Способ отбора паратерфенила для пластмассовых сцинтилляторов

 

Сущность изобретения: способ предназначен для повышения надежности отбора паратерфенила с целью изготовления сцинтилляторов с высокой прозрачностью. Для этого готовят насыщенный раствор паратерфенила в бензоле, толуоле или диоксане и регистрируют величину светопропускания раствора на длине волны 410, 420 или 470 нм соответственно. Рассчитывают коэффициент пропускания T на 1%-ный раствор. Рассчитывают коэффициент ослабления по формуле K = (1/d)(ln1/T), где d - длина оптического пути. Партия паратерфенила считается пригодной для изготовления монолитных блоков пластмассовых сцинтилляторов до 3 м длиной, если величина К попадает в интервал 0,0016 - 0,0028 cм^-1. 1 табл.

Изобретение относится к регистрации ионизирующего излучения посредством сцинтилляционного детектора и может быть использовано для отбора сырья при получении пластмассового сцинтиллятора большого размера.

Известно, что стандартный пластмассовый сцинтиллятор (ПС) на основе винилароматических полимеров, получаемый нагревом раствора люминесцирующих добавок в мономере с последующей полимеризацией, включает в качестве первичной добавки паратерфенил (РТ) и в качестве сместителя спектра 1,4-бис-(5-фенилоксазолил-2)бензол (РОРОР). Известно, что паратерфенил серийных партий содержит ряд примесей, отрицательно влияющих на сцинтилляционные характеристики получаемых пластмассовых заготовок и изготовляемых из них сцинтилляционных детекторов.

Описан ряд методов отбора паратерфенила как первичной люминесцирующей добавки [1], используемой в процессе получения сцинтилляционной заготовки. Такими методами являются: определение точки плавления порошка РТ (211,5-213^оС), определение светового выхода сцинтилляции в растворе толуола (пригодность определяется при измеренном световом выходе не менее 100% к эталону [2] , измерение интенсивности люминесценции в максимуме излучения порошка паратерфенила (390±5 нм).

Разбраковка партий паратерфенила серийного выпуска указанными способами позволяет получать лучшие образцы ПС стандартного состава 2% РТ и 0,02-0,006% (РОРОР) с эффективным показателем ослабления света сцинтилляции (ЭПОС), равным 0,006 см^-1 и световым выходом 1,06 условных единиц светового выхода (у.е.с.в.) [2].

Эффективная длина ослабления света в образце размером 50 х 50 х 12 см с паратерфенилом, отобранным вышеописанным способом, равна 130 см (для аналогичного образца, в котором использовали неразбракованный РТ, эффективная длина ослабления в среднем равна 71 см). Все предложенные способы отбраковки партий РТ являются косвенными по отношению к условиям распространения в образце света сцинтилляций.

Известен также способ отбраковки РТ по измерению его светопропускания в толуоле при повышенной температуре. Способ состоит в том, что готовят насыщенный раствор РТ при 90-95^оС и при этой же температуре измеряют его светопропускание в спектральном диапазоне 370-400 нм, т.е. в области излучения паратерфенила. Добавка считается пригодной, если светопропускание на длинах волн 370, 380, 390, 400 нм равно или выше 55; 60; 75; 82% соответственно [3] . Этот критерий отбора партий РД позволяет повысить прозрачность и световой выход полученного сцинтиллятора в среднем на 15%, т.е. для сцинтиллятора гарантируется эффективная длина ослабления 150 см и световой выход 1,2 у.е.с.в. относительно данных работы [1].

Описанный способ отбора РТ, как наиболее близкий по технической сущности, выбран в качестве прототипа. Недостатком способа-прототипа, как и вышеописанных аналогов, является отсутствие информации о качестве используемого паратерфенила применительно к поглощению излучения сцинтилляций, что не позволяет гарантировать получение ПС с лучшими сцинтилляционными показателями и больших размеров.

Целью изобретения является разработка способа отбора паратерфенила, обеспечивающего получение ПС с более высокой прозрачностью, и. следовательно, больших размеров.

Для этого готовят насыщенный раствор паратерфенила в бензоле, толуоле или диоксане, регистрируют величину светопропускания приготовленного раствора относительно чистого растворителя на длине волны 410, 420 или 470 нм соответственно для каждого растворителя, затем рассчитывают коэффициент светопропускания Т на 1%-ный раствор. Коэффициент ослабления рассчитывают по формуле K = ln , где d - длина оптического пути.

Партия паратерфенила считается пригодной, если величина К попадает в интервал 0,0016-0,0028 см^-1.

Предложенный способ позволяет более достоверно определить вклад паратерфенила в общее поглощение сцинтиллятора в спектральной области его излучения. В связи с этим можно отбирать паратерфенил так, чтобы сцинтиллятор обладал сцинтилляционными характеристиками (эффективная длина ослабления света и сцинтилляционная эффективность), позволяющими получать детектор заданного размера. Положительный эффект достигается только в указанном интервале значений К. Использование в качестве первичной добавки паратерфенила с К > 0,0028 см^-1 не дает возможности получить сцинтилляторы более высокой прозрачности, чем по прототипу. Если в процессе полимеризации используется паратерфенил с К < 0,0016 см^-1, выигрыш в прозрачности отсутствует, сцинтилляционная эффективность изделия падает.

П р и м е р 1. 2,1 г паратерфенила растворяют в 300 мл толуола при комнатной температуре и измеряют светопропускание раствора в слое d = 100 см относительно слоя толуола той же толщины (толщина слоя в общем случае определяется чувствительностью применяемой регистрирующей аппаратуры) на длине волны 420 нм. Измеренное значение светопропускания 1 = 85%, рассчитанный коэффициент ослабления света на 1% -ный раствор К = K = , ln 1/0,82 = 0,0020 см^-1. Анализируемая партия паратерфенила считается годной для получения крупногабаритных сцинтилляционных заготовок. Выходные данные полученного сцинтиллятора размером 500 х 500 х 150 мм: сцинтилляционная эффективность 116,8%; ЭПОС 0,0036 см^-1; l_эф = 278 см.

П р и м е р 2. 2,0 г паратерфенила растворяют в 300 мл диоксана и измеряют светопропускание в слое d = 100 см относительно слоя диоксана той же толщины на длине волны 470 нм. Измеренное значение светопропускания равно 90% . Коэффициент ослабления света рассчитан как и в примере 1. Он равен 0,0016 см^-1. Анализируемая партия считается годной. Выходные данные полученного сцинтиллятора размером 1500 х 200 х 200 мм: сцинтилляционная эффективность 109,7; ЭПОС = =0,0033 см^-1l_эф = 302 см.

П р и м е р 3. 2,2 г растворяют в 300 мл бензола и измеряют светопропускание раствора в слое 100 см относительно слоя бензола той же толщины на длине волны 410 нм. Величина измеренного светопропускания равна 86,5%, коэффициент ослабления света в пересчете на1%-ный раствор равен 0,0017 см^-1. Анализируемая партия паратерфенила считается годной.

Выходные данные полученного сцинтиллятора размером 1500 х 200 х 200 мм после обработки: сцинтилляционная эффективность = 116,2% ЭПОС = 0,004 см^-1; l_эф = 250 см.

П р и м е р 4. 2,1 г паратерфенила растворяют в 300 мл толуола и измеряют светопропускание раствора в слое 100 см относительно слоя толуола той же толщины на длине волны 420 нм. Измеренное значение светопропускания 80% . Коэффициент ослабления света в пересчете на 1% раствора равен 0,0028 см^-1. Анализируемая партия считается годной. Выходные данные полученного сцинтиллятора размером 500 х 500 х 150 мм: сцинтилляционная эффективность 117,5%; ЭПОС = 0,004 см^-1; l_эф = 250 см.

П р и м е р 5. 2,1 г паратерфенила растворяют в 300 мл толуола и измеряют светопропускание раствора в слое d = 100 см на длине волны 400 нм. Измеренное значение светопропускания 56%; К = 0,0072 см^-1.

Выходные данные полученного сцинтиллятора размером 500 x 500 х 150 мм: сцинтилляционная эффективность 115,2%; ЭПОС = 0,0071 см^-1; l_эф = 141 см.

Партия паратерфенила не может обеспечить удовлетворительной прозрачности для образцов длиной свыше 1,5 м.

П р и м е р 6. 2,1 г паратерфенила растворяют в 300 мл толуола и измеряют светопропускание раствора в слое 100 см относительно слоя толуола той же толщины на длине волны 480 нм. Измеренное значение светопропускания Т = 100% . Коэффициент ослабления света в пределах чувствительности регистрирующей аппаратуры равен 0 см^-1.

Выходные данные полученного сцинтиллятора размером 1500 х 200 х 200 мм: сцинтилляционная эффективность 99,05%; ЭПОС = 0,0038 см^-1; l_эф = 303 см. Анализируемая партия не обеспечивает достаточной сцинтилляционной эффективности образца.

В таблице приведено сравнение пластмассовых сцинтилляторов, полученных с использованием паратерфенила, отобранного по настоящему способу и способу-прототипу.

Таким образом, настоящий способ позволяет отбирать паратерфенил, который гарантирует получение монолитных блоков ПС до 3 м длиной, высокого качества.

Формула изобретения

СПОСОБ ОТБОРА ПАРАТЕРФЕНИЛА ДЛЯ ПЛАСТМАССОВЫХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ, заключающийся в том, что готовят насыщенный раствор паратерфенила в органическом растворителе, регистрируют величину светопропускания раствора относительно чистого растворителя на характеристической длине волны, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности отбора паратерфенила для изготовления сцинтилляторов с высокой прозрачностью, готовят насыщенный раствор паратерфенила в бензоле, толуоле или диоксане, регистрируют величину светопропускания на длине волны 410, 420 или 470 нм соответственно, расcчитывают коэффициент пропускания T на 1%-ный раствор, рассчитывают коэффициент ослабления по формуле K = 1/d ln 1/T, где d - длина оптического пути, и отбирают паратерфенил с коэффициентом ослабления в интервале 0,0016 - 0,0028 см^-1.

РИСУНКИ

Рисунок 1