Жидкий сцинтиллятор для регистрации нейтронов

 

Использование: в атомной технике и промышленности, физике космических лучей и нейтринной астрофизике, в частности, для создания детекторов медленных нейтронов больших объемов. Сущность изобретения: жидкий сцинтиллятор в качестве основы содержит очищенный атмосферный соляр с температурой вспышки насыщенных паров более 120^oС, в качестве активатора - РРО, смесителя спектра - РОРОР, а также соединение гадолиния следующего состава Gd(NO₃)₃·3[(С₄H₉)₃] ·РО. Данный сцинтиллятор имеет более стабильные физико-химические характеристики, более высокую прозрачность и повышенную пожаробезопасность по сравнению с известными жидкими сцинтилляторами. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано в атомной технике и промышленности, физике космических лучей и нейтронной астрофизике, в частности, для создания детекторов медленных нейтронов больших объемов.

Для регистрации медленных нейтронов используются жидкие сцинтилляторы, содержащие соединения элементов, обладающих большим сечением захвата нейтронов низких энергий, например, 10_B, 113_Cd.

Известен сцинтиллятор для регистрации нейтронов на основе декалина, содержащего соль гадолиния, РРО и РОРОР (1).

Недостатками такого сцинтиллятора являются его высокая стоимость, нестабильность физико-химических характеристик во времени, недостаточно высокая температура вспышки насыщенных паров, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты при создании больших сцинтилляционных детекторов.

Наиболее близким по характеристикам к заявленному сцинтиллятору является сцинтиллятор (2), принятый в качестве прототипа с составом: Уайт-спирит 1 л РРО 1 г/л РОРОР 0,03 г/л Октоат гадолиния 2,4 г/л Недостатками такого сцинтиллятора являются малая прозрачность сцинтиллятора из-за введения окрашенного октоата гадолиния, ограниченное содержание гадолиния (не более 0,6 г/л) из-за плохой растворимости октоата гадолиния в уайт-спирите, сдерживающее использование сцинтиллятора в детекторах большого объема. Сцинтиллятор имеет также низкую температуру вспышки +33^oС, что затрудняет его использование в больших детекторах из-за высокой пожароопасности, а физико-химическая стабильность растворов октоата гадолиния недостаточна для длительной эксплуатации сцинтиллятора без ухудшения его параметров.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение прозрачности, стабильности, физико-химических характеристик сцинтиллятора и пожаробезопасности.

Технический результат достигается тем, что в качестве основы сцинтиллятора используется очищенный атмосферный соляр высокой прозрачности с температурой вспышки паров более 120^oС, в котором растворены РРО и РОРОР, а гадолиний содержится в виде стабильного соединения Gd(NO₃)₃·3[(C₄H₉)₃]·PO, хорошо растворимого в атмосферном соляре.

Предлагаемый сцинтиллятор имеет следующее соотношение компонентов: Атмосферный соляр 1 л РРО 1-4 г/л РОРОР 0,01 г/л Соединение гадолиния 0,1-1,0 мас.

Состав такого сцинтиллятора отличается от составов известных сцинтилляторов заменой основы сцинтиллятора уайт-спирита на атмосферный соляр, а октоата гадолиния на соединение
Gd(NO₃)₃·3[(C₄H₉)₃]·PO
Атмосферный соляр это нефтяная фракция углеводородов, выкипающая в пределах 250-330^oC и получаемая при перегонке нефти под атмосферным давлением. Для использования этой нефтяной фракции в качестве основы жидкого сцинтиллятора для регистрации нейтронов она подвергается гидроочистке и гидрированию.

Примеры изготовления сцинтиллятора.

В качестве основы сцинтиллятора берут очищенный атмосферный соляр с температурой вспышки насыщенных паров более 120^oС.

Пример 1.

Состав сцинтиллятора:
Атмосферный соляр 1 л
PPO 2 г/л
POPOP 0,01 г/л
Cd (соединение) 0,1 мас.

Сцинтиллятор такого состава имеет прозрачность на длине волны λ 420 мм более 10 м, эффективность регистрации нейтронов 85% относительную сцинтилляционную эффективность 60% от эффективности эталонного сцинтиллятора состава:
Толуол 1 л
РОР 4 г/л
POPOP 0,1 г/л
Пример 2
Состав сцинтиллятора:
Атмосферный соляр 1 л
РРО 2 г/л
РОРОР 0,01 г/л
Gd (соединение) 1,0 мас.

Сцинтиллятор такого состава имеет прозрачность на длине волны l 420 мм более 10 м, эффективность регистрации нейтронов 100% относительную сцинтилляционную эффективность 60% от эффективности эталонного сцинтиллятора.

При уменьшении содержания гадолиния менее 0,1 мас. снижается эффективность регистрации, а увеличение содержания более 1,0 мас. не приводит к выигрышу в эффективности регистрации.

В таблице приведены сравнительные характеристики заявленного сцинтиллятора, аналога (1) и прототипа (2).

Таким образом, применение в качестве основы сцинтиллятора атмосферного соляра и высокостабильного, хорошо растворимого в нем соединения гадолиния позволяют повысить пожаробезопасность, снизить затраты на создание и эксплуатацию детекторов нейтронов большого объема, повысить стабильность физико-химических характеристик сцинтиллятора во времени и увеличить содержание гадолиния.

Формула изобретения

1. Жидкий сцинтиллятор для регистрации нейтронов, содержащий в качестве активатора PPO, смесителя спектра POPOP, соединение гадолиния и основу сцинтиллятора, отличающийся тем, что он содержит в качестве основы очищенный атмосферный соляр с температурой вспышки насыщенных паров более 120^oC, а в качестве соединения гадолиния он содержит
Gd(NO₃)₃·3[(C₄H₉)₃)PO.

2. Сцинтиллятор по п.1, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем составе:
Атмосферный соляр 1 л
PPO 1 4 г/л
POPOP 0,01 г/л
Соединение гадолиния 0,1 1,0 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1