Рідкий сцинтилятор

Изобретение относится к созданию материалов для сцинтилляционной техники, а именно, к разработке составов жидких сцинтилляторов (ЖС) для больших сцинтилляционных счетчиков и может быть использовано для регистрации космических излучений. ЖС обладают рядом достоинств, позволяющих применять их там, где кристаллические сцинтилляторы оказываются непригодными. Они имеют короткое время высвечивания, высокую прозрачность к собственному излучению и их можно применять в сколь угодно больших объемах, придавать им любую форму в зависимости от формы детектора, вводить в них источник излучения. ЖС просты в изготовлении, их стоимость определяется стоимостью растворителя (основы) и люминофоров (активаторов). Это позволяет применять ЖС и в больших объемах, например, при исследовании космических излучений, падающих на большие поверхности сцинтиллятора. Известен состав [1] на основе уайт-спирита, содержащий люминесцирующие добавки - 2,5дифенилоксазол (PPO) и 1,4-бис-(5-фенил-2оксазолил)бензола (POPOP), концентрация которых из-за плохой растворимости активаторов в уайт-спирите невелика и составляет, соответственно, 1 и 0,03г/л. Сцинтилляционная активность (Iсц ) такого состава по отношению к эталонному сцинтиллятору составляет 43%. Недостатком известного ЖС на основе уайтспирита является и его низкая температура вспышки (33°C), вследствие чего работа с ним огнеопасна. Известны составы ЖС на основе вазелинового масла, содержащие до 10% нафталина или a-метилнафталина и люминесцирующую добавку PPO (5г/л) или ее смесь с POPOP (0,1г/л) [5]. Iсц этих сцинтилляторов составляет 45 - 55% [2]. Применение других активаторов в сцинтилляторах на основе вазелинового масла, например, смеси п-терфенила с POPOP, нецелесообразно, т.к. растворимость птерфенила в вазелиновом масле не превышает 1г/л и эффективность такого состава очень низка. Кроме того, использование ЖС на основе вазелинового масла в больших объемах малоэффективно, т.к. малая оптическая прозрачность основы затрудняет передачу энергии возбуждения к активирующей добавке. Таким образом, недостатками ЖС на основе вазелинового масла являются: низкая растворимость в нем люминесцирующи х добавок, ограничивающая круг ЖС на этой основе; низкая сцинтилляционная эффективность; малая оптическая прозрачность. Необходима трудоемкая очистка вазелинового масла, приводящая к увеличению стоимости ЖС, и ограничивает их доступность. Задача изобретения состояла в разработке составов ЖС, которые позволили бы повысить сцинтилляционную эффективность, улучшить прозрачность и обеспечить производство ЖС более дешевым и доступным сырьем. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе получения жидких сцинтилляторов на основе нефтяных углеводородов с добавкой ароматического углеводорода и активатора, согласно изобретению, в качестве основы сцинтиллятор содержит жидкие парафины с температурой кипения 232 - 334°C, в качестве ароматического углеводорода - нафталин, или a-метилнафталин или ксилол или смесь нафталина с ксилолом, в качестве активатора - 2-фенил-5-(4-бифенил)оксазол (BPO) или 1,3,5-трифенил-2-пиразолин (ТФП), или 2,5-дифенилоксазол (PPO) при следующем соотношении компонентов в мас.%: Жидкие парафины 79,5 - 94,5 Ароматический углеводород 5 - 20 Активатор 0,4 - 0,6 Жидкие парафины являются серийным продуктом, выпускаемым нефтеперерабатывающей промышленностью Украины, представляют собой погон нефти и содержат смесь п-алканов с небольшим (до 1%) содержанием примесей изопарафинов, нафтеновых и ароматических углеводородов с интервалом кипения 232 - 334°C и используются в основном для производства белково-витаминных концентратов (ТУ 38.201449 85) [6]. Использование жидких парафинов в состава х ЖС до сего времени не известно. Жидкие парафины имеют температур у вспышки 98°C и сцинтилляторы на этой основе практически неогнеопасны. Наличие в составе сцинтиллятора ароматического углеводорода, в частности, нафталина или a-метилнафталина или ксилола обеспечивает эффективную передачу энергии возбуждения от основы к активатору, что приводит к повышению сцинтилляционной эффективности ЖС. Использование ароматического углеводорода в количестве ниже заявляемого предела недостаточно для повышения сцинтилляционной эффективности ЖС по сравнению с прототипом, а использование нафталина в больших, чем указанных количествах при хранении сцинтиллятора приводит к выпадению нафталина в осадок. Введение в ЖС, содержащий 10% нафталина, такого же количества ксилола, предупреждает выпадение нафталина в условиях хранения; увеличение количества ксилола выше 20%, повышает пожароопасность ЖС, а применение aметилнафталина - в больших, чем указано концентрациях, экономически нецелесообразно. Применение жидких парафинов как основы ЖС дает возможность использовать в качестве активаторов не только 2,5-диарилоксазолы, но и значительно более доступные 1,3,5-триарил-2пиразолины, в частности, 1,3,5-три фенил-2пиразолин (ТФП), легко получающимся кратковременным, одностадийным синтезом из доступного сырья [7]. Это очень важно при применении заявляемых новых ЖС в больших объемах. Примеры конкретного выполнения. Пример 1. В емкость заливают 18,9г (9,45%) жидкого парафина и растворяют в нем 1,0г (0,5%) нафталина и 0,1г (0,05%) PPO до полного растворения добавок. Сцинтилляционную эффективность ЖС определяли по среднему фо тотоку ФЭУ-13А при облучении их радиоактивным источником 137Cs по отношению к эталонному раствору (4г/л птерфенила и 0,1г/л POPOP в толуоле). Сцинтилляционная эффективность 54%. Спектры люминесценции ЖС измеряли на установке, состоящей из зеркального монохроматора ЗМР-3, приемника оптического излучения ФЭУ-18, микроамперметра М-95. Фотолюминесценцию возбуждали лампой СВДШ500, из спектра которой кварцевым монохроматором выделяли свет с длиной волны 313нм. Максимум люминесценции (lмак люм - 370нм. Оптическую прозрачность (T) исследовали на спектрофотометре "Specord M-40" при толщине слоя 10см по отношению к воздуху в области от 350 до 430нм. T при l = 400нм - 90%. Остальные примеры сведены в таблицу. В таблице приведены сравнительные данные по составу, максимуму излучения, сцинтилляционной эффективности, прозрачности заявляемого, жидкого сцинтиллятора, прототипа и аналога. Примеры наглядно показывают эффективность жидких парафинов как основ ЖС при использовании активаторов разных классов, в том числе доступного ТФП. При применении, как и в прототипе, в тех же количествах PPO, даже без дополнительного введения смесителя спектра (при мер 2) получают ЖС с Iсц до 64%, т.е. выше, чем у прототипа, а при использовании более длинноволнового активатора того же класса - 2-(4-бифенилил)-5фенилоксазола (BPO) Iсц повышается до 90% (пример 7). ЖС на основе жидких парафинов с активатором ТФП (примеры 9- 1 3, 16, 17) по сцинтилляционной эффективности практически одинаковы с ЖС, у которых активатором служит менее доступный PPO. При использовании активаторов выше и ниже заявляемых пределов наблюдается уменьшение сцинтилляционной эффективности (примеры 14, 15). Таким образом, применение в качестве основы жидких сцинтилляторов более дешевого и доступного, не требующего специальной очистки, погона нефти - жидких парафинов в сочетании с ароматическими углеводородами, дает возможность значительно повысить прозрачность, сцинтилляционную эффективность ЖС, использовать дешевый и доступный активатор 1,3,5-трифенил-2-пиразолин и, что очень важно при работе с большими объемами, снизить пожароопасность. Источники информации 1. Воеводский А.В. и др. Сборник "Монокристаллы, сцинтилляторы и органические люминофоры". - Харьков: ВНИИмонокристаллов, 1969. - Вып.5. - Ч.1. - С.143 - 146. 2. Авторское свидетельство СССР №172331, кл. C09K11/06, 1965.