Способ изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных гранул

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для изготовления недорогих сцинтилляционных детекторов в самом широком диапазоне габаритных размеров и толщин. Заявлен способ изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных гранул, заключающийся в сушке и опудривании гранул сцинтилляционными добавками с последующим плавлением опудренных гранул, причем плавление гранул проводится в помещенных в вакуумную печь открытых формах, определяющих форму сцинтилляционных изделий, при вакуумировании и последующем заполнении рабочего объема печи инертным газом. Все поверхности сцинтилляторов, изготовленных по заявляемому способу, за исключением открытой поверхности, являются слепками поверхностей материала форм плавления - полированной нержавеющей стали, то есть зеркальными. Открытая поверхность при выполнении технического регламента также получается зеркальной и в большинстве случаев не требует дополнительной механической обработки. Технический результат – возможность получения сцинтилляционных полос значительной толщины, не требующих дополнительной механической обработки. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для изготовления недорогих сцинтилляционных детекторов в самом широком диапазоне габаритных размеров и толщин. Такие детекторы могут найти применение в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике и технических приложениях в том числе для создания многоканальных систем детекторов большой площади.

Известны такие способы изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных, поливинилтолуольных и дугах типов гранул, как экструзия [Anna Pla-Dalmau, Alan. D Bross, Kerry L. Mellot. "Low cost extruded plastic scintillator". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 466 (2001) 482-491] и литье под давлением.

В первом случае промышленные экструдеры позволяют с большой производительностью в сотни кг/час получать сцинтилляционные полосы шириной до метра и толщиной до 10-15 мм. Однако дальнейшее увеличение толщин полос приводит к значительным трудностям, связанным с медленным остыванием полимера внутри толстых полос. Кроме того, при ширинах полос даже в десятки сантиметров экструдерная установка представляет собой огромный сложный агрегат длиной в десятки метров, доступный по рентабельности только специализированным предприятиям. Следует также отметить, что для изготовления сцинтилляторов нужных размеров из полос требуется дополнительная механическая обработка.

Во втором случае литьевых машин со впрыском до 1 кг производительность достигает нескольких десятков кг/час, но с увеличением толщины пластин более 10 мм также возникают трудности с охлаждением, а пластины метровых размеров могут быть изготовлены только с помощью громоздких литьевых машин в заводских условиях. Кроме того, при изменении формы сцинтилляторов требуется изготовление новых форм для впрыска, стоимость которых составляет десятки млн. рублей. Данный способ изготовления сцинтилляторов на основе гранул является наиболее близким к заявляемому способу и может быть выбран в качестве прототипа [V.K. Semenov."Large tonnage scintillator for cellular type calorimeters". Report on the IX All-Union Conference "Status and prospects of the development and application of scintillators and scintillation detectors in the XII Five-Year Plan". Abstracts. Kharkiv, Ukrainian Academy of Sciences, VNII Monocrystal, 1986, p. 86].

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, является создание способа изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе гранул, для реализации которого требуется значительно более простое и дешевое оборудование, чем в случаях аналога и прототипа, позволяющее в лабораторных условиях изготовлять сцинтилляторы с практически с любыми типоразмерами и достаточно высокой производительностью. Особенно актуальными открывающиеся возможности являются для случаев изготовления небольших партий сцинтилляторов, что является характерным при оснащении физических исследовательских установок. Действительно, при изменении типа гранул и в случае литьевых машин и особенно в случае экструдеров требуется дорогостоящие остановка и чистка оборудования до и после изготовления сцинтилляторов.

Техническим результатом заявленного способа является возможность получать сцинтилляционные полосы значительной толщины, с быстрым остыванием полимера внутри полосы, отсутствием дополнительной механической обработки, а так же возможностью изготовления новых недорогих форм для впрыска, при изменении формы сцинтилляторов.

Технический результат изобретения обеспечивается использованием последовательного вакуумирования и заполнения инертным газом рабочих объемов термопечей для получения сцинтилляторов с характеристиками аналогичными литьевым и экструдированным. Процесс изготовления сцинтилляторов из гранул проводится в открытых или замкнутых формах из полированной нержавеющей стали, заполняемых гранулами и определяющих форму сцинтилляционных изделий, а технический регламент нагрева печи включает вакуумирование ее рабочего объема и заполнение рабочего объема инертным газом. В случаях, когда верхняя поверхность изготавливаемых сцинтилляторов должна быть плоской и зеркальной формование такой поверхности осуществляется с помощью пуансонов с зеркальной поверхностью, размещаемых в формах и формующих плоскую поверхность под действием собственного веса пуансонов.

Пример 1. Изготовление сцинтилляционных полос с размерами 2660×60×10 мм3

1. Неокрашенные полистирольные гранулы после сушки опудриваются мелкоразмолотыми сцинтилляционными добавками из расчета получения смеси гранул с 2% сцинтилляционного паратерфенила и 0,05% сцинтилляционного РОРОР (1,4-Бис(5-фенил-2-оксазолил)бензол).

2. Опудренные гранулы насыпаются в открытые сверху прямоугольные формы из полированной нержавеющей стали с внутренними размерами длины и ширины, учитывающими коэффициенты теплового расширения полистирола и металла. Высота рабочего объема формы составляет обычно не менее 40 мм, что необходимо для предотвращения выплескивания расплава гранул при плавлении.

3. В случае необходимости формовки сцинтилляторов с плоской и зеркальной верхней поверхностью в формах сверху насыпанных слоев опудренных гранул размещают пуансоны с плоской зеркальной формующей поверхностью.

4. Необходимое количество форм для плавления помещаются в многосекционную вакуумную печь, после чего объем печи откачивается до вакуума не хуже 5×10-3 мм рт.ст. и включается нагрев нижней горизонтальной части внутреннего металлического корпуса печи, который автоматически поддерживается на уровне, обеспечивающим температуру этой части корпуса T=240°C.

5. После достижения на верхней части внутреннего корпуса печи температуры в T=190°C и последующего нагрева в течение 1 часа печь заполняется аргоном высокой чистоты (примеси менее 10-4) под давлением в 1 избыточную атмосферу.

6. После наполнения печи аргоном нагрев продолжается еще три часа после чего он прекращается.

7. После охлаждения низа корпуса печи до температуры ниже T=100°C вакуумная печь откачивается, затем в печь впускается воздух и открывается ее передняя крышка для извлечения форм плавления с изготовленными сцинтилляционными полосами.

Все поверхности сцинтилляторов, изготовленных по заявляемому способу при использовании пуансонов, являются слепками поверхностей материала форм плавления и пуансонов - полированной нержавеющей стали то есть зеркальными. Что касается изготовления сцинтилляторов в формах с открытой верхней поверхностью, то при выполнении технического регламента она также получается зеркальной и в большинстве случаев не требует дополнительной механической обработки. Достоинствами использования открытых форм являются более простая конструкция форм, не требующая герметизации, отсутствие пуансонов и менее критичный технологический регламент.

Пример 2. Изготовление сцинтилляционных пластин с размерами 500×500×10 мм3

1. Неокрашенные полистирольные гранулы после сушки опудриваются мелкоразмолотыми сцинтилляционными добавками из расчета получения смеси гранул с 2% сцинтилляционного паратерфенила 0,05% сцинтилляционного РОРОР (1,4-Бис(5-фенил-2-оксазолил)бензол).

2. Опудренные гранулы насыпаются в открытые сверху квадратные формы из полированной нержавеющей стали с внутренним размером стороны, учитывающим коэффициенты теплового расширения полистирола и металла. Высота рабочего объема формы составляет обычно не менее 100 мм, что необходимо для предотвращения выплескивания расплава гранул при плавлении.

3. Необходимое количество форм для плавления помещается, например, в промышленную вакуумную печь типа цилиндрической формы, после чего объем печи откачивается до вакуума не хуже 5×10-3 мм рт.ст. и включаются нагреватели, которые расположены по цилиндрической поверхности внутреннего корпуса печи, с помощью которых в рабочем объеме печи автоматически поддерживается температура на уровне Твн=275°C.

4. При достижении температуры Твн=275°C объем печи заполняется аргоном высокой чистоты (примеси менее 10-4) до атмосферного давления и нагрев продолжается в течение 10 часов.

5. После 10 часов нагрева при температуре Твн=275°C нагрев прекращается.

6. При понижении температуры Твн до 100°C рабочий объем печи откачивается, туда впускается воздух и вынимаются формы плавления со сцинтилляционными пластинами.

Основные характеристики изготовленных в печи сцинтилляторов не отличаются от характеристик сцинтилляционных полос из примера 1.

1. Способ изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных и других типов гранул, включающий сушку и опудривание гранул сцинтилляционными добавками, а также плавление опудренных гранул, отличающийся тем, что плавление гранул осуществляется в помещенных в вакуумную печь открытых формах, определяющих форму сцинтилляционных изделий, при вакуумировании и последующем заполнении инертным газом рабочего объема печи.

2. Способ изготовления сцинтилляторов по п. 1, отличающийся тем, что для формовки плоской зеркальной верхней поверхности сцинтилляторов используют пуансоны с плоской зеркальной формующей поверхностью.



 

Похожие патенты:

Использование: для регистрации рассеянного рентгеновского излучения при контроле объекта посредством рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что не разбитый на пиксели объем сцинтилляционной среды преобразует энергию падающего проникающего излучения в сцинтилляционный свет, извлекаемый из области извлечения сцинтилляционного света посредством множества оптических волноводов, выровненных по существу параллельно друг другу в области извлечения сцинтилляционного света, примыкающей к не разбитому на пиксели объему сцинтилляционной среды, для направления света, извлеченного из сцинтилляционного света, и регистрации фотонов, направленных указанным множеством волноводов, с возможностью генерирования сигнала, характеризующего падающий поток рентгеновского излучения.

Изобретение относится к сцинтилляторному блоку, который может быть использован в рентгеновской детекторной матрице для компьютерной томографии (СТ). Сцинтилляторный блок содержит матрицу пикселей сцинтиллятора, причем каждый из пикселей сцинтиллятора имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и боковые поверхности и причем пиксели сцинтиллятора размещены так, что боковые поверхности соседних пикселей сцинтиллятора обращены друг к другу, и поглощающую рентгеновские лучи оболочку, содержащую электрически изолирующий, сильно поглощающий рентгеновские лучи материал, причем сильно поглощающий рентгеновские лучи материал имеет атомное число больше чем 50; причем поглощающая рентгеновские лучи оболочка размещена на нижней поверхности пикселей сцинтиллятора; поглощающая рентгеновские лучи оболочка содержит частицы сильно поглощающего рентгеновские лучи материала, причем частицы включены в связующий материал; 90% частиц имеют размер между 1 и 50 мкм; и поглощающая рентгеновские лучи оболочка покрывает по меньшей мере 80% нижней поверхности каждого из пикселей сцинтиллятора.

Изобретение относится к области компьютерной томографии (КТ). Система визуализации содержит источник излучения и матрицу чувствительных к излучению детекторов, включающую в себя матрицу сцинтилляторов и матрицу фотодатчиков, оптически связанную с матрицей сцинтилляторов, причем матрица сцинтилляторов включает в себя Gd2O2S:Pr,Tb,Се, причем количество Tb3+ равно или меньше, чем пятьдесят мольных частей на миллион.

Изобретение относится к детектору излучения, используемому в устройствах визуализации медицинской радиологии. Детектор излучения включает в себя трехмерный многослойный сцинтиллятор, который включает в себя множество блоков сцинтиллятора, упорядоченных в матрицу трехмерным образом так, чтобы сформировать призму, в которой вложенные слои, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления блоков сцинтиллятора, и/или имеющие характеристику поглощения или рассеяния света, излученного блоками сцинтиллятора, расположены на граничных поверхностях между множеством блоков сцинтиллятора, причем эти граничные поверхности проходят в направлении, перпендикулярном направлению высоты призмы, и светоизолирующие слои, которые изолируют передачу света, излученного сцинтиллятором, расположены на, по меньшей мере, некоторых граничных поверхностях, проходящих в направлении, параллельном направлению высоты призмы, и блок определения позиции, который определяет позицию излучения света в направлении высоты призмы на основе отношения величин энергии света, падающего на упомянутые два элемента приема света, образующих пару.

Изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений.

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген.

Изобретение относится к сцинтиллятору для использования в радиационном детекторе. Сцинтиллятор для высокотемпературных условий содержит кристалл типа кольквириита формулы LiM1M2X6, где M1 выбирают из щелочноземельных элементов Mg, Ca, Sr и Ba; M2 выбирают из Al, Ga и Sc; X - галоген.

Изобретение относится к устройству для обнаружения рентгеновского излучения. Аппарат для обнаружения излучения содержит принимающий излучение блок, включающий в себя: первый сцинтиллятор для генерации первого света сцинтилляции в зависимости от излучения, где первый свет сцинтилляции имеет первый характер поведения во времени, второй сцинтиллятор для генерации второго света сцинтилляции в зависимости от излучения, где второй свет сцинтилляции имеет второй характер поведения во времени, который отличается от первого характера поведения во времени, блок обнаружения света сцинтилляции для обнаружения первого света сцинтилляции и второго света сцинтилляции и для генерации общего сигнала обнаружения света, который указывает первый свет сцинтилляции и второй свет сцинтилляции, блок определения обнаруживаемых значений для определения первого обнаруживаемого значения и второго обнаруживаемого значения, причем блок определения обнаруживаемых значений выполнен с возможностью: определения первого обнаруживаемого значения посредством применения первого процесса определения к общему сигналу обнаружения света, причем первый процесс определения включает в себя частотную фильтрацию общего сигнала обнаружения света посредством использования первого частотного фильтра, тем самым генерируя первый фильтрованный общий сигнал обнаружения света, и определения первого обнаруживаемого значения в зависимости от первого фильтрованного общего сигнала обнаружения света, определения второго обнаруживаемого значения посредством применения второго процесса определения к общему сигналу обнаружения света, причем второй процесс определения отличается от первого процесса определения.

Изобретение относится к формированию спектрального изображения. Способ изготовления устройства формирования изображений содержит этапы, на которых осуществляют получение подложки фотодатчиков, имеющей две противоположные основные поверхности, при этом одна из двух противоположных основных поверхностей, которая перпендикулярна поступающему излучению, включает в себя множество рядов фотодатчиков из множества фоточувствительных элементов, причем электронные схемы обработки данных смонтированы на подложку фотодатчиков и полученная подложка фотодатчиков имеет толщину, равную или большую чем сто микрон; оптическое соединение матрицы сцинтилляторов с подложкой фотодатчиков, причем матрица сцинтилляторов включает в себя множество дополнительных рядов сцинтилляторов из множества дополнительных сцинтилляционных элементов, и каждый дополнительный ряд сцинтилляторов оптически соединен с одним из рядов фотодатчиков, и, по меньшей мере, один дополнительный сцинтилляционный элемент оптически соединен с одним из фоточувствительных элементов, при этом матрица сцинтилляторов включает в себя первую поверхность с углублением и вторую поверхность в углублении для электронных схем обработки данных и уменьшение толщины подложки фотодатчиков, которая оптически соединена со сцинтиллятором, производя уменьшенную по толщине подложку фотодатчиков, которая оптически соединена со сцинтиллятором и которая имеет толщину порядка менее ста микрон.

Изобретение относится к области детекторов заряженных частиц на основе твердотельных органических сцинтилляторов. Детектор заряженных частиц с тонким сцинтиллятором в виде пластины содержит полупроводниковый фотосенсор в качестве преобразователя инициированных заряженными частицами световых вспышек в электрические импульсы, при этом сколь угодно тонкая полностью отполированная пластина сцинтиллятора выполнена в виде равностороннего многоугольника с числом углов не менее четырех оптически и механически соединена с прозрачной для сцинтилляций полностью отполированной подложкой, имеющей форму и коэффициент преломления света такие же, как у сцинтиллятора, а суммарная толщина сэндвича, образованного из сцинтиллятора и подложки, равна поперечнику чувствительной поверхности полупроводникового фотосенсора, оптически и механически присоединенного к сэндвичу в одном из его углов, который выполнен сточенным и отполированным для получения контактной площадки с размерами чувствительной области полупроводникового фотосенсора, при этом все поверхности сэндвича, кроме тыльной и с прикрепленным полупроводниковым фотосенсором, покрыты зеркальным отражателем, а тыльная поверхность покрыта диффузным отражателем.

Изобретение относится к устройству обнаружения для обнаружения излучения. Устройство обнаружения для обнаружения излучения содержит вещество оксисульфид гадолиния (GOS) для формирования сцинтилляционного света в зависимости от обнаруженного излучения, оптический фильтр для снижения интенсивности части сцинтилляционного света, имеющего длину волны более 650 нм, блок обнаружения для обнаружения фильтрованного сцинтилляционного света. Технический результат – увеличение временного разрешения устройства обнаружения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх