OO 1 à 0,05, en poids, par rapport au mélange des monomères (a) et (b), mais cette oroportion

peut varier selon la nature de l'agent réticulant utilisé.

A une proportion en poids inférieure à 0,OO 1, l'effet d'a-

mélioration des propriétés est inférieur à celui qu'on recherche Par contre, en général, on n'améliore plus les

résultats lorsque la proportion en poids atteint 0,1.

L'addition de l'agent réticulant en quantité supérieure à cette proportion est donc non économique En outre, une telle addition excessive a un autre inconvénient: la résine de matrice obtenue peut avoir une transparence insuffisante. Le scintillateur de matière plastique selon l'invention n'exige pas Pratiquement l'incorporation d'une substance scintillante quelconque Dans la pratique, pour que la lumière de scintillation produite soit efficacement

détectée par le tube ohotomultiplicateur, il faut en géné-

ral incorporer une substance scintillante dans le scintil-

lateur de matière nlastique A cet effet, on peut ajouter

une substance scintillante connue, par exemple le para-

terphényle, le 2,5-di Dhényloxazole ou le 2-( 4-tert -butyl-

phényl)-5-( 4-biohénylyl)-1,3,4-oxadiazole Cette addition

peut améliorer l'effet d'émission La proportion de sub-

stance scintillante ajoutée, quoiqu'elle ne soit pas par-

ticulièrement limitée, peut être choisie correctement de manière à satisfaire au but recherché dans l'intervalle de solubilité de cette substance dans la résine de matrice

du scintillateur selon l'invention Quoique cette propor-

tion soit variable avec la nature de la-substance scintil-

lante utilisée, elle est en général choisie dans l'inter-

valle de 0,1 à 5 % et de préférence de 0,1 à 3 % en poids.

Aux proportions inférieures à 0,1 % en poids, l'effet ob-

tenu par l'addition est insuffisant Aux proportions sueé-

rieures à 5 % en poids, l'opération devient coûteuse et

peut conduire à une insuffisance dans la quantité d'émis-

sion en raison de ce qu'on appelle l'effet de saturation.

La lumière produite à l'intérieur du scintilla-

teur de matière plastique est en général détectée par un tube photomultiplicateur Pour que la longueur d'ondes de la lumière provenant du scintillateur soit conforme à la longueur d'ondes à laquelle le tube photomultiplicateur présente en utilisation sa sensibilité la plus forte, on peut incorporer dans le scintillateur de matière plastique

une substance scintillante telle que le 1,4-bis-2-( 5-Dhé-

nyloxazolyl)-benzène, le 2,5-bis-2-( 5-tert -butylbenzoxa-

1 l zolyl)-thiophène, le 1,4-bis-( 2-mêthylstyryl)-benzène ou le 4,4-bis( 2,5-diméthylstyryl)-benzène Naturellement, l'incorporation d'une telle substance scintillante pour conformité de la longueur d'ondes comme indiqué ci-dessus entre dans le cadre de l'invention La proportion de cette seconde substance scintillante qu'on ajopte, quoique pas particulièrement limitée, se situera de préférence dans l'intervalle de 0, 001 à 0,1 % en poids, de préférence de

0,005 à 0,05 % en poids, en tenant compte de la transpa-

rence du scintillateur obtenu et du prix de fabrication.

Le procédé mis en oeuvre Dour la préparation du scintillateur de matière plastique selon l'invention n'est pas particulièrement limité En général, on peut obtenir le scintillateur de matière plastique à la forme voulue, par exemple sous la forme d'une plaque, par un procédé qui comprend les stades opératoires suivants: on dissout un inducteur de polymérisation radicalaire dans le mélange des monomères à la composition indiquée cidessus, on ajoute éventuellement la substance scintillante voulue et on la dissout dans le mélange des monomères, on coule le mélange des monomères dans un moule formé par exemple par deux glaces opposées, et on polymérise le mélange d-ns le moule Cette réaction est effectuée en général à des températures de O à 150 C, de préférence de 30 à 140 C, en une durée de 0,5 à 100 heures, de préférence de 1 à 50 heures L'inducteur de polymérisation radicalaire est en général utilisé en quantités de 0,0001 à 1 %, de préférence de 0,0005 à 0,1 %, du poids du mélange des

monomères Comme exemples typiques d'inducteurs de poly-

mérisation radicalaire, on citera le peroxyde de lauroyle, le carbonate de tert -butyle et de peroxy-isopropyle, le

peroxyde de benzoyle, le peroxyde de di-cumyle, le peroxy-

acétate de tert -butyle, le peroxybenzoate de tert -butyle,

le peroxyde de di-tert -butyle et l'azo-bis-isobutyroni-

trile.

Un scintillateur de matière plastique préparé par un procédé autre que celui décrit ci-dessus entre naturellement dans le cadre de l'invention à condition

que les autres conditions spécifiées conformément à l'in-

vention soient respectées.

Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de % s'entendent en poids

sauf mention contraire.

Exemples 1 à 4 et exemples comparatifs 1 à 3.

A un mélange de monomères de composition varia-

ble indiquée dans le tableau 1 ci-après, on ajoute en

* tant qu'inducteur de polymérisation du peroxyde de lau-

royle en proportion de 0,5 % On coule le mélange dans une cellule formée entre deux glaces opposées et on chauffe à 650 C pendant 36 heures puis à 80 C pendant 5

heures On chauffe encore à 1200 C pendant 3 heures, for-

mant ainsi une plaque de matière plastique d'environ mm d'épaisseur On étudie les diverses propriétés de

cette plaque de matière plastique selon les modes opéra-

toires indiqués dans le tableau 1 ci-après.

Ces résultats montrent que la résine de matrice résiste aux craquelures et a des propriétés mécaniques et thermiques, représentées Dar la résistance à la traction et la température de déformation sous charge qui sont

notablement améliorées par formation d'une structure ré-

ticulée En outre, les résistances aux radiations des ré-

sines des exemples 1 à 3 dépassent nettement celles de la

résine de l'exemple comparatif 3.

T A B L E A U 1

Comrosition en mono-

mrres (% en noids)

Agent Monomères au-

réti tres que l'a-

culant gent réticu-

lant Résistance

à la trac-

tion, bars Durete Rockwell (échelle M) Résistance Température

au choc de déforma-

Izod, tion sous kg.cm/cm charge*, OC ASTM D 636 ASTM D 785 ASIM D 785 A St M D 648 Ex 1 AHD 2 Styrène 98 Ex 2 NPG 1 Styrène 49,5

MMA 49,5

Ex 3 NPA 1 Vinyl 99 toluène Ex 4 P 9 G 4 Styrène 96 Styrène 100 oo Vinyl 1 O toluene

MIA 85

nanhtalène 15 2,2 2,1 2,0 2,2 1,2 1,9 2,4 Résistance aux radiations*

Conserva Différen-

tion de la ce de oo-

résistance loration à la fle AE(lab) sion, %

ASTM D 790 JIS Z 8730

< 5 Résistanoe

aux craque-

lures* (évolution dans le temps de la surface lolie) o o o o x F_ w x Nota: AHD: diacrylate du 1,6-hexane-diol; NPG diméthacrylate du glycol néopentylique;

NPA: diacrylate du glycol néopentylique; P 9 B: diméthacrylate du polypropylène-

glycol (nonamère); MMA: méthacrylate de méthyle.

Contrainte maximale: 18,5 bars.

À Changement de coloration après irradiation Dar 5 x 10 R de rayons gamma du 60 Co. *e Evolution de la surface polie après une semaine de cycles quotidiens de variations de

température de 8 heures à 70 C et 16 heures à température ambiante, et 100 % d'humi-

dité; échelle des notes: o = absence totale de changement ou bien très légères

craquelures; x = fortes craquelures.

r- % V 1 :4

Eprou-

vette de l' Ex. coimp 1 Ex. ccmp 2 Ex. camp 3

= _,, _,

Exem Dles 5 à 11 et exemnles comparatifs 4 à 6.

On traite de la même manière que dans les exem-

ples 1 à 4 et les exemples comparatifs 1 à 3 des mélanges de monomères aux mêmes compositions que dans ces exemples, mais avec addition de substances scintillantes variées

indiquées dans le tableau 2, et on forme des scintilla-

teurs de matière plastique en plaques d'environ 10 mm

d' épaisseur.

Dans chacun des scintillateurs de matière plas-

tique obtenus comme décrit ci-dessus, on découpe une éprouvette rectangulaire de 40 x 20 mm Après polissage

des surfaces découpées, on applique solidement l'éprou-

vette sur la fenêtre d'un tube photomultiplicateur type 56 AVP de la firme Phillips Corp, à l'aide d'une huile de

silicone On protège l'éprouvette fixée sur le tube photo-

multiplicateur de la lumière en l'introduisant entièrement dans un tube d'aluminium d'1 mm d'épaisseur portant une fenêtre d'aluminium de 0,1 mm d'épaisseur On relie le

tube photomultiolicateur à un analyseur à multi-canaux.

On monochromatise les rayons bêta du 9 Sr à l'aide d'un spectromètre de manière à en extraire les rayons bêta

ayant 1,6 Me V d'énergie On irradie l'éprouvette de scin-

tillateur plastique par ces rayons bêta La lumière de scintillation produite est soumise à analyse de hauteur d'onde pour détermination de l'efficacité d'émission du

scintillateur de matière plastique qu'on exprime par rap-

port à l'efficacité de l'anthracène calculée en utilisant comme valeur comparative la valeur de la hauteur d'onde

mesurée dans des conditions identiques avec un scintilla-

teur de matière plastique à efficacité connue en anthra-

cène Les résultats obtenus sont rapportés dans le ta-

bleau 2.

Lorsqu'on veut découper des éprouvettes à la scie circulaire, les scintillateurs de matière plastique des exemples comparatifs 4 et 5 deviennent trop visqueux et ne peuvent être sciés qu'avec difficulté; ceux des

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exemples 5 à il peuvent être découpés à la scie très faci- lement Lorsqu'on polit les scintillateurs de matière plastique des

exemples comparatifs 4 à 6 au buffle, ils subissent de nombreuses craquelures dans les surfaces polies On peut donc constater que les scintillateurs de matière plastique oréoarés conformément à l'invention ont

à la fois une haute efficacité d'émission et une excel-

lente aptitude aux traitements mécaniques.

TABLEAU 2

Eprou Composition Efficacité vette Ccoposition en de 1 ' monomères, parties Ex 5 Ex 6 Ex 7 Ex 8 Ex 9 Ex 10 Ex 11 Ex. como 4 Ex. conp 5

2 5 Ex.

comp 6 Exemnple Exe Tple

Exemple

Exemole

Exemple

Exaemple

Exemple

1 ( 99)

4 ( 98)

2 ( 99)

3 ( 98)

4 ( 97)

1 ( 99)

3 ( 99,5)

Ex.comp 1 ( 99,5) Ex.como 2 ( 99) Ex.cawo 3 ( 99) Composition du scintillateur, oarties

DPO ( 1,0), BDB ( 0,02)

b-PBP ( 2-O), POPOP ( 0,01) b-PBP ( 1,0), BBOT ( 0,01) p-TP ( 2,0),bisMSB ( 0,03) b-PBD ( 3,0), BDB ( 0,05) b-PBD ( 1,0), BDB ( 0,01) DPO ( 0,5) ,bis-MSB ( 0,02)

DPO ( 0,5), BBOT ( 0,01)

p-TP ( 1,0), BDB ( 0,01) b-PBD ( 1,0), POP 3 P ( 0,01) d' émission (efficacité

en anthra-

cène, % Nota: p-TP: para-terphényle

b-POB: 2-( 4-tert -butylphényl)-5-( 4-biphénylyl)-1,3,4-

oxadiazole DPO: 2,5-diphényloxazole POPOP: 1,4-bis-2-( 5-nphényloxazolyl)benzène bis-MSB: 1,4-bis-( 2-méthylstyryl)-benzène BBOT: 2,5-bis-( 5-tert -butylbenzoxazole-2-yl)-thiophène

BDB: 4,4-bis-( 2,5-diméthylstyryl)-diphényle.

Exemples 12 et 13 et exemples comoaratifs 7 et 8.

On découpe des éprouvettes rectangulaires de

x 20 mm dans chacun des scintillateurs de matière plas-

tique des exemples 6, 10 et des exemples comparatifs 5 et 6 Après polissage des surfaces découpées, on expose à des

6

rayons gamma de 60 Co a une dose de 106 R A la fin de l'ir-

radiation, on détermine l'efficacité d'émission des éprou-

vettes des scintillateurs; on obtient les résultats rap-

portés dans le tableau 3 ci-après On notera que les ré-

sultats obtenus avec les scintillateurs selon l'invention

indiquent une excellente résistance aux radiations.

TABLEAU 3

Eprouvette Scintilla Efficacité d'émis Rapport de teur de ma sion (efficacité conservation

tière plas en anthracène, %) de l'effi-

tique cacité, %

Avant irra Après irra-

diation diation Exemple 12 Exemple 6 70 63 90 Exemple 13 Exemple 10 62 52 84

Exemple com Exemple com-

paratif 7 paratif 5 56 42 75

Exemple com Exemple com-

paratif 8 paratif 6 30 8 27

Claims

REVENDICATIONS

1 Scintillateur de matière plastique caractérisé

en ce qu'il contient en tant que résine de matrice un copoly-

mère obtenu en polymérisant: (a) au moins un composé répondant à la formule générale i

A Y

= CH 2 (I)

dans laquelle X et Y représente chacun, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle mais ne peuvent représenter tous deux des groupes méthyle, ou un

mélange de monomères contenant au moins un composé de for-

mule générale I en proportions en poids d'au moins 0,4 par rapport au mélange des monomères polymérisables à utiliser, en présence de (b) au moins un monomère contenant au moins

deux doubles liaisons carbone-carbone aptes à une polyméri-

sation radicalaire dans sa molécule.

2 Scintillateur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le monomère (b) contient deux doubles liai-

sons carbone-carbone aptes à une polymérisation radicalaire

dans sa molécule.

3 Scintillateur selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le monomère contenant deux doubles liaisons carbonecarbone aptes à une polymérisation radicalaire dans sa molécule consiste en au moins un composé choisi dans le groupe formé par les composés de formule générale II

R H

l l H 2 C=C 2 -C-OCCH (Il) Il i I

O O

dans laquelle R représente un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et N est un nombre allant de 3 à 8, les composés de formule générale III

R R' R

i I I

H 2 C=C-C-OCH 2-CH-O C-C=CH 2 (III)

2 il 2 2 l

O OI

0 O

dans laquelle R et R' représentent chacun, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et m est un nombre allant de 1 à 23, et les composés de formule générale IV

R CH

t I 3

H 2 C=C-C-O-H 2 C-C-CH 2 C-C=CH 2 (IV)

litl N ( IV) Il 1 Il

O CH 2 O

dans laquelle R représente un atome d'hydrogène ou un

groupe méthyle.

4 Scintillateur selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que le monomère portant au moins deux dou-

bles liaisons carbone-carbone aptes à polymérisation radi-

calaire dans sa molécule est présent en proportions en poids dans l'intervalle de 0,OOO 1 à 0,1 dans le mélange

des monomères (a) et (b).

Scintillateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le mélange de monomères (a) contient au

moins un composé répondant à la formule générale I en pro-

portions en poids d'au moins 0,7 *

6 Scintillateur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le monomère portant au moins deux doubles liaisons carbone-carbone aptes à polymérisation radicalaire dans sa molécule est présent en proportions en poids de

0,001 à 0,05 dans le mélange des monomères (a) et(b).

7 Scintillateur selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le monomère portant deux doubles liaisons carbonecarbone aptes à polymérisation radicalaire dans sa

molécule est un composé répondant à la formule générale II.

8 Scintillateur selon la revendication 7, carac-

térisé en ce que le symbole N de la formule gnérale II est

un nombre allant de 3 à 6.

9 Scintillateur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le monomère portant deux doubles liaisons carbone-carbone aptes à polymérisation radicalaire dans sa

molécule est un composé répondant à la formule générale III.

Scintillateur selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que le symbole m de la formule générale III

représente un nombre allant de 1 à 9.

11 Scintillateur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le composé répondant à la formule géné-

rale I est le styrène ou le vinyltoluène.

12 Scintillateur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le mélange de monomères (a) contient au moins un monomère copolymérisable avec un composé de formule générale I.

13 Scintillateur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le monomère copolymérisable est un acrylate

ou méthacrylate d'alkyle dont le radical alkyle est en C 1-

C 4.

14 Scintillateur selon la revendication 13, ca-

ractérisé en ce que le méthacrylate d'alkyle est le métha-

crylate de méthyle.

Scintillateur selon la revendication 8, carac-

rérisé en ce que le monomère portant deux doubles liaisons carbonecarbone aptes à polymérisation radicalaire dans sa

molécule est le diacrylate du 1,6-hexane-diol.

16 Scintillateur selon la revendication 10, ca-

ractérisé en ce que le monomère portant deux doubles liai-

sons carbone-carbone aptes à polymérisation radicalaire

est un diméthacrylate de polypropylene-glycol.

17 Scintillateur selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le monomère portant deux doubles liaisons carbonecarbone aptes à polymérisation radicalaire est le

diacrylate ou le diméthacrylate du glycol néopentylique.

18 Scintillateur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il contient en outre une substance scintil-

lante.

19 Scintillateur selon la revendication 18, ca-

ractérisé en ce que la teneur de la substance scintillante

va de 0,1 à 5 % en poids.

Scintillateur selon la revendication 18, ca-

ractérisé en ce que la substance scintillante est choisie

dans le groupe formé par le para-terphényle, le 2,5-diphényl-

oxazole et le 2-( 4-tert -butylphényl)-5-( 4-biphénylyl)-1,3, 4oxadiazole.

21 Scintillateur selon la revendication 18, ca-

ractérisé en ce qu'il contient en outre une substance scin-

tillante secondaire.

22 Scintillateur selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce que la teneur de la substance scintillante

secondaire va de 0,005 à 0,05 % en poids.

23 Scintillateur selon la revendication 21, ca-

ractérisé en ce que la substance scintillante secondaire est

choisie dans le groupe formé par le 1,4-bis-2-( 5-phényl-

oxazolyl)-benzène, le 2,5-bis-2-( 5-tert -butylbenzoxazolyl)-

thiophène, le 1,4-bis-( 2-méthylstyryl)-benzène et le 4,4-

bis-( 2,5-diméthylstyryl)-benzène.