UA111455C2

UA111455C2 - Scintillation element and its manufacturing method

Info

Publication number: UA111455C2
Application number: UAA201506128A
Authority: UA
Inventors: Андрій Юрійович Бояринцев; Татяна Анатоліївна Непокупна; Юрій Дмитрович Онуфрієв; Наталія Леонідівна Караваєва; Антон Владиславович Креч; Миколай Захарович Галунов
Original assignee: Інститут Сцинтиляційних Матеріалів Нан України
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-04-25

Abstract

Винахід належить до сцинтиляційної техніки і може бути застосований під час вирішення широкого кола задач радіаційного матеріалознавства та приладобудування, зокрема для отримання радіаційностійких сцинтиляційних детекторів, що використовують в умовах надвеликих потоків іонізуючих випромінювань та для виготовлення сцинтиляційних приладів, що працюють в лічильному режимі. Сцинтиляційний елемент містить сцинтилятор, спектрозміщуюче волокно та світловідбиваюче покриття. Як сцинтилятор містить композиційний сцинтилятор на основі прозорого імерсійного середовища з подрібненими сцинтиляційними гранулами з монокристала, додатково містить на поверхні сцинтилятора шар того ж самого імерсійного середовища з розташованим в центрі нього спектрозміщуючим волокном, причому товщина шару складає 1-3 діаметри спектрозміщуючого волокна. Спосіб виготовлення сцинтиляційного елемента включає механічне подрібнення вирощених монокристалів, відбір потрібного розміру зерен, введення зерен у імерсійне середовище у кількості не менше за 70 мас. %, їх перемішування і полімеризацію. Перед полімеризацією на поверхню композиційного сцинтилятора наносять шар того ж самого імерсійного середовища товщиною 1-3 діаметри спектрозміщуючого волокна з формуванням в центрі порожнистого каналу для розташування спектрозміщуючого волокна, після полімеризації на отриманий сцинтиляційний елемент наносять світловідбиваюче покриття та вводять спектрозміщуюче волокно у сформований канал. Технічним результатом винаходу є нижча собівартість порівняно з аналогічними радіаційно-стійкими монокристалами, краща сцинтиляційна ефективніThe invention relates to scintillation technology and can be used in solving a wide range of problems of radiation material science and instrumentation, in particular for the production of radiation-resistant scintillation detectors, which are used in conditions of ultra-large fluxes of ionizing radiation and for the production of scintillation working. The scintillation element comprises a scintillator, a spectroplating fiber and a reflective coating. As a scintillator contains a composite scintillator based on a transparent immersion medium with crushed single-crystal scintillation granules, additionally containing on the scintillator surface a layer of the same immersion medium with a spectroplating fiber located in the center of it, and the thickness of the layer is 3-3. A method of manufacturing a scintillation element involves the mechanical grinding of grown single crystals, the selection of the desired grain size, the introduction of grains in immersion medium in an amount of not less than 70 wt. %, their mixing and polymerization. Before polymerization on the surface of the composite scintillator is applied a layer of the same immersion medium with a thickness of 1-3 diameters of the spectroscopic fiber with the formation in the center of the hollow channel for the location of the spectroscopic fiber, after polymerization on the resulting scintillation element is applied to the reflective channel coating. The technical result of the invention is a lower cost compared to similar radiation-resistant single crystals, better scintillation effective

Description

Винахід належить до сцинтиляційної техніки і може бути застосований під час вирішення широкого кола задач радіаційного матеріалознавства та приладобудування, зокрема для отримання радіаційно стійких сцинтиляційних детекторів, що використовують в умовах надвеликих потоків іонізуючих випромінювань та для виготовлення сцинтиляційних приладів, що працюють в лічильному режимі.The invention belongs to scintillation technology and can be applied in solving a wide range of problems in radiation materials science and instrument engineering, in particular for obtaining radiation-resistant scintillation detectors used in conditions of extremely high flows of ionizing radiation and for the manufacture of scintillation devices operating in the counting mode.

Найчастіше в наукових експериментах із фізики високих енергій використовують недорогі сцинтиляційні пластмаси з люмінесцентними домішками, які мають високу однорідність світлового виходу по площі, короткий час загасання люмінесценції, можуть бути виготовлені великої площі та з великим перетином поглинання. З появою нової генерації прискорювачів, таких як ІНС СЕВМ (Швейцарія), збільшилось радіаційне навантаження під час опромінення сцинтиляційних детекторів, що використовують в подібних приладах. Зараз в торцевих адронних калориметрах (НЕ) СМ5 детектора (НС СЕВМ) використовуються сцинтиляційні пластмаси у вигляді пластин, частина з яких розміщена поблизу осі пучка, де сумарна накопичена доза радіації досягає 25 Мрад при середній потужності дози 6,5-107 Мрад/год.Most often, in scientific experiments on high-energy physics, inexpensive scintillation plastics with luminescent impurities are used, which have a high uniformity of light output over the area, a short luminescence decay time, can be made of a large area and with a large absorption cross section. With the advent of a new generation of accelerators, such as INS SEVM (Switzerland), the radiation load during irradiation of scintillation detectors used in such devices has increased. Currently, scintillation plastics in the form of plates are used in end hadron calorimeters (NE) of the CM5 detector (NS SEVM), some of which are placed near the beam axis, where the total accumulated radiation dose reaches 25 Mrad at an average dose rate of 6.5-107 Mrad/h.

ІЗ.М.Агапазієм, Р.де Вагбрага, А.Ми. Воуаїіпівем еї аї. // СМ5 Моїв-2014/001-06 Ребгиагу 2014 (м3, 18 Рергиагу 2014)). Було встановлено, що при накопичених дозах 5 Мрад і вище сцинтиляційні пластмаси не є радіаційно стікими (М.Р. КпІарома, М.сї. ЗепспузНуп, У.М. І ередем, А.Р. Ададигом // Ргорієтв ої Аїотіс 5сіепсе апа Тесппоіоду.-2006., м. 47, Ме 3. - р. 142-144., Крьішкин В.И.,IZ.M. Agapaziem, R. de Vagbraga, A. My. Vouaiipivem ei ai. // CM5 Moiv-2014/001-06 Rebgiagu 2014 (m3, 18 Rergiagu 2014)). It was established that at accumulated doses of 5 Mrad and above, scintillation plastics are not radiation-permeable (M.R. KpIaroma, M.si. ZepsupuzNup, U.M. Ieredem, A.R. Adadygom // Rhorietv oi Aiotis 5siepse apa Tesppoiodu .-2006., m. 47, Me 3. - r. 142-144., Kryishkin V.Y.,

Скворцов В.В. //Skvortsov V.V. //

Мсследованиє радиационной стойкости активньх злементов калориметров: Препринт иИФВаЗ 2012-17. - Протвино, 2012. - 6 с|. Виникає необхідність періодично заміняти пошкоджені сцинтилятори, що потребує трудомістких технічних робіт і значно збільшує собівартість наукових експериментів, що проводяться.Investigation of radiation resistance of active elements of calorimeters: Preprint of IIFVAZ 2012-17. - Protvino, 2012. - 6 p. There is a need to periodically replace damaged scintillators, which requires time-consuming technical work and significantly increases the cost of scientific experiments being conducted.

Відомо, що в експериментах з фізики високих енергій застосовують радіаційно стійкі монокристалічні сцинтилятори (Веп-Жцап 2Ри // дошгаї ої Рнузісв: Сопієтепсе 5егіев. - 2015. -It is known that radiation-stable single-crystal scintillators are used in high-energy physics experiments (Vep-Zhsap 2Ry // doshgai oi Rnuzisv: Sopietepse 5egiev. - 2015. -

Мої. 587 (012055)). Вартість радіаційно стійких монокристалів в десятки разів вища порівняно з сцинтиляційними пластмасами, що накладає обмеження на їх широке застосування. Також в теперішній час відсутні технології виготовлення сцинтиляційних детекторів великої площі на основі радіаційно стійких монокристалів.My. 587 (012055)). The cost of radiation-resistant single crystals is ten times higher compared to scintillation plastics, which imposes restrictions on their wide application. There are also currently no manufacturing technologies for large-area scintillation detectors based on radiation-resistant single crystals.

Зо Альтернативою дорогим радіаційно стійким монокристалам можуть бути композиційні сцинтилятори на основі подрібнених радіаційно стійких монокристалів, у яких для збирання та передавання світла на фотоприймач використовують спектрозміщуюче волокно. Застосування спектрозміщуючого волокна обумовлено тим, що матеріали, з яких виготовлена більшість недорогих фотопомножувачів, не є радіаційно стійкими. Тому такі фотопомножувачі не можуть бути розміщені поблизу осі пучка, де сумарна накопичена доза радіації досягає 25 Мрад.An alternative to expensive radiation-resistant single crystals can be composite scintillators based on crushed radiation-resistant single crystals, in which a spectrum-shifting fiber is used to collect and transmit light to the photoreceptor. The use of spectrum-shifting fiber is due to the fact that the materials from which most inexpensive photomultipliers are made are not radiation resistant. Therefore, such photomultipliers cannot be placed near the beam axis, where the total accumulated radiation dose reaches 25 Mrad.

Використання як сцинтилятора гранул радіаційно стійких монокристалів дозволяє виготовляти сцинтиляційні елементи та детектори на їх основі різної геометричної конфігурації з детектуючою поверхнею великої площі та нижчою собівартістю порівняно з цілими монокристалами.The use of granules of radiation-resistant single crystals as a scintillator makes it possible to manufacture scintillation elements and detectors based on them of various geometric configurations with a large detecting surface and a lower cost compared to whole single crystals.

Відомий сцинтиляційний детектор (Патент РФ Мо 2511601, 3017 1/202), що являє собою сцинтилятор у вигляді сцинтиляційних гранул полістиролу, поліметилметакрилату або кристалічного сцинтилятора, якими заповнено робочий об'єм зі стінками, що всередині вкриті дзеркальним або дифузним світловідбиваючим шаром, спектрозміщуючих волокон, які введені в робочий об'єм, з зазорами, в кілька разів меншими, ніж довжина ослаблення сцинтиляційного випромінювання у робочому об'ємі, та фотодетектор, до якого приєднані торці волокон.A well-known scintillation detector (Russian Patent No. 2511601, 3017 1/202), which is a scintillator in the form of scintillation granules of polystyrene, polymethyl methacrylate or a crystal scintillator, which fills a working volume with walls that are internally covered with a mirror or diffuse light-reflecting layer, spectrum-shifting fibers , which are introduced into the working volume, with gaps several times smaller than the attenuation length of the scintillation radiation in the working volume, and a photodetector to which the ends of the fibers are attached.

Недоліком цього детектора є те, що спектрозміщуючі волокна, розташовані безпосередньо в робочому об'ємі з сцинтиляційних гранул та повітря, що мають велику різницю показників заломлення. Тому світло на шляху до фотоприймача буде втрачатися внаслідок часткового розсіювання на межі розподілу середовищ.The disadvantage of this detector is that the spectroshifting fibers, located directly in the working volume of scintillation granules and air, have a large difference in refractive indices. Therefore, light on the way to the photodetector will be lost due to partial scattering at the boundary of the distribution of media.

Відомий сцинтиляційний детектор (Патент РФ Мо 2303798, 201 1/203, 3/06Ї|, що містить датчик, який складається з сцинтиляційної пластмаси на основі дифеніл-1,3,4-оксазолу у формі призми або циліндра, покритого світловідбиваючою плівкою. В центрі сцинтилятора є порожнистий канал, в якому розміщено волоконний сцинтиляційний світловод.A well-known scintillation detector (Russian Patent No. 2303798, 201 1/203, 3/06Ї|), which contains a sensor consisting of a scintillation plastic based on diphenyl-1,3,4-oxazole in the form of a prism or a cylinder covered with a reflective film. the center of the scintillator is a hollow channel in which a fiber scintillation light guide is placed.

Відомий сцинтиляційний елемент з сцинтиляційної пластмаси (|5.М. Агапавзієм, Р. де Ватага,A well-known scintillation element made of scintillation plastic (|5. M. Agapavziem, R. de Vataga,

І.А. Соїцміп еї аї. // Мисі. Іпвіг. апа Меїйй. - 2013. - Мої. 717-Р.І 1-13), що має форму прямокутного паралелепіпеда, загорнутого в світловідбиваючу плівку, всередині якого розташоване спектрозміщуюче волокно. В модулі одночасно використовуються декілька сцинтиляційних елементів з оптичним волокном, які щільно розміщуються один поруч з іншим поблизу осі пучка, де доза випромінення є найбільшою.I.A. Soitsmip ei ai. // Capes. Ipwig apa Meiyy - 2013. - Mine. 717-R.I 1-13), which has the shape of a rectangular parallelepiped wrapped in a reflective film, inside which a spectrum-shifting fiber is located. The module simultaneously uses several scintillation elements with an optical fiber, which are tightly placed next to each other near the axis of the beam, where the radiation dose is the largest.

Загальним недоліком відомих сцинтиляційних елементів та детекторів на їх основі є те, що при поглинених дозах 5 Мрад і вище, суттєво зменшується їх прозорість та кількість фотонів, що надходять на фотоприймач, тобто вони не є радіаційно стійкими та не можуть використовуватися при великих радіаційний дозах.A general drawback of known scintillation elements and detectors based on them is that at absorbed doses of 5 Mrad and above, their transparency and the number of photons entering the photodetector are significantly reduced, i.e. they are not radiation resistant and cannot be used at high radiation doses.

Відомий композиційний сцинтилятор (Патент України Мо 94678, (35011 1/201Ї, який складається з кристалічних зерен, введених в оптично прозоре імерсійне середовище бБуїЇдага-527 з розрахунку вмісту зерен в оптично прозорому імерсійному середовищі не менше за 70 95. Як кристалічні зерна використані зерна силікату або піросилікату гадолінію із розміром, вибраним у діапазоні значень 0,06-0,5 мм.The well-known composite scintillator (Patent of Ukraine Mo 94678, (35011 1/201Ї), which consists of crystalline grains introduced into an optically transparent immersion medium BuiYidaga-527 based on the calculation of the content of grains in an optically transparent immersion medium of at least 70 95. As crystalline grains, the grains used silicate or gadolinium pyrosilicate with a size selected in the range of 0.06-0.5 mm.

Спосіб виготовлення композиційного сцинтилятора включає механічне подрібнення вирощених монокристалів, відбір потрібного розміру зерен, введення зерен у імерсійне середовище у кількості не менше за 70 95, нанесення одержаної композиції рівномірним шаром на оптично прозору підкладинку з органічного скла і полімеризацію.The method of manufacturing a composite scintillator includes mechanical grinding of grown single crystals, selection of the required grain size, introduction of grains into the immersion medium in the amount of at least 70 95, applying the resulting composition in an even layer on an optically transparent substrate made of organic glass and polymerization.

Відомий композиційний сцинтилятор та спосіб його отримання (Пат України Мо 86136, СО1Т 1/20, 3/00І для реєстрації швидких нейтронів, який складається з відібраних частинок стильбену з лінійним розміром 0,5-2,5мм, введених в оптично прозоре імерсійне середовище буЇдага-527 з розрахунку вмісту стильбену в середовищі не менше за 70 95 та ретельно перемішаних.A known composite scintillator and the method of its production (Pat of Ukraine Mo 86136, СО1Т 1/20, 3/00І for registration of fast neutrons, which consists of selected stilbene particles with a linear size of 0.5-2.5 mm, introduced into the optically transparent immersion medium of BuYidag -527 based on the calculation of the stilbene content in the medium at least 70 95 and thoroughly mixed.

Дані способи є прийнятими для виготовлення сцинтиляторів для швидких та теплових нейтронів, але такі сцинтилятори не можуть використовуватися в безкорпусному виконанні, тому що імерсійне середовище бЗуЇдага-527 не має механічної міцності.These methods are accepted for the manufacture of scintillators for fast and thermal neutrons, but such scintillators cannot be used in a caseless version, because the immersion medium of bZuYidaga-527 has no mechanical strength.

По кількості загальних ознак за прототип сцинтиляційного елемента нами вибрано третій з наведених аналогів, за кількістю ознак за прототип способу виготовлення вибрано останній.According to the number of common features, we chose the third of the given analogues as the prototype of the scintillation element, and according to the number of features, the last one was chosen as the prototype of the manufacturing method.

В основу винаходу поставлена задача розробки сцинтиляційного елемента нижчої собівартості порівняно з сцинтиляційним елементом на основі радіаційно стійких монокристалів, з сцинтиляційною ефективністю на рівні сцинтиляційної пластмаси, або вище, який може працювати в умовах поглинутих радіаційних доз більше за 5 Мрад.The invention is based on the task of developing a scintillation element with a lower cost compared to a scintillation element based on radiation-resistant single crystals, with scintillation efficiency at the level of scintillation plastic or higher, which can work in conditions of absorbed radiation doses of more than 5 Mrad.

Вирішення поставленої задачі забезпечується тим, що сцинтиляційний елемент, що включає сцинтилятор, спектрозміщуюче волокно та світловідбиваюче покриття, згідно з винаходом як сцинтилятор містить композиційний сцинтилятор на основі прозорого імерсійногоThe solution to the given problem is ensured by the fact that the scintillation element, which includes a scintillator, a spectrum-shifting fiber and a light-reflecting coating, according to the invention, as a scintillator contains a composite scintillator based on a transparent immersion

Зо середовища з подрібненими сцинтиляційними гранулами з монокристала, додатково містить на поверхні сцинтилятора шар того ж самого імерсійного середовища з розташованим в центрі нього спектрозміщуючим волокном, причому товщина шару складає 1-3 діаметри спектрозміщуючого волокна.From the medium with crushed scintillation granules from a single crystal, additionally contains on the surface of the scintillator a layer of the same immersion medium with a spectrum-shifting fiber located in its center, and the thickness of the layer is 1-3 diameters of the spectrum-shifting fiber.

Вирішення поставленої задачі забезпечується також тим, що в способі виготовлення сцинтиляційного елемента, що включає механічне подрібнення вирощених монокристалів, відбір потрібного розміру зерен, введення зерен у імерсійне середовище у кількості не менше за 70 мас. 95, їх перемішування і полімеризацію, згідно з винаходом, перед полімеризацією на поверхню композиційного сцинтилятора наносять шар того ж самого імерсійного середовища товщиною 1-3 діаметри спектрозміщуючого волокна з формуванням в центрі порожнистого каналу для розташування спектрозміщуючого волокна, після полімеризації на отриманий сцинтиляційний елемент наносять світловідбиваюче покриття та вводять спектрозміщуюче волокно у сформований канал.The solution to the given problem is also ensured by the fact that in the method of manufacturing a scintillation element, which includes mechanical grinding of grown single crystals, selection of the required size of grains, introduction of grains into the immersion medium in an amount of not less than 70 wt. 95, their mixing and polymerization, according to the invention, before polymerization, a layer of the same immersion medium with a thickness of 1-3 diameters of the spectrum-shifting fiber is applied to the surface of the composite scintillator with the formation of a hollow channel in the center for the location of the spectrum-shifting fiber, after polymerization, a light-reflecting material is applied to the resulting scintillation element coating and introduce a spectrum-shifting fiber into the formed channel.

Використання подрібнених гранул сцинтиляційних монокристалів в композиційному сцинтиляторі дозволяє знизити собівартість виробництва сцинтиляційних детекторів не менш ніж в два рази порівняно з аналогічними радіаційно стійкими монокристалами за рахунок збільшення на 5095 ефективності використання монокристалів, а також можливості використання монокристалів з різними типами механічних пошкоджень.The use of crushed granules of scintillation single crystals in a composite scintillator allows to reduce the production cost of scintillation detectors by at least two times compared to similar radiation-resistant single crystals due to a 5095 increase in the efficiency of using single crystals, as well as the possibility of using single crystals with various types of mechanical damage.

Розмір гранул вибирають залежно від типу та потужності іонізуючого випромінювання, що треба зареєструвати.The size of the granules is chosen depending on the type and power of the ionizing radiation to be registered.

Використання запропонованої конструкції забезпечує можливість виходу світла з композиційного сцинтилятора в імерсійний шар світловоду з мінімальними втратами та подальшою передачею світла через розміщене у світловоді спектрозміщуюче волокно до фотоприймача.The use of the proposed design ensures the possibility of light exit from the composite scintillator into the immersion layer of the light guide with minimal losses and further transmission of light through the spectrum-shifting fiber placed in the light guide to the photoreceiver.

Експериментально встановлено, що наявність над композиційним сцинтилятором шару імерсійного середовища з розташованим в ньому спектрозміщуючим волокном збільшує сцинтиляційну ефективність реєстрації на 25 95 у порівнянні з композиційним сцинтилятором, в якому спектрозміщуюче волокно розташоване безпосередньо на поверхні. Збільшення ефективності збирання світла пов'язано з тим, що спектрозміщуюче волокно розташоване в імерсійному середовищі, яке має показник заломлення, значно більший за повітря та близький 60 до показника заломлення матеріалу спектрозміщуючого волокна.It was experimentally established that the presence of a layer of immersion medium with a spectrum-shifting fiber located in it over the composite scintillator increases the scintillation efficiency of registration by 25 95 in comparison with a composite scintillator in which the spectrum-shifting fiber is located directly on the surface. The increase in light collection efficiency is due to the fact that the spectrum-shifting fiber is located in an immersion medium, which has a refractive index much greater than air and is close to 60 to the refractive index of the spectrum-shifting fiber material.

Імерсійним середовищем може бути будь-який інертний радіаційно стійкий оптично прозорий полімер, що не має поглинання в області люмінесценції сцинтиляційних кристалів.The immersion medium can be any inert radiation-resistant optically transparent polymer that does not absorb in the luminescence region of scintillation crystals.

Експериментально встановлено, що висота шару імерсійного середовища над композиційним сцинтилятором повинна складати 1-3 діаметри спектрозміщуючого волокна.It was experimentally established that the height of the immersion medium layer above the composite scintillator should be 1-3 diameters of the spectrum-shifting fiber.

Збільшення та зменшення шару імерсійного середовища більше ніж на 0,5 мм призводить до зниження ефективності реєстрації випромінювання більше за 10 95.Increasing and decreasing the layer of the immersion medium by more than 0.5 mm leads to a decrease in the efficiency of radiation registration by more than 10 95.

Для збільшення сцинтиляційної ефективності, спектрозміщуюче волокно, підбирається відповідно до області люмінесценції сцинтилюючого матеріалу.To increase the scintillation efficiency, the spectrum-shifting fiber is selected according to the area of luminescence of the scintillating material.

У таблиці наведені значення відносної сцинтиляційної ефективності реєстрації іонізуючого випромінювання сцинтиляційними елементами з гранул монокристалів піросилікату гадолініюThe table shows the values of the relative scintillation efficiency of recording ionizing radiation by scintillation elements made of gadolinium pyrosilicate single crystal granules

СРО: Се, силікату лютецію І М50О:Се та силікату ітрю М5О:Се відносно сцинтиляційної пластмаси-ОРБ-923А, ідентичної прототипу. Розміри сцинтиляційного елемента, що заявляється, вибрано 100х12х4 мм для зручності подальшого порівняння сцинтиляційних характеристик з прототипом.SRO: Ce, lutetium I silicate M50O:Ce and yttrium silicate M5O:Ce relative to scintillation plastic-ORB-923A, identical to the prototype. The dimensions of the claimed scintillation element were chosen to be 100x12x4 mm for the convenience of further comparison of the scintillation characteristics with the prototype.

На кресленні наведено конструкцію сцинтиляційного елемента, що заявляється.The drawing shows the design of the claimed scintillation element.

Сцинтиляційний елемент складається з композиційного сцинтилятора 1, шару імерсійного середовища 2, світловідбиваючого покриття 3, спектрозміщуючого волокна 4.The scintillation element consists of a composite scintillator 1, a layer of immersion medium 2, a reflective coating 3, a spectrum-shifting fiber 4.

Сцинтиляційний елемент працює наступним чином.The scintillation element works as follows.

Випромінювання проходить через вхідну поверхню композиційного сцинтилятора 1, викликаючи усередині сцинтилятора спалахи, які через шар імерсійного середовища 2 збираються спектрозміщуючим волокном 4 та перетворюються в світло з більшою довжиною хвилі із подальшою передачею до фотоприймача (на кресл. не наведено).The radiation passes through the input surface of the composite scintillator 1, causing flashes inside the scintillator, which are collected by the spectrum-shifting fiber 4 through the layer of the immersion medium 2 and converted into light with a longer wavelength with subsequent transmission to the photodetector (not shown on the drawing).

Спосіб отримання сцинтиляційного елемента полягає в механічному подрібненні вирощених монокристалів, відборі потрібного розміру зерен, введенні зерен у імерсійне середовище у кількості не менше за 70 мас. 95, їх перемішуванні, викладанні в технологічний контейнер, нанесенні на поверхню композиційного сцинтилятора того ж самого імерсійного середовища товщиною 1-3 діаметри спектрозміщуючого волокна з формуванням в центрі порожнистого каналу для розташування спектрозміщуючого волокна, полімеризацію, вилучення з технологічного контейнера, нанесення на отриманий сцинтиляційний елементThe method of obtaining a scintillation element consists in the mechanical grinding of grown single crystals, the selection of the required size of grains, the introduction of grains into the immersion medium in an amount of not less than 70 wt. 95, mixing them, placing them in a technological container, applying the same immersion medium to the surface of the composite scintillator with a thickness of 1-3 diameters of the spectroshifting fiber with the formation of a hollow channel in the center for the location of the spectroshifting fiber, polymerization, removal from the technological container, application to the resulting scintillation element

Зо світловідбиваючого покриття та введення спектрозміщуючого волокна у сформований канал.From the reflective coating and the introduction of the spectroshifting fiber into the formed channel.

Спосіб отримання сцинтиляційного елемента наведено у прикладах.The method of obtaining a scintillation element is given in the examples.

Приклад 1. Виготовлення сцинтиляційного елемента на основі гранул монокристала піросилікату гадолінію СРО:Се розміром 0,1-0,5 мм.Example 1. Production of a scintillation element based on 0.1-0.5 mm gadolinium pyrosilicate single crystal granules SPO:Ce.

Беруть монокристали піросилікату гадолінію (РБ:Се. Для виготовлення композиційних сцинтиляторів відповідні монокристали механічно подрібнюють она гранули. Шляхом просіювання через калібровані сита відбирають фракцію гранул розміром 0,1-0,5 мм.Single crystals of gadolinium pyrosilicate (RB:Ce) are taken. For the manufacture of composite scintillators, the corresponding single crystals are mechanically crushed into granules. By sieving through calibrated sieves, a fraction of granules with a size of 0.1-0.5 mm is selected.

Розраховану кількість гранул відібраної фракції вводять в імерсійне середовище (як імерсійне середовище використаний радіаційно стійкий силіконовий еластомер буда 184 ЦАмМи.The calculated number of granules of the selected fraction are introduced into the immersion medium (radiation-resistant silicone elastomer Buda 184 TsAmMy was used as the immersion medium.

Воуагіпівем, М.27. (заІшпом, М. І. Кагамаєма // Рипсійопаї! Маїегіа!. - 2013. - Мої. 20., Мо 4-Р.471-4761|, що не має поглинання в області люмінесценції використаних сцинтиляційних кристалів. Це дозволяє уникнути втрат світла на межі кристал - імерсійне середовище). Масова частка кристалічних гранул дорівнює 75 мас. 9о, масова частка імерсійного середовища дорівнює 25 мас. 9юо. Композиційну суміш гранул з імерсійним середовищем ретельно перемішують та викладають в технологічний контейнер розміром 100х12х4 мм. На поверхню композиційних сцинтиляторів наносять розраховану кількість імерсійного середовища для формування шару товщиною 2 мм. В центр шару імерсійного середовища вставляють технологічну оснастку для формування порожнистого каналу для розташування спектрозміщуючого волокна. Зразки полімеризують. Після закінчення процесу полімеризації композиційні сцинтилятори вилучають з технологічних контейнерів, обгортають світловідбиваючою плівкою Тумес. Всередину порожнистого каналу вставляють спектрозміщуючі волокна типу У-11.Vouagipivem, M.27. (zaIshpom, M.I. Kagamayema // Rypsiyopai! Maiegia!. - 2013. - Moi. 20., Mo 4-R.471-4761| that has no absorption in the luminescence region of the scintillation crystals used. This allows you to avoid light losses at the boundary between the crystal and the immersion medium). The mass fraction of crystalline granules is 75 wt. 9o, the mass fraction of the immersion medium is equal to 25 mass. 9 juo. The composite mixture of granules with immersion medium is thoroughly mixed and placed in a technological container measuring 100x12x4 mm. The calculated amount of immersion medium is applied to the surface of the composite scintillators to form a layer 2 mm thick. In the center of the layer of the immersion medium, a technological tool is inserted to form a hollow channel for the location of the spectrum-shifting fiber. Samples are polymerized. After the end of the polymerization process, the composite scintillators are removed from the technological containers, wrapped with Tumes reflective film. Spectroshifting fibers of the U-11 type are inserted into the hollow channel.

Вимірюють швидкість лічення отриманих сцинтиляційних елементів на установці Сапье!та із спектрометричним фотопомножувачем типу Я 1306 фірми Нататаїзви. Відносну сцинтиляційну ефективність обчислюють відносно сцинтиляційної пластмаси ОРБ-923А розміром 100х12х4 мм, обгорнутої світловідбиваючою плівкою Тумес. Джерелом Д-часток є радіоактивний ізотопThe rate of counting of the received scintillation elements is measured on the Sapie!ta installation with a spectrometric photomultiplier of the type Ya 1306 of the Natataizva company. The relative scintillation efficiency is calculated relative to the ORB-923A scintillation plastic of size 100x12x4 mm, wrapped with a Tumes reflective film. The source of D-particles is a radioactive isotope

ЗО,ZO,

Приклад 2. Виготовлення сцинтиляційного елемента на основі гранул монокристала силікату ітрію У5О:Се розміром 0,1-0,5 ммExample 2. Production of a scintillation element based on 0.1-0.5 mm yttrium silicate single crystal granules U5O:Ce

Виготовлення сцинтиляційного елемента проводять аналогічно прикладу 1.The production of the scintillation element is carried out similarly to example 1.

Вимірювання та обчислення відносної сцинтиляційної ефективності проводять аналогічно 60 прикладу 1 (див. табл.).Measurement and calculation of the relative scintillation efficiency are carried out similarly to example 1 (see table).

Приклад 3. Виготовлення сцинтиляційного елемента на основі гранул монокристала силікату лютецію І У50:Се розміром 0,1-0,5 мм.Example 3. Production of a scintillation element based on 0.1-0.5 mm lutetium silicate single crystal granules U50:Ce.

Вимірювання та обчислення відносної сцинтиляційної ефективності проводять аналогічно прикладу 1 (див. табл.).Measurement and calculation of relative scintillation efficiency are carried out similarly to example 1 (see table).

Приклад 4. Виготовлення сцинтиляційного елемента на основі гранул монокристала піросилікату гадолінію СРБО:Се розміром 1-3 мм.Example 4. Production of a scintillation element based on 1-3 mm gadolinium pyrosilicate SRBO:Ce single crystal granules.

Виготовлення сцинтиляційних елементів з розміром гранул піросилікату гадолінію СЧРО:Се 1-Production of scintillation elements with the size of gadolinium pyrosilicate granules СЧРО:Се 1-

З мм та товщиною шару імерсійного середовища 1 мм, проводять аналогічно прикладу 1.With a thickness of mm and a layer of immersion medium of 1 mm, it is carried out similarly to example 1.

Приклад 5. Виготовлення сцинтиляційного елемента на основі гранул монокристала силікату ітрію У5О:Се розміром 1-3 мм.Example 5. Production of a scintillation element based on 1-3 mm yttrium silicate single crystal granules U5O:Ce.

Виготовлення сцинтиляційних елементів з розміром гранул силікату ітрію У5О:Се 1-3 мм та товщиною шару імерсійного середовища 1 мм, проводять аналогічно прикладу 1.Production of scintillation elements with the size of yttrium silicate U5O:Ce granules of 1-3 mm and the thickness of the immersion medium layer of 1 mm is carried out similarly to example 1.

Приклад 6. Виготовлення сцинтиляційного елемента на основі гранул монокристала силікату лютецію І У50:Се розміром 1-3 мм.Example 6. Production of a scintillation element based on 1-3 mm lutetium silicate single crystal granules U50:Ce.

Виготовлення сцинтиляційних елементів з розміром гранул силікату лютецію І! У5О:Се 1-3 мм та товщиною шару імерсійного середовища 1 мм, проводять аналогічно прикладу 1.Production of scintillation elements with the size of lutetium silicate granules I! U5O:Ce 1-3 mm and the thickness of the immersion medium layer 1 mm, it is carried out similarly to example 1.

Наведені у таблиці значення відносної сцинтиляційної ефективності для отриманих сцинтиляційних елементів розраховані відносно сцинтиляційної пластмаси ШРБ-923ЗА, ідентичної прототипу.The values of the relative scintillation efficiency for the obtained scintillation elements given in the table are calculated relative to the scintillation plastic ShRB-923ZA, identical to the prototype.

Авторами встановлено, що сцинтиляційна ефективність отриманих сцинтиляційних елементів з гранул піросилікату гадолінію СРО: Се, силікату лютецію І У50:Се та силікату ітріюThe authors established that the scintillation efficiency of scintillation elements obtained from granules of gadolinium pyrosilicate SRO:Ce, lutetium silicate I U50:Ce and yttrium silicate

УБО:Се зменшується на 15 95 після накопичення дози в 25 Мрад. Для порівняння, світловийUBO:Ce decreases by 15 95 after accumulating a dose of 25 Mrad. For comparison, light

Зо вихід пластикового сцинтилятора зменшується на 85 905 після накопичення дози 10 Мрад. |В.Г.The output of the plastic scintillator decreases by 85,905 after the accumulation of a dose of 10 Mrad. |V.G.

Сенчишин, В.Н. Лебедев, Н.П. Хлапова, А.Ф. Ададуров // Вопросьі атомной науки и техники - 2005, (86) Мо З - с. 160-163). Таким чином, запропонований сцинтиляційний елемент може працювати в умовах радіаційних доз 25 Мрад.Senchyshyn, V.N. Lebedev, N.P. Khlapova, A.F. Adadurov // Questions of atomic science and technology - 2005, (86) Mo Z - p. 160-163). Thus, the proposed scintillation element can work under conditions of radiation doses of 25 Mrad.

Як видно з опису матеріалів заявки, запропоновані сцинтиляційні елементи мають нижчу собівартість порівняно з аналогічними радіаційно стійкими монокристалами, мають кращу сцинтиляційну ефективність порівняно з сцинтиляційною пластмасою та можуть працювати в умовах високих радіаційних доз.As can be seen from the description of the application materials, the proposed scintillation elements have a lower cost compared to similar radiation-resistant single crystals, have better scintillation efficiency compared to scintillation plastic and can work in conditions of high radiation doses.

Таблиця ефективність, 90 о Сцинтиляційнапластмаса ОРБ-92З3А.//|77777111111Ї11111111111лю 0,1-0,5 А- - -ж - 25 -Ж 5н-Efficiency table, 90 o Scintillation plastic ORB-92Z3A.

Сцинтиляційний елемент на основі РО:Се 01-05Scintillation element based on RO:Ce 01-05

Сцинтиляційний елемент на основі І У5О:Се 0,1-0,5Scintillation element based on I U5O:Ce 0.1-0.5

Сцинтиляційний елемент на основі У5О:СеScintillation element based on U5O:Ce

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

1. A scintillation element including a scintillator, a spectrum-shifting fiber and a light-reflecting coating, which is characterized by the fact that, as a scintillator, it contains a composite scintillator based on a transparent immersion medium with crushed scintillation granules from a single crystal, additionally contains on the surface of the scintillator a layer of the same immersion medium with an arranged in its center with a spectrum-shifting fiber, and the thickness of the layer is 1-3 diameters of the spectrum-shifting fiber.

2. The method of manufacturing a scintillation element, which includes mechanical grinding of grown single crystals, selection of the required size of granules, introduction of granules into the immersion medium in an amount of not less than 70 wt. 95, their mixing and polymerization, which differs in that before polymerization, a layer of the same immersion medium with a thickness of 1-3 diameters of the spectrum-shifting fiber is applied to the surface of the composite scintillator with the formation of a hollow channel in the center for the location of the spectrum-shifting fiber; after polymerization, the obtained scintillation element is applied reflective coating and introduce a spectrum-shifting fiber into the formed channel.