NL8104288A - Scintillatiedetector. - Google Patents

Description

. ‘ t α N/30.408-St/id Scintillatiedetector.

De uitvinding betreft een scintillatiedetector, die bijvoorbeeld wordt gebruikt om in boorgaten in de bodem op verschillende diepten stralingsmetingen uit te voeren, en meer in het bijzonder betreft de uitvinding zulk een scin-5 tillatiedetector met een verbeterd hermetisch afgedicht huis en met een verbeterde vensterconstructie.

Uit het Amerikaanse octrooischrift 4.004.151 is een scintillatiedetector van het type, waarop de uitvinding betrekking heeft, bekend. Dit octrooischrift beschrijft ge-10 detailleerd de in zulke stralingsmeetinrichtingen toegepaste soorten van scintillatiekristallen, hun werking en de eisen die zij stellen.

Uit het Amerikaanse octrooischrift 4.004.151 is een detector bekend met een het kristal omsluitend buisvor-15 mig huis, dat aan ëën einde door een plug of een kap en aan het andere einde door een met epoxyhars gemonteerd venster is afgesloten. Bij deze bekende detector is voorts het kristal onder veerwerking met het venster optisch gekoppeld. Deze verende constuctie heeft ten doel een thermische uitzetting 20 van het kristal ten opzichte van het huis mogelijk te maken, welke relatieve uitzetting het gevolg is van het feit, dat het kristal een veel grotere thermische uitzettingscoëff icient heeft dan het materiaal van het huis.

Het hoofddoel van een dergelijke ingekapselde 25 constructie is de vorming van een hermetisch afgesloten omhulling voor het scintillatiekristal om te voorkomen, dat het kristal en andere inwendige delen van het samenstel door blootstelling aan de buiten de detector heersende omstandigheden worden beschadigd. Dergelijke kristallen zijn in het 30 algemeen sterk hygroscopisch en daardoor gevoelig voor de inwerking van vocht.

De uitvinding beoogt een verbeterde inkapselings-constructie voor een scintillatiedetector of dergelijke te verschaffen. Daarbij heeft de uitvinding verschillende aspec-35 ten.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding ver- 8104288 v v-1·,; -2- schaft zij een verbeterde lasconstructie aan beide einden van het detectorhuis ter vorming van een blijvende afdichting, die niet na verloop van tijd of onder de werking van druk of temperatuur slechter wordt. .

5 Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een verbeterde vensterconstructie verschaft, die bij hoge temperaturen zonder beschadiging of lek haar funktie kan vervullen.

Volgens een derde aspect van de uitvinding 10 zijn over de lengte van de detector tussen het huis en het kristal smeermiddelen aangebracht teneinde klemming te voorkomen, die een relatieve vrije axiale beweging tussen het kristal en het buisvormige huis als gevolg van een verschil in thermische uitzetting zou kunnen verhinderen. Als zulk een 15 relatieve axiale beweging niet kan plaatvinden, kan een overmatige druk tussen het venster en het kristal optreden.

In het afgeheelde^ hieronder te beschrijven uit-voeringsvoorbeeld is een kristal, zoals een alkalimetaalha-logenide of BGO (bismuth germanaat) scintillatiekristal in 20 een buis van roestvrij staal ingekapseld, die aan ëën einde een daaraan vast gelaste vensterconstructie heeft. Deze vensterconstructie bevat een venster, dat met een hermetische afdichting in een metalen ring vast is gemonteerd. In bepaalde gevallen, bijvoorbeeld als de ring uit roestvrij staal 25 is gevormd, wordt de hermetische afdichting verkregen door een chemische binding, terwijl bij juiste keuze van de ter-mische uitzettingscoëfficienten van de. betrokken materialen de chemische binding door een drukafdichting kan worden aangevuld. In andere gevallen treedt geen* chemische binding op 30 en wordt de hermetische afdichting alleen verkregen door een drukafdichting. Als bijvoorbeeld de ring is vervaardigd uit met nikkel bekleed, koud gerold staal wordt geen werkzame chemische binding gevormd en wordt de afdichting verkregen door klemdruk, die het gevolg is van krimpverschillen bij 35 afkoeling van het glas en de ring.

De het huis vormende buis en de vensterring zijn voorzien van lasdelen, die gedeeltelijk van de overige constructie zijn geïsoleerd door een thermische barrière, 8104288 t r* * -3- welke weerstand biedt aan de doorgang van de bij het lassen • opgewekte warmte naar het kristal en naar het venster teneinde beschadiging van deze delen tijdens het lassen te voorkomen. - Deze thermische barrières kunnen worden gevormd 5 door een relatief dun deel, dat de laswarmte niet met een zodanig hoge snelheid doorgeeft, dat beschadiging van de vensterafdichting en van het ingesloten kristal door te hoge temperatuur kan optreden. Deze thermische barrières maken het tevens mogelijk om de gewenste lastemperatuur te berei-10 ken door toevoer van een geringere hoeveelheid warmte. Het genoemde dunne deel kan worden gevormd door een dunne flens, bijvoorbeeld verkregen door in de wand van het huis of van de ring groeven te snijden.

Het venstersamenstel kan bestaan uit een venster 15 of lens van bijvoorbeeld natronkalkglas en een vensteropsluit-ring van roestvrij staal met een hoog chroomgehalte en een laag nikkelgehalte (bijvoorbeeld van het type 430) of van met nikkel bekleed, koud gerold staal. Als een drukafdichting moet worden gevormd, wordt een glas gekozen, waarvan de ther-20 mische uitzettingscoëfficient kleiner is dan die van de ring van roestvrij staal. De drukafdichting wordt bij voorkeur gevormd door zowel de ring als het glas te verwarmen tot het glas week wordt en een toestand bereikt, waarin het kan worden bewerkt. Voor deze toestand wordt bereikt, zet de ring 25 sterker uit dan het glas wegens de grotere thermische uitzettingscoëfficient van het ringmateriaal. Als echter het glas week wordt en in dichte aanligging met de ring vloeit en als vervolgens het glas en de ring zorgvuldig worden gekoeld, wordt het glas hard terwijl de ring en het glas zich 30 nog op een verhoogde temperatuur bevinden, zodat bij voortgaande afkoeling de ring sterker tracht te krimpen dan het glas, waardoor de ring onder trekspanning en het glas onder drukspanning komt te staan. Hierdoor wordt een blijvende hermetische drukafdichting verkregen.

35 In sommige gevallen, als bijvoorbeeld de ring is vervaardigd van roestvrij staal met een hoog chroomgehalte en een laag nikkelgehalte, wordt tevens, een chemische binding gevormd tussen het glas en de taaie chroomoxydelaag, 8104288 -4- die zich op het oppervlak van de ring heeft gevormd. Deze chemische binding ontstaat tijdens de verwarmings- en afkoe-lingscyclus en verschaft een goede hermetische afdichting ook als geen drukafdichting wordt gevormd.

5 Het is gebruikelijk om een laag aluminiumoxyde- poeder in het huis tussen het binnenvlak daarvan en het buitenvlak van het kristal aan te brengen. Als dit poeder door het verschil in thermische uitzetting van het kristal en het huis in radiale richting wordt samengedrukt kan tussen deze 10 delen een wrijving optreden, die weerstand biedt aan de relatieve axiale uitzetting van het kristal ten opzichte van het huis. Om deze wrijving weg te nemen of zo klein mogelijk te maken, wordt bij voorkeur een smerende laag tussen het oxydepoeder en het huis aangebracht.,Deze laag kan de vorm 15 hebben van een huls van Teflon, die zich in de langsrichting van de detector langs de binnenwand van het buisvormige huis daarvan uitstrekt. Door toepassing van een dergelijke smerende laag wordt de ontwikkeling van wrijving sterk onderdrukt, zodat een verschil van axiale uitzetting tussen het 20 huis en. .het kristal door een tussen deze delen werkende veer kan worden opgevangen-, zonder dat overmatige krachten op het venster en/of op de afdichting daarvan optreden.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden daar-25 van.

Figuur 1 is een langsdoorsnede van een samengestelde scintillatiedetector met een aan êén einde van het detectorhuis gelast venstersamenstel volgens een eerste uitvoeringsvorm? 30 Figuur 2a is een langsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van het venster en de opsluitring voordat deze zijn verwarmd ter vorming van een afdichting ter plaatse van hun grensvlak;

Figuur 2b is een dergelijke doorsnede als fi-35 guur 2a nadat de afdichting tussen het venster en de ring tot stand is gebracht en nadat het venster is gepolijst;

Figuur 3 is een dwarsdoorsnede van een derde uitvoeringsvorm van het venstersamenstel.

De in figuur 1 afgebeelde scintillatiedetector 8104288 \ i -5- heeft een buisvormig huis 10, dat een cylindrisch kristal 11 omsluit,. dat bijvoorbeeld een alkalimetaalhalogenide-kristal of een bismuth germanaat-kristal is dan wel uit een ander geschikt kristalmateriaal bestaat. Het huis 10 heeft een 5 buisvormig metalen lijfdeel 12, dat aan ëén einde door een venstersamenstel 13 en aan het andere einde door een metalen plug of kap 14 is afgesloten. Het venstersamenstel 13 en de plug 14 zijn elk door een omtrekslas 17 resp. 18 aan het betrokken einde van het lijfdeel 12 verbonden.

10 Het kristal 11 is dikwijls een natriumjodide van hoge zuiverheid geaktiveerd door thallium en is gesneden of bewerkt tot een kristallichaam met een glad cylindrisch buitenvlak 21 en platte evenwijdige kopvlakken 22 en 23.

Het kopvlak 22 bevindt zich achter het venstersamenstel 13, 15 waarbij een veersysteem 24 tussen de eindkap of plug 14 en het andere kopvlak 23 van het kristal 11 is geplaatst, waardoor het kristal 11 verend naar het venstersamenstel 13 toe wordt gedrukt en via een laag 26 van een geschikt optisch koppelingsmateriaal 26 een optische koppeling tussen het 20 kristal 11 en het venstersamenstel 13 in stand wordt gehouden. Tussen het veersysteem 24 en het kopvlak 23 van het kristal 11 is een achterplaat 27 geplaatst, die uit een scintillatielicht-reflecterend materiaal bestaat. In de getekende uitvoeringsvorm is het veersysteem 24 uit een aan-25 tal golfvormige veerelementen en tussenliggende afstandpla-ten samengesteld. Desgewenst kunnen echter ook andersoortige veersystemen worden toegepast.

Om het buitenvlak 21 van het kristal 11 ligt een laag 28 van een schokdempende, licht-weerkaatsende pak-30 king, bijvoorbeeld poedervormig aluminiumoxyde. Tussen de laag 28 en het buisvormige huisdeel 12 bevindt zich een smerende laag, bij voorkeur bestaande uit een passend bewerkt vel 29 van Teflon. Het Teflon vel 29 en het veersysteem 24 maken het samen mogelijk, dat verschillen in uitzetting van 35 het kristal 11 en het huis 10 optreden zonder dat deze tot overmatige krachten op het kristal of op de delen van het huis leiden. Het kristal heeft veelal een thermische uitzet-tingscoëfficient, die aanmerkelijk groter is dan de ther- 8104288 . v · -6- mische uitzettingscoëfficient van het materiaal, waaruit het huis is gevormd. Als derhalve de temperatuur van het kristal stijgt zal het kristal in de axiale en de radiale richtingen sterker uitzetten, dan het huis.

5 Het axiale uitzettingsverschil leidt tot een verkleining van de speelruimte aan het achterste kristalein-de en tot een samendrukking van het veersysteem 24 . Door het radiale uitzettingsverschil wordt de laag 28 samengedrukt, hetgeen tot een verhoogde, de relatieve axiale beweging van 10 het kristal tegenwerkende wrijving zou kunnen leiden als de Teflon-nlaag'29 van lage wrijvingscoëfficient niet aanwezig zou zijn. Opgemerkt wordt, dat ofschoon de laag 28 aanvankelijk uit een los poeder bestaat, dit poeder de neiging heeft om bij hoge temperaturen samen te pakken, waardoor deze laag 15 in bepaalde omstandigheden in feite als een vaste laag werkt. De aanwezigheid van de Teflon-laag 29 is derhalve belangrijk voor het in stand houden van de vrije axiale beweegbaarheid van het kristal in het huis als thermische uitzettingsver-schillen optreden, teneinde te voorkomen, dat het kristal of 20 het venstersamenstel overmatig worden belast. In feite wordt het venstersamenstel aan een axiale belasting onderworpen, die in de eerste plaats door het veersysteem 24 wordt bepaald, waarbij de meegevende werking van dit veersysteem het optreden van overmatige thermisch opgewekte belastingen op het 25 venstersamenstel verhindert.

Bij voorkeur bestaat volgens de uitvinding het venster samenstel uit een cylindrisch glasdeel 31,- dat in een venster-opsluitring 32 hermetisch afgedicht is vastgezet.

Het glasmateriaal is transparant voor het soort licht, dat 30 door het bijbehorende scintillatiekristal 11 wordt opgewekt, als dit kristal door ioniserende straling wordt gebombardeerd.

Een voorbeeld van een glassoort, die in het ven-stersamenstel 13 kan worden gebruikt, is een natronkalkglas met een thermische uitzettingscoëfficient bij kamertempera- —fi —6 35 tuur van ongeveer 8x10 tot 10x10 cm per cm per graad C.

De ring 32 kan bijvoorbeeld een ring van roestvrij staal zijn met een thermische uitzettingcoëfficient van circa —6 -6 9x10 tot 12x10 . Als voor een bepaald venstersamenstel 8104288 i - : -, -7- -¾ een drukafdichting wordt gewenst, wordt een ring 32 gekozen, die een iets grotere thermische uitzettingscoëfficient heeft, dan het glas 31, en dit verschil in thermische uitzetting wordt gebruikt om bij het grensvlak tussen het glas 31 en de 5 ring een drukafdichting te verkrijgen. Zoals reeds werd opgemerkt, wordt bij toepassing van roestvrij staal met een hoog chroomgehalte en een laag nikkelgehalte bovendien een chemische binding met het glas verkregen, die een goede hermetische afdichting verschaft ook als er geen drukafdichting 10 is.

De drukafdichting alleen kan worden gebruikt om de gewenste hermetische afdichting te verkrijgen. Als bijvoorbeeld de ring is gevormd uit een met nikkel bekleed, koud gerold staal vormt het glas geen chemische binding van bete-15 kenis met het met nikkel beklede materiaal. Als daarbij echter de thermische uitzettingscoëfficienten bijvoorbeeld de hierboven genoemde verhouding hebben en de afkoeling op de juiste wijze plaatvindt komt de ring onder trekspanning en het glas onder drukspanning te staan, waardoor een drukaf-20 dichting daartussen optreedt.

Voor het tot stand brengen van een dergelijke drukafdichting wordt het glasdeel 31 in de ring 32 geplaatst, waarbij het glasdeel bij kamertemperatuur met een nauwe of schuivende passing in de ring past. Het samenstel wordt dan 25 bij voorkeur in een mal van grafiet opgenomen en in een reducerende atmosfeer geplaatst, zoals een atmosfeer van 95% stikstof en 5% waterstof, waarna het geheel langzaam wordt verwarmd tot een temperatuur, die iets boven de temperatuur 4 van het bewerkingspunt (bijvoorbeeld 10 poises) van het 30 glas ligt. Voor natronkalkglas wordt het samenstel verwarmd tot een temperatuur van circa 1005® C.

Tijdens het verwarmingsproces zet de ring thermisch radiaal uit en wel in sterkere mate dan het glas, waardoor de spleet of speling tussen de beide delen geleidelijk 35 toeneemt. Als echter de bewerkingstemperatuur is bereikt, vloeit het glas 31 radiaal tot in dichte aanligging met de ring ter plaatse van het grensvlak 33. Desgewenst kunnen geschikte malorganen van grafiet op het glas inwerken om een dergelijke radiale vloeiing in de weke toestand van het glas 8104288

« \ V

-8- te bevorderen.

Als de ring 32 bestaat uit roestvrij staal met een hoog-chroomgehalte en een laag nikkelgehalte treedt tijdens de verwarming bij het grensvlak 33 een chemische reak-5 tie op. Overgebleven zuurstof in de atmosfeer verbindt zich op het grensvlak met het chroom en vormt een taaie laag van chroomoxyde, die bij het grensvlak 33 met het glas versmelt en een chemische binding vormt.

Nadat het glas week geworden is en radiaal uit-10 vloeit ter vorming van de innige aanraking tussen het glas en de ring bij het grensvlak, wordt het samenstel langzaam afgekoeld. Tijdens de afkoeling wordt het glas bij een relatief hoge temperatuur vast, waarop bij voortgaande afkoeling een drukafdichting langs het grensvlak 33 optreedt als ge-15 volg van de verschillende thermische uitzettings- en inkrim-pingscoëfficienten. Tijdens de afkoeling wil de ring sterker krimpen dan het glas, waardoor de ring 32 onder trekspanning en het glas 31 onder drukspanning komt te staan.

In sommige gevallen, waarin een chemische bin-20 ding tot stand komt, kan het gewenst zijn om spanningen in het glas te voorkomen en dus geen drukafdichting te vormen, ook niet als de thermische uitzettingscoëfficienten van het glas en van de ring verschillend zijn. In zulk een geval wordt de afkoeling zo geregeld, dat zich geen spanningen in 25 het glasmateriaal kunnen vormen ofwel het materiaal van de ring en van het venster worden zo gekozen, dat zij dezelfde thermische uitzettingscoëfficient hebben.

Na voltooiing van de afkoeling wordt het glas 31 geslepen en gepolijst om de gewenste doorlaatbaarheid 30 voor het scintillatielicht te verkrijgen.

4

Ofschoon natronkalkglas en een ring van roestvrij staal hiervoor genoemd zijn als een voorbeeld van geschikte materialen voor het vervaardigen van het venster-samenstel, kunnen in bepaalde omstandigheden ook andere glas-35 soorten of transparante materialen van de geschikte eigenschappen worden toegepast, evenals andere materialan voor de ring 32. Als een drukafdichting wordt gewenst, is het echter, van belang, dat de gebezigde materialen zo worden gekozen, dat hun thermische uitzettingscoëfficienten in een 8104288 -9- voor zulk een afdichting juiste verhouding tot elkaar staan. Als voorts een chemische binding wordt vereist, met of zonder drukafdichting, moeten uiteraard het glas en het ring-materiaal zo worden gekozen, dat zulk een binding kan optre-5 den.

Om bij 17 een doorlopende lasverbinding langs de gehele omtrek van de ring 32 te kunnen aanbrengen is de ring zo uitgevoerd, dat de toevoer van de laswarmte niet leidt tot een beschadiging van de afdichting bij het grens-10 vlak 33 of van het venster 31 zelf. Voorts is de constructie zodanig, dat ook het kristal 11 niet door deze laswarmte kan worden beschadigd.

Als voorts de kristallen sterk hygroscopisch zijn, moeten zij in een droogkamer of dergelijke van lage 15 vochtigheidsgraad worden gehanteerd en bewaard. Als de lasnaden 17 en 18 in een droogkamer worden aangebracht, vindt het lassen bij voorkeur plaats in een voor wolfraam inert gas of dergelijke plaats, waarin geen waterdamp producerende verbranding optreedt. Voorts is de uitvoering bij voorkeur 20 zodanig, dat de lasnaad zonder toevoer van metaal maar alleen door de versmelting van het eigen metaal van het buisvormige huisdeel 12, de ring 32, en de kap 14 tot stand kan worden gebracht.

Om de stroming van de bij het lassen ontwikkel-25 de warmte naar het grensvlak 33 zo klein mogelijk te houden heeft bij de uitvoeringsvorm van fig. 1 de ring 32 een radiaal uitstekende, relatief dunne flens 36, die aan zijn binneneinde aan een axiale flens 37 vastzit. Aan het van de flens 36 afgekeerde éinde van de flens 37 is een naar binnen __ 30 uitstekende schouder 38 gevormd, waarvan het binnenvlak het grensvlak 33 vormt. Door deze uitvoering met relatief dunne flenzen 36 en 37, die bij 40 door de schouder 38 op afstand van het venster 31 worden gehouden, wordt een thermische barrière verkregen, dié de warmtestroming vanaf de lasnaad bij 35 17 naar het grensvlak 33 beperkt.

Naast de flens 36 is het buisvormige huisdeel 12 voorzien van een radiale groef 39, die zich over een groot deel van de dikte van de wand van het huisdeel 12 uitstrekt, waardoor ook hier een thermische barrière wordt gevormd.

8104288 -10—

Axiaal buitenwaarts van de groef 38 heeft het lijfdeel een relatief dunwandige radiale flens 41, die tegen de radiale flens 36 van de ring 32 aanligt. Ook hier vormt het door de flens 41 gevormde dunne deel een weerstand tegen de doorgang 5 van een grote warmtestroom. Voorts moet de vanuit de flens 41 naar het huisdeel 12 stromende warmte door een relatief dun deel 42 onder de groef 39 passeren. Door deze uitvoering wordt derhalve een thermische barrière zowel in het buisvormige huisdeel 12 als in de ring 32 verkregen, die de 10 overdracht van warmte naar het lijf van het huisdeel 12 en naar het aan het grensvlak 33 grenzende deel van de ring 32 beperkt. Het is voorts gebruikelijk om koelringen of warmte-putten (niet getekend) toe te passen, die tegen de op enige afstand van de las liggende delen worden geplaatst om een 15 groot deel van de laswarmte te verwijderen voor deze het grensvlak 33 tussen de ring 32 en het glas 31 of het kristal 11 kan bereiken. De ring en het huisdeel 12 bieden relatief grote oppervlakken 45a en 45b voor de aanligging van dergelijke koelringen of warmteputten, waardoor deze laatste van-20 af deze oppervlakken warmte kunnen afvoeren. Bij voorkeur zijn deze warmteafvoermiddelen zo uitgevoerd, dat zij tevens de ring 32 en het lijfdeel 12 ook dicht bij de las aangrijpen om de warmte daarvan af te voeren en om het venstersa-menstel 13 en het huisdeel 12 in de juiste stand voor het 25 lassen vast te houden. De dunne delen en de warmteafvoermiddelen zorgen er samen voor, dat geen schadelijke temperaturen bij de afdichting ter plaatse van het grensvlak tussen het venster en de ring optreden en dat evenmin de aangrenzende delen van het kristal 11 en de optische koppelingslaag 30 26 worden beschadigd.

Doordat voorts de thermische barrières de dunne delen bij de las vormen is slechts een relatief kleine hoe- · veelheid warmte nodig om de flenzen 36 en 41 tot de lastem-r peratuur te verwarmen.

35 Na het lassen zijn. de flenzen 36 en 41 met el kaar versmolten ter vorming van een blijvende lasverbinding, die vloeistof- en gasdicht is en die het venstersamenstel vast met het buisvormige huisdeel verbindt.

De constructie van de verbinding tussen het 8104288 -livens ter samens tel en het buisvormige huisdeel verkregen door de bij de las 17 met elkaar verbonden radiale flenzen 36 en 41 heeft nog andere voordelen. In sommige gevallen is de ring 32 vervaardigd uit materiaal, waarvan de thermische 5 uitzettingscoëfficient iets verschilt van die van het buisvormige huisdeel 12, waardoor tijdens het verwarmen en koelen van de samengestelde detector uitzettings- en krimpver-schillen kunnen optreden. Dit uitzettingsverschil kan door de dunne delen bij 37 en 42 zonder overmatige spanningsver-10 schijnselen worden opgenomen, doordat deze delen binnen de elasticiteitsgrens van de betrokken materialen enigszins doorbuigen. Als gevolg van de kleine dikte van de betrokken wanddelen leidt deze door het thermische uitzettingsverschil veroorzaakte vervorming niet tot een breuk van de las en 15 derhalve ook niet tot een slechtere werking van de afdichting.

Een dergelijke constructie is toegepast bij de las 18 aan het tegenoverliggende.einde van het buisvormige huisdeel 12 en de kap 14. Ook hier is een groef 43 dichtbij 20 het einde van het huisdeel aangebracht om een relatief dunne flens 44 te vormen, die van het overige gedeelte van het huisdeel 12 door een relatief dun wanddeel 46 onder de groef 43 is gescheiden. De kap 14 is eveneens van een relatief dunne radiale flens 47 voorzien, die tegen de flens 44 aanligt 25 en een omtreksdeel van relatief kleine doorsnede verschaft, dat wordt gesmolten ter vorming van de las 18 en de blijvend hermetisch afgedichte verbinding tussen het huisdeel 12 en de kap 14.

In de afgebeelde uitvoeringsvorm is de kap 14 3Ό voorzien van een cylindrisch uitsteeksel 48, dat nauwkeurig in de cylindrische binnenwand van het huisdeel 12 past en daardoor de kap radiaal in de juiste stand ten opzichte van het huisdeel houdt, de sterkte vergroot en vervorming als gevolg van de laswarmte beperkt. In het geval van de las 18 35 is de thermische barrière niet zo kritisch als aan de andere zijde bij de las 17 het geval is, daar het kopvlak 23 van het kristal 11 op een relatief grote afstand van de las 18 ligt. Het is echter wel gewenst om ook aan dit einde een thermische barrière te vormen, omdat daardoor een concentratie van de 8104288 > -12- warmte langs de omtrek van de beide flenzen 44 en 47 wordt verkregen, hetgeen een goede versmelting van de materialen ter plaatse van de las 18 waarborgt.

De -fig. 2A en 2B tonen een tweede uitvoerings-5 vorm van een venster samenstel, waarbij een ring 51 weer van een relatief dunne, radiaal uitstekende flens 52 is voorzien. In dit geval is echter tussen de flens 52 en het binnenvlak 54 van de ring een axiale groef 53 aangebracht. Dit binnenvlak 54 vormt een deel van het grensvlak met het ven-10 sterelement 56.

In fig. 2A is te zien, dat het vensterelement aanvankelijk een grotere dikte heeft, dan de ring 51, en voorts zo is gedimensioneerd, dat het met nauwe passing langs de cylindrische binnenwand 54 in de ring 51 kan worden 15 geschoven voor het samenstel wordt verwarmd. Het venster-materiaal kan ook hier weer natronkalkglas zijn met een thermische uitzettingscoëfficient, die iets groter is dan die van een uit roestvrij staal vervaardigde ring 51.

De beide delen worden samen verwarmd tot een 20 temperatuur, waarbij het materiaal van het vensterelement 56 week wordt. In deze toestand vloeit het vensterelement 56 radiaal buitenwaarts tot in innige aanraking met de binnenwand 54 van de ring 51. Bij voorkeur wordt, zoals bovenbeschreven, tevens een chemische binding gevormd. Het samen-25 stel krijgt dan gelegenheid om af te koelen teneinde als gevolg van het verschil in krimp een drukafdichting te vormen op de hiervoor beschreven wijze.

Na afkoeling wordt het vensterelement 56 gepolijst, waarbij de dikte van het uiteindelijke produkt wordt 30 verkleind tot een dikte, die althans nagenoeg gelijk is aan die van de ring 51, zoals fig. 2B laat zien. Het uit de ring 51 en het vensterelement 56 bestaande samenstel wordt dan op dezelfde wijze als hiervoor beschreven aan het einde van een buisvormig huisdeel 12 gelast ter vorming van een hermetisch 35 afgedichte sluiting aan het ene einde van de detector. Het andere einde wordt op dezelfde wijze als afgeheeld in fig. 1 afgesloten.

Fig. 3.toont een derde uitvoeringsvorm, die in verschillende opzichten constructief lijkt op die van 8104288 -13- fig. l, maar twee in serie liggende dunne delen heeft om de stroom van laswarmte naar het grensvlak tussen de ring en het glas te belemmeren. Bij deze uitvoeringsvorm is een bijvoorbeeld van koud gerold staal vervaardigde ring 61 5 voorzien van een radiale groef 62 ter vorming van een dunne, radiaal gerichte lasflens 63. Een tweede, axiaal gerichte groef 64 bevindt zich radiaal binnenwaarts van de groef 62 en vormt in samenwerking daarmee een dun deel 6 6. Achter de bodem van de groef 64 ligt een radiaal lopend deel 67. Naast 10 het dunne deel 66 en het deel 67 bevindt zich een deel 68 van grotere doorsnede , dat een relatief groot oppervlak biedt voor de aaniigging van een warmteafvoerorgaan. Radiaal binnenwaarts van de groef 64 bevindt zich een dun,’ buisvormig deel 69, dat het grensvlak 71 met een venster 72 ver-15 schaft, dat dezelfde uitvoering heeft, als het venster 56 van de tweede uitvoeringsvorm. Ook in dit geval wordt de hermetische afdichting tussen het venster 72 en de ring 61 verkregen door deze beide delen te verwarmen tot een temperatuur, waarbij het venstermateriaal kan vloeien, zodat 20 bij de daaropvolgende afkoeling een drukafdichting wordt verkregen.

Evenals bij de eerste uitvoeringsvorm wordt ook bij de uitvoeringsvorm van fig. 3 de flens 63 tegen een flens 41 van het huisdeel 12 geplaatst en wordt langs de 25 omtrek van deze beide flenzen een las aangebracht door de materialen van de flenzen tot een enkele homogene massa te smelten, terwijl een koelring of een warmteput voor de warmteafvoer tegen de ring 61 en het huisdeel 12 aanligt.

Als gevolg van de relatief kleine dikte van de flens 63 is 30 het mogelijk om zonder toevoer van een overmatige warmtehoeveelheid een goede las te verkrijgen. Uiteraard kan enige warmte langs het dunne deel 66 passeren en de materiaal-massa bij 68 verwarmen. De meeste warmte wordt echter op deze plaats door de koelring of dergelijke afgevoerd, zodat 35. slechts.zeer weinig warmte door het deel 67 naar grensvlak 71 stroomt. Ook hier wordt derhalve door de samenwerking van een thermische barrière en een warmteput voorkomen, dat langs het grensvlak 71 schadelijke temperaturen optreden.

Door toepassing van de uitvinding wordt een zeer 8104288 » V -14- \ goede afdichting langs het grensvlak tussen het venster en de opsluitring daarvoor verkregen, die relatief hoge drukken en temperaturen kan weerstaan. De door de chemische binding en/of de drukverbinding verkregen afdichtingen bij dit 5 grensvlak hebben getoond bij een toestand, waarin de detector aan temperaturen· van tenminste 200° C wordt blootqesteld, doeltreffend te werken. Daar voorts de overige verbindingen door lassen zijn afgesloten kan er tijdens het gebruik van de detector geen lek of achteruitgang van de afdichting op-10 treden.

Bij elke van de beschreven uitvoeringsvormen is een door dunne., delen gevormde thermische barrière aanwezig om te verhinderen, dat het grensvlak tussen het venster en de bijbehorende ring en ook het kristal 11 geen schadelijke temperaturen kunnen aannemen. Voorts heeft elke uitvoerings-15 vorm een constructie met een dunne lasflens, waarbij langs de omtrek van de flenzen lastemperaturen kunnen worden verkregen zonder dat bij het lassen grote warmte-hoeveelheden noodzakelijk zijn. De constructie- heeft voorts zodanig buigzame delen, dat een beperkt uitzettingsverschil tussen de 20 ring en het cylindrische huisdeel toelaatbaar is. Het optreden van overmatige krachten wordt tevens vermeden door de toepassing van een smerende voering, die in de beschreven uitvoeringsvormen door een huls van Teflon wordt gevormd, welke langs de binnenwand van het buisvormige huisdeel is 25 geplaatst.

8104288

Claims (26)

1. Scintillatiedetector of dergelijke inrichting, met een detectorelement en een dit element opsluitend hermetisch afgedicht huis, dat aan êên einde een licht-doorlatend venster heeft, met het kenmerk, dat het huis 5 een uit het venster en een vensteropsluitring bestaand ven-stersamenstel heeft, waarbij de ring en het venster langs het grensvlak daartussen een hermetische afdichting vormen, die is verkregen door de ring en het venster te verwarmen tot de vloeitemperatuur van het venster, zodat het venster 10 tot de vergrote afmeting van de uitgezette ring radiaal uitvloeit, en vervolgens de ring en het venster te laten afkoelen, waarbij de ring na de vorming van de hermetische afdichting is gepolijst.

2. Detector volgens conclusie l,met het 15 kenmerk, dat de afdichting is verkregen door een chemische binding tussen de ring en het venster.

3. Detector volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de ring een grotere thermische uitzettingscoëfficient heeft, dan het venster, waarbij de 20 ring onder trekspanning en het venster onder drukspanning staat ter vorming van een drukafdichting daartussen.

4. Detector volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat het venster uit glas bestaat.

5. Detector volgens conclusie 4,met het 25 kenmerk, dat het venster is vervaardigd uit natron- kalkglas met een thermische uitzettingscoëfficient tussen _C circa 8x10 tot 10x10 cm per cm per graad C, waarbij de ring een thermische uitzettingscoëfficient heeft tussen “fi — fi circa 9x10 tot 12x10 cm per cm per graad C.

6. Detector volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat de ring is vervaardigd van een metaal met een aanmerkelijk chroomgehalte, waarbij de chemische binding wordt verkregen door een laag van chroomoxyde op het grensvlak tussen het venster en de ring.

7. Detector volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de ring aan het overige deel van het huis is vastgelast nadat de ring met het venster is verenigd, 8104288 , ' ' -16- waarbij middelen aanwezig zijn om te verhinderen, dat de las-warmte de afdichting bij het grensvlak kan beschadigen.

8. Detector volgens conclusie 7, m e t h e t kenmerk, dat de genoemde middelen bestaan uit een 5 thermische barrière in de ring.

9. Detector volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat de thermische barrière een dun deel in de verbinding van de las met het grensvlak bevat.

10. Detector volgens conclusie 9, m e t het 10 kenmerk) dat het dunne deel wordt gevormd door een radiale flens, waarbij de las langs de omtrek van deze flens loopt.

11. Detector volgens conclusie 10, moe t het kenmerk, dat de thermische barrière een zich over een 15 aanmerkelijke afstand door de dikte van de ring uitstrekken-de groef bevat, die een dun deel tussen de las en het grensvlak vormt.

12. Detector volgens conclusie 11, m e t het kenmerk, dat het huis is voorzien van een tweede 20 thermische barrière aan de van de ring afgekeerde zijde van de las.

13. Detector volgens één der voorafgaande conclusies, waarbij verende middelen aanwezig zijn, die het detectorelement naar het venster toedrukken, met het 25 kenmerk, dat smeermiddelen aanwezig zijn om de wrijving, die een relatieve beweging van de detector ten opzichte van het huis tracht tegen te werken, verlagen.

14. Detector volgens conclusie 13, m e t het kenmerk, dat de smeermiddelen bestaan uit een laag van 30 materiaal met een lage wrijvingscoëfficient.

15. Detector volgens conclusie 14, m e t het kenmerk, dat de laag bestaat uit Teflon of dergelijke.

16. Scintillatiedetector of dergelijke, met een detectorelement. en een dit element opsluitend hermetisch af- 35 gedicht huis, dat aan één einde een licht-doorlatend venster heeft, met het kenmerk, dat het huis een venster-samenstel heeft, dat bestaat uit het venster en een door een hermetische afdichting daarmee verbonden vensteropsluitring, waarbij de ring na zijn verbinding met het venster aan het 810 4 2 8 8 -17- overige deel van het huis is vastgelast en waarbij middelen aanwezig zijn, die verhinderen, dat de laswarmte de afdichting tussen het venster en de ring kan beschadigen.

17. Detector volgens conclusie 16, met het 5 kenmerk, dat de genoemde middelen bestaan uit een thermische barrière in de ring.

18. Detector volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de thermische barrière een dun deel in de verbinding van de las met het grensvlak bevat.

19. Detector volgens conclusie 18,met het kenmerk, dat het dunne deel wordt gevormd door een radiale flens, waarbij de las langs de omtrek van deze flens loopt.

20. Detector volgens conclusie 17, met het 15 kenmerk, dat de thermische barrière een zich over een aanmerkelijke afstand door de dikte van de ring uitstrekken-de groef bevat, die een dun deel tussen de las en het grensvlak vormt.

21. Detector volgens conclusie 17,met het 20 kenmerk, dat de smeermiddelen bestaan uit een laag van materiaal met een lage wrijvingscoëfficient.

22. Detector volgens conclusie 21,met het kenmerk, dat het huis een paar relatief dunne, radiaal lopende flenzen heeft, die langs hun omtrek door de las zij,n 25 verbonden.

23. Detector volgens conclusie 22,met het kenmerk, dat een laag van een materiaal met een kleine wrijvingscoëfficient tussen het detectorelement en het huis is geplaatst om de aan de relatieve beweging tussen deze de- 30 len weerstand biedende wrijving te verlagen.

24. Detector volgens conclusie 23,met het kenmerk, dat de laag bestaat uit Teflon of een dergelijk materiaal.

25. Scintillatiedetector, omvattende een kris-35 tal van cylindrische vorm en een dit kristal omsluitend metalen huis, dat voorzien is van een venster van een materiaal, dat het door het kristal geproduceerde licht kan doorlaten, welk venster dichtbij één van de einden van het kristal ligt, met het kenmerk, dat op het andere einde van het 8 f 0 4 2 8 8 Vs -18- kristal verende middelen werken, die het kristal naar het venster toedrukken, waarbij tussen het kristal en het huis. een zich over de lengte van het.kristal uitstrekkende laag van een materiaal met lage wrijvingscoëfficient is geplaatst, om de tussen het kristal en het huis werkende, aan een rela-5 tieve langsbeweging van deze delen weerstand biedende wrijving te verlagen.

26. Detector volgens conclusie 25, m e t het kenmerk, dat de laag bestaat uit Teflon of een derge-lijk materiaal. 10 8104288