Пластмасовий сцинтилятор

Изобретение относится к области создания материалов для сцинтилляционной т е х н и к и , а именно к пластмассовым сцинтилляторам. Целью изобретения является уменьшение длительности сцичтилляциоиного импульса и повышение светового выхода/'Быстродействующий пластмассовый сцинтиллятор содержит псли-2,4-ді'метилстирол и лгаминесцирующую добавку 1,А-бис(5-фенилоксазолил-2)бензол в количестве 1,8-7,0 мас.%. Предлагаемый состав пластмассового с^интиллятора имеет длительность сцинтилляционного импульса 0 , 6 - 0 , 6 3 чс и световой иыход 0 , 5 5 - 0 , 5 7 уесв> 1 табл. (21) 4813573/25 (22) 12.04.90 (71) Няучно-nsx изводственнос объ единение "Монокристаллреаюив*1 (72) И.В.Копина, Л.Ш.Афанасиади, Э.А.Гундер, гі.З. Галунов л О.Г.Корнеева (ЬЗ) 6 2 1 . 3 8 7 . ^ 2 4 ( 0 8 8 . 8 ) (56) Каталог *ирмы "Nuclpar FnLe SGS T.inn'tPd, 1977, N 109, c.3. * BJpa>"Kos Н „ Н , , Гундер О,А, Ллуоресцируюіі'ие полимеры. М.: Химия, 1987, с. 183, ГОСТ 2307/-78, Детекторы ионизипующих излучений» Сцинчилляцпонные тепми'Ы. определения и буквенные обозначения. - 01 * 07-79 Авторское свидетельство СССР 2 ь" 5 ^ 0 : 0 / э к л , G 01 Т 1/?03, 19? *. Каталог "Органические люминофоры и люминосиеигнгіе материалы, Черкассы, 1983, с . 7 . Галунов И.З. (к вопросу об измерениях параметров кинематики сцинтмлпяций п нечо-и субнаьосекуилном диапазонах) Методы попучения и иссле дования монокристалпов и сцинтилляD O B [ Харьков, 1980, \* 5 Е с . 1 0 4 - 1 1 0 . Апторссме свигетельство СССР Г 735ПЯ5, чл. G 01 Т 1/203, С со о Нреллп -аемое изобретение относился к "оэданию материалов для сцмнтилляцмонной техники, г. именно к пластмассовым сиинтилляторам ''ПС) с малым роїсвемивания, ' Т, г Сцинтилляторы, обладающие высоким временным разрешением, в технике н а зывают быстродействующими. Такие пластмассовые сцинтиллнторы чепольГТГ рентгеновской и г а М м а - а с т 5 , 1690*78 рономии, при диагностике термояд°рного синтеза, при определении премени жизни позитронов по фронтам нарастания амма-сцинтилляций и в ряде других задач, К быстродействующим пластмассовым сцинтилляторам предъявляется основное ^требование - высокое временное разрешение, дающее возможность максимально точного определения к о ординаты попадания частицы в сцинтиля т о р и возможность работы в условиях больших загрузок. , Основной характеристикой быстроJ5 действующих пластмассовых сцинтиллятов является время высвечивания. Длительность сцинтилляционного импульса (время высвечивания) определяется временем переноса энергии 20 электронного возбуждения от полимерной основы к излучающей добавке и временем жизни возбужденного состояния молекул этой добавки. В ряде ядерно-физических задач необходимоf чтобы сцинтилляционный импульс пластмассового сцинтиллятора обладал минимально возможной длительностью. В других задачах наряду с малой длительностью импульса требуется и как можно более высокий световой сигнал, т . е . возникает требование максимально большой добротности сцинтилляционного импульса, величины равной отношению светового выхода сцинтиллятора к длительности его светового выхода. Известен пластмассовый сцинтиллятор N E - I I I представляющий собой твердый раствор 2 - ( * - б и фенилил) ~5-фенилоксадиазола-1, 3 , * (концентрация *0 г/л) в поливинилтолу оле. Время высвечивания этого сцинтиллятора 1,66 не, световыхол составляет 0,*6 условных единиц светового выхода(уесв). Описан отечественный быстродействующий пластмассовый сцинтиллятор, состоящий из полимерной основы - полистирола и сиеси люминесцирующих добавок: n-терфенил ( 3 - * масД) или 2,5-ДисЬенилоксазол (*-7 мзс.%) и "утяжеляющей" добавки - * , * -дибром-2>5>2!?-тетраметил-п~квинквифенил (2,5 мас.%). Световой выход этого сцинтиллятора 0,23-0,25 уесв, длительность сцинтилляционного импульса 0 3 - 0 , 8 ^ не. К недостаткам описанных быстродействующих пластмассовых сцинтил ляторов 'ПО следует отнести длительное время высвечивания - 0,7*+0,8 і ! не у отечественного пластмассового сцинтиллятора и 1,66 не у зарубежного NE-TIJ. Повременный уровень техники требует сціінтипляторы с временем высвечивания менее 1 не и с высоким световым холом. Спектральные характеристики в указанных составах П лежат в короткоС волновой области спектра (до Л00 нм) . Область же максимальной чувствительности современных обычно применяемых фотоэлектронных умножителей (*ЭУ) лежит далее *Ш0 нм. В связи с этим чрезвычайно важно, чтобы максимум люминесценции вводимых люминисцирующих добавок лежал в видимой области {^>h00 нм) , в области максимальной чувствительности ФЭУ. К недостаткам известного отечественного П следует отнести также и С сложную технологию его получения, 25 включающую использование двух люминесцирующих добавок, причем в весьма" значительных количествах (от ^0 до 70 г/л [k-~J мас.% - первичная люминесцирующая добавка и от 20 до 50 г/л (2-5 мас.%) - "утяжеляющая" люминесцирующая добавка). Это приводит к повышению стоимости пластмассового сцинтиллятора. Эффект быстродействия в этих пластмассовых сцинтилляторах достигается именно за , счет увеличения концентрации люми-несцирующих добавок в полимерной основе. Кроме т о г о , необходимо отметить, что используемая в известном соста,{Q ве пластмассового сцинтилпятора "Утяжеляющая" люминесцирующая добавка k [ , 5-Дибром- 2( ,5 ' і?- 5 , S-T'-iетрэметил-п-квинквиЛенил в технологическом 45 соотношении очень сложна в изготовлении, промышпенностью не выпускается, что делает сам П мало доступС ным . И, наконец, одним из недостатков ,.„ П известного состава является неС высокий световыхол (0,28-0,26 /сев-}, что ограничивает возможности его применения в сциитилля пионних детекторах. Описан отечественный быстродействующий гластмасспзый сцичтиллят ор на основе полистирола, солерлащил n-терфенил (h мас./-) ими ?.,5-дифенилоксадиазол (3 час. -) , в качестве 1690^78 вторичной люминесцирующей добавки 2' ,Ъ f,?-'', 5"-тетраметил-п-гексаЛенил(0,8 мас.%). Максимум люминесценции такой композиции 393 им, длительность ,сцинтилляционного импульса £•= 1,1 не, световой выход составляет 0,31 уесв. Недостатки этого сцинтиллятора следующие: 10 Максимум люминисценции П лежит в С короткой-У ет световой вімчод (поз .6) , Введение 25 30 35 40 45 50 же люминеспирующей лоопвки в количестве менее чем заявляемое значение (1,5 мас,% поз.1) уменьшает и световой выход и урепичивярт длительность сцин т иллрайонного импульса а 1,5 раза. Замена любого из компонентов системы: основы - поли-2,^-гиметилстиоола или люминесцируюцей добавки 1,4-бис(5-фенилоксазолил-2}бензола, каждый из которых обладает своими специфическими особенностями, приведет к получению композиции с новыми временными и сіинтилляционньїми характеристиками. Твердый оаствор 2-(^-бифенил)~5^енилоксадиазола 1,3,^ в поливинилтолуоле (известный состав N T - I l l ) гри концентрации h,0 мас.% вдвое превышающей концентрацию заявляемого П ( 1 , 8 - 2 , 0 мас.%) С характеризуется бопее длительным временем высвечивания { ^ - 3 р а з т ) , чем заявляемый ПС. Сравнение характеристик растворов при одинаковой концентрации люминесцентных добавок различной структуры не правомочно, поскольку СКОРОСТЬ концентрационного тушения для каждой добавки различная и индивидуальна. Оказалось, что у 1,^-бис(5-&енилоксазолил-2) бензола в поли-2,*і-/іиметилстироле сокращение времени свечения с ростом концентрации этой лиминесцирующей добавки происходит быстрее, т . е . при концентрации 2 мас.%, чем для известного раствора 2 - ( ^ - б и фенилил) -5~фенилоксад>.азола-1 ,3 , ^ в поливинилтолуоле с ростом концентрации молекул известной добавки, К преимуществам предлагаемого П С следует отнести и т о , что стоимость предлагаемого сцинтиллячора невелика по сравнению с таковой прототипа и известного составе. Учитывая, что сместитель спектра в прототипе тил-п-квинкэиЛеиил - промышленностью не выпускается, производство еі ~о в лабораторных условиях из-за сложности синтеза и уникальности промежуточных полупродуктов чрезвычайно дорого. Невысокая стоимость предполагаемого состава пластмассевого сцинтиллятора позволяет широко использовать его в различных ядерноФизических экспериментах. Определение временных характеристик было проведено методом счета U > 1690^78 П лежит в области максимальной чувС отдельных Фотонов при ствительности Фотоэлектронного умноуказанных сцинтилляторов электронами жителя. Изобретение позволяет упроот радионуклидов 9 o Y + 9 o Sr. Для повышения томности измерительной простить процесс создания пластмассоцедуры результаты измерений подвервого сцинтиллятора и удешевить его гались математической обработке на стоимость. ЭВМ ЕС-1033. При обработке учитываф о р м у л а и з о б р е т е н и я лось, что в результате измерений получаются кинетические кривые, фор- 10 ма которых определяется не только Пластмассовый сцинтиллятор, вклюформой исследуемого сигнала, а и чающий замещенную полистирольную освлиянием измерительной аппаратуры. нову, активизирующую и смещающую люТочное определение временных параминисцирующие добавки, о т л и ч а метров, описывающих Лорму сцинтилляю щ и й с я тем, что, с целью уменьционной вспышки, возможно лишь при шения длительности сцинтилляционного умете вклада аппаратуры в результаимпульса и повышения светового выхоте измерений. Поэтому значения вреда, в качестве основы использован мен высвечивания сцинтилляторов, поли-2,4-диметилстирол, а в качестве приведенные в примерах и таблице, по- 20 зктизизируїоцей и смещающей спектр люминесцирующей добавки-1 t k,5ис(5-фелучены вследствие обработки резульнилоксазолил-2)бензол при следующем татов измерений, позволившей исклюсоотношении компонентов, мае.%: чить влияние аппаоатуры. Таким образом, заявляемый состав 25 оксазолил-2) пластмассового сцинтиллятора харакбензол теризуется значительно меньшей дли1,8-2,0 Поли-2,*|-леметилтельностью сцинтилляционного импульстирол Остальное до са и более высоким световым выходом. 100,0 Максимум флуоресценции этого состава Состав сцинтиллятора (концентрация, мас.%). ^ макс. люмичесц., Световой выход уесв Время высвечивания £ , НС нм Заявляемый сцинтиллятор 1,4-бис(5~фенилоксазолил-2)~ бензол поли-2,^-диметилстирол-основа 1. 1,5 2. 1,8 3- 1,9 k. 2,0 5. 2,5 Ь. 3,0 Прототип n-терфеяин (З-М или ?,5-дифенилоксэзол (2-5) 390 & ' . ^д б 2 < 5