Сцинтиблок

 

Изобретение относится к сцинтилляционным детекторам ионизирующих излучений . Целью изобретения является повышение избирательности к гамма-и нейтронному излучениям с одновременным повышением стабильности характеристик при изменении температуры окружающей среды . Цель достигается тем, что в сцинтиблоке, содержащем корпус с размещенными в нем сцинтилляционным кристаллом, соединенным с фотоэлектронным умножителей, боковые и по меньшей мере одна торцовая поверхности корпуса окружены герметичным чехлом, в зазоре между которыми, заполненном жидким элементоорганическим теплоносителем, размещен нагреватель, а в зазоре между корпусом и кристаллом - датчик температуры, соединенный с терморегулятором , подключенным к нагревателю Эффект обусловлен, в частности, взаимодействием измеряемого излучения с веществом теплоносителя, 2 з,п.ф-лы, 2 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 G 01 Т 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4852143/25 (22) 19.07.90 (46) 23.06.92. Бюл. М 23 (71) Институт геохимии и аналитической химии им, B.È,Âåðíàäñêîãî (72) Л.P.Äèàìåíò, О.П.Щеглов, Ю.Г.Войлов, В, С.Карпов и Б, B. Комаров (53) 621,387.464 (088.8) (56) Сурков Ю.А. Гамма-спектрометрия в космических исследованиях. — M.: Атомиздат, 1977, с. 58, 59.

Авторское свидетельство СССР

М 1102359, кл. G 01 Т 1/202, "i 984, (54) СЦИНТИБЛОК (57) Изобретение относится к сцинтилляционным детекторам ионизирующих излучений. Целью изобретения является повышение избирательности к гамма-и нейИзобретение относится к ядерной спектроскопии, точнее к измерительным устройствам, используемым в гамма-спектрометрах, предназначенныхдля исследования космического гамма-излучения, гамма-каротажа, гамма-дефектоскопии и др.

Наиболее близким к предлагаемому является сцинтиблок, содержащий корпус с размещенным в нем сцинтиллятором, оптически соединенным с фотоумножителем и частично окружающим сцинтиллятор и фотоэлектронный умножитель эластичным теплоизолятороM из низкомолекулярного каучука, расположенным в пространстве между корпусом и сцинтиллятором с фотоумножителем. При этом теплоизолятор выполнен из низкомолекулярного привитого тронному излучениям с одновременным повышением стабильности характеристик при изменении температуры окружающей среды. Цель достигается тем, что в сцинтиблоке, содержащем корпус с размещенными в нем сцинтилляционным кристаллом, соединенным с фотоэлектронным умножителей, боковые и по меньшей мере одна торцовая поверхности корпуса окружены герметичным чехлом, в зазоре между которыми, заполненном жидким элементоорганическим теплоносителем, размещен нагреватель, а в зазоре между корпусом и кристаллом — датчик температуры, соединенный с терморегулятором, подключенным к нагревателю.

Эффект обусловлен, в частности, взаимодействием измеряемого излучения с веществом теплоносителя, 2 з,п.ф-лы, 2 ил. полистиролполисилоксанового каучука— стиросила, Недостатком известного устройства является низкая теплоизоляция кристалла и фотоэлектронного умножителя, связанная с тем, что через определенное время кристалл и фотоэлектронный умножитель будут переохлаждены или перегреты соответственно низкой или высокой температурой среды, окружающей сцинтиблок, что приведет к изменению его характеристик, т,е. к их нестабильности, Этим устройством также невозможно определить вид излучения.

Цель изобретения — повышение избирательности к гамма- и нейтронному излучениям с одновременным повышением стабильности характеристик при изменении температуры окружающей среды.

1742756

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом сцинтиблоке, содержащем корпус с размещенным в нем сцинтилляционным кристаллом, соединенным с фотоэлектронным умножителем, боковые и по меньшей мере одна торцовая поверхности корпуса окружены герметичным чехлом, в зазоре между которыми, заполненном токоносителем, размещен нагреватель, а в зазоре между корпусом и кристаллом — датчик температуры, соединенный с терморегулятором, подключенным к нагревателю. В качестве теплоносителя применена жидкость из группы кремнийорганических или фтороорганических соединений, в частности полиметилсилоксановая жидкость или теплопроводная масса, Построение такого устройства необходимо для решения ряда задач, в которых используются измерители гамма-излучения, работающие при воздействии низких и высоких температур окружающей среды, Устройство позволяет значительно повысить эффективность и экономичность измерений при сохранении стабильности параметров. Это достигается за счет применения нагревателя и теплоносителя, размещенных в зазоре между корпусом и чехлом, а также средства регулирования температуры.

На фиг. 1 изображен сцинтиблок, разрез; на фиг. 2 — зависимость амплитуды сигнала сцинтиблока от температуры.

Сцинтиблок содержит корпус 1, в котором размещен сцинтилляционный кристалл (СК) 2, оптическим клеем 3 соединенный с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 4, В патроне 5 ФЭУ 4 закреплен делитель

6 напряжения и эластичный уплотнитель 7, контактирующий с нажимным фланцем 8, Зазор между корпусом 1, СК 2 и ФЭУ 4 заполнен эластичным теплоизолятором 9, например кремнийорганическим каучуком типа СКТН, силпен или стиросил. Эти каучуки обладают высокими электроизоляционными характеристиками, являются хорошими амортизаторами, В качестве изоляторов тепла они могут быть использованы на непродолжительное время и только в качестве температурного демпфера при резких изменениях температуры окружающей среды, так как в иных условиях собственное тепловыделение ФЭУ 4 делителя 6 напряжения недостаточно для продолжительного поддержания температуры ФЭУ 4 и СК 2 в узких пределах, необходимых для сохранения стабильности характеристик устройства.

Корпус 1 окружен чехлом 10, герметично закрепленным на нем. На наружной по10

55 верхности 11 корпуса 1 размещен распределительный нагреватель 12, например тонкая (около 0,2 мм) нихромовая проволока, электрически изолированная от корпуса 1 и чехла 10. Зазор между корпусом 1 и чехлом 10 заполнен теплоносителем 13, в качестве которого используется материал, обладающий комплексом характеристик; низкой, не более 0,17 Вт/м.град, теплопроводностью, высокой, не менее 15 кВ/мм, электрической прочностью, низким, не более 0,06 см /r для

Е = 1,0 МэВ; коэффициентом поглощения гамма-квантов, широким диапазоном рабочих температур, не менее чем от -60 до

+300 С, низким, не более 0,093 г град/см, коэффициентом теплового расширения, В качестве такого материала для регистрации гамма-излучения могут использоваться кремнийорганические жидкости и наиболее оптимально высоковязкие полиметилси-. локсановые жидкости групп от ПМС-2500 до

ПМС-250000 или кремнийорганические теплопроводящие пасты, например, типа КПГ8, а для детектирования быстрых нейтронов — фтороорганические жидкости. Изменение объема жидкости при нагреве нагревателя компенсируется температурным компенсатором 14 изменения объема жидкости, который может быть выполнен, например, в виде эластичной мембраны или расширительного бачка, сопряженного с чехлом 10.

На поверхности 15 ФЭУ 4 установлен датчик 16 температуры, электрически соединенный с терморегулятором 17, точность регулирования температуры которого составляет 0,5 С.

На нажимном фланце 8 установлены средства 18 крепления, на которых закреплена плата 19 с терморегулятором 17. На корпусе 1 герметично закреплена герметичная переходная колодка 20, к которой с одной стороны подключены нагреватель 12, а с другой — сетевые токоподводы 21, На задней стенке 22 корпуса 1 установлены разьемы 23 для подвода сетевого питания, разъемы 24 для подвода высокого напряжения и разъемы 25 для съема сигналов информации.

Корпус 1 и чехол 10 изготовлены из материала, не поглощающего гамма-излучение, например из алюминия или титана, Сцинтиблок работает следующим образом.

Гамма-кванты, проникающие без поглощения через чехол 10, теплоноситель 13 и корпус 1, попадая в СК 2, возбуждают в нем световые вспышки, которые фиксируются

ФЭУ 4. При измерении предлага . .ым сцинтиблоком с полиметилсилоксановыми теплоносителями 13 гамма-излучения становится

1742756

50 возможным запрограммированно изменять экранировку детектирующего кристалла с целью уменьшения частотной перегрузки в мягкой области спектра при большой интенсивности измеряемого излучения.

При измерении предлагаемым сцинтиблоком с полиметилфтороорганическим теплоносителем 13 возможно детектирование быстрых нейтронов с управляемой чувствительностью. Детектирование нейтронов осуществляется путем регистрации гаммаизлучения изотопа N образовавшегося в

16 результате реакции F (и a ) N Гамма-излучение регистрируется в диапазоне 5-7,5

Мэ8, где фон гамма-излучения очень мал, При толщине зазора 5 мм эффективность этого устройства к нейтронам с энергией 10

МэВ составляет несколько процентов, что соответствует эффективности большинства известных детекторов к нейтронам в этом энергетическом диапазоне. Однако известные детекторы, позволяющие одновременно достигнуть исполнения всего комплекса параметров, аналогичных предлагаемому устройству, имеют более сложное конструктивное выполнение. В предлагаемом сцинтиблоке те же задачи решены более простыми средствами.

Запрограммированное изменение электрических параметров при постоянной величине зазора между корпусом и чехлом осуществляется подбором состава (индекса) жидкости данного типа, например, индекс полиметилстилоксановых жидкостей изменяется от ПМС 1,5 до ПМС 250000. Индекс связан с изменением вязкости, плотности и других параметров, Нагрева1 ель 12 разогревает теплоноситель 13 до тех пор, пока температура внутри корпуса, регистрируемая датчиком 16, достигает 45ОС, Значение теипературы нагревателя 45ОC выбрано из следующих соображений. Зависимость амплитуды выходного сигнала сцин-иблока от температуры окружающей среды такова, что (см. фиг.

2) стабильный участок ее приходится на температуру 45 С. В этом случае стабильность амплитуды выходного сигнала для регистрации положения линий в спектре гамма-излучения с точностью не менее 1 Д может быть достигнута при точности поддержания температуры СК 2 и ФЗУ 4 в пределах 1 С, При температуре ниже 45 С точность поддержания температуры должна быть выше, что приводит к более частому включению нагревателя 12, а следовательно, к снижению экономичности, так как увеличивается энергопотребление. Кроме того, в реальных условиях маловероятна работа сцинтиблока

40 при температуре окружающей среды выше

45 С, поэтому нет необходимости в его охлаждениии.

По достижении значения температуры

45 С датчик 16 вырабатывает сигнал на терморегулятор 17, который отключает нагреватель 12, а при снижении температуры ниже 45ОС выключает его. С учетом инерционности нагревателя 12 и теплоносителя 13, а также подбором типа терморегулятора 17, точность поддержания температуры СК 2 и

ФЭУ 4 не должна быть ниже, чем 1 С.

Теплоноситель 13 обеспечивает равномерное распределение температуры нагрева

СК 2 и ФЭУ 4. Увеличение объема теплоносителя 13 при нагреве его нагревателем 12 компенсируется компенсатором 14, заполняемым геплоносителем 13 при минимальной возможной температуре и имеющим ход, достаточный для компенсации увеличения объема при максимальной температуре.

При применении предлагаемого сцинтиблока повышается стабильность физических характеристик за счет стабилизации температурного режима работы КС 2 и ФЭУ

4 при использовании нагревателя, распределенного вдоль СК и ФЭУ снаружи корпуса в теплоносителе в сочетании с терморегулятором, повышается стабильность электрических характеристик за счет выполнения теплоносителя иэ материала с большой теплоинерционностью, повышается точность регистрации гамма-излучения, появляется возможность варьировать требуемые значения стабильности характеристик и предельные значения температуры стабилизации при работах в разных климатических зонах.

Кроме того, имеется дополнительный эффект, возникающий в результате взаимодействия измеренного излучения с веществом теплоносителя, в качестве которого использованы элементоорганические жидкости.

Формула изобретения

1. Сцинтиблок, содержащий корпус с размещенными в нем сцинтилляционным кристаллом, соединенным с фотоэлектроннымумножителем, отл ича ю щи йс я тем, что, с целью повышения избирательности к гамма- и нейтронному излучениям с одновременным повышением стабильности характеристик при изменении температуры окружающей среды, боковые и по меньшей мере одна торцовая поверхности корпуса окружены герметичным чехлом, в зазоре между которыми, заполненном жидким элементоорганическим теплоносителем, размещен нагреватель, а в зазоре между

1742755

28 фйГ, 2 корпусом и кристаллом — датчик температуры, соединенный с терморегулятором, подключенным к нагревателю.

2. Сцинтиблок по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в качестве теплоносителя применена жидкость класса фторорганических соединений.

3. Сцинтиблок по и. 1, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что в качестве теплоносителя п римене5 на жидкость из полиорганосилоксановой группы.

1742756

45

Редактор Н.Тупица

Заказ 2283 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ь

l» 8o

Х

Х 70

Составитель В.Костерев

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид