RU1789946C - Термостатированный сцинтилл ционный детектор - Google Patents

Abstract

Использование: сцинтилл ционные блоки детектировани  ионизирующих излучений , создаваемые на базе гигроскопич - ных кристаллов. применительно к геофизике, атомной энергетике и другим отрасл м народного хоз йства. Сущность изобретени : внутренн   оболочка сосуда Дьюара выполнена в виде гофрированного элемента, гофры которого заполнены наход щимс  в состо нии объемного сжати  эластичным материалом. ФЭУ закреплен со стороны входного окна с помощью посадочного по ска, расположенного между двум  част ми гофрированного элемента, снабженного со стороны сцинтилл тора охватывающим его снаружи по меньшей мере .одним демпферным кольцом. 7 ил.

Description

Изобретение относитс  к блокам детектировани  ионизирующего излучени , построенным на базе гигроскопических кристаллических сцинтилл торов и использующимс  в каротажных устройствах, работающих в услови х повышенных температур.

Известен термостатированный сцинтилл ционный блок детектировани , детектор которого включает кристаллический сцинтилл тор.сопр женный со входным окном фотоэлектронного умножител , снабженный компенсатором несогласованных тепловых изменений размеров кристалла и установленный в герметичную оболочку. Сам детектор в известном устройстве помещен в сосуд Дьюара. Там же расположен и ФЭУ, который, будучи оптически сопр женным с выходным окном детектора, вместе с

последним образует сцинтиблок. Закреплен сцинтиблок внутри сосуда Дьюара жестко между двум  бачками с теплопоглотителем. Конструктивной особенностью сосуда Дьюара  вл етс  наличие слоистого теплового экрана из чередующихс  слоев алюминиевой фольги и стеклоткани , располагающихс  внутри замкнутой его полости и заполн ющих последнюю наполовину .

Недостатком известной конструкции  вл етс  ее неприспособленность к работе в услови х вибрации и ударных воздействий . Обусловлен такой недостаток жестким закреплением сцинтиблока и отсутствием каких-либо амортизирующих устройств, способных гасить интенсивные ударные и знакопеременные систематические механические нагрузки.

VI

00 Ю О

4

о

Наиболее близким к за вл емому устройству  вл етс  известный каротажный инструмент дл  высокотемпературных скважин , представл ющий собой сосуд Дьюара, внутренн   часть оболочки которого ис- пользуетс  в качестве контейнера дл  сцин- тилл тора и сопр гающегос  с ним ФЭУ. Компенсатором несогласованных между со- бфй тепл Ь вых расширений кристалла и других деталей инструмента, в частности металлической внутренней части оболочки сосуда Дьюара, в известном устройстве служит амортизирующий элемент из эластичного материала, заполн ющий собой пространство между внутренним торцом кристалла и дном упом нутой части оболочки сосуда Дьюара. Этот же амортизирующий элемент используетс  также и в качестве осевого амортизатора, предотвращающего разрушение кристалла при воз- действии осевых нагрузок. Со стороны свободного от сопр жени  с кристаллом торца ФЭУ в известном устройстве имеетс  изолирующий элемент, также из эластичного материала и обладающий свойством низ- кой теплопроводности. Будучи закрепленным внутри сосуда Дьюара выше уровн  других уже упом нутых деталей каротажного инструмента, изолирующий элемент служит фиксатором дл  ФЭУ и кристалла. Сопр жение кристалла со входным окном ФЭУ выполнено традиционно оптически прозрачным, а свободна  от сопр жени  с ФЭУ внешн   поверхность кристаллаокружена диффузной светоотражающей оболочкой из уплотненного порошка, располагающегос  в зазоре между указанными поверхност ми кристалла и другими детал ми устройства. В качестве демпфера дл  радиальных ударных нагрузок в известном устройстве используетс  амортизирующа  и стабилизирующа  установка, закрепленна  внутри сосуда Дьюара между донными част ми (внутренней и внешней)его оболочки. .

Недостатки известного устройства следующие . В процессе осевого смещени  кристалла и ФЭУ, что происходит вследствие соответствующей направленности ударного воздействи , например в момент погруже- ни  инструмента в скважину, воздействию подвергаетс  диффузна  светоотражающа  оболочка. Внутренние слои порошковой светоотражающей оболочки в этом случае увлекаютс  кристаллом, а внешние, наобо- рот, придерживаютс  контактирующими с порошком стенками сосуда Дьюара. В конечном итоге такой процесс заканчиваетс  перераспределением порошка по объему светоотражающей оболочки, сопровождающимс  по влением разуплотненных участков и участков с повышенной плотностью. Кроме этого, в процессе смещени  самого ФЭУ (разумеетс  вместе с кристаллом) возможно защемление порошка между стенками ФЭУ и оболочкой сосуда Дьюара, после чего может произойти резка  остановка ФЭУ и отрыв кристалла от ФЭУ. Последнее происходит за счет сжати  эластичного амортизатора. По окончанию ударных механических воздействий восстановление формы эластичного амортизатора происходит не полностью, также по причине защемлени  порошка светоотражающей оболочки между стенками амортизатора и внутренними поверхност ми соприкасающейс  с ним части сосуда Дьюара. С течением времени в ходе эксплуатации известного устройства в услови х переменных температур порошок расползаетс  все глубже и глубже в щели между ФЭУ и сосудом Дьюара, а также между амортизатором и сосудом. Все это приводит к снижению оптических качеств светоотражающей оболочки кристалла и снижению способности амортизатора эффективно гасить ударные воздействи . Использование уплотн ющих колец из различных материалов по кра м кристалла не приводит к преодолению упом нутых недостатков , так как закрепить их клеем на стенках сосуда Дьюара не представл етс  возможным по причине несогласованности тепловых линейных расширений отдельных составл ющих устройства и следовательно об зательных взаимных смещений деталей устройства друг относительно друга, в том числе и колец. А в таком случае их смещени  сопровождаютс  такими же процессами, как и без них, с той разницей, что защемление порошка происходит главным образом и в первую очередь между наружными поверхност ми этих уплотн ющих колец и внутренними поверхност ми сосуда Дьюара , контактирующими с кольцами. Таким образом , известный каротажный инструмент эффективно может работать только при использовании непорошковых светоотражаю- щих устройств, что неизбежно сопровождаетс  снижением их оптических качеств, а следовательно, ухудшением сцин- тилл ционных характеристик, в том числе и при повышенной температуре.

Цель изобретени  - повышение устойчивости детектора к механическим и термическим воздействи м.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в термостатированном сцинтилл ционном детекторе, содержащем сцинтилл тор со светоотражающей оболочкой, сопр женный со входным окном ФЭУ. компенсатор

несогласованных тепловых измерений размеров и гаситель ударных нагрузок, установленные во внутреннюю оРрлочку сосуда Дьюара и герметизированные, согласно изобретению, внутренн   оболочка сосуда Дьюара выполнена в виде гофрированного элемента, гофры которого закреплены наход щимс  в состо нии объемного сжати  эластичным материалом, ФЭУ закреплен со стороны входного окна с помощью посадочного по ска, расположенного между двум  част ми гофрированного элемента, снабженного со стороны сцинтилл тора охватывающим его снаружи по меньшей мере одним демпферным кольцом.

В собранном состо нии ФУ, равно как и кристалл, наход тс  внутри сосуда Дьюара , именуемого в дальнейшем контейнер, традиционно с зазором. Исключение составл ет участок ФЭУ в области посадочного по ска контейнера, где имеетс  полный по всей площади последнего контакт. Крепление ФЭУ внутри контейнера жесткое. Посадочное место ФЭУ расположено возле его входного окна. Оптически прозрачное сопр жение кристалла с ФЭУ, равно как и в целого р да известных устройств, выполнено клеевым. Со стороны противоположной сопр жению с ФЭУ кристалл снабжен центрирующим кольцом, охватывающим его в окрестности торцевого ребра. С этой же стороны кристалла расположено отъемное дно контейнера. Гофры контейнера с внутренней его стороны по всей высоте кристалла заполнены кольцевыми элементами, в радиальном нормальном сечении соответствующими форме аналогичного сечени  упом нутых гофр и выполненными из упругого термостойкого материала, не об зательно с возможностью демонтажа. Оставшийс  зазор между свободными внутренними поверхност ми контейнера и кольцевых элементгв с одной стороны и внешней цилиндрической поверхностью кристалла с другой стороны используетс  традиционным образом дл  размещени  светоотражающей оболочки последнего, выполненной из уплотненного порошка. Зазор между отъемным дном контейнера и расположенным против него торцом кристалла используетс  также традиционно дл  размещени  в нем торцевой части светоотражающей оболочки детектора. Материал светоотражающей оболочки детектора по всему объему последней находитс  в состо нии упругого сжати , исключающем возможность локального его перераспределени  в процессе вибраций и ударных нагрузок .Участок контейнера, расположенный выше уровн  посадочного

по ска под ФЭУ (имеетс  в виду гофрированна  его часть) функционально принадлежит к механизму гасител  осевых ударных силовых воздействий и перемещений сцин- 5 тиблока (ФЭУ + собственно детектор). К этому же механизму относ тс  и внешн   цилиндрическа  поверхность ФЭУ, а также заполн ющие зазор между упом нутой поверхностью ФЭУ и внутренней поверхно0 стью контейнера упругие термостойкие кольца из антифрикционного материала (в дальнейшем просто фрикционные кольца). Высота каждого из этих колец превышает шаг между гофрами наход щего вне сборки

5 в статическом состо нии контейнера. В собранном состо нии фрикционные кольца наход тс  в состо нии объемного сжати . Конструктивно фрикционные кольца могут быть по группам или все полностью объеди0 нены в трубчатый (один или несколько) элементов с гофрированной периферией (именуемый в дальнейшем фрикционный элемент). С точки зрени  достижени  поставленной цели совершенно несуществен5 но, сколько фрикционных колец (одно или более) входит в состав одного фрикционного элемента, а поэтому в дальнейшем будем оперировать последним пон тием, по своему определению допускающим понимание

0 того, что фрикционное кольцо представл ет собой подмножество пон ти  фрикционный элемент. Каждый фрикционный элемент, присутствующий в конструкции, выполнен не об зательно с возможностью демонтажа

5 из контейнера. Пары трени  механизма гасител  осевых ударных нагрузок и перемещений сцинтиблока (МГОУНПС) образуютс  соприкасающимис  поверхност ми (внешней цилиндрической) ФЭУ и (внутренней)

0 каждого из фрикционных элементов, наход щихс  в состо нии нормального сжати . Роль упругого подвеса сцинтиблока выполн ет гофрированна  часть контейнера, рас5 положенна  на участке МГОУНПС, или, что то же самое, в пределах между посадочным по ском под ФЭУ и противоположным от него торцом последнего фрикционного элемента . Выше уровн  ФЭУ, т.е. со стороны,

0 противоположной месту установки отъемного дна, контейнер детектора имеет расширение в диаметре и сопр жение с внешним стаканом сосуда Дьюара. Выполнено это сопр жение традиционно герме5 тичным, а внутри замкнутой полости сосуда Дьюара находитс  вакуум. Посадочный по сок под ФЭУ в средней части контейнера по форме своих внутренних поверхностей повтор ет сопр гающиес  с ними поверхност ми ФЭУ. В качестве гасител  радиальных ударных нагрузок в конструкции устройства предусмотрено по меньшей мере одно эластичное термостойкое кольцо, установленное снаружи контейнера в одном из.его гофров, на уровне кристалла.

Физические процессы, протекающие внутри за вл емого устройства, св занные с выполнением регистрирующей ионизирующие излучени  функции, подчинены известным дл  данного класса устройств законам и новизны в себе не содержат. Отличие состоит в механизме вибротермоп- рочности устройства.

С повышением температуры все детали детектора претерпевают увеличение в линейных размерах. Известно, что материал сцинтилл тора, как правило, отличаетс  повышенной способностью к изменению размеров под воздействием тепла, нежели материал других деталей детектора. Но в за вл емом устройстве при нагреве детектора и, следовательно, кристалла, а отсюда при прогрессирующем удлинении последнего никаких перемещений поверхностей, кристалла относительно контактирующего с ними порошка светоотражающей оболочки не происходит, поскольку гофрированный . контейнер под воздействием кристалла раст гиваетс  пропорционально величине этого воздействи , полностью сохран   их взаимное расположение в конструкции. Следует особо подчеркнуть, что пропорциональность раст жени  гофрированного контейнера тепловому удлинению заключенного в нем кристалла сохран етс  дл  каждого элементарного участка их длины , а поэтому ситуаци  остаетс  неизменной по всему объему порошковой светоотражающей оболочки. Последнее справедливо и дл  торцевой части светоотражающей оболочки. Достигаетс  это за счет того, что при сборке детектора его контейнер предварительно подвергают раст жению . Это обсто тельство и обеспечивает посто нное прижатие дна контейнера к торцу кристалла при изменении температуры окружающей среды в пределах полного рабочего диапазона, включа  и температуру хранени  детектора. С понижением температуры увеличени  зазора между цилиндри- ческой поверхностью кристалла и охватывающей ее внутренней поверхностью контейнера (с учетом заполн ющих гофры кольцевых элементов), а следовательно , разуплотнение материала светоотражающей оболочки не происходит, поскольку в этом случае проходит осевое сжатие гофрированного контейнера, что неизбежно сопровождаетс  уменьшением в диаметре внутренних его (упом нутых выше ) поверхностей. Происходит это и за счет

того, что материал кольцевых элементов, заполн ющих собой гофры, сжимающимис  стенками контейнера частично вытесн етс  внутрь его (в радиальном направлении), дожима  светоотражающую оболочку, по всему объему ее цилиндрической части. Нелинейности в изменени х геометрии кристалла и контейнера компенсируютс  за счет того, что порошок светоотражающей

0 оболочки изначально, т.е. уже в ходе сборки детектора, находитс  в состо нии объемного упругого сжати . Этому же способствует и аналогичное состо ние кольцевых элементов контейнера, заполн ющих собой его

5 гофры. Разумеетс , что поскольку скольз щих движений одних элементов относительно других в за вл емом устройстве нет (имеетс  в виду контактирующие со светоотражающей оболочкой детали), то нет и не

0 может быть защемлени  порошка между подвижными относительно друг друга поверхност ми . Это полностью исключено, как исключено и расползание порошка за пределы объема светоотражающей оболоч5 ки. Дно контейнера посто нно находитс  под воздействием выталкивающего осевого усили . Обусловлено это тем, что в собранном состо нии контейнер, даже при температуре хранени , остаетс  раст нутым в

0 осевом направлении, и поэтому, как люба  упруго деформированна  пружина; всегда готов восстановить свою исходную форму, если освободитс  от удерживающего его в раст нутом положении дна. Надежность

5 креплени  дна контейнера гарантируетс  использованием любого из известных технических решений, например, сварного, клеевого или болтового соединени . Стык дна с контейнером выполнен традиционно

0 герметичным.

При осевом ударном воздействии, возможном при погружении устройства внутрь скважины, в работу включаетс  МГОУНПС. В зависимости от направлени  удара проис5 ходит сокращение или удлинение упругого подвеса сцинтиблока, роль которого выполн ет гофрированна  часть контейнера, расположенна  выше уровн  ФЭУ на участке МГОУНПС.

0 Такое изменение длины упругого подвеса сопровождаетс  взаимным проскальзыванием образующих пару трени  элементов МГОУНПС, к которым относитс  внешн   цилиндрическа  поверхность ФЭУ и сопри5 касающа с  с ней поверхность каждого фрикционного элемента. Возникающее при этом трение гасит ударное воздействие, плавно выравнива  скорости движени  сцинтиблока и внешнего стакана сосуда Дьюара. Особо следует подчеркнуть, что силы трени  в парах трени  пропорциональны величине ударных нагрузок. Происходит это за счет того, что при любом изменении длины упругого подвеса фрикционные элементы вытесн ютс  из гофр в направлении оси симметрии, прижима сь к контактирующим Q ними поверхност м ФЭУ. Степень этого вытеснени  не зависит от знака относительного изменени  длины упругого подвеса и определ етс  величиной этого изменени  длины. Чем больше изменение длины упругого подвеса, тем больше вытеснение фрикционных элементов из гофр в направлении к ФЭУ, а следовательно, тем больше возникающие при этом силы трени , воздействующие на поверхности трени  упом нутых выше пар трени . Но,поскольку упругий подвес это попросту пружина, то это значит, что величина возможного изменени  длины подвеса пропорциональна величине ударного воздействи . Таким образом, чем интенсивнее ударное воздействие, тем больше трение в парах трени  и тем интенсивнее гашение удара. Обратим внимание и на то, что в замкнутой полости сосуда Дью- ара, частью оболочки которой  вл етс  контейнер и его верхн   гофрированна  часть - упругий подвес, находитс  вакуум, а поэтому в состо нии поко  подвес сцинтиб- лока находитс  в частично раст нутом состо нии не только и не столько под воздействием веса сцинтиблока, сколько под воздействием давлени  окружающей среды, т.е. внешнего давлени . Независимо от того, есть внешнее давление или его нет, рабочий процесс гашени  ударных воздействий протекает идентично. Учитываетс  этот фактор на этапе проектировани  устройства и его сборки. Если предполагаетс  использование издели  в услови х присутстви  внешнего давлени , то это значит, что нормальным исходным состо нием упругого подвеса будет его частично раст нутое состо ние и именно эту форму гофр следует закладывать при проектировании формы фрикционных элементов МГОУНПС.

Роль демпфера при радиальных ударных нагрузках дл  сцинтиблока выполн ют податливые к упругим деформаци м кольца, как было сказано выше, установленные по наруже контейнера детектора. Эти кольца фактически установлены между наружной и внутренней оболочкой сосуда Дьюара, В процессе радиальных механических воздействий внутренн   оболочка сосуда Дьюара (контейнер детектора) отклон етс  от оси симметрии издели  и прижимает демпферные кольца к внутренней поверхности внешней оболочки сосуда Дьюара. Чем сильнее механическое воздействие, тем

сильнее деформируетс  контейнер и кольца , тем сильнее реакци  на это механическое воздействие. Нарастает эта реакци  плавно (вследствие эластичных свойств ко- 5 лец), а поэтому пикоаые значени  ускорений передаваемых на кристалл значительно уменьшаютс .

Формировэние фрикционных элементов МГОУНПС и кольцевых элементов, за0 полн ющих собой гофры контейнера, расположенные на уровне кристалла, выполн ют непосредственно в контейнере после предварительного его раст жени  в осевом направлении. Возможно формиро5 вание кольцевых и фрикционных элементов и вне контейнера, но их форма соответствует форме гофр контейнера, наход щихс  в раст нутом в осевом направлении состо нии . Монтаж кольцевых и фрикционных эле0 ментов в этом случае выполн ют также . после предварительного раст жени  контейнера . Монтаж ФЭУ, предварительно сопр женного со сцинтилл тором, выполн ют не снима  раст жени  с контейнера или по5 еле повторного его раст жени  до прежнего уровн , формирование насыпной диффузной светоотражающей оболочки выполн ют , сохран   осевое раст жение контейнера детектора, но уже возможно

0 только на уровне сцинтилл тора. После установки дна контейнера и полного его закреплени  осевое раст жение контейнера, а верхнее той его части, котора  расположена на уровне кристалла, путем приложени 

5 осевого усили  (сжимающего) частично уменьшают. При этом донна  часть светоотражающей оболочки переходит в состо ние упругого сжати , равно, как и вс  остальна  ее часть. Контролируетс  требуемое сжатие

0 по линейным размерам детектора. После установки детектора внутрь внешнего стакана сосуда Дьюара, герметизации сопр жени  внешний стакан-контейнер и создани  вакуума в образовавшейс  замкнутой полости

5 сосуда Дьюара по неизменности величины погружени  деталей сцинтиблока внутрь контейнера контролируют надежность герметизации замкнутой полости сосуда Дьюара . Пон тно, что в случае, если указанна 

0 полбсть не герметична  и со временем давление внутри не возрастает, то тогда сцин- тиблок под воздействием сил упругости раст нутой части контейнера (расположенной в области МГОУНПС)частичносжимает5 с . Именно этот факт и используетс  дл  контрол  качества сопр жени  внешний стакан сосуда Дьюара - контейнер и других .

Следует обратить внимание на то, как создаетс  состо ние упругого объемного

сжати  в теле цилиндрической части свето- отражающей оболочки, формируемой на первом этапе известными методами. Такое состо ние оболочки достигаетс  после установки , полного закреплени  дна контейнера и главное - после частичного снижени  величины осевого раст жени  соответствующей оболочке части контейнера. После приложени  к сцинтиблоку осевого сжимающего усили  дно контейнера приближаетс  к кристаллу, сжима  порошок и выбира  возможные зазоры между ним и центрирующим кольцом. В этом случае донна  часть светоотражающей оболочки непосредственно переходит в состо ние упругого объемного сжати . Дл  остальной части оболочки это происходит несколько опос- редственным способом. Сначала сжимаютс  (частично) гофры контейнера, вытесн   из себ  в осевом направлении заполн ющие их, выполненные из упругого материла кольцевые элементы, а уже последние сжимают в том же направлении материал светоотражающей оболочки. В ходе повышени  температуры, т.е. после введени  детектора в работу, состо ние цилиндрической части светоотражающей оболочки остаетс  практически неизменным и не сопровождаетс  доуплотнением ее, что было бы чревато последующим разуплотнением, после выведе- ни  детектора из рабочего режима. Несмотр  на то, что в случае нагрева детектора диаметр кристалла увеличиваетс  большими темпами, чем диаметр контейнера , доуплотнение светоотражающей оболочки не происходит. Обусловлено это тем, что при этом кристалл естественно удлин етс  и оп ть с более высокими темпами, чем контейнер, раст гива  последнего. В этом случае контейнер по своему состо нию приближаетс  к тому, которые он имел в ходе сборки детектора перед частичным осевым его сжатием, К этому же состо нию возвращаютс  и кольцевые элементы, заполн ющие собой гофры контейнера. Усилие выдавливани  кольцевых элементов из гофр уменьшаетс , и они пр чутс  назад в гофры . Донна  часть светоотражающей оболочки в любом случае остаетс  сжатой, поскольку со стороны раст нутого контейнера осевое сжимающее усилие существует всегда. Таким образом, дл  всего объема светоотражающей оболочки поддерживаетс  посто нное состо ние упругого сжати , практичееки не завис щее от температуры окружающей среды (в пределах рабочего диапазона)и ее колебаний.

Из существующего уровн  техники за вителем неизвесны технические решени  с аналогичными отличительными признаками , привод щими в совокупности с известными признаками к достижению поставленной цели.

На фиг.1 изображен общий вид термостатированного сцинтилл ционного детектора с наложенным осевым сечением; на фиг.2 - локальный осевой разрез в области сопр жени  контейнера с внешним стаканом сосуда Дьюара: на фиг.З - то же в обла0 сти механизма гасител  осевых ударных нагрузок и перемещений сцинтиблока; на фиг.4 - то же в области клеевого сопр жени  ФЭУ с контейнером; на фиг.5 - то же в области сопр жени  дна с контейнером, в

5 плоскости винта; на фиг.6 и 7 - то же в области эластичных колец гасител  радиальных ударных нагрузок.

За вл емый термостатированный сцин- тилл ционный детектор представл ет собой

0 сосуд Дьюара, состо щий из внешнего стакана 1 и внутреннего 2 (далее именуемого контейнер), а также содержимого контейнера 2 в виде сцинтиблока и р да других вспомогательных деталей и узлов. Сцинтиб5 лок состоит из кристалла сцинтилл тора 3. сопр женного посредством клеевого соединени  с ФЭУ 4. Сам контейнер 2 имеет сложную форму. В целом представл   собой трубчатую конструкцию с присоедин емым

0 в процессе сборки устройства дном 5, контейнер (гофрированный элемент) 2 имеет два гофрированных участка разного функционального назначени , разделенных посадочным по ском 6 под ФЭУ. Материал

5 контейнера 2 - пружинна  сталь. Верхний гофрированный участок 7 контейнера 2, именуемый далее упругим подвесом и расположенный с противоположной от отъемного дна 5 стороны, ближе к торцу

0 сопр гаетс  с цилиндрическим участком 8, далее переход щим в конический 9, увеличивающийс  в диаметре и заканчивающийс  снова цилиндрическим венцом 10 (фиг.2) с тесненым кольцевым буртиком 11. Диа5 метр цилиндрического участка 8 контейнера 2 совпадает по величине с диаметром впа-. дин гофрированного упругого подвеса 7, а диаметр венца 10 - с внутренним диаметром стакана 1 сосуда Дьюара. В ответ на

0 тесненый буртик 11 на внутренней поверхности стакана 1 имеетс  аналогична  канавка . Используетс  буртик 11 и упом нута  канавка в теле стакана 2 дл  точного позиционировани  контейнера 2 и стакана 1 в

5 ходе их сварки. Сварочный шов 12 в этом случае выполн ет роль креплени  и герметизирующую роль. Ведь в замкнутой полости 13 сосуда Дьюара находитс  вакуум. Посадочный по сок 6 под ФЭУ 4 (фиг.4) имеет сложную внутреннюю поверхность/представл ющую собой посадочное место под ФЭУ 4. Состоит это посадочное место из цилиндрической внутренней, поверхности 14 и несколько меньшей по диаметру также цилиндрической поверхности 15. Последн  , т.е. поверхность 15, по диаметру меньше наименьшего диаметра упругого подвеса 7, но обе они в точности соответствуют (с учетом допуска и толщины клеевого сло ) размерам посадочных поверхностей 16 и 17 самого ФЭУ 4. Сопр гаютс  поверхности 14 и 15, а также 16 и 17 посредством конусных переходов соответственно 18 и 19. Фиксируетс  ФЭУ 4 внутри контейнера 2 путем проклейки по указанным поверхност м 14, 15 и 18 посадочного по ска 6 и 16, 17 и 19 ФЭУ 4. Заключенна  между посадоч- ным по ском 6 и дном 5 гофрированна  часть 20 контейнера 2 по своей конструкции ничем не отличаетс  от такой же гофрированной части 7 (упругого подвеса) и со стороны свободного своего торца имеет цилиндрический по сок 21 - посадочное место под дно 5 (фиг.5). Особенность конструкции посадочного по ска 21 состоит -в наличии серии сквозных отверстий под винты 22, использующиес  дл  закреплени  дна 5 внутри посадочного по ска 21. Таким образом контейнер 2 это монолитна  деталь , состо ща  из р да элементов 6,7, 8, 9. 10, 20, 21 и выполненна  из пружинного материала, например стали 65Г ГОСТ 1050- 74. Дно 5 контейнера 2 представл ет собой деталь в виде диска с цилиндрической периферией . Диаметр дна 5 в точности соответствует (с учетом допуска) внутреннему диаметру посадочного по ска 21. Обращенна  к кристаллу 3 поверхность 23 дна 5 выполнена совершенно плоской, нормальной оси симметрии издели  в целом. Противоположна  поверхности 23 внешн   поверхность 24 дна 5 выполнена в виде обращенного выпуклостью внутрь контейнера 2 участка сферы. Така  конструкци  дна 5 обусловлена стремлением облегчить его без значительного снижени  жесткости. Кроме этого, дно 5 со стороны кристалла 3 имеет скошенную поверхность в виде фаски и серию глухих радиальных сверлений с нарезанной резьбой под винты 22. Кроме того, на внешней поверхности контейнера 2 имеетс  два кольцевых ребра 25 и 26. первое из которых закреплено путем сварки в области посадочного по ска 6 под ФЭУ 4, а второе в области посадочного по ска 21 под дно 5.

Внутреннее содержимое контейнера 2 состоит главным образом из кристалла 3 и ФЭУ 4. ФЭУ имеет традиционную, широко известную в технике конструкцию, и его особенности касаютс  лишь внешней формы колбы. Обратим внимание только нэ то, что цилиндрическа  внешн   бокова  поверхность ФЭУ 17 сама  больша  по площади и высоте из числа боковых поверхностей 5 и по высоте она далеко превышает поверхность 15 посадочного места под ФЭУ 4 по ска 6 контейнера 2. В основно м поверхность 15 располагаетс  внутри упругого подвеса 7 и по высоте не меньше по0 следнего.

Входное окно ФЭУ 4 используетс  дл  непосредственного сопр жени  его с кристаллом 3. Дл  этого примен етс  оптически прозрачный кле щий состав. Поскольку

5 сопр жение ФЭУ А и кристалла 3 непосредственное и жесткое, то в устройстве не предусмотрено наличие промежуточного световода (стекла) и каких-либо центрирующих расположение кристалла 3 внутри кон0 тейнера 2 устройств. Сопр жение ФЭУ - кристалл выполн етс  вне контейнера 2 и вопросы строгой центровки кристалла 3 внутри контейнера 2 решаютс  на этапе выполнени  этого сопр жени , путем приме5 нени  в ходе склеивани  центрирующей технологической оснастки. В конечном счете точность центровки кристалла 3 внутри контейнера 2 опосредствованно определ етс  и точность центровки самого ФЭУ 4.

0 Со стороны дна 5 точность центровки кристалла 3 гарантируетс  путем применени  центрирующего кольца 27 (фиг.5). Это кольцо выполнено Г-образным в радиальном сечении и охватывает кристаллы 3 по

5 двум смыкающимс  его поверхност м: цилиндрической 28 и плоской торцевой поверхности 29.

Зазор между кристаллом 3 и контейне-. ром 2, а также между дном 5 и кристаллом 3

0 в за вл емой конструкции, равно как и в известных, имеет светоотражающее наполнение . Внутренн   поверхность контейнера 2, равно как и его внешн   поверхность, на участке 20 имеет кольцевые гофры. В за в5 л емом устройстве с внутренней стороны на

участке 20 контейнера 2 гофры заполнены

телом кольцевых элементов 30 (фиг.6, 7),

выполненных из податливого дл  упругих

деформаций материала, например из сили0 конового каучука. Важным свойством материала кольцевых элементов 30  вл етс  его термопрочность, сохран юща с  на всем рабочем диапазоне температур. Непосредственного контакта элементов 30 с поверх5 ност ми кристалла 3 нет и пространство 3.1 (тело цилиндрической части светоотражаю- щей оболочки) между ними, открытыми внутренними поверхност ми участка 20 контейнера 2 и боковой поверхностью кристалла 3 заполнено светоотражающим порошком , уплотненным до состо ни  объемного упругого сжати . Выполнены кольцевые элементы 30 путем формировани  по месту, а поэтому могут быть рассмотрены вместе с контейнером 2 как нечто целое, безразборно соединенное. Возможно формирование кольцевых элементов 30 вне контейнера . В этом случае их сопр жение с контейнером 2 должно быть выполнено клеевым . В случае разъемного сопр жени  элементов 30 с контейнером 2 несколько затрудн етс  сборка детектора, и примен ть такое сопр жение нежелательно. Технологи  получени  цилиндрической светоотражающей оболочки 31, порошок которой уплотнен до состо ни  объемной упругости , будет раскрыта при описании процесса сборки устройства. Торцева  часть 32 светоотражающей оболочки выполнена также из светоотражающего порошка, наход щегос  в состо нии объемной упругости .

Выше уровн  кристалла 3 в за вл емом устройстве имеетс  механизм МГОУНПС, компонентами которого  вл етс  цилиндрическа  поверхность 17 ФЭУ 4, упругий подвес 7 и фрикционные элементы 33 (фиг.З). Фрикционные элементы 33 могут быть выполнены таким же способом, как и кольцевые - 30. К их материалу предъ вл ютс  такие же требовани ,плюс дополнительные - антифрикционные свойства. В отличие от элементов 30 Фрикционные элементы 33 могут быть объединены по несколько штук в единую трубчатую конструкцию, и, кроме этого, они собой заполн ют полностью весь зазор между поверхностью 17 и внутренней гофрированной поверхностью упругого подвеса 7. В нормальном рабочем состо нии фрикционные элементы 33 наход тс  в состо нии объемного сжати , а их свободные от сопр жени  с контейнером 2 поверхности прижаты к поверхности 17 ФЭУ 4 и совместно представл ют собой пару трени . Следует обратить внимание, что исходное рабочее состо ние МГОУНПС зависит от того, что в услови х какого рабочего внешнего давлени  планируетс  использовать детектор. Если внешнее давление атмосферное , то в исходном состо нии упругий подвес будет находитьс  частично раст нутым, что обусловлено наличием вакуума внутри замкнутой полости 13 сосуда Дьюара. Именно такое частично раст нутое состо ние упругого подвеса 7 и считаетс  исходным и именно в таком состо нии, или с учетом такого состо ни , должно выполн тьс  формирование фрикционных элементов 33.

Гаситель радиальных ударных нагрузок в данном устройстве (фиг.6, 7) представлен

двум  способными к упругим деформаци м кольцами 34 и 35. Первое из них установлено в выемке внешней поверхности контейнера 2 на уровне центра т жести всего издели  в целом, за вычетом внешнего стакана 1 сосуда Дьюара. На внешней поверхности это кольцо 34 имеет равномерно рассредоточенные по периметру шипы и в исходном состо нии касаетс  стакана 1 только шипами в нескольких точках. Второе

кольцоЗб выполнено гладким, меньшего диаметра и поверхности стакана 1 в исходном (спокойном от вибраций) состо нии не касаетс . Установлено оно в последнем, близлежащем к дну 5 гофре контейнера 2.

Сборку детектора начинают с выполнени  кольцевых элементов 30 и фрикционных элементов 33. Дл  этого контейнер 2, использовав дл  захвата цилиндрический венец 10 и два кольцевых ребра 25 и 26,

частично (в пределах упругости) раст гивают в осевом направлении. Кольцевые элементы 30 и фрикционные элементы 33 выполн ют путем формовани  непосредственно в контейнере 2 и последующего их

отверждени , или вулканизации, если речь идет о применении силиконового каучука. Возможно изготовление кольцевых элементов 30 и фрикционных элементов 33 вне контейнера 2 с последующим их монтажем

внутрь контейнера 2 и закреплением их там с помощью кле щих составов.

Не снима  осевого раст жени  контейнера 2 и предварительно выполнив оптически прозрачное сопр жение ФЭУ 4 с

кристаллом 3, помещают ФЭУ 4 с кристаллом 3 внутрь контейнера 2. Монтаж пары ФЭУ- кристалл осуществл ют со стороны посадочного по ска 21 под дно 5, после предварительного нанесени  кле щего состава на поверхности 16 и 19 ФЭУ 4, соприкасающиес  в дальнейшем с соответствующими на поверхност ми 14 и 18 посадочного по ска 6 контейнера 2. После полимеризации кле  сопр жение ФЭУ 4

с контейнером 2 считают выполненным. После этого приступают к продолжению сборки устройства. В ходе монтажа ФЭУ 4 внутрь контейнера 2 происходит объемное сжатие фрикционных элементов 33. Пррисходит это под воздействием ФЭУ 4, диаметр внешней поверхности 17 которого больше внутреннего диаметра фрикционных элементов 33 (наход щихс  в свободном предшествующем сборке состо нии).

Далее сохран   осевое раст жение контейнера на участке 20, через открытый торец в области дна 5 традиционными методами формируют цилиндрическую часть 31 светоотражающей оболочки. Дл  этого используют известные порошковые материалы. Несколько не достигнув торца кристалла 3. формирование цилиндрической части 31 светоотражающей оболочки прекращают и в оставшеес  место между кристаллом 3 и посадочным по ском 21 контейнера 2 запрессовывают центрирующее кольцо 27 из фторопласта. После запрессовки кольцо 27 частично находитс  в зазоре между кристаллом 3 и контейнером 2, а частично возвышаетс  над поверхностью 29 кристалла 3 (имеетс  в виду, что изделие закреплено вертикально). После этого известными методами формируют донную часть 32 светоотражающей оболочки весовым методом , отмерив нужное количество порошка и уплотнив его в осевом направлении. В этот момент времени толщина донной части 32 светоотражающей оболочки должна строго соответствовать высоте центрируще- го кольца 27. Далее запрессовывают дно 5. внутрь посадочного по ска 21 и заворачивают винты 22, зафиксировав тем самым дно 5 внутри контейнера 2. С целью герметизации сопр жени  дно-контейнер, перед запрессовкой дна 5 свободные поверхности центрирующего кольца 27, а также внутренние поверхности посадочного по ска 21 покрывают кле ющим составом, В ходе запрессовки клей частично вытесн етс  в область скошенной поверхности фаски дна 5, надежно герметизиру  стык. Далее усилие осевого раст жени  контейнера 2 смен ют на обратное, выбрав в качестве места приложени  сжимающего усили  внешнюю поверхность 24 дна 5, В результате сжати  контейнер 2 на участке 20 по всей его длине частично восстанавливает свою предшествующую раст жению форму. При этом все гофры его сжимаютс , вытесн   из себ  кольцевые элементы 30. Последние, вытес- н  сь в объем цилиндрической части 31 светоотражающей оболочки, дожимают ее материал до состо ни  упругости. В области дна 5 контейнера 2, такое обжатие издели  сопровождаетс  упругой деформацией (сжатием) донной части 32 светоотражающей оболочки и центрирующего кольца 27. Далее осевые усили  снимают. После этого монтируют кольца 34 и 35 и весь сцинтиблок помещают внутрь стакана 1 до совмещени  тесненого по ска 11 контейнера с ответной канавкой на внутренней поверхности стакана 1. Далее стык контейнера 2 со стаканом 1 обваривают электродуговой сваркой или

герметизируют и закрепл ют другим способом . Удал ют из замкнутой полости 13 сосуда Дьюара воздух. В процессе откачки воздуха под воздействием внешнего дэвле- 5 ни , раст гива  упругий подвес 7, сцинтиблок погружаетс  внутрь стакана 1. По величине этого погружени  и его неизменности во времени суд т о величине и стабильности вакуума в замкнутой полости 13

0 сосуда Дьюара.

В случае осевого ударного воздействи , непосредственно воспринимаемого внешним стаканом 1 сосуда Дьюара, последний приобретает ускорение по модулю и на5 правлению, соответствующее интенсивности и направленности удара. Поскольку стакан 1 и сцинтиблок в целом соединены между собой упругим подвесом 7, то ускорение начнет приобретать и сам сцинтиблок.

0 Величина этого ускорени , в силу упругости св зи 7, всегда будет ниже пикового значени  возмущающего ускорени . Пон тно, что после деформации (раст жени  или сжати ) упругого подвеса 7 неизменно следует вос5 становление его формы. Происходит это за счет его собственных упругих свойств и представл ет собой затухающий колебательный процесс. Наличие пары трени  наружна  цилиндрическа  поверхность 17

0 ФЭУ 4 - фрикционные элементы 33 существенно ускор ет затухание, быстро нормализу  состо ние детектора, Происходит это следующим образом. В случае упругого раст жени  подвеса 7 глубина гофр его умень5 шаетс  и фрикционные элементы 33 вытесн ютс  из них в направлении оси симметрии издели , интенсивно прижима сь к поверхности 17 ФЭУ 4. Чем больше раст жение подвеса 7, тем ниже глубина его гофр

0 и тем существеннее фрикционные, элементы 33 вытесн ютс  из них, все сильнее прижима сь к поверхности 17 ФЭУ 4, а значит, тем сильнее преп тствующее первопричине всего этого процесса - раст жение упругого

5 подвеса 7 трение, возникающее между соприкасающимис  поверхност ми фрикционных элементов 33 и ФЭУ 4.

Аналогична  ситуаци  возникает и на этапе упругого подвеса 7, с той лишь рззни0 цей, что в этом случае фрикционные элементы 33 вытесн ютс  из гофр подвеса 7 по причине уменьшени  их объема. Важно заметить , что трение в паре фрикционный элемент - ФЭУ 4 лишь тормозит развитие

5 ситуации, а восстановление первоначального состо ни  издели  происходит за счет сил упругости самого подвеса 7 и частично фрикционных элементов 33.

Радиально направленные удары в за вл емом устройстве воспринимаютс  в первую очередь шипованным кольцом 34. Будучи расположенным на уровне центра т жести всего издели  в целом (за исключением стакана 1), кольцо 34 воспринимает на себ  удар, не порожда  крутильных колеба- ний. В случае значительного удара, а следовательно значительного сжати  кольца 34, в работу включаетс  кольцо 35. То обсто тельство, что в равновесном состо нии издели  со стаканом 1 кольцо 34 имеет только несколько точечных контактов, а кольцо 35 вовсе стакана 1 не касаетс , способствует минимизации теплоподвода к кристаллу 3.

При повышении температуры деталей издели , что при использовании его в гор чих скважинах совершенно неизбежно (ее- ли считать в качестве температуры отсчета температуру хранени  издели ), никаких существенно вли ющих на работоспособ- ность детектора изменений, если только температура не превышает температуру плавлени  деталей устройства, в нем не происходит. Дело в том. что при нагреве кристалла 3, удлин  сь, он просто раст ги- вает контейнер 2, материал которого при нагреве расшир етс  менее интенсивно. Таким образом, смещени  поверхностей кристалла 3 относительно поверхностей контейнера 2 не происходит, а следователь- но, нет перетирани  материала светоот- ражающей оболочки, особенно цилиндрической ее части. Взаимно подвижных , к тому же контактирующих с порошком оветоотражающей оболочки деталей в за в- л  ембм устройстве просто нет, а поэтому не может быть и речи о защемлении порошка в парах скольжени . В случае нагрева и увеличени  диаметра кристалла 3, несмотр  на менее значительное увеличение диаметра контейнера 2 на участке 20, объем порошковой цилиндрической части 31 светоотража- ющей оболочки практически не уменьшаетс , поскольку при раст жении контейнера 2 изначально несколько сжатые кольцевые элементы 30 частично пр чутс  внутрь гофр контейнера 2. При снижении температуры процесс проходит в обратном пор дке, все врем  сохран   дл  материала светоотражающей оболочки состо ние уп- ругого объемного сжати . В таком состо нии перераспределение порошка по объему

светоотражающей оболочки весьма затруднено , что и гарантирует ее фиксированные светоотражающие качества.

Измерение излучени  с помощью предложенного детектора происходит следующим образом.

При облучении кристалла 3 ионизирующим излучением часть гамма-квантов или быстрых частиц (альфа и бета) взаимодействует с веществом кристалла, порожда  световую микровспышку - сцинтилл цию. Порожденный таким образом свет в силу прозрачности материала распростран етс  во все стороны внутри кристалла практически изотропно, т.е. без  вного приоритетного направлени . Достигнуты границы кристалла 3, окруженного уплотненным белым порошком светоотражающей оболочки 31, порожденные сцинтилл ци ми фотоны претерпевают диффузное отражение. В силу того, что порожденные сцинтилл ци ми фотоны распростран ютс  внутри детектора без  вно выраженных приоритетных направлений , то прежде чем попасть на фотокатод ФЭУ 4 фотоны претерпевают многочисленные диффузные отражени  от материала светоотражающей оболочки 31. за счет чего равномерно распредел ютс  по объему кристалла 3. Последнее обсто тельство способствует тому, что по площади фотокатода ФЭУ 4, имеющего оптическую св зь с кристаллом 3 со стороны одного из его торцов, свет может распростран тьс  равномерно, а отсюда - использование рабочей поверхности фотокатода ФЭУ 4 получаетс  эффективным. Попадающие на фотйкатод ФЭУ 4 фотоны порождают на нем свободные электроны, количество которых пропорционально интенсивности световой вспышки внутри кристалла 3. Количество фотоэлектронов с помощью специальных электродов ФЭУ 4 преобразовываетс  в электрический сигнал, таким образом происходит регистраци  первичного ионизирующего излучени , попадающего на кристалл 3.

Таким образом, предполагаемое техническое решение позвол ет стабилизировать диффузноотражающую оболочку сцинтил- л тора в услови х повышенных механических и термических воздействий.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Термостатированный сцинтилл цион- ный детектор, содержащий сцинтилл тор со светоотражающей оболочкой, сопр женный со входным окном ФЭУ, компенсатор

   несогласованных тепловых изменений размеров и гаситель ударных нагрузок, установленные во внутреннюю оболочку сосуда Дьюара и герметизированные, отличающийс  тем, что, с целью

   повышени  устойчивости к механическим и термическим воздействи м, внутренн   оболочка сосуда Дьюара выполнена в виде гофрированного элемента, гофры которого заполнены наход щимс  в состо нии объемного сжати  эластичным материалом,

   ФЭУ закреплен со стороны входного окна с помощью посадочного по ска, расположенного между двум  част ми гофрированного элемента, снабженного со стороны сцин- тилл тора охватывающим его снаружи по меньшей мере одним демпферным кольцом.

   Фиг. i

   OptLZ.