Волокно для сцинтилляционных годоскопов

 

ВОЛОКНО ДЛЯ СЩШТИЛЛЯ1ЩОННЫХ ГОДОСКОПОВ, содержащее керн, выполненный из СЦИНТИЛЛЯ1ЩОННОГО вещества и прозрачную оболочку, коэффициент преломления которой меньше , чем у керна, oтJrичaющ ее с я тем, что, с целью увеличения эффективности регистрации ядерных излучений и повьппения световыхода волокна, оболочка волокна выполнена из сцинтилляционного вещества, спектр излгучения которого совпадает или перекрьтается спектром поглощения керна.. (Л

СИЗ ССВЕТСНИХ

СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51) (01 T 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 3618467/25 (22) 11.07.83 (46) 30.04.92. Бюл. У 16 (72) А.М.Горин и В.И.Рыкалин (53) 62 1.387.464(088.8) (56) J.Merx and S.Osaki, "Торiе J:

Detectors and Experiments, Summary

of Activity", proc 1977 Isabelli

Summer Workshop, препринт В1П.

50721, р. 4.

; S.R.Borenstein et al "Optical

Fibers and Avelan che Photodiods

for Sc int illator Gonnf er s..." ,Phisica Scripta, 23, и 4, 1, рр.

550-555, April 1981.

S.R. Borenstein and R.S.Strand

Scintillatin8 Optical Fibers for

Fine Graned Hodoscopes, препринт

BNL 30248, Hov 1981.

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано в области техники, где необходимы измерения ядерных излучений и рентгеновских лучей с помощью координатно-чувствительных сцинтилляционных детекторов (годоскопов) на основе пиастмасс, жидкостей или кристаилов.

Известны сцинтииляционные волокна для сцинтилляционных годоскопов, представляющие собой плоские кассеты, состоящие из светоизолированных друг от друга сцинтюи яционных однослойных волокон (полированных палочек) сечением около 1 мм, при этом свет, выходящий из торца каждо„,Я0„„1122113

2 (54)(57) ВОЛОКНО ДЛЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ ГОДОСКОНОВ, содержащее керн, выполненный из сцинтилляционного вещества и прозрачную оболочку, коэффициент преломления которой меньше, чем у керна, о т и и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличения эффективности регистрации ядерных излучений и повьппения световыхода волокна, оболочка волокна выполнена из сцинтилляционного вещества, спектр излучения которого совпадает или перекрывается спектром поглощения керна.

Ф го волокна, регистрируется малогабаритными фотоумножителями.

Вследствие большого затухания света в таких волокна длина чувствительной области годоскопа ограничена несколькими сантиметрами ((10 см).

Известны двухслойные оптические волокна, состоящие иэ керна, изготовленного из сциитилляционного материала, который покрывается оболочкой из вещества с меньшим чем у керна показателем преломления, обеспечивая условия полного внутреннего отражения света сцинтилляций... Высокие оптическое качество гранйцы раздела керн-,. оболочка обусловливает существенно меньшее затухание света в двухслойных

1122113

Боло!,«я":: чем в Ор«ос3(ой!!ьГх и длина чуйствитж!ь«о!! Обзсасти годоскопа может 6IITI, равной нескоз!ьким десяткам сантиметров при диаметре BoJcoKo« около 1 ьЯ.!, эти гороскопы определяют только o,«y координату (номер волокна в кассете) в напрев.!!е«ни распространения per Hñòðèpóåìoão излучения или чястицы. Цля регис Грации двух КООр динат используют несколько плоскостей, расположенных друг ="a другом.

Наиболее близким к изобретению яи!Яется волокно для сцинтилляционных гороскопов, содержащее керн, выполнен«ь|й из сцинтилляционного вещества, и прозрачную оболочку, коэффицие«т преломления которой меньше, чем у керна.

Наилучшие результаты были получены для волокна„ состоящего из керна-сцинтиллятора на основе поливинилтолуола типа NE 161, покрытого кремнийоргянической или стеклянной смолой. Кассета годоскопа представляет собой двойной слой волокна, помеценный Б за!1!итную светоизолирую!цую матрицу, причем один слой сдвинут относительно другого на половину диаметра BoJIQKHB» Этот прием позволяет уменьши ь неэффективность регистра-! ии при определении одной координаты„ связанную с прохождением регистрируемых частиц между волокнами и через их оболочку. 3 этой работе показана возможность иэготовле«ия годоскопа д !иной до 50 см rrpH диаметре волокон 1 мм. ! ; одной стороны, существующая технология не позволяет изготавливать достаточно тонкую оболочку волокна, с другой — оболочка должна быть достаточно толстой для надежной защиты оптически:, согершенной границы раздела керн-оболочка от воздействия внешней среды. Большая толщина оболочки двухслойных волокон приводит к падению эффективности.

Дня часто встречающегося на практике случая потери в эффективности регистрации для однослойного годоскопа составляют более 30%. Для многослойных годоскопов при соответствующем сдвиге слоев волокон потери в эффективности компенсируются, но при прохожден! и регистрируемой частицы только через:оболочку или вблизи границы раздела керн-оболочка уме«ьше«ие ко.!ь!чес r!!я света сц!!«тш!ляцией в каждом отдельном волок«е составит около 30%.

Целью изобретения является увеличение эффективности регистрации ядерных из,!!учений и повьш!ение световыхода волокон для сцинти!ц!Яционных годоско«ов, Цель достигается тем, что в волокне для сцинти и!яциоыных годоскопов, содержащем керн, выполненный из сцинтилляционного вещества и прозрачную оболочку, коэффициент преломления которой меньше, =I M у керна„ оболочка волокна выпол«=HB из cr";èíòèrlJrÿционного вещества, спектр излучения которого совпадает или перекрывается спектром поглощения кер«а волокна.

В керне наряду со светом сцинтилляцией образуется люминесценция за счет его фотовозбуждения светом ооопочки. Б 0603!Очке образуется коротковолновый свет, который, попадая в керн, преобразуется в более длинноволновый. Такой подход позволяет получить волокно, в котором керн и оболочка сцинтиллируют как единое пелое, а распростр"-.H!. .H«å светя происходит

ЗО в керне с полным внутренним Отражением на границе раздела керн-ОболочКа»

Ня фиг, 1 схемятич::ски изображено волокно, HB фиг ° 2 ссета Ороско= па.

35 На фиг. 1 и фиг. 2 введены обозначения. волок«о 1, керн 2„ выполненный из сциыти!ц!ирующего вещества; оболочка 3, кассета годоскопа 4, направление регистрируемого излучения

® 5, направление света б, выходящего из волокон.

Образование света B волокне B случае двухкомпонентов сцинтиллятора— керна осуществляется следующж! об43 разом.

Регистрируемое излучение (частица) проходит через волокно 1, теряя часть своей энергии, которая передается веществу (основе) керна 2 и оболочки 3. Эта энергия безрадиационным способом сообщается сцинтилляционной добавке, которая излучает коротковолновые. фотоны. Фогоны, образовавшиеся в керне 2 и оболочке 3. возбуждают молекулы. второй добавки керна (смеситель. спектра), которая с высокой квантовой эффективностью изотропно излучает в более длинново!к5 1122 новой частц спектра. Далее часть полученного света выходит из волокна 1, а часть света, удовлетворяющая условиям полного внутреннего отражения

5 на границе раздела кен 2 — оболочка

3, распространяется в керне 2 к фотоприемнику в направлении света 6, выходящего из волокон.

Пример выполнения волокна.

Керн 2 изготовлен из полистирола (и = 1,59) с добавками; 2% PPO (собственно сцинтиллятор) и О, 1% РОРОР (смеситель спектра). Оболочка 3 сделана из полиметилметакрипата (n = I5 — 1,49) с добавкой 10% РРО. Максимум спектра излучения PPO находится в об" ласти длин волн 360-370 нм, ширина спектра излучения на уровне 0,5 от максимума составляет 55 нм (345-400)..2О

Максимум спектра поглощения РОРОР соответствует длине волны 360 нм, а ширина спектра поглощения на уровне 0,5 - 330-395 нм. Таким образом видно, что спектры — и::пучения РРО д и поглощения POPOP — хорошо перекрываются; квантовая эффективность преобразования спектра составляет 0,80 9 кроме того, максимум спектра излучения РОРОР соответствует максимуму спектральной чувствительности фотокатодов большинства современных фотоумножителей. Диаметр керна 2 равен 0,5 мм, наружный диаметр волокна

1 равен 0,8 мм (К = 3,3). Различные концентрации PPO в керне и оболочке 35 выбраны из условий обеспечения примерно одинаковой сцинтилляционной эффективности. Сравнение этого волокна с аналогичным волокном без добавок РРО в оболочку показывает, что в предлагаемом волокне световыход уве113 6 пичивается на 45-50% Волокна 1 собраны в кассету годоскопа 4 размером

50х20х10 мм (см.фиг. 2). Регистрируемое излучение от Р -источника Sr (показано стрелкой 5) направлено нормально к плоскости кассеты годоскопа

4 с волокном 1. Выходящий из волокон свет в направлении 6 попадает на фотоумножитель и электронно-оптический преобразователь, а далее свет фотографируется или преобразуется в электрические импульсы и обрабатывается электроникой.

Дпя дополнительного повышения эффективности волокна оболочку можно изготовить квадратного сечения либо из легко деформируемого материала с таким расчетом, чтобы при укладке волокон в кассету зазор между волокнами бып минимальным и регистрируемое излучение независимо от места попацания в кассету проходило одинаковое расстояние в объеме сцинтиплятора.

Некоторое уменьшение эффективности регистрации при малых значениях К, связанное с уменьшением телесного угла захвата света оболочки керном. можно преодолеть известным способом нанесения тонкого отражающего слоя на поверхность оболочки волокна.

Применение предлагаемого волокна дпя сцинтиппяционных годоскопов с высоким пространственным разрешением обеспечивает увеличение на 20-30% длины чувствительной области годоскопов при сохранении прежнего световыхода; улучшение пространственного разрешения годоскопов на 30-40%, а также не требует изменений существующей технологии изготовления двухслойных волокон.

1122113

Риг.2

Редактор 0.ярк ова Техред Л. Олийнык " Корректор С. Шекмар

fi

Закаэ 2313 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГЕНТ Ct,"Cp

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101