Рідкий сцинтилятор

Рідкий сцинтилятор на основі рідкого парафіну, що містить добавку ароматичного вуглеводню, активатор, і обважнюючу добавку 2-етилгексонат гадолінію в кількості 0,1 % (по чистому гадолінію), який відрізняється тим, що як ароматичний вуглеводень використано дитолілметан, а як активатор - 1,2-біс(5-фенілоксазоліл-2)-бензол, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: активатор 0,1-0,2 2-етилгексонат 0,1 (по чистому гадолінію гадолінію) дитолілметан 5-10 рідкий парафін решта. UA (21) a200706156 (22) 04.06.2007 (24) 25.12.2009 (46) 25.12.2009, Бюл.№ 24, 2009 р. (72) ГРИНЬОВ БОРИС ВИКТОРОВИЧ, ШЕРШУКОВ ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ, БЕДРИК ОЛЕКСАНДРА ІВАНІВНА, ЄЛИСЕЇВ ДМИТРО АНАТОЛІЙОВИЧ, КОЖУРОВА ОЛЕНА ЯКІВНА, СЕНЧИШИН ВІТАЛІЙ ГЕОРГІЙОВИЧ, ВОРОНКІНА НИНА ІВАНІВНА (73) ІНСТИТУТ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НАН УКРАЇНИ (56) UA 24971 C1, 25.12.1998 SU 172331, 29.06.1965 SU 1814078 A1, 07.05.1993 SU 1082787 A, 30.03.1984 SU 1581046 A1, 30.12.1993 GB 960448, 10.06.1964 UA 7639 C1, 26.12.1995 Piepke A.G., Moser S.W., Novikov V.M. Development of a Gd loaded liquid scintillator for electron antineutrino spectroscopy Nucl. Instr. Meth. A432 pp. 392-398, 1999 C2 2 (19) 1 3 вазелінова олія все інше Температура спалаху даного PC перевищує 100°С, однак, через малу оптичну прозорість вазелінової олії, величина сцинтиляційної ефективності складає 45-55 % стосовно стильбену. Ароматичний вуглеводень, який застосовано в даному PC додатково знижує прозорість вазелінової олії до 2 м. Відомий PC [пат. України № 24971, G01T 1/204 ] на основі нафтових вуглеводнів, зокрема, рідкого парафіну (з температурою кипіння 232-234°С), що містить добавку ароматичного вуглеводню - нафталіна або -метилнафталіна, або ксилолу, або суміш нафталіну з ксилолом, і активатор. Активатором є 2-феніл-5-(4-біфенілил)-оксазол (ВРО) або 1,3,5-трифеніл-2-піразолін (ТФП), або РРО. Співвідношення між компонентами складає, мас. %: ароматичний вуглеводень 5,0-20,0 активатор 0,4- 0,6 рідкий парафін все інше Рідкий парафін є серійним продуктом, сам по собі має високу прозорість і має температуру спалаху не нижче 98°С, тому є практично невогненебезпечним. Максимум люмінесценції складає 370 нм., що не відповідає максимальній чутливості більшості приймачів випромінювання (420 - 440 нм). При високій величині сцинтиляційної ефективності - більш 70% щодо стильбену, даний PC, як і приведені аналоги, малоефективний для реєстрації нейтронно-нейтринних потоків через низку його прозорість (не більш 2 м) до світла власного випромінювання. Це пояснюється тим, що використання в якості ароматичного вуглеводню нафталіну або -метилнафталіну, які володіють підвищеною здатністю поглинання власного випромінювання в наслідок специфіки їхньої будівлі (конденсованої системи), приводить до зниження прозорості PC. Відомий PC [каталог фірми "Вісrоn", 2002 р.] на основі нафтових вуглеводнів, зокрема , рідкого парафіну, який містить добавку ароматичного вуглеводню- псевдокумол, активатор - суміш РРО і 1,4-біс (2-метилстирил)-бензол (bis-MSB) і обважнюючу добавку - 2-етилгексонат гадолінію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: псевдокумол 35- 40 РРО 0,4 bis-MSB 0,01 2-етилгексонат гадолі- 0,1% (по чистому ганію долінію) рідкий парафін все інше У порівнянні з приведеними аналогами, даний PC є більш чутливий до нейтронно-нейтринних потоків за рахунок наявності обважнюючої добавки і більшої, у порівнянні з попередніми аналогами, прозорості, що проте не перевищує 4,1 м. У даному PC прозорість рідкого парафіну знижується не тільки за рахунок порівняно великої кількості ароматичного вуглеводню - псевдокумолу (до 40%), яка необхідна для забезпечення розчинності активаторів і обважнюючої добавки, але і за рахунок утрати безвипромінювальної енергії електронного 89066 4 збудження від первинного активатора РРО до вторинного - bis-MSB. Максимум люмінесценції складає 425 нм, завдяки використанню двох активаторів, другий з яких - bis-MSB, поглинаючи енергію випромінювання РРО, трансформує її у випромінювання в області λ=425 нм. Величина сцинтиляційної ефективності даного PC складає 57% щодо стильбену, температура спалаху - 44°С, що є пожежонебезпечним. Крім того, псевдокумол має різкий і неприємний запах і відноситься до категорії III класу безпеки. Для реєстрації слабких нейтронно-нейтринних потоків величина прозорості не повинна бути менш 8 м. В якості прототипу по кількості загальних ознак нами обраний останній з аналогів. В основу дійсного винаходу поставлена задача розробки пожежонебезпечного PC із високою прозорістю - не менш 8 м і, отже з більшою чутливістю до нейтронно-нейтринних потоків. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що, у рідкому сцинтиляторі на основі рідкого парафіну, що містить добавку ароматичного вуглеводню, активатор, і обважнюючу добавку 2етилгексонат гадолінію в концентрації 0,1% (по чистому гадолінію), відповідно до винаходу, в якості ароматичного вуглеводню використано дитолилметан, а як активатор 1,2-біс(5фенілоксазолил-2)-бензол, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: активатор 0,1 - 0,2 2-етилгексонат гадолі- 0,1 (по чистому гадонію лінію) дитолилметан 5-10 рідкий парафін все інше Використання суміші рідкого парафіну і дитолилметану забезпечує гарну розчинність обраного активатора - 1,2-біс(5-фенілоксазолил-2)-бензола (о-РОРОР) у суміші, тому концентрація дитолилметана, яку використовували, не перевищує 10%. Завдяки цьому природна прозорість рідкого парафіну лише незначно знижується. Прозорість PC, що заявляється, складає не менш 8 м. Якісний склад компонентів виключає необхідність використання другого активатора, на відміну від прототипу, тому що активатор, який використовується завдяки специфіці просторової молекулярної структури в суміші рідкого парафіну з дитолилметаном здатний поглинати безпосередньо енергію збудження основи і перевипромінювати в область чутливості ФЕП - 420 - 440 нм, що дозволяє виключити безвипромішовальні втрати енергії і знижує вартість PC у порівнянні з прототипом, тому що значну частину вартості будь-якого PC (до 80%) складає вартість активатора. Наявність же обважнюючої добавки в зазначеній концентрації не впливає на прозорість, але в сукупності з іншими зазначеними ознаками збільшує чутливість до нейтронно-нейтринних потоків. Температура спалаху PC визначається, в основному, температурою спалаху самого рідкого парафіну і складає не нижче 98°С. Дитолилметан, як і рідкий парафін, є нетоксичним матеріалом і відносяться до IV класу безпеки. 5 89066 Збільшення концентрації активатора і дитолилметана не приводить до помітного збільшення сцинтиляційної ефективності, а їхнє зменшення знижує цю величину на 10-30%. Концентрація обважнюючої добавки є оптимальною для захоплення нейтронів, а її збільшення недоцільне з економічної точки зору. Порівняльні характеристики основних параметрів PC, що заявляється, із прототипом приведені в таблиці. Приклад конкретного виконання. У ємність заливають 100 г дитолилметана, розчиняють у ньому 1,5 г 1,2-біс(5-фенілоксазолил2)-бензолу. У суміш вводять 100 г 2-етилгексаната гадолінію і при перемішуванні протягом 10-15 хв. в отриману суміш додають 978,5 г рідкого парафіну. Перемішують до повного розчинення в останньому зазначених добавок. Сцинтиляційну ефективність PC визначали по середньому фотострумі ФЕП-13А при опроміненні їх радіоактивним джерелом 137Cs стосовно еталонного кристала стильбену. Виміряна сцинтиляційна ефективність складає 74%. Спектр люмінесценції PC вимірювали на спектрофотометрі "Hitachi-F4010". Максимум люмінесценції - 440 нм. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 6 Оптичну прозорість PC вимірювали методом порівняння інтенсивності рівнобіжних світлових потоків гелій-кадмієвого лазера з λ=420 нм, один із яких був пропущений через кювету PC, який досліджували, довжиною 1 м, а другий - по повітрю. Далі знаходили відношення IO I інтенсивностей IO I -кх -кх цих випромінювань і по формулі = ε 2,8 обчислювали показник х-довжину ослаблення світла в ε-раз - загальноприйняту характеристику прозорості для великогабаритних сцинтиляторів. Для PC, що заявляється, ця величина склала 8 м. Як випливає з таблиці, тільки в межах параметрів, що заявляються, забезпечується рішення задачі (приклади 1-3). Сцинтиляційна ефективність PC, що заявляється, на 17% краща, ніж у прототипа і на 4% вища, ніж в останнього аналога (пат. України № 24971), прозорість у 2 рази краща, ніж у прототипа й у 4 рази краща, ніж в останнього аналога. Його вартість у 4 разів нижче вартості PC по прототипу й у 2 рази нижче вартості аналога (пат. № 24971 Укр.). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601