Пластмасовий сцинтилятор

-для ГЛУЖІВНОІО ПОЛЬЗОВАНИЯ эка № ,„.v , * "Щ СОЮЗ С09ЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН 1722158 G 01 Т А1 1/203 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ і (21) i+833232/25 (54) ПЛАСТМАССОВЫЙ СЦИНТИЛЛЯТОР (22^ 30.05.90 (71) Научно-производственное объединение "Монокристаллреактив", г .Харьков {Ц) М.Г.Мордсон, О.Н. Рыжих, В.Г Сенчишин и В,Г.Власов (53) 621 387.464(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 203229, кл. С 08 F 29/46, 1970. Авторское свидетельство СССР № 559564, кл. С 08 г 220/14, 1976. * Авторское свидетельство СССР № 816125, кл. С 08 F 120/14, 1979. Авторское свидетельство СССР № 938579, кл С 08 F 120/Й, 1980. Авторское свидетельство СССР № 1086925, кл. G 01 Т 1/203, С 08 F 120/14, С 08 F 2/44, 1982. Авторское свидетельство СССР № 1568502, кл. С 08 F 120/14, С 09 К 11/06, 1987. (57) Изобретение относится к пластмассовым сцинтиллятордм. Целью изобретения является повышение прозрачности и теплостойкости при неухудшении светового выхода. Цель достигается предлагаемым составом пластмассового сцинтиллятора, мае Д . фракция 1,3-дифенилбензола от отходов производства дифенила 10-40, 2,5-Дифенилоксазол 0,1-1,0, 1,4 бис(2,5~(^ифенилоксазолил)} бензол 0,05~0,08, полиметилметзкрилзт до 100. Сцинтиллятор устойчив к фото- и гамма-облучению При дозе 10 Гр падение светового выхода составляет 50% от первоначального значения. 1 табл, Изобретение относится к сцинтилляционным материалам на полимерных основах, в частности к пластмассовым сцинтмлляторам (ПС) на основе полиметилметакрипата (ПММА), которые используются для регистрации ионизирующих излучений и элементарных частиц. Известен ПС на основе полиметилметакрилатэ, содержащий активный наполнитель (вторичный растворитель) нафталин - до 15%; первичную активирующую добавку 2,^-дифенилоксачолилЬЗ(РРО) - 1,22, вторичную, сме11-92 щающую спектр люминесценции добавку 1,4-бис-2,5-(дифенипоксазолил)-бензил (РОРОР) - 0,0Б%, остальное метилметакрилат Получают ПС блочной полимеризацией указанных компонентов в присутствии перекисного инициатора - дициклогексилпероксидикарбоната, Такие ПС имеют световой выход (СВ) не более 0,225 УЕСВ и эффективный пока' затель ослаблений света собственно-. го излучения (ЭПОС) 0,004-0,006 см" Недостатком этих ПС является ограниченность их размеров, так как ре ЙВИО» ГО 3 ц 17221 5 8 • . • щую добавку - 1,ч-ди-(2,5~Фенилоакция полимеризации ММА экзотермичксазолил)бензол (РОРОР) - 0,08 мас.ч. на и насса около 0,2 к г заметно самои вторичный растворитель (активный разогревается, а большая (по этой и и наполни і ель) 1,1-дитолилэтан или причине) вспенивается, с г о р а е т . 1,1-диксилилэтан в количестве 5" Кроме і о г о , ПС имеют низкий свето^0 мас.ч. вой выход. 1,1-Дитолилэтан и 1 ,1-диксилилУказанные недостатки частично у с т этан, вводимые вместо нафталина, ранены использованием в качестве и н и циатора редоксисистемы: перекисный ,« практически индифферентны к процессу полимеризации метилметакрилате,имеют инициатор и активатор - третичный высокую температуру кипения, т.е. амин- В качестве активатора испольэти вещества не летучи при темперазован диметиламиноэтиловый эфир метурах получения, хранения и экстакриловой кислоты (ДМАЭ^А), ипи ~ диметиламинопроизводное третилпира^ плуатации ПС. золина, или трифторпроизводное пираПолучаемые ПС имеют хорошую созолина. храняемость и радиационную стойкость. Однако эффективный показатель ослаблеИспользование редоксисистемы позвония света собственного излучения нило получать ПС значительно бопьших размеров, повысить их световой вы20 (прозрачность) недостаточен. ход (на 15-35%)» однако прозрачность С другой стороны, ПС, содержащие е 1,5-2 раза ухудшалась {сравнитель^ 1,1-дитолилэтан или 1 ,1-диксилилные характеристики ПС приведены в т а б этан в количестве более h5%, при комлице, см. примеры а и б ) . натной -• емпературе каучукоподобны, Общим недостатком для ПС явпяется 25 им нельзя придать необходимую форму использование в качестве активного путем механической обработки, ПС, наполнителя нафталина, вводимого в содержащие названные вторичные растПС до 15 мас,%, токсичного вещества с ворители в количестве 25 м а с Д , большой упругостью паров ( т . е . летупри температуре около 50°С становятчего) при комнатной температуре. Кро- 30 ся каучукоподобными, т е. размягчаме т о г о , нафталин ингибирует (замедются и теряют способность сохранять ляет) процесс полимеризации, т . е . удприданную им ранее Форму. Это залиняет технологический процесс. При трудняет их использование в экспехранении и эксплуатации ПС желтеют, риментах, где возможно выделение что делает их непригодными к дальнейтепла и повышение температуры бо35 лее 50°С. шей эксплуатации. Известен также ПС, где вместо нафталина в качестве активного напопнитепя (вторичного растворителя) и с пользуется 1,1,3-триметил-З-фенилин- 4 дан в количестве 10-6О мас.%, а в к а честве люминесцирующих добавок - па~ ратерфенил 0 , 2 - 0 , 8 м а с Д и РОРОР 0,01-0,03 насЛ. І,1Л-Триметил-3-фенипиндєн индиф- 4 ферентен по отношению к процессу п о лимеризации, не летуч (температура кипения около 295°С), не токсичен. Получаемые ПС имеют хорошую прозрачность - 0,002-0,00025 см~ ч , хорошую 5 сохраняемость во времени, термостабильны, но обладают недостаточно высоким световым выходом. Наиболее близким к предлагаемому является пластмассовый сциитиллятор на основе полиметилметакрилата, включающий первичную люминесцирующую добавку - 2t З - Д ^ Ф е м / ю * ^ 3 3 0 1 1 (РРО) 1,2 м а с . ч . , вторичную люминесцирую Целью изобретения явпяется повышение прозрачности и теплостойкости ПС при сохранении светового выхода. Поставленная иель достигается тем, что пластмассовый сцинтиллятор, включающий полимерную основу - полиметилметакрилат, активирующую добзвку - РРО, добавку, смещающую спектр люминесценции - РОРОР и активный напопнитель - передатчик энергии электронного возбуждения, в качестве активного наполнителя содержит» фракцию 1,3-ДИфенилбензопа из отходов производства дифенил? с температурой ппавпения 81-89 С при следующем соотношении компонентов, мас,%: Фракция 1,3-ДиФенилбензог.а 10-1*0 2,5-Дифенилоксазол 051 — 1 т 0 РОРОР 0,05-0,08 Полиметилметакрилат до 100 Фракция 1,3-дифенилбснзола из отходов производства дифенилов хорошо 6 17221 58 . растворяется при комнатной темперациаторов, которые в процессе политуре в мономере, не оказывает воздеймеризации разлагаются (поэтому они ствия на процесс полимеризации, мало не являются составными частями ПС). влияет на температуру стеклования с Для ускорения процесса полимеполимерной композиции. ризации целесообразно использовать инициаторы в количестве 0 , 0 0 2 Эта фракция имеет размытые широкие 0,01 мае .%. полосы в спектре поглощения со значительно меньшей экстинцией, чем у П р и м е р 1 . Раствор, содер- • ^ других наполнителей. Этим обусловлею жащий 10% п р о д у к т а , выделяемого из на более высокая прозрачность предотходов производства дифенила, 0,9% лагаемого ПС, Более того, спектр люРРО и 0,05% РОРОР в ММА, в п р и с у т минесценции фракции в данной смеси ствии инициатора (0,01% динитрила компонентов хорошо совмещается спектазодиизомасляной кислоты) термичером поглощения наиболее эффективной 15 ски полимеризуют в инертной атмосфере первичной добавки РРО, что способств стеклянных ампулах при ^0+2 С. Из вует лучшей передаче энергии от втополученной заготовки путем механичеричного растворителя к первичной доской обработки, шлифовки и полировки бавке и приводит к повышению светоизготавливают пластмассовый цилиндривого выхода. 20 ческий детектор диаметром ^0 и высоИспользуемый продукт - фракцию той 600 мм. Его световой выход 1,3~ДиФенилбензола выделяют из отхо0,ЗЮ УЕСВ, ЭПОС 0,0025 см" 1 , теплодов производства дифенила фракционистойкость по Вика 106-108 С. рованной перегонкой. Отбирают фракцию П р и м е р 2. Раствор, содержапри Зб0~380°С (или при пониженном " щий 20% п р о д у к т а , выделяемого из о т давлении) Дистиллят перекристаллиходов, 0,3% РРО и 0,08% РОРОР в ММА, зовывают из низших спиртов (метив присутствии инициатора (П ( 002 бромловый, этиловый и др.). Полученный сукцинимида)) полимеркзуют при Лотопродукт представляет собой белый облучении в форме пластины. Из полумелкокристаллический порошок, без за- 30 ченной з а г о т о в к и изготавливают детекпаха, с температурой плавления (85+ е г о тор размером 1000;»250х30 м м > + * С) и содержит в качестве основ* СоВ. 0,?1 УЕСВ, ЭПОС 0,0026 с м ~ \ ного вещества ],3~дифенилбензол (темтеплостойкость по Вика І 0 8 - І Н ) С. пература плавления 1,3-дифенилбензоП р и м е р 3 . Раствор, содержалз 89°С). Содержание примеси может 35 щий 30% п р о д у к т а , выделяемого из о т быть довольно значительным. Единходов, 0 , 1 % РРО и 0,06 РОРОР в М А в М ственное требование к используемой присутствии инициатора (0,005 бензофракции - отсутствие красящих веила) полимеризуют по блочному методу ществ - продуктов осмолення и окисления. В качестве примесей иденти40 между силикатными стеклами (или полированными листами нержавеющей с т а л и ) . фицированы; паратерфенил и изомеры Из полученной заготовки и з г о т а в л и кватерфенила (соответственно 0,1-2 вают детектор размером 1000*250*30 мм. и 0,1-0,3 мас,%). Эти соединения Его С.В В 0,308 УЕСВ, ЭПОС 0,00790 см"/' используются в качестве первичных люминесцирующих добавок в составе 45 теплостойкость по Вика 107-110 С. ПС, т.е. они не являются веществаП р и м е р h. Раствор, содержами, отрицательно влияющими на сцинщий 20% п р о д у к т а , выделяемого из о т тилляционные параметры. ходов, 0,6% РРО и 0,08% РОРОР, в Предлагаемый пластмассовый сцинстеклянных ампулах в инертной атмотиллятор может быть получен блоч50 сфере полимеризуют при 20+2°С с посленой полимеризацией растворов названдующим прогревом при 115-12О й С. ных компонентов в мономере метилмеИз полученной заготовки и з г о т а в такрилате известными способами. ливают детектор размером 500М 00 х Блочную полимеризацию проводят в *20 мм. Его С В . 0,320 УЕСВ, ЭПОС инертной среде в соотретствующих с5 0,0027 см , теплостойкость по Вика , формах (стеклянных ампулах, между 107-110°Ct силикатными стенками с соответстП р и м е р 5 (запредельный). вующими прокладками и т.п.) без Р а с т в о р , содержащий 3% п р о д у к т а , выдеинициатора или в присутствии инил я е м о г о и з о т х о д о в , 1,2% РРО и 0,08% 5 1722158 РОРОР, в присутствии инициатора (О„005^ дициклогексилпероксидикэрбоната) полимеризуют по блочному методу между силикатными с т е к л а м и . Из полученной з а г о т о в к и и з г о т а в ливают" детектор размером 500*100х *20 мм. Его С В . 0 , 2 ^ УЕСВ, ЭПОС 0,0021 см" 1 . П р и м е р 6 (запредельный). Рзстеор,, содержащий 50^ п р о д у к т а , выделяемого из отходов, 0,6% РРО и QfQ6t РОРОР, полимеризовали как у к а зано в примере 5* Изготовлен д е т е к тор размером 500*100X20 мм. С В . 0,275 УЕСВ, ЭПОС 0 , 0 0 7 2 1 , т е п л о с т о й кость по Вика 80-83°С. 8 тиллятора сохраняются в процессе в о з действия температур от - 50°С до 6О°С, в том числе и к воздействию термос ударов. Параметры сцинтиллятора у с т о й чивы к воздействие пониженного и п о • вышенного давления ( 1 0 2 - 1 0 ^ Па) в о з духа и инертнь.х г а з о в , а также в о з действию повышенной влажности 90ю 100% при ^0 С в течение 500 ч . Сцинтилляторы устойчивы к фото- и гаммаоблучению, при дозе 1 0 s Грей, при этом падение с в е т о в о г о выхода с о с т а в ляет 50/< от первоначального значения (у прототипа бП-65%). 15 П р и м е р 7 (запредельный). Раствор, содержащим 20% п р о д у к т а , выделяемого 1 3 отходов, h.d% РРО и 1 20 0,1% РОРОР в метилметакрилате, полимеризовали в стеклянной запаянной ампуле без инициатора в среде азота при 20^2 С до твердого с о с т о яния с последующим прогревом при 25 115°С„ Из полученной з а г о т о в к и и з готавливали детектор диаметром 30 мм и высотой 350 мм; е г о ^ В . 0,231 УЕСВ; ЭПОС 0,0064 см~ ( , Используемые в прототипе вторичные растворители: 1,1-дитолилзтан или 1,1-диксилилэтан требуют создания специального производства, тогда как ВТОРИЧНЫЙ растворитель изобретения выделяется из отходов- Использование отходов производства дифенила не только улучшсзет экологию производства, но позволяет уменьшить стоимость в т о ричного растворителя. Содержание РРО в ПС предлагаемого состава 0 , 1 - 1 , 0 мас.%, что в 1,212 раз меньше, чем в известном. Это также способствует снижению стоимоХарактеристики лстекторов на о с 30 сти и одновременно позволяет у в е нове П , имеющих другие соотношения личить выпуск ПС при прежних объемах названных компонентов, а также з а п р е производства РРО. дельное соотношение, приведены в Предлагаемые ПС найдут широкое п р и табл' \е. менение в Физике высоких энергий Как видно из данных таблицы з а я в - а г (для регистрации ионизирующих и з л у ч е ляемые ПС имеют по сравнению с п р о ний и элементарных частиц) при иссле* тотипом более высокую п р о з р а ч н о с т ь . довании редких и редчайших ядерных Прозрачность заявляемых ПС ( с м . взаимодействий в физике космических табл. п о з . 1 , 2, 3 , ^ s 8, 11) с о с т а в излучений. ляет 0.0025-0,0031 см""1 , по п р о т о т и - 40 пу - 0 , 0 0 ^ - 0 , 0 0 5 ( с м . п о з . 2 ) , что на Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 25-50% выше. При этом сохраняется высокий с в е Пластмассовый сцинтиллятор, вклютовой выход, На некоторых образцах чающий полимерную матрицу - полимесветовыход даже несколько улучшен 45 тилметакрилэт, вторичный раствори(у прототипа 0,275 УЕСВ, по примерам т е л ь , первичную активирующую добав1 , 2, 3, 4 , 8, И - в среднем на ку - 2,5-ДИфенилоксазол и вторичную, 20%), Теплостойкость по Вика заявсмещающую спектр люминесценции д о ляемых образцов 106-112 С по сравнебавку - 1 , ^ - б и с - ( 2 , 5 - д и ^ е н и л о к с а з о нию С 67"7О°С ПО ПРОТОТИПУ, Т . е . Теп- gQ лил) б е н з о л , о т л и ч а ю щ и й лостойкость повышена в среднем на с я т е м , ч т о , с целью повышения і*0°С, прозрачности и теплостойкости при Заявляемые ПС сочетают высокую сохранении с в е т о в о г о выхода, в к а механическую прочность, устойчивость честве вторичного растворителя и с к температурным и климатическим в о з - ,-с пользуют фракцию 1„З-дифенмлбензодействиям, к воздействию фото- и и о ла из отходов производства дифенила низирующего излучения. Предлагаемый с температурой плавления 81-89°С при П не изменяют внешнего вида и параС следующем соотношении компонентов, метров в течение года, Параметры с ц и н ма с . %: 10 1722158 Фракция 1,3-дифенилбензала из отходов производства дифенила 2,$-Дифенилоксазол 10-40 Световой ВЫХОД, УЕСВ Состав, мае.% г 7 а) б) в) г) Д) Нафталин РРО РОРОР Аналог Нафталин РРО РОРОР ДМАЭМА Аналог 2-МД РРО РОРОР Аналог 15,0 1,2 0,0В ДТЭ РРО РОРОР Прототип ДКЭ РРО РОРОР Прототип дифенилоксазолил) бензол Полиметилметакрилат эпос, см-' 5 Уменьшение С В . после обпумения 10 5 Грей, % 4 Прочие показатели 5 0,05-0,08 до 100 Примечания 6 0,225 0,00