пленочный пластмассовый сцинтиллятор
Классы МПК: | G01T1/203 аморфных (выполненных из пластмасс) C09K11/06 содержащие органические люминесцентные вещества |
Автор(ы): | Сурин Н.М., Некрасов В.В., Кузнецов А.А., Гасанов Д.Р., Дейнеко А.О., Еремеев А.П., Пермяков А.А., Рыжакова Н.В. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-07-08 публикация патента:
27.05.2000 |
Использование: в детекторах для регистрации альфа-частиц, электронов, гамма-квантов и в других устройствах, в которых применяется явление сцинтилляции. Сущность: пленочный пластмассовый сцинтиллятор включает полимерную основу из флуоресцирующего полимера группы поли-n-ксилиленов, активирующую флуоресцирующую добавку - органический люминофор с квантовым выходом флуоресценции не ниже 0,35, молярный коэффициент экстинкции которого на длине волны, соответствующей максимуму интенсивности в спектре флуоресценции основы, не ниже 5000 л
моль-1
см-1. Полимерная основа дополнительно содержит вторичную флуоресцирующую добавку, в качестве которой использован органический люминофор с квантовым выходом флуоресценции не ниже 0,5, молярный коэффициент экстинкции которого на длине волны, соответствующей максимуму интенсивности в спектре флуоресценции активирующей добавки, не ниже 10000 л
моль-1
см-1. Технический результат: улучшение основных сцинтилляционных (энергетический выход, быстродействие) и эксплуатационных (температурный диапазон длительной работоспособности, устойчивость к растворителям, долговременная стабильность) характеристик. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
Формула изобретения
1. Пленочный пластмассовый сцинтиллятор, включающий полимерную основу и активирующую флуоресцирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве полимерной основы использован флуоресцирующий полимер из группы поли-n-ксилиленов, а в качестве активирующей флуоресцирующей добавки - органический люминофор с квантовым выходом флуоресценции не ниже 0,35, молярный коэффициент экстинкции которого на длине волны, соответствующей максимуму интенсивности в спектре флуоресценции полимерной основы, не ниже 5000 л![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8773.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8773.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150128/2150128-6t.gif)
где n - степень полимеризации. 4. Сцинтиллятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве основы использован полимер из группы метилпроизводных поли-n-ксилилена общей формулы
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150128/2150128-7t.gif)
где x = 1 - 4;
n - степень полимеризации. 5. Сцинтиллятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве основы использован полимер из группы цианпроизводных поли-n-ксилилена общей формулы
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150128/2150128-8t.gif)
где x = 1 или 2;
n - степень полимеризации. 6. Сцинтиллятор по пп.3 - 5, отличающийся тем, что в качестве активирующей флуоресцирующей добавки использован органический люминофор из группы, которая включает n-терфенил, n-кватерфенил, 1-фенил-2-(4-бифенилил)этилен, 1,2-ди-(4-бифенилил)этилен, 2,5-дифенилоксазол, 2-фенил-5-(4-бифенилил)-1,3,4-оксадиазол, 2-(4-бифенилил)-5-фенилоксазол, 1,4-дифенилбутадиен-1,3, 1,4-дистирилбензол, пентацен, антантрен, 1,2-бензантрацен.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к сцинтилляционным материалам на полимерных основах, в частности к пленочным пластмассовым сцинтилляторам (ППС) на основе ароматических полимеров, и может быть использовано в детекторах для регистрации:альфа-частиц в диапазоне энергий 2 - 10 МэВ (даже при высокой интенсивности фонового гамма-излучения);
электронов в диапазоне энергий 200 - 1000 кэВ,
низкоэнергетических гамма-квантов в диапазоне энергий 10 - 50 кэВ, а также при изготовлении других устройств, в которых применяется явление сцинтилляции (электро- и рентгено-люминесцентные экраны, электронно-оптические преобразователи и т.п.). Известен пластмассовый сцинтиллятор на основе полистирола, содержащий 2% по массе n-терфенила и 0,1% по массе 1,4-бис(5-фенилоксазолил-2)бензола (РОРОР), который обычно используется в качестве эталонного при сравнении характеристик пластмассовых сцинтилляторов [авторское свидетельство СССР N 172040, кл. G 01 Т 1/203, 1965]. Среди пластмассовых сцинтилляторов именно сцинтилляторы на полистирольной основе имеют наибольший энергетический выход q = 2 - 3% (энергетический выход сцинтиллятора определяется как
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150128/2150128-2t.gif)
где Ehv - полная энергия фотонов сцинтилляционной вспышки; Epart - энергия ионизирующей частицы, поглощенная сцинтиллятором). В рентгеновской и гамма-астрономии, при диагностике термоядерного синтеза, при определении времени жизни позитронов и в ряде других задач широко применяют быстродействующие пластмассовые сцинтилляторы с малым временем высвечивания. Известен быстродействующий пластмассовый сцинтиллятор на замещенной полистирольной основе с длительностью сцинтилляционного импульса
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150073/964.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8773.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150073/964.gif)
невысокий, по сравнению с лучшим органическим сцинтиллятором - кристаллическим антраценом - энергетический выход (для аналогичных пленок антрацена q = 6,5% ["Сцинтилляционный метод в радиометрии", 1961, М.: Атомиздат; J.B. Birks, "Scintillation Counters", McGraw Hill Book Company, New York, NY, 1953]);
недостаточное, для ряда применений, быстродействие (длительность вспышки порядка
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150073/964.gif)
недостаточно широкий температурный интервал длительной работоспособности (от -50oC до +50oC);
недостаточную устойчивость к большинству органических растворителей;
нестабильность оптических и сцинтилляционных характеристик при длительной эксплуатации. Задача, решаемая изобретением, - получение новых пленочных пластмассовых сцинтилляторов с улучшенными основными сцинтилляционными (энергетический выход - q и быстродействие или длительность импульса -
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150073/964.gif)
увеличение энергетического выхода пленочных пластмассовых сцинтилляторов до q = 6,5 - 8,5)%;
сокращение длительности сцинтилляционного импульса пленочных пластмассовых сцинтилляторов до
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150073/964.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8805.gif)
расширении температурного диапазона длительной работоспособности сцинтиллятора до -165 - +120oC (по сравнению с диапазоном длительной работоспособности полистирольных сцинтилляторов -50 - +50oC);
повышении устойчивости пленочных пластмассовых сцинтилляторов к известным растворителям (вплоть до температуры растворителя 150oC);
повышении стабильности сцинтилляционных и оптических характеристик пленочных пластмассовых сцинтилляторов при длительном воздействии на них разнообразных факторов окружающей среды. Для решения поставленной задачи, с достижением указанного технического результата, в пленочном пластмассовом сцинтилляторе, согласно изобретению, в качестве полимерной основы использован полимер из группы поли-n-ксилиленов, обладающий собственной (не примесной) флуоресценцией. В качестве активирующей добавки использован органический люминофор с высоким квантовым выходом флуоресценции (квантовый выход люминофора
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150087/951.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8805.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150087/951.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8805.gif)
Cсм =
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
где Cсм, моль
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
l, см - толщина полимерной основы;
А - оптическая плотность из интервала значений 1
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8805.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8805.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150128/2150128-3t.gif)
где n - степень полимеризации. При этом авторами получен пленочный сцинтиллятор, отвечающий широкому спектру требований, предъявляемых к сцинтилляторам современной техникой ядерного эксперимента. Применение в качестве полимерной основы метилпроизводных поли-n-ксилилена общей формулы:
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150128/2150128-4t.gif)
где x = 1 - 4, а n - степень полимеризации, позволяет получить пленочный сцинтиллятор с несколько большим энергетическим выходом, чем на основе незамещенного поли-n-ксилилена. Применение в качестве полимерной основы цианпроизводных поли-n-ксилилена общей формулы:
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150128/2150128-5t.gif)
где x = 1 или 2, а n - степень полимеризации, также приводит к некоторому увеличению энергетического выхода ППС. Значительное повышение основных сцинтилляционных и эксплуатационных характеристик пленочных пластмассовых сцинтилляторов, полученное в изобретении, достигается как за счет использования уникальной по своим физико-химическим свойствам полимерной основы (поли-n- ксилилен и его производные, см. например [Dr. K.U.Buhler Spezialplaste, Akademie-Verlag Berlin, 1978]), так и за счет применения, в количествах, определяемых формулой изобретения, специально подобранных органических люминофоров (обладающих высоким квантовым выходом флуоресценции, малым временем затухания флуоресценции и другими требуемыми свойствами). Высокий энергетический выход сцинтиллятора достигается:
во-первых, за счет эффективной трансформации энергии ионизирующего излучения в световую, чему способствует более высокий квантовый выход флуоресценции ароматических фрагментов, входящих в состав макромолекул полимеров из группы поли-n-ксилиленов, чем это имеет место для полистирола и его производных;
во-вторых, благодаря применению таких активирующих добавок, спектр поглощения которых имеет максимальный интеграл перекрывания со спектром флуоресценции полимерной основы;
в третьих, благодаря тому, что в качестве активирующих добавок используют такие, которые имеют высокий квантовый выход флуоресценции;
в четвертых, благодаря тому, что оптимальное количество активирующей добавки рассчитывают исходя из условия обеспечения полного поглощения активатором флуоресценции полимерной основы на таком расстоянии, на котором реабсорбция не превышает 10%. Обоснованность применения условия n = (1 - 20)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150091/955.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8773.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8773.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150073/964.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150091/955.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8773.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150026/8773.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150070/949.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150020/183.gif)
![пленочный пластмассовый сцинтиллятор, патент № 2150128](/images/patents/321/2150073/964.gif)
Класс G01T1/203 аморфных (выполненных из пластмасс)
Класс C09K11/06 содержащие органические люминесцентные вещества