Изобретение относитс к технике регистрации ионизирующих излучений с помощью пластмассовых сцинтилл торов (ПС) с повышенным средним э(|)фективным атомным номером и может быть использовано в экспериментальных и промышленных установках дл регистрации рентгеновских и гамма-лучей малых энергий (20-200 кэВ).The invention relates to a technique for detecting ionizing radiation using plastic scintillators (PS) with an increased average effective atomic number (|) and can be used in experimental and industrial installations for detecting low-energy x-rays and gamma rays (20-200 keV).
Поглощение сцинтмлл тором низкоэнергетического Ионизирующего излучени зависит от среднего эффективного атомного номера сцинтилл тора и растет с его увеличением. Дл повышени Э((фёктивности в состав ПС ввоо ю елThe scintillator absorption of low-energy Ionizing radiation depends on the average effective atomic number of the scintillator and increases with its increase. To increase E ((the efficiency in the composition of PS, I ate
д т органические соединени т желых элементов. Присутствие этих соединеV4 ний вызывает тушение люминесценции 00 Ю ПС, уменьша их световой выход на 50-60% и, таким образом, снижа эффективность регистрации ионизирующег го излучени .organic compounds of heavy elements are given. The presence of these compounds V4 causes quenching of the luminescence of 00 10 PS, reducing their light output by 50-60% and, thus, decreasing the efficiency of recording ionizing radiation.
Известны способы получени ПС путем полимеризации растворов органических производных олова, свинца, ртути, висмута и люминесцирующих добавок в винилароматических мономерах .Known methods for producing PS by polymerizing solutions of organic derivatives of tin, lead, mercury, bismuth and luminescent additives in vinyl aromatic monomers.
Известен способ получени сцинтилл торов на основе полистирола, солержащих 5 тетрафенилсвинца или трифенилв 1смута . Введение 5% тетрафенилсвинца уменьшает световой выход сцинтилл тора на 60%, а введение 5 трифеиилвисмута - на 85 (везде далее по сравнению со световым выходом сцинтилл тора, изготовленного таким же способом, но без ут желител ). Известен слособ получени сцинтилл торов на основе сополимеров винилтолуола с винильным металлсодержащим соединением . Этот способ позвол ет вводить большее количество металла в сцинтилл тор . Световой выход сополимера винилтолуола с трифенил-(-винилфенил)оловом уменьшаетс на 35. Известен также способ Получени сцинтилл тора путем полимеризации стирола и органических соединений олова, свинца, ртути или висмута типа . В св зи с ограниченной растворимостью металлсодержащих соединений в стироле в состав пластмассового сцин тилл тора этим способом можно ввести не более 10% указанных соединений, и поэтому не удаетс достичь эффективного поглощени ионизирующего излуче ни . Световой выход сцинтилл торов, по лученных известным способом, составл ет 30-80%. Известны способы получени ПС, со держащих 10% свинца, световой выход которых уменьшаетс на 65-70%. Известен также способ получени ПС с повышенным средним эффективным атомным номером путем полимеризации растворов этильных или нафтильных ор ганических производных олова или свинца в стироле. Полученные сцинтилл торы более эффективно поглощают ионизирующее из лучение в области 20-150 кэВ, так ка в винилароматических мономерах.можно растворить до 20% этильных или нафтильных производных металлов. Однако они имеют низкий световой выход (3060% ). Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс способ получени металлсодержащих ПС с повы шенным средним эффективным атомным номером, основанный на термической радикальной блочной полимеризации ви нила роматических мономеров 5-20% люминесцирующих добавок и металлсодержащих мономеров при l60i5C. В качестве винилароматического мономера использованы стирол или винилтолуол . В качестве металлсодержащего соединени использованы п-дибромбензол, или трифенил-(-этилфенил)-олово, или трифенил-(4-этилфенил)-свинец, или п-диодбензол. В качестве люминесцирующей добавки использованы хорошо растворимые соединени из класса оксазолов: 2,5дифенилоксазол (РРО), 2-(1-нафтил)5-фенилоксазо () или 2,5-( -бифенил )- -фенилоксазол. Введение люминесцирующей добавки позвол ет снизить тушащее действие металлсодержащих соединений и тем самым обеспечивает высокий световой выход сцинтилл тора (см. таблицу ) . Этот способ получени металлсодержащих ПС вл етс наиболее прогрессивным . Однако полученные указанным способом ПС содержат большое количество люминесцирующей добавки, что уменьшает температуру, стекловани (см. таблицу) и таким образом снижает устойчивость ПС к различным климатическим услови м 8 процессе эксплуатации. Недостатком металлсодержащих ПС, полученных известным способом, вл етс также их низка прозрачность (см. таблицу), обусловленна высокой концентрацией лю1минесцирующей добавки , что не позвол ет получать сцинтилл торы больших размеров и сложной конфигурации. При изготовлении ПС известным способом полимеризаци может протекать неполностью вследствие большой концентрации добавки, в результате образцы получаютс деформированными и недостаточно твердыми. Целью изобретени вл етс повышение теплостойкости и прозрачности ПС к свету собственной люминесценции при сохранении высокого светового выхода и эффективности поглощени низкоэнергетического ионизирующего излучени . Поставленна цель достигаетс тем, что в способе, получени ПС основанном на термической радикальной блочной полимеризации винилароматических мономеров металлсодержащих соединеНИИ и люминесцирующих добавок, в ка честве металлсодержащих соединений ввод т трибутилоловокапроната или гексабутилдиоловооксида и полиме ризацию осуществл ют при 125-135 0, При температуре полимеризации ниже 125 В образцах образуютс пузыри при температуре полимеризации выше 135С образцы мутнеют, В обоих случа х ПС имеют низкие световой выход и прозрачность (см, таблицу), Введение в состав ПС менее 5% металлсодержащего соединени не обеспечивает достаточно эффективное поглощение рентгеновского и гамма-излучени (см, таблицу), Вследствие ограниченной растворимости указанных соединений в винилароматических мономерах введение в состав ПС более 20 металлсодержащих соединений приводит к уменьшению све тового выхода и прозрачности ПС вследствие их помутнени (см. таблицу ). Гексабутилдиоловооксид и трибутилоловокапронат известны как стабилизаторы поливинилхлорида. Дл изготовлени детектора низкоэнергетического рентгеновского и гамма-излучени эти вещества использованы впервые . Эти соединени удачно сочетаютс с полимерной основой и слабо туша люминесценцию ПС,, В качестве основы могут быть использованы винилароматические мономеры - стирол, винилтолуол, винилкси лол. В качестве первичной люминесцирую r9f.,te .U« 1 Ч 1. I л 0hr-« vr4« щей добавки может быть использована люба добавка, примен ема в ПС: птерфенил (ТР), или РРО, или 2-фенил5- (4-бифенил)-оксадиазол-1,3(РВД), или (odNPO). В качестве вторичной люминесцирующей добавки может быть использована люба добавка, примен ема дл этих целей: 1,-ди-(2,5-фeнилoкcaзoлил )-бeнзoл (POPUP), или тетрафенилбутадиен , или 1,3,5-Л -трифенилпиразолин (TRA). Получают ПС путем термической блочной радикальной полимеризаций пр 13015 С с выдержкой при этой темпера туре в течение 72 ч, последующим сии жением температуры со скоростью до и охлаждением до комнатной температуры. Пример 1. В ампулу из термостойкого стекла загружают 20 гексабутилдиоловооксида , 0,2% РОРОР, 2% ТР и заливают 87,8 свежеперегнанного стирола. Содержимое ампулы продувают азотом в течение 5 мин. Затем ампулу запаивают и помещают в термостат, где выдерживают 72 ч при 130°С. Дл сн ти напр жений, развивающихс в блоке , провод т отжиг со скоростью до 80С. Ампулу разбивают и помещают в выключенный термостат дл самоохлаждени до комнатной температуры. Затем образец освобождают от остатков стекла, шлифуют и полируют. Получают образец диаметром 1б мм и высотой 10 мм, относительный световой выход 85%, поглощение гамма-лучей с энергией 60 кэВ составл ет 350 по отношению к эталону и 60% по отношению к ПС прототипа, температура стекловани составл ет 100% по отношению к эталону и 1бО% по отношению к ПС прототипа, прозрачность уменьшаетс в 3,8 раза по отношению к эталону и увеличиваетс в 1,7 раза по отношению к ПС прототипа (см, таблицу , п. 3). Примеры 2-10. Процесс осуществл ют, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице. Кроме специально оговоренных случаев получают образец диаметром 1б мм и высотой 10 мм. Как видно из приведенных данных,пС полученные предлагаемым способом, . сохран эффективное поглощение гамма-лучей и высокий световой выход, имеют более высокую температуру стекловани (на 0-60%) и более прозрачны (в 2-2,5 раза). I Более высока теплостойкость ПС позволит значительно расширить область применени детекторов гамма- и рентгеновского излучени , используемых в дерных и космических исследовани х . Высока прозрачность дает возможность изготавливать дeteктopы различных размеров и сложной конфигурации . Предлагаемый способ вл етс более технологичнымA known method for producing polystyrene based scintillators containing 5 tetraphenyl lead or triphenyl 1 cm². The introduction of 5% tetraphenyl lead reduces the light output of the scintillator by 60%, and the introduction of 5 trifeiyl bismuth decreases by 85% (everywhere further compared with the light output of a scintillator made in the same way, but without a holder). A known scintillator preparation line based on vinyl toluene copolymers with a vinyl metal-containing compound is known. This method allows a larger amount of metal to be introduced into the scintillator. The light yield of a copolymer of vinyl toluene with triphenyl - (- vinylphenyl) tin is reduced by 35. A method is also known for producing a scintillator by polymerizing styrene and organic compounds of the tin, lead, mercury or bismuth type. Due to the limited solubility of the metal-containing compounds in styrene, no more than 10% of these compounds can be introduced into the composition of the plastic scintillator by this method, and therefore it is not possible to achieve effective absorption of ionizing radiation. The light output of scintillators obtained in a known manner is 30-80%. Known methods for producing PS containing 10% lead, the light output of which is reduced by 65-70%. There is also a known method for producing PS with an increased average effective atomic number by polymerizing solutions of ethyl or naphthyl organic derivatives of tin or lead in styrene. The resulting scintillators more efficiently absorb ionizing radiation in the range of 20-150 keV, such as in vinyl aromatic monomers. It is possible to dissolve up to 20% of ethyl or naphthyl derivatives of metals. However, they have a low light output (3060%). The closest technical solution to the invention is a method for producing metal-containing PSs with a higher average effective atomic number, based on thermal radical block polymerization of vinyl aromatic monomers of 5-20% luminescent additives and metal-containing monomers at l60i5C. Styrene or vinyl toluene are used as the vinyl aromatic monomer. As the metal-containing compound, p-dibromobenzene or triphenyl - (- ethylphenyl) tin or triphenyl- (4-ethylphenyl) lead or p-diobenzene are used. Well-soluble compounds from the class of oxazoles are used as a luminescent additive: 2,5 diphenyloxazole (PPO), 2- (1-naphthyl) 5-phenyloxazo () or 2,5- (-biphenyl) - phenyloxazole. The introduction of a luminescent additive reduces the quenching effect of metal-containing compounds and thereby provides a high light output of the scintillator (see table). This method of producing metal-containing PS is the most progressive. However, PSs obtained by this method contain a large amount of luminescent additives, which reduces the glass transition temperature (see table) and thus reduces the resistance of PSs to various climatic conditions during operation. A disadvantage of metal-containing PS obtained by a known method is their low transparency (see table), due to the high concentration of the luminescent additive, which does not allow to obtain large scintillators of large size and complex configuration. In the manufacture of PS by a known method, the polymerization may not be complete due to the high concentration of the additive, as a result, the samples are deformed and not sufficiently solid. An object of the invention is to increase the heat resistance and transparency of PSs to intrinsic luminescence light while maintaining a high light output and absorption efficiency of low-energy ionizing radiation. This goal is achieved in that in the method for preparing PS based on thermal radical block polymerization of vinyl aromatic monomers of metal-containing compounds of the Research Institute and luminescent additives, tributyltin capronate or hexabutyl diol tin oxide is introduced as metal-containing compounds and the polymerization is carried out at a temperature below 125-135 0 125 Bubbles form in the samples at a polymerization temperature above 135 ° C; the samples become turbid. In both cases, the PSs have low light output and transparency (with , table), Introduction to the composition of PS of less than 5% of a metal-containing compound does not provide sufficiently effective absorption of x-ray and gamma radiation (see table), due to the limited solubility of these compounds in vinyl aromatic monomers, the introduction of more than 20 metal-containing compounds into the composition of PS leads to a decrease in light yield and transparency of PS due to their turbidity (see table). Hexabutyl diol tin oxide and tributyltin capronate are known as stabilizers for polyvinyl chloride. These substances were used for the first time in the manufacture of a low energy x-ray and gamma radiation detector. These compounds are successfully combined with a polymer base and weakly quenching the luminescence of PS. Vinyl aromatic monomers such as styrene, vinyl toluene, vinyl xylene can be used as the base. As the primary luminescence, r9f., Te .U “1 H 1. I l 0hr-“ vr4 “additive can be used with any additive used in PS: pterphenyl (TP), or PPO, or 2-phenyl5- (4 β-biphenyl) -oxadiazole-1,3 (RVD), or (odNPO). As a secondary luminescent additive, any additive used for these purposes can be used: 1, -di- (2,5-phenyl-oxazolyl) -benzene (POPUP), or tetraphenylbutadiene, or 1,3,5-L-triphenylpyrazoline (TRA ) PS is obtained by thermal block radical polymerization of pr 13015 С with holding at this temperature for 72 h, followed by a decrease in temperature at a rate of up to and cooling to room temperature. Example 1. In an ampoule made of heat-resistant glass, 20 hexabutyl diol tin oxide, 0.2% POPOP, 2% TP were charged and 87.8 freshly distilled styrene were added. The contents of the ampoule are purged with nitrogen for 5 minutes. Then the ampoule is sealed and placed in a thermostat, where it is held for 72 hours at 130 ° C. To relieve the stresses developing in the block, annealing is carried out at a speed of up to 80 ° C. The ampoule is broken and placed in the switched off thermostat for self-cooling to room temperature. Then the sample is freed from the rest of the glass, polished and polished. A sample is obtained with a diameter of 1 b mm and a height of 10 mm, a relative light output of 85%, the absorption of gamma rays with an energy of 60 keV is 350 with respect to the standard and 60% with respect to the PS of the prototype, the glass transition temperature is 100% with respect to the standard and 1bO% with respect to the PS of the prototype, transparency decreases 3.8 times with respect to the reference and increases 1.7 times with respect to the PS of the prototype (see table, item 3). Examples 2-10. The process is carried out as in Example 1. The data obtained are shown in the table. In addition to specially specified cases, a sample is obtained with a diameter of 1 mm and a height of 10 mm. As can be seen from the above data, PS obtained by the proposed method,. retaining the effective absorption of gamma rays and high light output, they have a higher glass transition temperature (0-60%) and are more transparent (2-2.5 times). I Higher thermal stability of PS will significantly expand the scope of application of gamma and X-ray detectors used in nuclear and space research. High transparency makes it possible to produce detectors of various sizes and complex configurations. The proposed method is more technologically advanced.