Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ СЦИНТИЛЛЯТОР
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ СЦИНТИЛЛЯТОР

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ СЦИНТИЛЛЯТОР

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: в качестве основы твердотельного сцинтиллятора используют прозрачный кремниевый аэрогель. Кремниевый аэрогель состоит из зерен SiO2 с диаметром около 4 нм и воздушных пор, средний диаметр которых около 60 нм. В качестве сцинтиллирующей добавки может быть использован РОРОР. Аэрогельный сцинтиллятор благодаря своей низкой плотности может быть использован для исследования частиц малых энергий. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2069372
Класс(ы) патента: G01T1/20
Номер заявки: 5060843/25
Дата подачи заявки: 15.06.1992
Дата публикации: 20.11.1996
Заявитель(и): Объединенный институт ядерных исследований (RU)
Автор(ы): Зрелов Валентин Петрович[RU]; Ружичка Ян[CS]; Файнор Владимир[CS]; Павлович Петр[CS]; Кухта Любомир[CS]; Есенак Карол[CS]
Патентообладатель(и): Объединенный институт ядерных исследований (RU)
Описание изобретения: Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано для регистрации ионизирующего излучения, вызывающего световые вспышки в сцинтилляторе.
Известны кристаллофосфоры (например, ZnS, Csl, NaI), органические кристаллы (например, антрацен, стильбен), растворы пластмасс и др. [1]
Недостатком известных твердотельных сцинтилляторов является высокая плотность их твердотельной основы ρ=4,5÷1,1 г/см3 (Сsl -ρ=4,5 г/см3; раствор р-терфинила в ксилоле с добавкой РОРОР -ρ=1,1 г/см3 (РОРОР-1,4-ди(-2-(5-фенилоксазонол))-бензол), препятствующая при регистрации частиц низких энергий. Поэтому для исследования частиц малых энергий (≅ 0,1 МэВ) и осколков деления ядер в качестве сцинтилляторов необходимо применять инертные газы (например, Хе, Kr, Ar и др.).
Задачей настоящего изобретения является понижение плотности сцинтиллятора. Для этого в качестве твердотельной основы сцинтиллятора выбран кремниевый аэрогель. Как сцинтиллирующую добавку можно использовать, например, РОРОР.
Аэрогели это высокопористые, искусственно созданные, твердотельные материалы, состоящие, в основном, из окисей и воздуха (или другого газа). Кремниевые аэрогели представляют собой смесь SiO2 и воздуха. Впервые были синтезированы еще в 1932 г. [2] однако их широкое применение началось лишь 10-15 лет тому назад после того, как было найдено множество технических применений их уникальным свойствам (таких как низкий показатель преломления n 1,01-1,1; низкая плотность, заполняющая промежуток между газами и концентрированными средами ρ=0,1÷0,5 г/см3; оптическая прозрачность; низкая теплопроводность и др.).
По своей структуре кремниевый аэрогель состоит из зерен SiO2 с диаметром ≈ 4 нм и воздушных пор, средний диаметр которых составляет ≈ 60 нм [3]
В результате частица, пролетающая через эту мелкозернистую структуру, при влете и вылете из многочисленных шариков SiO2 будет излучать оптическое переходное излучение (ОПИ) со сплошным спектром, основная доля которого, благодаря зависимости спектра ~1/λ, приходится на ультрафиолетовую область. Часть ультрафиолетового спектра переходного излучения, переизлученная благодаря сцинтиллирующей добавке в видимую часть спектра, выйдет из аэрогеля и может быть дополнительно использована при регистрации частиц аэрогельным сцинтиллятором.
Кремниевые аэрогели прозрачны для видимой части спектра, и поэтому основное требование к сцинтилляторам прозрачность для собственного излучения в предлагаемом аэрогельном сцинтилляторе выполнено.
На фиг. 1 схематически изображена внутренняя структура кремниевого аэрогеля [3] где: 1 зерна SiO2 нм, 2 воздушные поры нм, 3 регистрируемые частицы (электроны). Пролетая через множество мелких кремниевых шариков, заряженная частица при влете и вылете из шарика испускает оптическое переходное излучение.
На фиг. 2 представлен расчет спектра ОПИ, испускаемого заряженной частей в SiO2 [4] при однократном переходе границы, где d2W/dΩdλ энергия, излучаемая частицей в единицу пространственного угла dΩ на единицу длины волны dλ; q угол наблюдения излучения относительно направления движения частицы. Из рисунка видно, что основная доля испускаемого ОПИ лежит в коротковолновой части спектра.
На фиг. 3 представлены спектральные зависимости поглощения и излучения добавки РОРОР [5] где А молярный коэффициент поглощения излучения (кривая 1), Е коэффициент испускания излучения (кривая 2). Из рисунка видно, что максимум кривой поглощения добавки РОРОР находится в коротковолновой области спектра, ~λ=350 нм, где испускается основная доля ОПИ. Конкретный пример выполнения.
На фиг. 4 представлена схема опыта испытания образца аэрогельного сцинтиллятора аэрогеля с добавкой РОРОР, где 1 аэрогельный сцинтиллятор; 2 ФЭУ; 3 радиоактивный источник Tl20811; 4 коллиматор, Pb; 5 светозащитный кожух; Д дискриминатор; П пересчетное устройство.
Из исходного сырья тетраметоксисилана (СН3O)4Si был сначала приготовлен образец алкогеля. Затем методом сверхкритической сушки, проводимой в автоклаве в заданном режиме температуры и давления, образец алкогеля был превращен в кремниевый аэрогель. После откачки воздуха из автоклава образец аэрогеля был наполнен парами сцинтиллирующей добавки РОРОР. Сцинтиллирующая добавка, внесенная таким способом в аэрогель, составила ≈ 10% от его общей массы.
Образец полученного аэрогельного сцинтиллятора 1 (фиг. 4) был затем помещен в специальную измерительную камеру 5 между коллимированным источником электронов Tl20811-3 и фотокатодом ФЭУ 2. Регистрация сигналов от ФЭУ проводилась стандартным одноканальным спектрометром (STRAHLUNGSMESSGERAT, VEB RFT MESSELEKTRONIK, TYP 20026), содержащим дискриминатор Д и пересчетное устройство П. Скорость счета при этом по сравнению с аэрогелем без сцинтиллирующей добавки возросла примерно в 5 раз.
Испытания изготовленного нами образца аэрогельного сцинтиллятора в сцинтилляционном счетчике, схема которого приведена на фиг. 4, таким образом, подтвердили его пригодность для регистрации электронов, испускаемых радиоактивным источником Tl20811 c энергиями Е < Е макс. (Tl20811) (Емакс. 770 кэВ).
Аэрогельный сцинтиллятор, благодаря своей низкой плотности, пригоден для сцинтилляционных счетчиков, создаваемых для исследований частиц малых энергий. Однако его также можно использовать и в экспериментах физики высоких энергий, в сцинтилляционных счетчиках, входящих в комплексы аппаратуры, где имеется необходимость помещать на пути частиц как можно меньше вещества.
Формула изобретения: 1. Сцинтиллятор, представляющий собой твердотельную основу с сцинтиллирующей добавкой, отличающийся тем, что в качестве основы выбран прозрачный кремниевый аэрогель.
2. Сцинтиллятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве сцинтиллирующей добавки используется РОРОР.