Пластмасовий сцинтилятор

Изобретение относится к созданию материалов для сцинтилляционной техники, а именно, к пластмассовым сцинтилляторам, обладающим длительностью сцинтилляционного импульса. Такие сцинтилляторы применяются самостоятельно или в сочетании с быстродействующими ("фосфичи") в виде детекторов в сцинтилляционных DE - E -телескопах для исследования тяжелых ионов и идентификации легких заряженных частиц (Р, d, t, He3,4, Li6,7 и т.д.) в ядерно-физических экспериментах, низкофоновых расчетов, например, для определения низких концентраций бета-излучающи х н уклидов в пробах внешней среды, пищевых продуктах и ряде други х задач. Вышеперечисленные области применения таких пластмассовых сцинтилляторов обуславливают и основные требования. предъявляемые к ним - максимальную длительность свечения, высокую прозрачность и сравнительно высокий световой выход. Медленные пластмассовые сцинтилляторы представляют собой сложные системы и состоят из полимерной матрицы, в которой диспергированы одно или несколько флуоресцирующих органических соединений. Из медленных пластиков известен сцинтиллятор ВС-444 на основе поливинилтолуола с максимум эмиссии 426 нм. Полный состав этого сцинтиллятора не приводится и используемые люминесцентирующие добавки не указаны. Время высвечивания сцинтиллятора составляет 180-287 нм [1], а cветовой выход - 41 % по отношению к антрацену. Сцинтиллятор применяется для регистрации протонов, дейтронов и a -частиц в энергетическом диапазоне 20-60 МэВ. Г Известен также медленный пластмассовый сцинтиллятор NE-115, на основе поливинилтолуолз с максимумом свечения 395 нм, состав и применяемые люминесцирующие добавки также не указаны. 2( Время высвечивания такого сцинтиллятора составляет 230-344 не [2], световой выход - 35% по отношению к антрацену. Сцинтиллятор работает в энергетическом диапазоне 20-60 МэВ. В качестве прототипа выбран медленный пластмассовый сцинтиллятор NE-115 на основе поливинилтолуола с временем высвечивания 344 не, и световым выходом, равным 35% по отношению к антрацену [3]. К недостаткам известных медленных пластиков следует отнести сравнительно малую длительность свечения и невысокий световой выход cцинтилляций. Задачей изобретения является получение пластмассового сцинтиллятора с увеличенной длительностью сцинтилляционного импульса и повышенным световым выходом за счет использования сочетания други х компонентов. 4 Поставленная цель достигается тем, что с пластмассовый сцинтиллятор, включающий полимерную основу винилароматический полимер, активирующую добавку и добавку, смещающую спектр флуоресценции, согласно изобретению в качестве активирующей добавки сцинтиллятор содержит нафталин или его производные общей формулы: R1 R2 R3 где R1=-СН2R2 = R3 =H; R1 =R3 = -CR3, R2 = H; R1 = H; R2 = R3 =-CH3, а в качестве добавки, смещающей спектр флуоресценции - пирен при следующем соотношении компонентов: нафталин или его производные -0,02-2 масс. %; пирен -0,2-2 масс. %; винилароматический полимер -остальное до 100. В качестве винилароматических полимеров сцинтиллятор содержит полистирол, поливинилтолуол, поливинилксилол. Композиция, содержащая люминесци-рующие соединения, обладающие сравнительно большим временем жизни молекулы в возбужденном состоянии и сочетание их с полимерной матрицей, позволяет одновременно обеспечить длительность свечения и достаточно высокий световой выход сцинтилляций. Кроме того, наряду с длительностью свечения и световым выходом сцинтилляций, необходимо также учитывать, чтобы максимум флуоресценции сместителя спектра согласовывался со спектральной чувствительностью фотокатода ФЭУ. Длительность сцинтилляционного импульса обусловливается механизмом сцинтилляционного процессакинетикой преобразования поглощенной энергии ионизирующего излучения в свет. Основную роль при этом играют процессы образования возбужденной полимерной матрицы, перенос энергии от полимерной матрицы к. люминесцирующим добавкам, обладающим сравнительно большим временем жизни молекулы в возбужденном состоянии и излучением фотонов молекулами люминофора. Последовательность этих процессов приводит к тому, что свечение сцинтиллятора представляет собой длительный импульс с конечным временем нарастания и затяжным спадом. Таким образом, длительность процесса достигается за счет затяжной скорости переносов и сравнительно большим временем жизни возбужденного состояния, как первичной активирующей добавки, так и добавки, смещающей спектр флуоресценции. Изобретение иллюстрируется примерами, результаты которых временные и сцинтиллирующие характеристики сцинтилляторов сведены в таблицу. Пример 1.В форму из алюминия I размером 230х400 мм заливают 8 л раствора стирола, 0,02 масс. % 1бензилнафталина и 0,2 масс. % пирена при температуре 110°С, продувают азотом. Затем температур у реакционной массы повышают до 160°С и выдерживают в этих условиях 72 ч. Для снятия напряжений, развивающихся в блоке, проводят отжиг по 5°С в час до температуры 80°С, а затем самопроизвольный отжиг до комнатной температуры. Получают заготовку со средней молекулярной массой 180000 и остаточным мономером - 0,8%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице (см. поз.2). Пример 2, В стеклянную ампулу загружают 0,2 масс. % нафталина, 0,2 масс. % пирена, заливают 200 мл свежеперегнанного 2,4-диметилстирола, продувают азотом в течение 5 мин. После чего ампулу запаивают и помещают в термостат при температуре 110°С. Температуру поднимают до 160°С и при этой температуре проводят выдержку в течение 72 ч. Отжиг проводят аналогично примеру 1. Получают заготовку с молекулярной массой 130000 и остаточным мономером - 0,8%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице (см. позицию 3). Пример 3. В стеклянную ампулу загр ужают 1 масс. % 2,3-диметилнафталина, 1масс. % пирена, заливают 200 мл свежеперегнанного винилтолуола. Процесс проводят аналогично примеру 2. Получают заготовку с молекулярной массой 160000 и остаточным мономером - 0,78%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице (см. позицию 4). Пример 4. В стеклянную ампулу загружают 2 масс. % 1,3-диметилнафталина, 2 масс. % пирена и заливают 200 мл свежеперегнанного 2,4-диметилстирола. Процесс проводят аналогично примеру 2. Получают заготовку с молекулярной массой 120000 и остаточным мономером - 0,75%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице (см. позицию 5). Пример 5. В стеклянную ампулу загружают 0,01 масс. % 1,3-диметилнафталина, 0,5 масс. % пирена и заливают 200 мл стирола. Процесс проводят аналогично примеру 2. Получают заготовку с молекулярной массой 16000 и остаточным мономером -0,70%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице (см. позицию 6). Пример 6. В стеклянную ампулу загружают 3 масс. % 2,3-диметилнафталина. 0,5 масс. % пирена и заливают 200 мл свежеперегнанного 2,4-диметилстирола. Процесс проводят аналогично примеру 2. Получают заготовку с молекулярной массой 115000 и остаточным мономером 0,82%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице (см. позицию 7). Пример 7. В стеклянную ампулу загружают 2 масс. % 1-бензмлнафталина, 0,1 масс. % пирена и заливают 200 мл винилтолуола. Процесс проводят аналогично примеру 2. Получают заготовку с молекулярной массой 150000 и остаточным мономером - 0,68%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице(см. позицию 8). Пример 8. В стеклянную ампулу загружают 0,5 масс. % 2,3-диметилнафталина. 3 масс. % пирена и заливают 200 мл свежеперегнанного стирола. Процесс проводят аналогично примеру 2. Получают заготовку с молекулярной массой 150000 и остаточным мономером - 0,85%. Выходные данные полученного сцинтиллятора представлены в таблице (см. позицию 9). Как видно из данных таблицы, сцинтиллятор заявляемого состава имеет время высвечивания 380-500 не (см, позицию 2-5), т.е. в 1.1-1,5 раза больше, чем в прототипе (см. позицию 1). Световой выход такой композиции в 1,1-1,4 раза выше по сравнению с прототипом. Сцинтиллятор, содержащий менее 0,02 масс. % первичной добавки - нафталина или его производных при выбранном интервале концентраций вторичной добавки в заявляемом решении (см. позицию 6), имеет длительность свечения и величину светового выхода на уровне прототипа. Введение первичной добавки в качестве активатора в концентрациях более 2 масс. % (см. позицию 7) приводит к уменьшению времени высвечивания по сравнению с прототипом. При изменении концентрации вторичной добавки с использованием при выбранном интервале концентраций первичной добавки в заявляемом техническом решении следует, что если концентрация вторичной добавки менее 0,2 масс. % (см. позицию 8), то сцинтиллятор обладает незначительным увеличением светового выхода и длительностью свечения на уровне прототипа. Использование вторичной добавки в количестве более 2 масс. % (см. позицию 9) приводит к снижению времени высвечивания в 1.3 раза. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый состав позволяет увеличить длительность свечения до 380-500 нм, т.е. в 1,1-1,3 раза, и одновременно повысить световой выход сцинтилляций в 1,1-1.4 раза. Такие медленные пластики можно получать больших размеров и различной конфигурации. Они легки, дешевы, удобны для формовки. Эти преимущества обеспечивают экономическую осуществимость конструкции, например, многосегментных больших по площади детекторов с пластическими телескопами. Полученные сцинтилляторы с большой длительностью сцинтилляционного импульса позволяют расширить диапазон регистрации легких заряженных частиц в энергетическом диапазоне от 5 до 120 МэВ/н уклон.