Способ сборки сцинтилляционного детектора

 

Изобретение относится к сцинтилляционной технике и может быть использовано при разработке новых технологий и производстве сцинтилляционных детекторов ионизирующего излучения на основе гигроскопических кристаллов. Сущность: способ включает центровку кристалла в контейнере, последующее формирование светоотражающей оболочки из порошковых материалов, установку крышки контейнера и герметизацию ее стыка с контейнером путем использования клеящих составов. С целью повышения надежности герметичной упаковки кристалла детектора перед установкой крышки клеящий состав помещают внутрь кольцевой канавки, образуемой центрирующим кольцом и контейнером, перемещают клеящий состав в зазор между крышкой и контейнером путем сжатия части центрирующего кольца. 1 ил.

Изобретение относится к сцинтилляционной технике и может быть использовано при разработке новых технологий и производстве сцинтилляционных детекторов ионизирующего излучения на основе гигроскопичных кристаллов.

Известен способ сборки сцинтилляционного детектора, включающий центровку кристалла в контейнере, последующее формирование светоотражающей оболочки из порошковых материалов, нанесение клеящего состава на наружную поверхность контейнера со стороны входного окна и внутреннюю поверхность входного окна, установку крышки и герметизацию.

Известный способ позволяет изготавливать детекторы, работоспособные от -20 до +50^оС. Более жесткие условия эксплуатации детекторы не выдерживают.

Известен способ сборки сцинтилляционного детектора, включающий центровку кристалла в контейнере, формирование светоотражающей оболочки из порошковых материалов, установку крышки внутрь контейнера, герметизацию нанесением клеящего состава на место стыка входного окна и контейнера.

Указанный способ выбран в качестве прототипа и позволяет получать детекторы только лабораторного назначения из-за ненадежности герметизации конструкции со стороны входного окна.

Целью изобретения является повышение надежности герметичной упаковки кристалла детектора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сборки сцинтилляционного детектора, включающем центровку кристалла в контейнере, последующее формирование светоотражающей оболочки из порошковых материалов, установку крышки контейнера и герметизацию ее стыка с контейнером путем использования клеящих составов, согласно изобретению, перед установкой крышки клеящий состав помещают внутрь кольцевой канавки, образуемой центрирующим кольцом и контейнером, перемещают клеящий состав в зазор между крышкой и контейнером путем сжатия части центрирующего кольца. На начальном этапе сборки детектора все операции выполняются известным путем и в известной последовательности. В начале собирают узел выходного окна, затем в процессе формирования оптической связи кристалла со стеклом выходного окна кристалл помещают внутрь контейнера и закрепляют его там. Далее формируют или устанавливают центрирующее кольцо кристалла. Чаще всего эту операцию выполняют путем уплотнения в зазоре между кристаллом и контейнером комкующегося фторопласта или путем непосредственной установки в зазор уже готового фторопластового кольца. После этого традиционно из порошка окиси магния или, например, алюминия, путем уплотнения порошка непосредственно в зазоре между кристаллом и контейнером формируют боковую часть светоотражающей оболочки. Заканчивается боковая часть светоотражающей оболочки чаще всего также центрирующим элементом в виде кольца из фторопласта.

Следует заметить, что описанная выше технология начального этапа сборки детектора в зависимости от его конструктивных особенностей может выполняться и иным путем. Тут приводится лишь одна из наиболее известных технологий, использующихся при сборке детекторов, как правило, выполненных на основе кристалла цилиндрической формы с плоскими нормальными оси симметрии торцами.

Заявляемый способ сборки предусматривает, что центрирующее кольцо кристалла со стороны входного окна детектора возвышается над контактирующими с ним поверхностями кристалла как в радиальном направлении, так и в осевом; в области входного окна детектора соответствующая часть светоотражающей оболочки кристалла, выполненная так же, как и боковая ее часть, из уплотненного порошка, располагается внутри упомянутого тут центрирующего кольца. На данном этапе сборки по меньшей мере часть внешней поверхности центрирующего кольца располагается ниже уровня обреза торца контейнера и края контейнера по всему своему периметру возвышаются над упомянутыми поверхностями кольца (имеется в виду, что детектор располагается входным окном вверх). В месте смыкания внешней поверхности центрирующего кольца и внутренней поверхности контейнера эти две детали детектора образуют кольцевую канавку, глубина которой убывает по мере удаления от стенки контейнера. Конструкция крышки контейнера предусматривает помещение внутрь контейнера по меньшей мере некоторой ее части, сосредоточенной напротив центрирующего кольца. Помещаемая внутрь контейнера часть его крышки или располагающаяся на уровне крышки (после ее установки) часть внутренней поверхности контейнера имеет нефиксированный по ширине или диаметру размер.

Особенность предлагаемого способа сборки состоит в следующем. Несмотря на то, что центрирующее кольцо не подлежит приклеиванию к крышке контейнера, поскольку, если оно выполнено из фторопласта, то это сделать очень сложно, клеящий или герметизирующий состав наносят внутрь образуемой центрирующим кольцом и контейнером канавки. Затем внутрь контейнера полностью или частично помещают крышку и путем осевого нагружения в направлении к кристаллу сжимают располагающуюся под крышкой часть светоотражающей оболочки из порошка, а вместе с ней деформируют и центрирующее кольцо, уменьшая глубину образующей им с контейнером канавки, а также вытесняя клей или герметик из канавки в направлении стенок контейнера и далее в зазор между крышкой и контейнером. Далее крышку закрепляют внутри контейнера любым из известных методов, например путем завальцовки края контейнера.

После осевого нагружения крышки контейнера происходит сжатие материала части светоотражающей оболочки, располагающейся внутри центрирующего кольца и сжатие материала самого кольца. По отношению к упомянутой части светоотражающей оболочки и по отношению к центрирующему кольцу имеется в виду осевое сжатие материала обоих. Сжатие кольца возможно по той причине, что оно охватывает кристалл с двух сторон, или, что то же самое, кольцо частично лежит на кристалле, а поэтому и может быть сжато между крышкой и кристаллом. В первую очередь сжатие кольца начинается на максимальном удалении от внутренней поверхности контейнера, т.е. вдоль внутреннего периметра кольца. Поскольку толщина кольца при этом уменьшается, что уменьшается и глубина образуемой им вместе с контейнером канавки. Вследствие последнего покоящийся в канавке клеящий или герметизирующий состав также претерпевает сжатие. В направлении центра кольца проникновение клея исключено, поскольку именно со стороны центра начинается сжатие кольца. По этой причине клей начинает смещаться в сторону контейнера, т.е. в радиальном направлении. Чем больше прижимают крышку к кристаллу, тем сильнее сжата внутренняя часть центрирующего кольца и тем более безальтернативно направление вытеснения клеящего состава - только к контейнеру, в зазор между крышкой и контейнером. Этому способствует то обстоятельство, что со стороны центрирующего кольца крышка с контейнером образуют значительный зазор, убывающий по мере удаления от центрирующего кольца и достаточный для размещения большей части клея, вытесняемого из канавки. Таким образом, чем сильнее прижимают крышку к кристаллу, тем меньше глубина образуемой центрирующим кольцом и контейнером канавки и тем больше клея перераспределяется в направлении контейнера внутрь зазора между ним и крышкой. За счет того, что направление вытеснения клеящего состава однозначно определено (в зазор между контейнером и крышкой), достигается повышение надежности герметизации сопряжения крышки с контейнером, а значит, и всего изделия в целом.

Других технических решений, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, не обнаружено.

На чертеже по левую сторону от осевой линии изображен узел входного окна детектора на этапе сборки, а по правую сторону - в собранном состоянии.

Предлагаемый способ сборки детектора заключается в следующем. Сцинтиллятор имеет цилиндрическую форму и нормальные оси симметрии торцы. Узел выходного окна детектора не показан, поскольку он может быть выполнен любым из известных способов и на основе любой из известных конструкций. Контейнер 2 такого детектора имеет также цилиндрическую трубчатую форму. Со стороны входного окна контейнер 2 имеет утонченные края 3, предназначенные для завальцовки. В состоянии, предшествующем сборке (левая часть чертежа), внутренняя поверхность 4 имеет строго цилиндрическую форму, а значит фиксированный по высоте диаметр. Все приведенное по отношению к контейнеру 2 справедливо, главным образом, для участка его в области входного окна, о котором и идет речь. Со всех сторон кристалл 1 окружен светоотражающей оболочкой из уплотненного порошка. На чертеже цилиндрическая часть светоотражающей оболочки обозначена позицией 5, а плоская торцевая - 6. Разделены эти две части светоотражающей оболочки центрирующим кольцом 7, которое также выполнено из светоотражающего материала - фторопласта. В радиальном сечении кольцо 7 имеет Г-образную форму и охватывает собой приторцевое ребро кристалла 1. Располагается это кольцо частично в зазоре между кристаллом 1 и контейнером 2, а частично возвышается над торцом 8 кристалла 1. Торцевая часть 6 порошкообразной светоотражающей оболочки на этапе, предшествующем установке крышки 9, имеет высоту, равную возвышающейся над торцом 8 кристалла 1 части кольца 7 (левая часть на чертеже). Противоположная торцу 8 кристалла 1 поверхность 10 кольца 7 выполнена в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим основанием от кристалла 1 и вместе с цилиндрической поверхностью 4 контейнера 2 (имеется в виду предшествующее установке крышки 9 состояние детектора, см. левую часть чертежа) образуют канавку, глубина которой уменьшается по мере удаления от стенок контейнера 2 в направлении к оси симметрии кольца 7 или, что то же самое, всего изделия в целом. Крышка 9 контейнера 2 с обращенной к кристаллу 1 стороны выполнена плоской. По диаметру она соответствует диаметру внутренней цилиндрической поверхности 4 контейнера 2 (с учетом допуска на напряженную посадку). По обе стороны цилиндрической поверхности 11 крышки 9 сняты фаски 12 и 13. Первая фаска 12 обращена в противоположную от кристалла 1 сторону и предназначена для закрепления крышки 9 путем завальцовки утонченных краев 3 контейнера 2, а вторая 13 - для образования клеевого герметизирующего кольцевого элемента 14 (заштрихованный треугольник на правой части чертежа).

После установки центрирующего кольца 7 и завершения процесса формирования торцевой части 6 светоотражающей оболочки канавку, образованную конической поверхностью 10 кольца 7 и цилиндрической поверхностью 4 контейнера 2, заполняют клеящим составом 15 (или герметиком). Несмотря на то, что клей 15 наносят, главным образом, на фторопластовое кольцо 7, несущественно, способен ли применяемый клей приклеить фторопласт к крышке 9 из металла. На данном этапе фторопластовое кольцо 7 вместе с выступающими выше уровня кольца 7 краями контейнера 2 используются всего лишь в роли емкости для клея 15. Находясь в упомянутой канавке, клей 15 растекается, равномерно распределяясь по всему периметру кольца 7. Далее внутрь контейнера 2 помещают крышку 9. Благодаря цилиндрической ее поверхности 11 и цилиндрической внутренней поверхности 4 контейнера 2 крышка 9 самоцентрируется внутри контейнера 2, располагаясь внутри него с натягом.

Далее путем осевого нагружения прижимают крышку 9 к кольцу 7 и торцевой части 6 светоотражающей оболочки. Поскольку поверхность 10 кольца 7 коническая и ориентирована малой вершиной навстречу крышке 9, то кольцо 7 обретает контакт с крышкой 9 именно вдоль своей внутренней части, граничащей с порошковой торцевой частью 6 светоотражающей оболочки.

Таким образом, упоминавшаяся канавка между поверхностью 10 кольца 7 и поверхностью 4 контейнера 2 посредством крышки 9 замыкается в замкнутой кольцевой объем с клеем 15 внутри. Путем дальнейшего нагружения крышки 9 торцевую часть 6 светоотражающей оболочки сжимают, а вместе с ней сжимают и внутреннюю часть кольца 7, расположенную на кристалле 1. При этом претерпевает сжатие и клей 15. В радиальном направлении к оси симметрии клей 15 перемещаться не может, поскольку кольцо 7 и крышка 9 уже в достаточной степени прижаты друг к другу, чтобы воспрепятствовать этому.

Под действием нарастающего давления клей 15 подымается вверх по стыку "крышка 9 - контейнер 4", заполняя собой кольцевой объем, образованный внутренней поверхностью 4 контейнера 2, фаской 12 крышки 9, а также поверхность 10 кольца 7. Так образуется клеевой герметизирующий кольцевой элемент 14, гарантированно сопрягающий крышку 9 с контейнером 2. Далее утонченные края 3 контейнера 2 завальцовывают до полного их контакта с поверхностью фаски 13. Клей после этого полимеризуют.

Работа сцинтилляционного детектора основывается на явлении трансформации невидимого ионизирующего излучения в сцинтилляции, т.е. происходит потеря энергии ионизирующего излучения в сцинтилляторе на возбуждение атомов и молекул, образование вторичных квазичастиц (центров свечения), релаксация которых в основном состоянии происходит с испусканием света. Для создания оптимальных условий светосбора вокруг сцинтиллятора 1 создается диффузноотражающая оболочка 5, 6. А для сохранения от действия влаги (так как наиболее эффективные сцинтилляторы гигроскопичные) герметичный контейнер 2, 9.

Были проведены испытания 10 штук детекторов СДН.17 на основе NaJCTl размером сцинтиллятора диаметром 40х80 мм, пять из которых были выполнены по нормативно-технической документации, а пять - с входным окном согласно предлагаемому техническому решению. Проведено по десять циклов: термо от -50^оС до 150^оС; вибрации 15-80 Гц, 5g; влажность 95% при 40^оС. Ни один из детекторов, выполненных по предложенному техническому решению, не вышел из строя, а из выполненных согласно НТД один "помокрел".

Таким образом, по предлагаемому способу клей, предназначенный для герметизации стыка между крышкой контейнера и самим контейнером, наносят на то место, откуда самопроизвольно вытечь он не может и, более того, из-за текучести самораспределяется равномерно по периметру будущего стыка. Далее клей вытесняют в нужном направлении, гарантируя тем самым надежность и полноту (по всему периметру) сопряжения крышки с контейнером. Направление вытеснения клея безальтернативно, поскольку в начале этапа погружения крышки в контейнер перекрываются те пути (к порошковой части светоотражающей оболочки входного окна детектора), по которым продвижение клея нежелательно. Завальцовка края контейнера увеличивает прочность сопряжения крышки с контейнером, а главное - позволяет полимеризовать клей, не опасаясь нарушения сопряжения в этот период.

Формула изобретения

СПОСОБ СБОРКИ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА, включающий центровку кристалла в контейнере, последующее формирование светоотражающей оболочки из порошковых материалов, установку крышки контейнера и герметизацию ее стыка с контейнером путем использования клеящих составов, отличающийся тем, что центровку кристалла в контейнере осуществляют с помощью центрирующего кольца, имеющего переменную высоту с максимумом на внутреннем диаметре, при этом перед установкой крышки клеящий состав помещают внутрь кольцевой канавки, образуемой центрирующим кольцом и контейнером, распределяют клеящий состав в зазоре между крышкой и контейнером путем сжатия части центрирующего кольца до достижения кольцом равной толщины.

РИСУНКИ

Рисунок 1