Способ получения пластмассового сцинтиллятора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

1095789 А1 (51)5 С . 01 Т 1 /203

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3527821/25 (22) 03.I1 ° 82 (46) 15.01.93. Бюл. Р 2 (72) .В. Б. Битеман, Г.П.Волосюк, b.À.Ãóíäåð; l0.П;Дормидонтов, И.Б.Пет3вва и В.Г.Сенчишин (56) Патент C4IAN 3041287, кл. 252301.2, 1967.

Патент ClllAN 3356661, кл. 260-85.3, 1967.

Атомная энергия, т. 17, вып. 6, с. 497-500.

Atonkernenerpie. В. 28, N 2, i8. 131-134, 1976 °

Петрова И.Б. и др. О процессах тушения в металлсодержащих пластмассовых сцинтилляторах. Сб, "Сцинтилляторы и органические люминофоры, Харьков, 1975, вып. 4, с. 105-110.

Авторское свидетельство СССР H 818287, кл. С 01 Т 1/203, 1979.

Изобретение относится к технике регистрации ионизирующих излучений с помощью пластмассовых сцинтилляторов (ПС) с повышенным средним эффективным атомным номером и может быть использовано в экспериментальных и промышленных установках для регистрации рентгеновских и гамма-лучей малых энергий (20-200 кэВ).

Поглощение сцинтиллятором низкоэнергетического ионизирующего излучения зависит от среднего эффективного атомного номера сцинтиллятора и растет с его увеличением. Для повышения эффективности в состав ПС вво(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТМАССОВОГО СЦИНТИЛЛЯТОРА, основанный на термической радикальной блочной полимеризации винилароматических мономеров, люминесцирующих добавок и металлсодержащих соединений, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения теплостойкости и прозрачности пластмассовых сцинтилляторов к свету собственной люминесценции при. сохранении высокого светового выхода, в исходный состав в качестве металлсодержащих соединений вводят трибу-тилоловокапронат или гексабутилдиоловооксид и полимеризацию осуществляют при 125-135 С.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что трибутилоловокапронат или гексабутилдиоловооксид вводят в концентрации 5-20 ь. дят органические соединения тяжелых элементов. Присутствие этих соединений вызывает тушение люминесценции

IlC, уменьшая их световой выход на

50-603 и, таким образом, снижая эффективность регистрации ионизирующе-, го излучения.

Известны способы получения ПС путем полимеризации растворов органических производных олова, свинца, ртути, висмута и люминесцирующих добавок в винилароматических мономерах.

Известен способ получения сцинтилляторов на основе полистирола, со1095789 держащих 54 тетрафенилсвинца или три-1 фенилвисмута. Введение 53 тетрафенил свинца уменьшает световой выход сцин- тиллятора на 603, а введение 53 триФеиилвисмута - на 853 (везде далее по сравнению со световым выходом сцинтиллятора, изготовленного таким же способом, но без утяжелителя). Известен способ получения сцинтилляторов на основе сополимеров винилтолуола с винильным металлсодержащим соединением.

Этот способ позволяет вводить .большее количество металла в сцинтил- 1ф; лятор. Световой выход сополимера винилтолуола с трифенил-(4-винилфенил)оловом уменьшается на 353.

Известен также способ получения сцинтиллятора путем полимеризации стирола и органических соединений олова, свинца, ртути или висмута типа Не(С НД,„.

В связи с ограниченной растворимостью металлсодержащих соединений в . 25 стироле в состав пластмассового сцинтиллятора этим способом можно ввести не более 10 ь укаэанных соединений, и поэтому не удается достичь эффективного поглощения ионизирующего излуче- щ ния.

Световой выход сцинтилляторов, полученных известным способом, составляет 30 - 803.

Известны способы получения ПС, содержащих 10 ь свинца, световой выход которых уменьшается на 65-70ь.

Известен также способ получения

ПС с повышенным средним эффективным атомным номером путем полимеризации растворов этильных или нафтильных органических производных олова или свинца в стироле.

Полученные сцинтилляторы более 4 эффективно поглощают ионизирующее излучение в области 20-150 кэВ, так как в винилароматических мономерах. можно растворить до 203 этильных или нафтильных производных металлов. Однако они имеют низкий световой выход (30603) .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения металлсодержащих ПС с повышенным средним эффективным атомным номером, основанный на термической радикальной блочной полимеризации винилароматических мономеров 5-203 люминесцирующих добавок и металлсодержащих мономеров при 160+5 C.

B качестве винилароматического мономера использованы стирол или винилтолуол.

В качестве металлсодержащего соединения использованы п-дибромбензол, или трифенил-(4-этилфенил)-олово, или трифенил-(4-этилфенил)-свинец, или п-диодбензол.

В качестве люминесцирующей добавки использованы хорошо растворимые соединения из класса оксазолов: 2,5дифенилоксазол (PPO), 2-(1-нафтил)5-Фенилоксазол (ц(ЯРО) или 2,5-(4-би- фенил)-4-фенилоксазол.

Введение 5-203 люминесцирующей добавки позволяет снизить тушащее действие металлсодержащих соединений и тем самым обеспечивает высокий световой выход сцинтиллятора (см. таблицу).

Этот способ получения металлсодержащих flC является наиболее прогрессивным.

Однако полученные указанным способом ПС содержат большое количество люминесцирующей добавки, что уменьшает температуру, стеклования (см. таблицу) и таким образом снижает устойчивость ПС к различным климатичес" ким условиям в процессе эксплуатации.

Недостатком металлсодержащих ПС, полученных известным способом, является также их низкая прозрачность (см. таблицу), обусловленная высокой концентрацией люминесцирующей добавки, что не позволяет получать сцинтилляторы больших размеров и сложной конфигурации.

При изготовлении ПС известным способом полимеризация может протекать неполностью вследствие большой концентрации добавки, в результате образцы получаются деформированными и недостаточно твердыми.

Целью изобретения является повышение теплостойкости и прозрачности ПС к свету собственной люминесценции при сохранении высокого светового выхода и эффективности поглощения низкоэнергетического ионизирующего излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе., получения ПС.основанном на термической радикальной блоч- ной полимеризации винилароматических мономеров металлсодержащих соедине"

5 I ний и люминесцирующих добавок, в качестве металлсодержащих соединений вводят 5-204 трибутилоловокапроната или гексабутилдиоловооксида и полиме ризацию осуществляют при 125-135 С.

При температуре полимеризации ниже 125 В образцах образуются пузыри, при температуре полимеризации выше

135 С образцы мутнеют ° о

В обоих случаях ПС имеют низкие световой выход и прозрачность (см. таблицу).

Введение в состав ПС менее 53 металлсодержащего соединения не о6еспечивает достаточно эффективное поI глощение рентгеновского и гамма-излучения (см. таблицу).

Вследствие ограниченной растворимости указанных соединений в винилароматических мономерах введение в состав ПС более 204 металлсодержащих соединений приводит к уменьшению све тового выхода и прозрачности ПС вследствие их помутнения (см. таблицу).

Гексабутилдиоловооксид и трибутилоловокапронат известны как стабилизаторы поливинилхлорида. Для изготовления детектора низкоэнергетического рентгеновского и гамма-излучения эти вещества использованы впервые. Эти соединения удачно сочетаются с полимерной основой и слабо тушат люминесценцию ПС., В качестве основы могут быть использованы винилароматические мономеры - стирол, винилтолуол, винилксилол.

В качестве первичной люминесцирующей добавки может быть использована любая добавка, применяемая в ПС: п-. терфенил (TP), или РРО, или 2-фенил5-(4-бифенил)-оксадиазол-1,3(РВД), или (gmO).

В качестве вторичной люминесцирующей добавки может быть использована любая добавка, применяемая для этих целей: 1,4-ди-(2,5-фенилоксазолил)-бензол (POPOP), или тетрафенилбутадиен, или 1,3,5-62-трифенилпиразолин (ТРДДФ).

Получают ПС путем термической блочной радикальной полимеризации при

130+5 С с выдержкой при этой температуре в течение 72 ч, последующим снижением температуры со скоростью

Как видно из приведенных данных,.

4О ПС полученные предлагаемым способом, сохраняя эффективное поглощение гамма-лучей и высокий световой выход, имеют более высокую температуру стеклования (на 40-603) и более прозрач,45 ны (в 2-2,5 раза).

Более .высокая теплостойкость ПС позволит значительно расширить область применения детекторов гамма" и рентгеновского излучения, используемых в ядерных и космических исследованиях. Высокая прозрачность дает возможность изготавливать детекторы . различных разиеров и сложной конфи.гурации.

Предлагаемый способ является более технологичным.

095789 6

5 C/и до 80 С и охлаждением до комнатной температуры, П риме р 1. В ампулу из тер5 мостойкого стекла загружают 203 гексабутилдиоповооксида, 0,23 РОРОР, 23

TP и заливают 87,8i свежеперегнанного стирола. Содержимое ампулы продувают азотом в течение 5 мин ° Затем ампулу

1р запаивают и помецают в термостат, где выдерживают 72 ч при 130 С. Для снятия напряжений, развивающихся в блоке, проводят отжиг со скоростью 5 C/÷ до 80 С. Ампулу разбивают и помещают

15 в выключенный термостат для самоохлаждения до комнатной температуры.

Затем образец освобождают от остатков стекла, шлифуют и полируют.

Получают образец диаметром 16 мм и высотой 10 им, относительный световой выход 853, поглощение гамма-лучей с энергией 60 кэВ составляет

3504 по отношению к эталону и 1603 по отношению к ПС прототипа, темпе25 ратура стеклования составляет 1003 по отношению к эталону и 1603 по отношению к RC прототипа, прозрачность уменьшается в 3,8 раза по отношению к эталону и увеличивается в 1,7 раза

30 по отношению к ПС прототипа (см. таблицу, и. 3).

Пример ы 2 - 10. Процесс осуществляют, как в примере 1. Полученные данные приведены в таблице.

Кроме специальнО ОГОВОренных случаев получают образец диаметром 16 мм и высотой 10 мм. 1095789

«»«)»

Поглощение гамма -лучей с энергией

60 кэВ)3

Температура стеклования, С

Световой выход, Ф

Прозрачность см

Состав ПС, Ж

Температура полимеризации, С о

Номер примера

100 О, 013 10

100 0,085 22

»»»

3ТР+О 2ФРОРОР

Стирол+2

87,8 стирола+20 РРО+

+0,2 POPOP+10. трифенил-(4-этилфенил)- -> олова

Эталон

Прототип

160+5

83 0 050 35

130

88,3 стирол+2 ТР+

+0,2 РОРОР+20 гексабутилдиоловооксида

Стирол+1,5ФРРО+0,23

РОРОР+103 трибутилоловокапроната

93,4 винилтолуола +

+ 1,5 РВД + 0,1 ТРд +

+5 гексабутилдиоловооксида

82,8 стирола+2р(ЯРО+0,2

POPOP+15 трибутилоловокапроната

78,3 винилксилола+1,5

РВД+0,2 РОРОР+20 гексабутилдиоловооксида

82,8 стирола+2 ТР+0,2

POPOP+15 гексабутилдиоловооксида

72,8 .стирола+2 ТР+0,2

POPOP+23 трибутилоловокапроната

97,3 стирола+1,5 РВД+

+0,2 POPOP+3 гексабутилдиоловооксида

87,8 стирола+2 ТР+0,2

РОРОР+10 трибутилоловокапроната

88,3 стирола+1,5 РРО+

+0,1 ТР з+1О трибутил-. оловокапроната

90 0,032 22

125

I20 0,013

135

96, 0,040 50

7.0

130

100 0,050 35

130

130

90 0,040 50

130

50 0,092

130

100

130

70 0,090

120

40 0,085

140

* Образец диаметром 40 мм и высотой 20 мм.

Редактор Т.карганова Техред И.Иоргентал Корректор С..Юско

Заказ 1085 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101