Термоміцний сцинтиляційний детектор

1. Термопрочный сцинтилляционный детектор, содержащий кристалл, узел выходного окна, контейнер, заключенную между контейнером и кристаллом светоотражающую оболочку из порошка, подпружиненный подвижный и расположенный с противоположной по отношению к выходному окну стороны кристалла толкатель компенсатора несогласованных тепловых изменений размеров кристалла и контейнера с упорным кольцом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что светоотражающая оболочка со стороны входного окна выполнена в виде втулки, а упорное кольцо, заключенное между сцинтиллятором и толкателем, выполнено со скользящей со втулкой посадкой. 2. Термопрочный сцинтилляционный детектор поп, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что расстояние от плоскости упорного кольца, соприкасающейся со сцинтиллятором до границы контакта втулки со светоотражающей оболочкой, выбрано не менее ДаДТ, где Да-разность коэффициентов линейного расширения сцинтиллятора и материала втулки; ДТ - диапазон отрицательных рабочих температур детектора Изобретение относится к детектирующим устройствам для регистрации, а также для измерения интенсивности и энергетических уровней различных видов ионизирующего излучения, работающих в условиях нестабильных тепловых режимов и повышенных температур. Известен детектор по патенту [1], построенный на базе протяженного сцинтиллятора цилиндрической формы с плоскими нормальными оси симметрии торцами. Располагается кристалл в трубчатом, также цилиндрическом контейнере с зазором, традиционно заполненным светоотражающим уплотненным порошком, представляю щим собой цилиндрическую боковую часть светоотражающей оболочки кристалла. Со стороны одного из торцов кристалла имеется выходное окно, представляющее собой закрепленное в контейнере, выполненное в виде плоского круглого диска и имеющее оптический контакт с кристаллом по всей его торцевой поверхности стекло С противолежащей по отношению к выходному окну стороны кристалл порошковой светоотражающей оболочки не имеет и ее роль выполняет металлический с зеркальной, обращенной к кристаллу, поверхностью диск. Этот диск вплотную прилегает к торцу кристалла По отношению к внутренней ци С > оо О 11187 линдрической поверхности контейнера упомянутый диск располагается достаточно плотно чтобы предупредить просыпание порошка светоотражающей оболочки за пределы ее объема, но и с возможностью перемещения вдоль оси симметрии изделия в случае теплового несогласующегося с материалом контейнера изменения длины кристалла Снаружи по отноиению к кристаллу, металлический светоотражающий диск упруго поджат упирающейся в крышку контейнера пружиной Металлический светоотражающий диск, пружина, крышка контейнера и участок самого контейнера, в котором располагаются вышеупомянутые детали, представляет собой узел компенсации несогласованных тепловых изменений размеров кристалла и контейнера. Наличие этого узла гарантирует неразрушение кристалла от чрезмерного сжатия при нагреве и гарантирует надежность оптического контакта между кристаллом и стеклом выходного окна Одним из важнейших элементов сцинтилляционных детекторов, существенно влияющих на сцинтилляционные характеристики, является светоотражающая оболочка, что особенно важно для термопрочных детекторов, так как именно для них характерны нарушения в оболочке в процессе жестких условий эксплуатации, что приводит к нестабильности сцинтилляционных характеристик Недостатком известной конструкции детектора является низкая надежность узла компенсатора несогласованных тепловых изменений размеров кристалла и контейнера, обусловленная возможностью защемления порошка светоотражающей оболочки в зазоре между контейнером и металлическим светоотражающим диском Происходит такое защемление на этапе охлаждения кристалла, когда его длина уменьшается более интенсивно, чем длина контейнера, а металлический светоотражающий диск, вследствие несогласованного изменения вышеупомянутых размеров, перемещается внутри контейнера в направлении выходного окна, непосредственно контактируя с порошком светоотражающей оболочки и именно у входа в зазор между диском и контейнером. После защемления порошка в зазоре между металлическим светоотражающим диском и контейнером возможна остановка диска, а также перекос и отрыв от торца кристалла, что приводит к необратимым изменениям оболочки. Восстановить работоспособность детектора можно только путем разборки и последующей сборки. Эффективно такой детектор можно применять 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 только при условии стабильной температуры окружающей среды или, по меньшей мере, при малой скоротечности процессов изменения этой температуры (не выдерживает термоударов). Наиболее близким к заявляемой конструкции является детектор [2] Основным отличием этого детектора по сравнению с ранее приведенным первым аналогом является то, что порошковая светоотражающая оболочка кристалла не имеет непосредственного контакта со светоотражающим диском, представляющим существо торцевой части, со стороны, противоположной входному окну светоотражающей оболочки Реализовано такое конструктивное отличие за счет применения эластичного кольца, устанавливаемого со стороны, противоположной выходному окну, у границы цилиндрической части светоотражающей оболочки из порошка Такое кольцо служит разделителем между подвижным светоотражающим металлическим диском и порошковой частью светоотражающей оболочки По этой причине защемление порошка между светоотражающим металлическим диском и контейнером исключено полностью. Металлический диск просто не контактирует с порошком цилиндрической части светоотражающей оболочки. Недостаток известной конструкции, равно как и ранее предложенной в качестве первого аналога, состоит в отсутствии на противолежащем по отношению к выходному окну торце кристалла порошкового светоотражателя, имеющего по сравнению с заложенным в конструкцию известных изделий металлическим с зеркальной поверхностью диском, превосходящие по параметрам светоотражающие качества Резиновые центрирующие кольца в известном техническом решении подвергаются старению в процессе эксплуатации, деструкция с выделением летучих соединений, попадающих на сцинтиллятор в виде налета, и тем самым ухудшающим необратимым образом характеристики детектора. Задачей изобретения является создание термопрочного сцинтилляционного детектора, обеспечивающего стабильность световыхода без снижения общей надежности устройства. Поставленная задача решается тем, что в термопрочном сцинтилляционном детекторе, содержащем кристалл, узел выходного окна, контейнер, заключенную между контейнером и кристаллом светоотражающую оболочку из порошка, подпружиненный подвижный и расположенный с противоположной по отношению к выходному окну 11107 стороны кристалла толкатель компенсатора несогласованных тепловых изменений размеров кристалла и контейнера с упорным кольцом, согласно изобретению, светоотражающая оболочка со стороны входного окна 5 выполнена в виде втулки, а упорное кольцо, заключенное между сцинтиллятором и толкателем, выполнено со скользящей со втулкой посадкой. Решение задачи также достигается тем, 10 что в детекторе расстояние от плоскости упорного кольца, соприкасающейся со сцинтиллятором, до границы контакта втулки со светоотражающей оболочкой, выбрано не менее А а Д Т , где Д а - разность коэф- 15 фициентов линейного расширения сцинтиллятора и материала втулки, ДТ - диапазон отрицательных рабочих температур детектора. Конструктивно цилиндрическая часть 20 порошковой светоотражающей оболочки имеет продолжение, выполненное в виде втулки из светоотражающего материала. Такая втулка установлена внутри контейнера неподвижно и с внутренней стороны выпол- 25 нена в виде направляющей для самого кристалла, для упорного кольца и для подпружиненного в направлении к кристаллу толкателя. В пространстве между противолежащим по отношению к выходному окну 30 торцом кристалла, внутренней поверхностью упорного кольца и обращенной к кристаллу поверхностью толкателя находится уплотненный светоотражающий порошок в полном своем объеме представляющий су- 35 щество торцевой части светоотражающей оболочки кристалла. В процессе теплового удлинения кристалла, превосходящего соответствующее изменение размера самого контейнера, 40 противоположный выходному окну торец кристалла вместе с примыкающим к нему упорным кольцом и примыкающим к последнему толкателем перемещаются внутри втулки, сжимая пружину компенсатора не- 45 согласованных тепловых изменений размеров кристалла и контейнера. Вместе с упомянутыми деталями, как одно целое, без нарушения контакта с торцом кристалла, перемещается и порошок торцевой части све- 50 тоотражающей оболочки. Поскольку изначально, т.е. начиная с температуры хранения изделия, кристалл своим противолежащим по отношению к выходному окну торцом располагается внутри направляю- 55 щей втулки, выполняющей одновременно роль продолжения порошковой цилиндрической части светоотражающей оболочки и * отделяющей одновременно порошковую цилиндрическую часть светоотражающей оболочки от подвижных по отношению к втулке - упорного кольца и толкателя, то удлинение кристалла при повышении температуры не может сопровождаться попаданием порошка цилиндрической части светоотражающей оболочки в зазор между упорным кольцом и втулкой и тем более между толкателем и втулкой Торцевая часть светоотражающей оболочки заключена между неподвижными по отношению друг к другу деталями - кристаллом, упорным кольцом и толкателем, поэтому выход порошка из занимаемого им обьема также исключей. На фиг. 1 изображен общий вид детектора с наложенным на него полным осевым сечением; на фиг. 2 - осевое сечение детектора в области периферийной части выходного окна; на фиг 3 - осевой разрез детектора, выполненного в области сопряжения направляющей втулки с кристаллом, упорным кольцом и толкателем; на •фиг. 4 осевой разрез детектора в области сопряжения крышки детектора с его контейнером. П р и м е р . Термопрочный сцинтилляционный детектор состоит (фиг. 1 - 4) из кристалла 1, выходного окна 2, цилиндрической трубчатой части 3 контейнера, крышки 4 контейнера, цилиндрической части 5 порошковой светоотражающей оболочки и торцевой ее части 6, центрирующего кольца 7, втулки 8, упорного кольца 9, толкателя 10, пружины 11, торца толкателя 12 оптической связи 13 кристалла 1 с выходным окном 2, а также клеевого наполнения 14 зазора между цилиндрической частью 3 контейнера и диском выходного окна 2 и сварного шва 15, выполняющего роль сопряжения меж°ду ' упомянутой выше цилиндрической частью 3 контейнера и его крышкой 4. Узел выходного окна 2 детектора (фиг. 2) решен в данной конструкции традиционным образом. Лоскольку кристалл 1 имеет строго цилиндрическую форму с плоскими нормальными оси симметрии торцами 16 и 17, то и стекло выходного окна 2 выполнено, плоским и круглым. Закреплено стекло выходного окна 2 в цилиндрической части 3 контейнера путем завальцовки края 18 этой части контейнера и последующего или, наоборот, предшествующего заполнения зазора между краями 18 контейнера и окном 2 клеевым составом 14. Между кристаллом 1 и окном 2 имеется оптическая связь 13. Центрирующее кольцо 7 выполнено путем прессовки комкующегося фторопласта в зазоре между кристаллом 1 и цилиндрической частью 3 контейнера детектора. Цилиндрическая 11187 часть 5 светоотражающей оболочки из порошка выполнены известными методами. До противоположного по отношению к окну 2 торца 17 цилиндрическая часть 5 светоотражающей оболочки не достигает. С этой 5 стороны приторцевая часть кристалла 1 располагается внутри втулки 8. При этом посадка кристалла Т во втулку 8 напряженная. Выполнена втулка 8 из податливого к упругим деформациям светоотражающего мате- 10 риала, например, фторопласта. От осевого смещения втулка 8 с одной стороны удерживается цилиндрической частью 5 светоотражающей оболочки из порошка, а с другой стороны крышкой 4 контейнера. Внутри 15 втулки 8 также с напряженной посадкой располагается толкатель 10 с плоским, обращенным к кристаллу 1 торцом 12. Между торцом 17 кристалла 1, торцом 12 толкателя 10 и внутри упорного кольца 9 располагает- 20 ся порошковая торцевая часть 6 светоотражающей оболочки. Упорное кольцо 9 располагается внутри втулки 8 также с натягом и выполнено упорное кольцо 9 также из светоотражающего материала, например 25 фторопласта. Между толкателем 10 и крышкой 4 располагается сжатая витая коническая пружина 11. Несмотря на то, что сопряжения "кристалл 1 - втулка 6", "упорное кольцо 9 - втулка 8" и сопряжение "тол- .30 катель 10 - втулка 8" выполнены на основе напряженных посадок, перемещения кристалла 1, кольца 9 и толкателя 10 относительно втулки 8 возможны, поскольку материал ее податлив для упругих деформаций. Такие по- 35 садки выбираются из соображений надежной центровки и гарантированного предупреждения проникновения порошка из цилиндрической части 5 светоотражающей оболочки в сопряжение "кристалл 1 - 4 0 втулка 8" и далее. Предупреждение выхода порошка за пределы торцевой части 6 светоотражающей оболочки достигается за счет соответствующей степени сжатия пружины 11. За счет этого достигается плотное 45 прижатие упорного кольца 9 к кристаллу 1 и этого*же кольца 9 к толкателю 10. Крышка 4 и цилиндрическая часть 3 контейнера соединены между собой посредством сварочного шва 15 герметично. 50 8 8 процессе повышения температуры кристалл 1 удлиняется более существенно, чем цилиндрическая часть 3 контейнера, вследствие чего его торец 17 смещается в направленииот выходного окна. При этом кристалл 1 посредством упорного кольца 9 и толкателя 10 воздействует на витую пружину 11 и сжимает ее. Втулка 8 служит в качестве направляющей для кристалла 1, упорного кольца 9 и толкателя 10. Напряженная посадка кристалла 1 во втулку 8 позволяет избежать проникновения порошка из цилиндрической части 5 светоотражающей оболочки в это сопряжение и вместе с тем, в силу податливости к упругим деформациям материала втулки 8, не препятствует подвижности этого сопряжения. Напряженная посадка кольца 9 и толкателя 10 во втулку 8 обеспечивает надежную центровку упомянутых деталей в изделии. При снижении температуры процесс протекает в обратном направлении. Сжатая витая пружина 11, воздействуя на толкатель 10, преодолевая трение между ним и втулкой 8, а также между кольцом 9 и втулкой 8, возвращает их в соответствующее температуре положение, надежно сохраняя оптический контакт между упорным кольцом 9 и кристаллом 1, а также между торцевой частью 6 светоотражающей оболочки из порошка и кристаллом 1. Витая пружина 11 обеспечивает при этом перемещение толкателя 10, кольца 9, торцевой части 6 светоотражающей оболочки как одного целого и в состоянии постоянного касания с кристаллом 1. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет использовать приторцевой отражатель света из порошка, нисколько не снижая при этом общей надежности устройства. Поскольку надежность заявляемого устройства остается на уровне прототипа, а светоотражающие качества торцевой части светоотражающей оболочки из порошка выше, чем у предусмотренного прототипом зеркального отражателя в виде плоского диска, то цель "повышение световыхода детектора" достигается без каких-либо ухудшений других параметров устройства. 11187