Способ получения пластмассовых сцинтилляторов

 

Изобретение относится к химии полимеров, в частности к способу получения пластмассовых сцинтилляторов. Целью изобретения является улучшение световыхода, светопрозрачности и интенсификации процесса получения сцинтилляторов. Изобретение позволяет получить за 50-60 ч ПС со световыходом до 140, светопрозрачностью при 365 нм до 85% и коэффициентом поглощения до 0,0002 за счет способа, включающего блочную полимеризацию метилметакрилата в присутствии дициклогексилпероксидикарбоната, нафталина, 2,5-дифенилоксазола и 1,4-ди(5-фенилоксазолил-2) бензола путем полимеризации при 22-30°С до конверсии 5-10%, затем полимеризацией при температуре, пониженной на 4-10°С, до конверсии 80-87% и затем при 30-35°С до конверсии 90-95% с последующей дополимеризацией при 110-120°С. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к химии полимеров, в частности к способу получения пластмассовых сцинтилляторов (ПС), применяемых для регистрации ионизирующих излучений. Целью изобретения является улучшение световыхода, светопрозрачности и интенсификации процесса получения сцинтилляторов. Общий способ получения пластмассовых сцинтилляторов заключается в блочной полимеризации метилметакрилата (ММА) в присутствии дициклогексилпероксидикарбоната, нафталина и люминесцирующих добавок с последующей дополимеризацией при 110-120^оС, при этом полимеризацию начинают при температуре 22-30^оС до конверсии 5-10% затем температуру снижают на 4-10^оС и полимеризацию осуществляют до конверсии 80-87% после чего температуру повышают до 30-35^оС и полимеризацию проводят до конверсии 90-95% Предварительно полимеризационная смесь барботировалась азотом и вакуумировалась. Полимеризация проводилась в плоскопараллельных формах из силикатного стекла с прокладкой из резиновой или полихлорвиниловой трубки в водяных термостатах. Дополимеризация осуществлялась в воздушных шкафах. Момент окончания полимеризации фиксировался по постоянству величины усадки. После этого проводили дополимеризацию (для удаления остаточного мономера). По окончании режима дополимеризации продукт готов. Для определения величины конверсии использовали принцип дилатометра. Величина конверсии на промежуточных стадиях определялась по усадке полимеризационной смеси, которая фиксировалась чувствительным датчиком, подключенным к самопишущему прибору, фиксирующему величину усадки (сжатие реакционной массы в процессе полимеризации). Все компоненты брали без предварительной очистки. П р и м е р 1. Готовят полимеризационную смесь следующего состава, мас. ч. ММА 100 2,5-Дифенилоксазол (РРО) 0,8 1,4-ди(5-фенилоксазо- лил-2)бензол (РОРОР) 0,08 Нафталин 14 Дициклогексилперокси- дикарбонат (ЦПК) 0,02 Полученную полимеризационную смесь заливают в плоскопараллельную форму толщиной 20 мм, предварительно нагревают до температуры 22^оС, полимеризуют до конверсии 5% в течение 6 ч, затем температуру снижают на 4^оС и полимеризацию проводят при 18^оС до конверсии 80% повышают температуру до 35^о и выдерживают 2 ч. Далее проводят дополимеризацию при 110^оС 6 ч и охлаждают до 40^оС. Длительность полимеризации 60 ч. Получают органическое стекло для пластмассовых сцинтилляторов, свойства которого приведены в таблице. Количества добавок РРО, РОРОР, нафталина и ЦПК оптимизировались. В примере 1 приведены оптимальные количества добавок. П р и м е р ы 2-5. Проводят по примеру 1. Состав полимеризационной смеси, режим полимеризации и свойства сцинтилляторов приведены в таблице. Первый интервал температур (22-30^оС) обусловлен тем, что полимеризации подвергают насыщенный раствор нафталина (10-15 мас. ч.) в ММА, из которого при температуре ниже 22^оС люминесцирующие добавки выпадают в виде хлопьев, что приводит к появлению оптических неоднородностей и видимых дефектов поверхности. Повышение температуры выше 30^оС приводит к появлению структурных неоднородностей, которые снижают световыход и светопрозрачность материала. Этим обусловлена необходимость последующего снижения температуры полимеризации на 4-12^оС. Перед дополимеризацией по достижении конверсии 80-87% когда структура полимера уже сформирована, необходимо повышение температуры до 30-35^о. При этой температуре снимаются напряжения, которые приводят к ухудшению оптических показателей сцинтилляторов и бою силикатного стекла при резком повышении температуры до 110-120^оС. Более низкие температуры (менее 30^оС) эффекта не дают. Более высокие (выше 35^оС) нецелесообразны, так как приводят к дополнительным энергетическим затратам. Конверсия 5-10% достигаемая в первом температурном интервале, обусловлена тем, что мономерный раствор приобретает вязкость, что препятствует выпадению в осадок люминесцирующих добавок: они находятся в растворе во взвешенном состоянии. Увеличение конверсии в данном температурном интервале может привести к появлению и росту микронеоднородностей структуры, что приводит к снижению светопрозрачности материала. Снижение конверсии (менее 5%) не дает стабилизирующего эффекта. Конверсия 80-87% максимально достижимая для данного материала при температуре полимеризации 18-22^оС в течение 48-50 ч. Конверсия 90-95% максимально достижимая при 30-35^оС. Свойства сцинтилляторов по примерам 1-5, приведенные в таблице, оценивались согласно следующим методикам. Для определения световыхода исследуемый образец сцинтиллятора размером 45х20х4,3 мм³ помещают между двумя стандартными сцинтилляторами. За стандартный сцинтиллятор принимают сцинтиллятор, изготовленный способом, заявленным в прототипе (эталон). Исследуемый образец просматривают ФЭУ-143, находящимся в режиме однофотонного сбора света. Стандартные сцинтилляторы просматривают ФЭУ-87. β -источник (Ru 106) помещают над сцинтилляторами так, что электроны проходят через все сцинтилляторы (см. чертеж). Сцинтилляторы друг от друга светоизолированы черной бумагой. Для обрезания черенковского света используют желто-зеленый фильтр с порогом обрезания λ< 420 нм. Сигналы с ФЭУ-87 поступают на схему совпадений (СС), затем через фильтр на пересчетные устройства. Так как ФЭУ-143 работает в однофотонном режиме, то частота срабатывания ФЭУ-143 прямо пропорциональна световыходу сцинтиллятора. Поэтому отношение эффективностей срабатывания ФЭУ-143 для разных сцинтилляторов составляет относительный световыход для выбранных сцинтилляторов, эффективность средняя величина из 3 опытов. Если у стандартных сцинтилляторов (прототип) световыход составлял 115% то по отношению к ним световыход заявленных сцинтилляторов 125-140% Таким образом, если световыход эталона TS_э 115% эффективность срабатывания ФЭУ-87 f₈₇ (определено опытным путем), эффективность срабатывания ФЭУ₁₄₃ 8,5% (определено опытным путем), тогда световой выход заявленного сцинтиллятора TS_з можно вычислить TS_з= Для примера 1 f₁₄₃ 8,5% след-но TS_з 140% Для примера 2 и 4 f₁₄₃ 7,6% след-но TS_з ≈ 125%
Для примера 3 и 5 f₁₄₃ 7,9% след-но TS_з ≈ 130%
Светопрозрачность определялась непосредственным сравнением светового потока, прошедшего через испытываемый образец, со световым потоком, падающим на фотоэлемент в отсутствии образца. Для определения коэффициента поглощения (показателя поглощения) сцинтиллятор облучался β-источником Ru-106 и просматривался ФЭУ-84-3 в режиме токовых измерений, т. е. таких, когда сигнал с ФЭУ не превышает 1% от тока в делителе ФЭУ ≈1 μ А. Источник передвигался от части АКО (см. рис. 2), при этом измерялся сигнал с ФЭУ в μ А. Определяли расстояние от источника до точки 0, в которой свет ослаблялся в е раз (≈ в 2 раза) точка В. Далее из закона Бугера рассчитывали χ
I I₀ ^. e^xL,
где I₀ μA сигнал от источника в точке А;
I сигнал от источника в точке В;
L расстояние, при котором сигнал ослаблялся в е раз.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТМАССОВЫХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ блочной полимеризацией метилметакрилата в присутствии дициклогексилпероксидикарбоната, нафталина и люминесцирующих добавок 2,5-дифенилоксазола и 1,4-ди-(5-фенилоксазолил-2)бензола, с последующей дополимеризацией при 110 - 120^oС, отличающийся тем, что, с целью увеличения световыхода, светопрозрачности и нтенсификации процесса, полимеризацию начинают при 22 - 30^oС до конверсии 5 10% затем температуру снижают на 4 10^oС и полимеризацию осуществляют до конверсии 80 87% после чего температуру повышают до 30 35^oС и полимеризацию проводят до конверсии 90 95%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4