SU860598A1 - Вибротермопрочный детектор гамма-излучени - Google Patents

Abstract

ВИБРПТЕРМОПРОЧНЫЙ ДЕТЕКТОР rAMf A-ИЗЛУЧЕНИЯ на основе неорганического моносцинтилл тора, заключенного в герметичный корпус, снабженный порошкообразным отражателем и прозрачным выходным окном, смежным со сцинтилл тором, отличаю щийс   тем, что, с целью повышени  световыхода детектора, выходное окно выполнено из кристаллического материала с коэффициентом линейного расширени  3 10 -5-10 1/град предпочтительно лити  фтористого, причем сцинтилл тор к выходному окну жестко прикреплен полимеризую1чимс  клеем, а само окно выполнено в виде усеченного конуса, вход щего в коническую часть корпуса.

Description

Изобретение относитс  к детектиРУЮ1ЧИМ устройствам дл  регистрации жесткого гамма-излучени  и может найти широкое применение при конструировании и контейнеризации вибротермопрочных сцинтилл ционных детекторов , используемых в геологических и геофизических (полевых) исследовани х

1 ироко известны детекторы общего назначени  на основе сцинтилл ционных щелочногалоидных монокристаллов (1НГК), например Nal(Tl), Cfi(Tl), представл ющих собой активный элемент детектора гамма-излучени , преобраЗУЮ1 .ЦИЙ энергию гамма-квантов в световую , котора  в свою очередь регистрируетс  фотоэлектронным умножителем, Активный элемент детектора (монокристаллический сцинтилл тор) заключен в герметичный корпус, имеющий

сл

с

отражатель и выходное окно. Выходное окно изготовлено из аморфного материала , например стекла, с коэффициен00 том линейного расширени  5-12 «

о ) с10- //град.

О

Торцы выходного окна выполнены зер

I

ел кальногладкими с шероховатостью

чО ,05.

00

Выходное окно вклеиваетс  в металлический кожух. Пространство между активным элементом и внутренней поверхностью корпуса заполнено отражателем , представл ющим собой мелкодисперсный порошок белого цвета. Он служит дл  увеличени  доли светового потока, выход щего через выходное окно корпуса,а также дл  механической фиксации активного элемента путем его зажати  между уплотненным слоем отра жател  и выходным окном.

Активный элемент находитс  в оптическом контакте с выходным окном. Оптический элемент осуществл ют с помоцью сло  иммерсионной жидкости. Введение этой жидкости увеличивает выход св та из сцинтилл тора через ныходное окно на фотоэлектронный ум сожитель. Зтот эффект обусловлен тем что шел ОМ io-r з оидные монокристаллы имеют высокий показатель преломлени  (,8) и выход света из сцинтилл тора при отс:утст8ии. иммерсии (оптического контакта) ограничиваетс  преде.,м углом полного внутренне1 ,

отражени  (i,,arcsin ), Введение п

иммерсии с показателем преломлени  Uj-IsS, близким к показателю преломлен1Г  материала выходного окна, приводит к увеличению предельного угла

-1i

п,

t. причем ij

arcsin -п

Из-за ТОГО;, что коэффициенты линей -1ого расширени  щелочно галоидь:ых монокристаллов и материалов выходного окна значительно различают с  (например, i5 Ю 1/град стекло К-8 5-1 tr 1/град) а качестве иммерсии используют нетвердеющие клеи, обычно кремнийорганические (силиконовые ) мзсла.

Температурный диапазон работы таких детекторов ограничен свойствами примен емой иммерсионной жидкост снизу - температурой ее отвердевани  сверху - температурой, при которой в зкость этой лцидкости становитс  настолько малой, что легко вытекает из зоны контактаf зпитываетс  а слой отражател  и т.-д. Отвердевание жидкости приводит к тому,, что дальнейшее охлаждение детектора сопровомщаетс  разрушением (растрески.ванием) его активного элемента или выходного окна из-за значительных различий в коэффициентах линейного расширени  материалов, из которых они изготовлены. Поэтому температурный диапазон надежной работы детекторов общего назначени  составл ет «-ZO Это - основной недостаток детектора обдего назначени е Они также не обладают достаточной вибропрочноетью , так как в процессе воздействи  аибраци1 происходит нарушение оптического онтакта вследствие выдавлиаани  игадерсионной жидкости из пространства между торцом активного элемента; и поверхностью выходного окна,

Ближайшим к за вл емому  вл етс  рибротермопронный детектор гамма-излучений на основе неорганического сцинтилл тора, заключенного в герметичный корпус, снабженный порошкообразным отражателем и прозрачным выходным окном, смежным со сцинтилл тором .

Он представл ет собой сциитилл ционный детектор с активным элеменtoM , изготовленным из щелочно-галоидного монокристалла, например Nal(Tl) или Csl(Tl), преобразующим энергию гамма-квантов в световую, котора  в свою очередь регистрируетс  фотоэлектронным умножителем.

Активный элемент детектора (монокристаллический сцинтилл тор) заключен в герметичный корпус, имеющий отражатель и выходное окно. Выходное

окно изготовлено из аморфного материала , например стекла, с коэффициентом линейного расширени  5-12«10 1/трад. Торцы выходного окна выг олнены зеркально гладкими.

Выходное окно вклеиваетс  в металлический кожухо Пространство между активным элементом и внутренней поверхностью кожуха заполнено отражателем , представл ющим собой мелкодисперсный порошок белого цвета. Он служит дл  увеличени  доли светового потока, выход щего через выходное окно корпуса, а также дл  механической фиксации активного элемента путем его зажати  между уплотненным слоем отражател  и выходным окном. Активный элемент находитс  в оптическом контакте с выходным окном лишь на части площади торца (не более 0%), Оптический контакт .осуществл етс  путем притирки соприкасающихс  поверхностей | насухо, что возможно только б. том случае, если сопр гаемые поверхности имеют достаточную плоскость и высокую чистоту поверхности (величина воздушного зазора должна быть менее половины длины волны собственного излучени , т.ео менее 210 НМ). На остальной площади торца ( и более) между поверхност ми активного элемента и выходного окна имеетс  слой воздуха. Наличие воздушного зазора снижает выход света из 5Р сцинтилл тора через выходное окно на фотоумножитель, так как в этом случае дл  большей доли света (60) предельный угол полного внутреннего отражени  i arcsin г-5 I, о лишь дл  меньшей доли света (/v kQ%) 1.5 ro Tg 52 i| arcsin Указанное обусловливает основной недостаток описанного детектора. Нар ду с этим у детекторов, упакованных как описано наблюдаетс  выдавливание стекла сцинтилл торо или растрескивание его за счет различного коэффициента линейного расширени  сцинтилл тора и металлического кожуха. Цель изобретени  - повышение све тового выхода детектора и устранени выдавливани  выходного окна при со хранении термопрочности. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном вибротермопроч ,( ном детекторе гамма-излучений на ос нове неорганического сцинтилл тора, заключенного в герметичном корпусе, снабженном порошкообразным отражате лем и прозрачным выходным окном, смежным со сцинтилл тором, выходное окно выполнено из кристаллического материала с коэффициентом линейного расширени  310 -5-10 1/град, предпочтительно лити  фтористого, причем сцинтилл тор к выходному окну жестко прикреплен полимеризущимс  клеем, а само окно выполнено в виде усеченного конуса, вход щего в коническую масть корпуса. Мала  разность коэффициентов линейного расширени  позвол ет производить приклейку сцинтилл тора к выходному окну (создание оптического контакта) твердеющим полимеризующим клеем (например, Эластосил-1102). Само выходное окно изготовлено в виде пластины с конусной боковой поверхностью и вклеиваетс  в посадочное место корпуса, имеющего такую же конфигурацию. Со стороны входного окна сцинтилл тор прижимают пружиной , обеспечивающей более высокую прочность соединени  сцинтилл тора с выходным окном и играющей роль компенсатора температурного расширени  элементов детектора. Наличие конусности на боковой поверхности выходного окна и посадочном месте корпуса преп тствует выдавливанию выходного окна и тем самым повышает прочностные характеристики детектора. При регистрации гамма излучеп:1  с помощью за вленного детектора происход т следующие процессы. Гамма-квант, падающий на входное окно детектора или на его боковую поверхность, попадает в сцинтилл тор и передает ему полностью или частично свою энергию. Возникшие при этом один или несколько электронов создают в сцинтилл торе световую вспышку-сцинтилл циЮд Возникший с-зето вой поток после однократного или многократных отражений от порошкообразного отражател  и преломлени  на границах раздела выходит через выходное окно, изготовленное из прозрачного монокристаллического фтористого лити  на фотокатод фотоэлектронного умножител  о Наличие иммерсии (прозрачного твердеющего полимеризующегос  кле ) между сцинтилл тором и выходным окном увеличивает предельный угол полного внутреннего отражени  и тем самым долю выход щеРо из сцинтилл тора света о При этом световой выход детектора повышаетс , а энергетические разрешени  улучшаютс  до величин, равных этим характеристикам у аналога . При работе в области температур -60 - +1«0с происходит изменение размеров элементов детектора - корпуса сцинтилл тора, выходного окна. Предлагаема  конструкци  обеспечивает целостность сцинтилл тора выходного окна и оптического контакта между ними за счет близости коэффициентов линейного расширени  материалов выходного окна, сцинтилл тора и контей нера, эластичности примен емой иммерсии и наличи  тонкой конусной части на корпусе детектора. Вклейка выходного окна в конусную часть корпуса преп тствует выдавливанию его при резких изменени х температуры окружающей среды, а также повышает виброи ударопрочность детектора, Изменение линейных размеров элементов детектора при изменении температуры окружающей среды компенсируетс  также пружиной. 8 HO фиг, 1 представлен петектор гамма-излучени  предложенной кон- , струкции; на фиго 2 -- корпус детектора с Детектор представл ет собой активный элемент - монокристаллимеский сцинтиллптор 1, заключенный-в герметичный контейнер, состо щий из корпуса 2 {(|)иг, 2), входного окна 3 и выходного окна А. Выходное окНо пклеено в конусную масть корпуса 2. Фиксаци  и центровка активного элемента 1 в контейнере осуществл етс  и,ентрирую дими кольцами 5 и 6. Кольi o 6, центрирующее активный элемент 1со стороны входного окна, выполнено коническим (по форме боковой поверхности активного элемента). На корпусе 2 со стороны входного jOKHa имеетс  резьба, на которую наКкручиваетс  входное окно (крьшка З) (фиг, 2).-Пространство между боково гюверхностью, торцом активного элеf- .eHTa со стороны входного окна, и со ответствующими ,поверхност ми корпу 2и -крышки 3 заполнено отражателем 7, Торец активного элемента; со стороны выходного окна сочленен с выхо ным окном k с помсидью твердеющего полимеризующегос  кле  о Между входным окном 3 и отражателем 7 контейнера детектора помещаютс  диск 8 ипрум ина 9. Работа предложенного устройства заключаетс  в следующем. Гамма-квант, падающий на входное окно 3 детектора (или на его бокову поверхность), попадает в сцинтилл тор 1 и передает ему полностью или частично свою энергию. Возникающий при этом электрон (электроны) созда ют световую вспышку - сцинтилл цию. Возникший свет после отражений от отражател  7 и преломлени  на границах раздела (сцинтилл тор 1 - иммерсионный слой) выходит через выходное окно . Наличие прозрачного кле  между сцинтилл тором 1 и выходным окном k увелич4 вает предельный угол выхода света и тем самым световой выход flejeKTopa и его энергетическое разрешение . При работе в области переменных температур происходит изменение размеров элементов детектора - корпус 2, сцинтилл тора 1, выходного окна о Однако различие в коэффициентах расширени  алюмини  и фтористого лити  ( 1/грап) не приводит к разрушению последнего благодар  указанной величине и пластичности тонкой конусной части корпуса 2. Расширение сцинтилл тора 1 компанируетс  пружиной 9 через диск В. Прочность сочленени  выходного окна j и корпуса 2 обеспечиваетс  вклейкой и конусностью его, благодар  чему оно не выдавливаетс . Таким образом, предлагаема  конструкци  сочетает в себе более высокий световыход, вьюокие сцинтилл ционные характеристики и работоспособность в широком диапазоне температур (-60 - +li40°C). Нар ду с этим достигаетс  дополнительный положительный эффект повышение механической прочности, исключаетс  выдавливание стекла сцинтилл тором или его растрескивание , В таблице приведены сопоставительные данные работы предложенного устройства и устройства-поототипа.

fMrfff f.,f,,f,fffff.ftfffffif.,,f,rM,,,.f:,,,

Г| к $ % ит т гд10(8П1М11119 ; угдмарйеаи№Ц : } DM;:17

I I

Фиг.

iKfffil fMnriffjrjfjPf ffJf innrfjr firjftrffffff rf .

.ry f7 ff :ffrf ffffffj-7f /f/ j ffff f77

Фиг. I

Claims (1)

1. ВИБРОТЕРМОПРОЧНЫЙ ДЕТЕКТОР ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ на основе неорганического моносцинтиллятора, заключен- ного в герметичный корпус, снабженный порошкообразным отражателем и прозрачным выходным окном, смежным со сцинтиллятором, отличаю щийс я тем, что, с целью повышения световыхода детектора, выходное окно выполнено из кристаллического материала с коэффициентом линейного расширения 3 10'^s-5-10’^S 1/град предпочтительно лития фтористого, причем сцинтиллятор к выходному окну жестко прикреплен полимеризующимся клеем, а само окно выполнено в виде усеченного конуса, входящего в коническую часть корпуса»