Спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора

Спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора, який включає отримання дифузного відбивача на поверхні сцинтилятора шляхом розчинення поверхневого шару кристалу водою з наступним сушінням у зневодненому боксі та пакування кристалу у герметичний контейнер, який відрізняється тим, що сушіння кристалу проводять в атмосфері вуглекислою газу, а потім, при пакуванні сцинтилятора у герметичний контейнер, v його об'ємі створюють атмосферу вуглекислого газу Винахід відноситься до технічної фізики, зокрема, до детектуючих пристроїв для реєстрації іонізуючих випромінювань і може знайти застосування при виготовленні сцинтиляційних детекторів. Основними проблемами виготовлення детекторів Є по-перше, створення відбиваючої оболонки на бічній та тильній поверхні сцинтиляторе Шар відбиваючого матеріалу повинен бути мінімальним, інакше ефективність реєстрації випромінювань буде низькою; по-друге, ретельне видаленню залишкової вологи з поверхні сцинтилятора та з конструкційних матеріалів детектора і надійна герметизація контейнера Тривале зберігання і, особливо, використання детекторів при підвищених температурах приводить до пєреконденсації адсорбованої води на поверхні сцинтилятора Сцинтиляційні матеріали, звичайно, гігроскопічні і навіть невелика кількість води на поверхні приводить до безпоаоротнього псування їх характеристик [Гринёв Б.В , Семиноженко В П Сцинтилляционные детекторы ионизирующих излучений для жёстких условий эксплуатации. Харьков Основа, 1993] Існує відомий спосіб виготовлення сцинтиляційного детектора (Патент Франції Ne 2607262. кл G01 Т 1/202]. який включає в собі очищення контейнера від газів, реактивних по відношенню до елементу сцинтилятора встановлення лужно-галоїдного сцинтилятора (наприклад, дуже гігроскопічного Nal(TI)) у цей контейнер, створення в ньому атмосфери, що не реагує з елементом сцинти лятора при 150-200°С, збирання та герметизацію детектора При цьому інертна атмосфера представлена одним чи кількома газами, які вибрані з групи Не, Аг.СО? і N 2 . При використанні цих газів, з яких дійсно інертними (а, отже, і відносно дорогими) є гелій та аргон, ймовірність того, що залишкова волога потрапить у контейнер, зменшується Цей спосіб припускає безводну обробку поверхностей сцинтилятора, або додаткові операції з метою його ретельного зневоднювання, що значно ускладнює технологічний процес По змісту (зневоднювання, інертна атмосфера) цей спосіб блокує реакцію, яка ефективно відбувається при зазначених температурах' Nal+3/2O2=NalO3, яка є єдино можливою у вказаних умовах[Смирнов Н Н., Крайнюков Н.И. Термодинамика процессов термического разложения йодистого натрия кислотсодержащими компонентами воздуха Монокристаллы, сцинтилляторы и органические люминофоры. Харьков. ВНИИ монокристаллов -1969. №1 -с 59-68], якщо герметизацію контейнера проводити не в інертній атмосфері, а у сухому повітрі, яке звичайно використовується. З іншого боку, спосіб не вирішує проблеми залишкової вологи і його неможливо застосувати до детекторів для випромінювань із слабкою проникною здатністю, тому що шар відбивача МдО, який стандартно використовується, поглинає більшу частину цих випромінювань, внаслідок чого послаблюється їх ін О ю (О со ф 34650 тенсивність і погіршуються сцинтиляційні характеристики. Як прототип обрано спосіб виготовлення сцинтиляційних детекторів [АС № 1457605, кл (І01Т1/202]. коли підготовлені поверхні сцинтиляторів покриваються водною плівкою. Суть способу полягає в тому, що при виготовленні сцинтиляційних детекторів Nal(TI) дифузний відбивач на поверхню кристалу наносять шляхом переведення поверхневого шару сцинтиляторе з монокристалічного стану у полікристалічний розчиненням цього шару водою і наступним сушінням. Це веде до деструкції тонкого поверхневого відбиваючого шару сцинтилятора і до утворення дрібнодисперсного полікристалічного відбиваючого шару, який є міцно зв'язаним з поверхнею. Цей шар має білий колір, непогану відбиваючу здатність, товщина його визначається ступенем гідратації поверхні сцинтилятора. Недолік прототипу полягає у тому, що вода не тільки розчиняє основну речовину, але й взаємодіє з нею, внаслідок чого утворюються гідроксиди, які різко знижують характеристики відбиваючого покриття. Відомо, що гідроксид натрію- NaOH - непрозорий у ближній ультрафіолетовій частині спектру, а гідроксид активатора- ТІОН - у видимій області спектру, внаслідок чого оптичні та сцинтиляційні характеристики детекторів погіршуються. В основу винаходу поставлено завдання поліпшення сцинтиляційних та експлуатаційних характеристик детекторів. Вирішення цього завдання забезпечується тим, що у способі виготовлення сцинтиляційного детектора, що включає отримання дифузного видбивача на поверхні сцинтилятора шляхом розчинення поверхневого шару кристалу водою з наступним сушінням у зневодненому боксі та лакування кристалу у герметичний контейнер, згідно винаходу, сушіння монокристалу про» водять в атмосфері вуглекислого газу і потім, при пакуванні сцинтилятора в герметичний контейнер, в його об'ємі створюють реактивну атмосферу вуглекислого газу. Використання вуглекислого газу в процесі сушіння монокристалу після нанесення на його поверхні дифузного відбивача приводить до того, що вуглекислий газ навіть при кімнатній температурі та нормальному тиску ефективно взаємодіє з гідроксидами, перетворюючи їх у карбонати. Потрібно визначити, що при цьому вуглекислий газ залишається хімічно інертним по відношенню до основної речовини сцинтилятора. Карбонати основної речовини та активатора- ЫагСОэ та ТІгСОз. які утворюються у поверхневій плівці, мають коефіцієнт відбиття навіть кращий, ніж у основної речовини. В результаті цей відбивач збільшує вихід світла з детектора та покращує його сцинтиляційні характеристики. Використання вуглекислого газу (у способі, що заявляється, газ не інертний, а хімічно активний) для заповнення об'єму контейнера поліпшує експлуатаційні характеристики детектора, тому що в процесі його зберігання СО? продовжує карбонізувати залишки гідроксидів у відбиваючому покритті Більш того, переконденсація залишкової вологи з конструкційних матеріалів на поверхню монокристалів не приводить до псування детектора. тому що в результаті утворюються ті ж карбонати. Сцинтиляційні характеристики детекторів, виготовлених таким способом, з часом не погіршуються, тобто подовжується термін їх служби. Спосіб, що заявляється, містить такі операції: 1. Нанесення дифузного відбивача на поверхні сцинтилятора шляхом розчинення Його поверхневого шару водою 2. Сушіння кристалів в атмосфері вуглекислого газу. 3. Заповнення об'єму детектора вуглекислим газом в процесі контейнеризації сцинтилятора. Приклади здійснення способу. Приклад 1. З однієї частини кристалу Nal(TI) , однорідного за вмістом активатора, виготовлено 8 експериментальних детекторів розміром 30x5 мм. Для 4 детекторів дифузний відбивач на поверхні сцинтилятора створювався розчиненням його поверхневого шару водою протягом 1 хвилини, після чого кристали висушували у зневодненому боксі (в атмосфері сухого повітря, див. прототип), встановлювали у стаканчик з фторопласту з товщиною стінок 2 мм, таку оправку з кристалом уміщували в стандартний контейнер без оптичного контакту між кристалом і склом та герметизували контейнер. Для інших 4 детекторів відбивач створювали тим же чином, але подальше сушіння кристалу та герметизацію детектора проводили в атмосфері вуглекислого газу. На графіку представлені спектри радіолюмінесценції (РЛ), де 1 відповідає детекторам, виготовленим у СОг, 2 • відповідає детекторам, виготовленим за прототипом. Інтенсивність РЛ для всіх детекторів, виготовлених згідно пропонованому способу, вище у середньому на 10%. Видно, що навіть для нормованих спектрів РЛ площа під кривою 1 більша, ніж під кривою 2. Форма спектру 1 відповідає активаторному світінню Nal(TI). Коли в якості додаткового відбивача між кристалом та контейнером використовувалась тон* ка плівка майлару (стандартний відбивач для рентгенівських детекторів), інтенсивність РЛ була нижче, але форма спектрів та співвідношення виходу світла для зразків були тими ж. Ці результати свідчать про підвищення виходу світла за рахунок поліпшення відбиваючої здатності покриття для детекторів, виготовлених в атмосфері СОг. Приклад 2. З тієї ж частини кристалу (див. приклад 1) виготовлено 4 стандартних сцинтиляційних детектори Nal(TI) 30x5 мм (оптичний контакт між кристалом та склом, відбивач МдО між кристалом та контейнером). На перші два дифузний відбивач нанесено згідно прототипу, на інші - згідно способу, що заявляється. Для прискорення процесу два останні кристали висушували у струмені вуглекислого газу, підігрітого до 40-60Х, протягом 2 годин. Після сушіння детектори пакували та герметизували стандартним чином. Результати вимірювань світловиходу та енергетичного розділення наведено в табл. 1. Видно, що світловихід та енергетичне розділення двох останніх детекторів помітно кращі. 34650 Таблиця 1 Н*л(п Атмосфера 1 Повітря 2 Повітря 3 СО2 СО 2 4 L, УЕСВ 7.5 78 6.9 37 7.1 Приклад 3. Було виготовлено 6 сцинтиляційних детекторів Nal(TI) розміром 30x63 мм (оптичний контакт, поліровані поверхні, відбивач МдО). Дифузний відбивач на бічну та тильну поверхні сцинтилятора не наносився Половину детекторів було оброблено й запаковано в контейнери в атмосфері сухого повітря (0.03% СОг), а другу половину - в атмосфері вуглекислого газу (90% СОг). Відносну вологість у кожному випадку було навмисно підвищено до 3.5 3.5 3.8 12%. При зберіганні протягом року світловий вихід та енергетичне розділення перших трьох кристалів погіршилось, в той час як у трьох інших ( виготовлених в атмосфері СОг) ЦІ параметри практично не змінились. Результати вимірювань світловиходу та енергетичного розділення наведено в табл. 2. Далі детектори було розпаковано. Вимірювання їх поглинання в ІЧ області спектру показали, що в першій сери зразків на поверхнях виявляється домішок іон» ОН , а в другій - домішок СОз2" Таблиця 2 Ні 1 Атмосф. 2 Повітря Повітря 3 R,% І_,УЕСВ на початку зберігання 8,5 8,8 через рік 15,3 14,7 на початку зберігання 3,6 3,6 через рік 3,0 3,1 Повітря 9,0 19,1 3,4 2,8 4 СО 2 8,6 8,8 3,5 3,5 5 СО 2 8.6 8,5 3,6 3,5 6 СО 2 9,1 9,2 3,5 • 3,5 Таким чином, спосіб, що заявляється, дозволяє: 1) підвищити відбиваючу здатність дифузного відбивача, нанесеного на поверхню кристалу, та значно покращити його сцинтиляційні' характеристики незалежно від конструкції детектора. 2) підвищити ступінь захисту кристалу від вологи, яка залишилась, що дозволяє подовжити термін служби сцинтиляційного детектора. 34650 300 350 400 450 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Укража, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03 Я,//Af