UA34650A - Спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора - Google Patents

Abstract

Запропоновано спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора. Він включає отримання дифузного відбивача на поверхні сцинтилятора шляхом розчинення поверхневого шару кристалу водою з наступним сушінням у зневодненому боксі та пакування кристалу у герметичний контейнер. Сушіння кристалу проводять в атмосфері вуглекислого газу. Потім, при пакуванні сцинтилятора у герметичний контейнер, у його об'ємі створюють атмосферу вуглекислого газу.

Description

Винахід відноситься до технічної фізики, зокрема, до детектуючих пристроїв для реєстрації іонізуючих випромінювань і може знайти застосування при виготовленні сцинтиляційних детекторів.

Основними проблемами виготовлення детекторів є: по-перше, створення відбиваючої оболонки на бічній та тильній поверхні сцинтилятора. Шар відбиваючого матеріалу повинен бути мінімальним, інакше ефективність реєстрації випромінювань буде низькою: по-друге, ретельне видалення залишкової вологи з поверхні сцинтилятори та з конструкційних матеріалів детектора і надійна герметизація контейнера. Тривале зберігання і, особливо, використання детекторів при підвищених температурах приводить до переконденсації адсорбованої води на поверхні сцинтилятора. Сцинтиляційні матеріали, звичайно, гігроскопічні і навіть невелика кількість води на поверхні приводить до безповоротного псування їх характеристик (Гринев Б.В. Семиноженко В.П.

Сцинтилляцирнньюе детекторьї ионизирующих излучений для жестких условий зксплуатации. Харьков:

Основа, 19931.

Існує відомий спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора (Патент Франції Мо 2607262, кл. (301 Т 1/202). який включає в собі очищення контейнера від газів, реактивних по відношенню до елементу сцинтилятора; встановлення лужно-галоїдного сцинтилятору (наприклад, дуже гігроскопічного МаКТІ)) у цей контейнер, створення в ньому атмосфери, що не реагує з елементом сцинтилятора при 150-2007С, збирання та герметизацію детектора. При цьому інертна атмосфера представлена одним чи кількома газами, які вибрані з групи Не, Агг2, СО» і М». При використанні цих газів, з яких дійсно інертними (а, отже, і відносно дорогими) є гелій та аргон, ймовірність того, що залишкова волога потрапить у контейнер, зменшується. Цей спосіб припускає безводну обробку поверхностей сцинтилятору, або додаткові операції з метою його ретельного зневоднювання, що значно ускладнює технологічний процес. По змісту (зневоднювання, інертна атмосфера) цей спосіб блокує реакцію, яка ефективно відбувається при зазначених температурах:

Маї!-3/202-Маї!Оз, яка є єдино можливою у вказаних умовах (Смирнов Н.Н., Крайнюков КИ. Термодинамика процессов термического разложения йодистого натрия кислотосодержащими компонентами воздуха.

Монокристалль. сцинтилляторьі и органические люминофорьі. Харьков. ВНИЙ монокристаллов. -1969. -

Ме1 .-0.59-683), якщо герметизацію контейнера проводити не в інертній атмосфері, а у сухому повітрі, яке звичайно використовується. З іншого боку, спосіб не вирішує проблеми залишкової вологи і його неможливо застосувати до детекторів для випромінювань із слабкою проникною здатністю. тому що шар відбивача МоО, який стандартно використовується, поглинає більшу частину цих випромінювань, внаслідок чого послаблюється їх інтенсивність і погіршуються сцинтиляційні характеристики.

Як прототип обрано спосіб виготовлення сцинтиляційних детекторів (АС Ме 1457605, кл. (30171/202). коли підготовлені поверхні сцинтиляторів покриваються водною плівкою. Суть способу полягає в тому, що при виготовленні сцинтиляційних детекторів Ма(ТІ) дифузний відбивач на поверхню кристалу наносять шляхом переведення поверхневого шару сцинтилятора з монокристалічного стану у полікристалічний розчиненням цього шару водою і наступним сушінням. Це веде до деструкції тонкого поверхневого відбиваючого шару сцинтилятора і до утворення дрібнодисперсного полікристалічного відбиваючого шару. який є міцно зв'язаним з поверхнею. Цей шар має білий колір. непогану відбиваючу здатність, товщина його визначається ступенем гідратації поверхні сцинтилятора.

Недолік прототипу полягає у тому, що вода не тільки розчиняє основну речовину, але й взаємодіє з нею, внаслідок чого утворюються гідроксиди, які різко знижують характеристики відбиваючого покриття.

Відомо, що гідроксид натрію Маон - непрозорий у ближній ультрафіолетовій частині спектру, а гідроксид активатора - ТІОН - у видимій області спектру, внаслідок чого оптичні та сцинтиляційні характеристики детекторів погіршуються.

В основу винаходу поставлено завдання поліпшення сцинтиляційних та експлуатаційних характеристик детекторів. Вирішення цього завдання забезпечується тим, що у способі виготовлення сцинтиляційного детектора, що включає отримання дифузного відбивача на поверхні сцинтилятора шляхом розчинення поверхневого шару кристалу водою з наступним сушінням у зневодненому боксі та пакування кристалу у герметичний контейнер, згідно винаходу, сушіння монокристалу про» водять в атмосфері вуглекислого газу і потім, при пакуванні сцинтилятора в герметичний контейнер, а його об'ємі створюють реактивну атмосферу вуглекислого газу.

Використання вуглекислого газу в процесі сушіння монокристалу після нанесення на його поверхні дифузного відбивача приводить до того, що вуглекислий газ навіть при кімнатній температурі та нормальному тиску ефективно взаємодіє з гідроксидами. перетворюючи їх у карбонати. Потрібно визначити, що при цьому вуглекислий газ залишається хімічно інертним по відношенню до основної речовини сцинтилятора. Карбонати основної речовини та активатора - МагСОз та ТІ2СО»з, які утворюються у поверхневій плівці, мають коефіцієнт відбиття навіть кращий, ніж у основної речовини. В результаті цей відбивач збільшує вихід світла з детектора та покращує його сцинтиляційні характеристики.

Використання вуглекислого газу (у способі, що заявляється, газ не інертний, а хімічно активний) для заповнення об'єму контейнера поліпшує експлуатаційні характеристики детектора, тому що в процесі його зберігання СОг2 продовжує карбонізувати залишки гідроксидів у відбиваючому покритті. Більш того. переконденсація залишкової вологи з конструкційних матеріалів на поверхню монокристалів не приводить до псування детектора, тому що в результаті утворюються ті ж карбонати. Сцинтиляційні характеристики детекторів, виготовлених таким способом, з часом не погіршуються, тобто подовжується термін їх служби.

Спосіб, що заявляється, містить такі операції: 1. Нанесення дифузного відбивача на поверхні сцинтилятора шляхом розчинення його поверхневого шару водою. 2. Сушіння кристалів в атмосфері вуглекислого газу. 3. Заповнення об'єму детектора вуглекислим газом в процесі контейнеризації сцинтилятора.

Приклади здійснення способу.

Приклад 1.

З однієї частини кристалу Ма(ТІ), однорідного за вмістом активатора, виготовлено 8 експериментальних детекторів розміром 30х5 мм. Для 4 детекторів дифузний відбивач на поверхні сцинтилятора створювався розчиненням його поверхневого шару водою протягом 1 хвилини, після чого кристали висушували у зневодненому боксі (в атмосфері сухого повітря, див. прототип), встановлювали у стаканчик з фторопласту з товщиною стінок 2 мм, таку оправку з кристалом уміщували в стандартний контейнер без оптичного контакту між кристалом і склом та герметизували контейнер. Для інших 4 детекторів відбивач створювали тим же чином, але подальше сушіння кристалу та герметизацію детектора проводили в атмосфері вуглекислого газу.

На графіку представлені спектри радіолюмінесценції (РЛ), де 1 відповідає детекторам, виготовленим у

СО», 2 - відповідає детекторам, виготовленим за прототипом. Інтенсивність РЛ для всіх детекторів, виготовлених згідно пропонованому способу, вище у середньому на 1095. Видно, що навіть для нормованих спектрів РЛ площа під кривою 1 більша, ніж під кривою 2. Форма спектру 1 відповідає активаторному світінню Мат).

Коли в якості додаткового відбивача між кристалом та контейнером використовувалась тонка плівка майлару (стандартний відбивач для рентгенівських детекторів), інтенсивність РЛ була нижче, але форма спектрів та співвідношення виходу світла для зразків були тими ж.

Ці результати свідчать про підвищення виходу світла за рахунок поліпшення відбиваючої здатності покриття для детекторів, виготовлених в атмосфері СО».

Приклад 2.

З тієї ж частини кристалу (див. приклад 1) виготовлено 4 стандартних сцинтиляційних детектори Ма((ТІ)

З0х5 мм (оптичний контакт між кристалом та склом, відбивач МодО між кристалом та контейнером). На перші два дифузний відбивач нанесено згідно прототипу, на інші згідно способу. що заявляється. Для прискорення процесу два останні кристали висушували у струмені вуглекислого газу, підігрітого до 40- 6О0"С, протягом 2 годин. Після сушіння детектори пакували та герметизували стандартним чином.

Результати вимірювань світловиходу та енергетичного розділення наведено в табл. 1. Видно, що саїтловихід та енергетичне розділення двох останніх детекторів помітно кращі.

Таблиця міт Атмосфера т, І, УЕСВ Й ншишиш Повітря 35

Повітря та 59 шннншкж ТВОООЛООВО ОВО 7

Приклад 3.

Було виготовлено б сцинтиляційних детекторів Маї(ТІ) розміром 30хб3 мм (оптичний контакт, поліровані поверхні, відбивач Ма). Дифузний відбивач на бічну та тильну поверхні сцинтилятора не наносився Половину детекторів було оброблено й запаковано в контейнери в атмосфері сухого повітря (0,0395 СО»), а другу половину - в атмосфері вуглекислого газу (9095 СО»). Відносну вологість у кожному випадку було навмисно підвищено до 1295. При зберіганні протягом року світловий вихід та енергетичне розділення перших трьох кристалів погіршилось, в той час як у трьох інших (виготовлених в атмосфері

СО») ці параметри практично не змінились. Результати вимірювань світловихо-ду та енергетичного розділення наведено в табл. 2. Далі детектори було розпаковано. Вимірювання їх поглинання в ІЧ області спектру показали, що в першій серії зразків на поверхнях виявляється домішок іонів ОН , а в другій - домішок СОз7.

Табниця 2 п й Шо на початку через рік на початку чераз рік зберігання , зберігання 727 Повітря 3 | Повтряї | 90 |в 2.8 41 со |1вв17ва 35 | 3.5 51777 со5 |. в сОг (| ви

Таким чином, спосіб, що заявляється, дозволяє: 1) підвищити відбиваючу здатність дифузного відбивача, нанесеного на поверхню кристалу, та значно покращити його сцинтиляційні характеристики незалежно від конструкції детектора, 2) підвищити ступінь захисту кристалу від вологи, яка залишилась, що дозволяє подовжити термін служби сцинтиляційного детектора. рах 08 - / у / і "7 /

Ж Же ; ; / А 2 о ще і "а 300 з5о 400450 БЮ 0000 й

Фіг.

Claims (1)

1. Спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора, який включає отримання дифузного відбивача на поверхні сцинтилятора шляхом розчинення поверхневого шару кристалу водою з наступним сушінням у зневодненому боксі та пакування кристалу у герметичний контейнер, який відрізняється тим, що сушіння кристалу проводять в атмосфері вуглекислого газу, а потім, при пакуванні сцинтилятора у герметичний контейнер, у його об'ємі створюють атмосферу вуглекислого газу.