DE2129247A1

DE2129247A1 - Zusammensetzung und Verfahren zum Verschieben der Wellenlange des Mediums eines Cerenkov Zahlers

Info

Publication number: DE2129247A1
Application number: DE19712129247
Authority: DE
Inventors: Mark Belmot Mass Hymen jun (V St A)
Original assignee: Pilot Chemicals Inc
Current assignee: Pilot Chemicals Inc
Priority date: 1970-06-12
Filing date: 1971-06-07
Publication date: 1971-12-16
Also published as: GB1355815A; FR2109617A5; IT947053B

Description

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Berlin, den 7. Juni 1971

Pilot Chemicals^ Inc. Watertown, Mass«» USA

Zusammensetzung und Verfahren zum Verschieben der Wellenlänge des Mediums eines Cerenkov-Zählers

Die Erfindung bezieht sich auf Medien für Cerenkov-Zähler und isL insbesondere auf Zusammensetzungen und Verfahren gerichtet, um die in festen Kunststoffmedien mit ihnen eigenen vernachlässigbaren oder leicht löschbaren Szintillationseigensohaften erzeugte Cerenkov-Strahlung auf höhere Wellenlänge zu verschieben.

bisher wurden beispielsweise flüssigen Cerenkov-Zählern und dergleichen Stoffe zur Verschiebung der Wellenlänge von Licht (light shifters) zugesetzt, um durch Umwandeln des gerichteten Cerenkov-Strahlungskegels in eine ungerichtete Strahlung mit höherer Wellenlänge eine Lichtverstärkung herbeizuführen, wie es beispielsweise in "Nuclear Instruments and Materials", Band 70 (1969), Seiten 20 bis 2>t, North-Holland Publishing Company, "A Study OF The Use Of Light Shifting Substances in Cerenkov Radiators Application To A K⁺ Counter", von A. Cosme u.a. beschrieben ist. Lei.d«:r .sind die verwunde tun Subs tan^t-n und

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Mengenverhältnisse und die erforderlichen Strukturen für Zählerfeststoffe nicht geeignet. Viele solcher Peststoffe wurden außerdem als für diese Arbeitsweise unbrauchbar angesehen aufgrund der durch den Feststoff erzeugten, ihm eigenen verschleiernden Szintillationsstrahlung.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist demzufolge die Schaffung neuartiger und verbesserter Zusammensetzungen und Verfahren, um Cerenkov-Zähler auf der Basis von festem Kunststoff für solche Lichtverstärkungswirkungen und weitere Vorteile, zu welchen eine aus der Verwendung von Stoffen zur Verschiebung der Wellenlänge von Licht herrührende wirksamere Lichtdurchlässigkeit gehört, und ohne Verschleierung der Wirkungen durch ihnen eigene Szintillationen geeignet zu machen.

Insbesondere obliegt es der Erfindung, in mehr allgemeiner Weise neuartige Zusammensetzungen für Cerenkov-Zähler anzugeben.

Summarisch umfaßt die Erfindung ein Grundmaterial aus lichtdurchlässigem festen Kunststoff mit ihm eigenen vernachlässigbaren oder leicht löschbaren Szintillationseigenschaften, welches, im ganzen Grundmaterial verteilt, eine vorzugsweise viel weniger als ein Prozent betragende Menge eines Cerenkov-Strahlung von verhältnismäßig niedriger Wellenlänge absorbierenden und verhältnismäßig höhere Wellenlänge reemittierenden die Wellenlänge verschiebenden Materials enthält. Weitere Einzelheiten der Erfindung und ihre Vorteile sind nachstehend erläutert.

Eine besondere Eigenschaft der Erfindung liegt.in der Entdeckung eines ziemlich kritischen und minimalen Prozontsatzbereiehes bestimmter Arten von Stoffen zur Verschiebung der Wellenlänge, die bei festen Kunststoffgrundstoffen zum Erreichen des angestrebten Zieles verwendbar sind, isei Grundstoff en mit vernaohiassigbureu, ihnen eigenen Sziiiti 1 I ations-

BAD ORiGINAL

eigenschaften, wie beispielsweise Acrylpolymeren und -eopolymeren und bestimmten Glasarten, hat sich herausgestellt, daß sich geeignete, am Anfang in das richtige Verhältnis gebrachte Stoffe zur Verschiebung der Wellenlänge in dem ganzen Grundmaterial verteilen lassen, um eine Verschiebung der Wellenlänge der durch das Auftreffen von geladenen Teilchen, wie beispielsweise Zyklotron- oder kosmische Strahlungen, erzeugten Gerenkov-Strahlung aus dem verhältnismäßig niedrigen Wellenlängenbereich , im wesentlichen im Bereich von 2000 bis 3500 A, der Cerenkov-Strahlungen über den nahen Ultraviolettbereich in den Grünbereich im oberen Bereich von 4000 A zu erzielen, in welchem in diesen Grundstoffen eine wirksame Durchlässigkeit für Licht bewirkt wird. Das Verhältnis Szintillationsstrahlung zu Uerenkov-Strahlung ist natürlich überaus wichtig, wobei die zugesetzten Stoffe zur Verschiebung der Wellenlänge einwirken, um die Eigenszintillation zu vermehren, so daß sich die zuzusetzende Menge zum Ermöglichen einer ausreichenden Wellenlängenverschiebung ohne Erzeugung von verschleiernden EigenszintLDationsquanten als ziemlich kritisch herausgestellt hat.

Für Acrylpolymere und -copolymere haben sich schnell zerfallende Phosphor- oder Fluorstoffe zur Verschiebung der Wellenlänge, wie beispielsweise Bis MSB (bis(o-methylstyryl)benzol) und andere, später spezifizierte, in Mengen von weniger als einem Prozent und vorzugsweise im Bereich von im wesentlichen einem Zehntel bis zu Tausendstel eines Prozents (und weniger) zum wirksamen Verschieben der Cerenkov-Strahlung bis in den Bereich von 4000 bis 47OO A ohne Erzeugung einer nennenswerten verschleiernden Eigenszintillation, als hervorragend erwiesen, wobei die Acryle höchst wirksam 'J.iehtdurehlässig sind (Beispielsweise mit einem Schwächungskoeffizient — für ultraviolettes Licht von mehr als iOO cm Material).

Im Gegensatz zu der gerichteten Cerenkov-Strahlung ist das als Sekundärstrahlung abgegebene, reeraittierte Licht von höherer oder verschobener Wellenlänge außerdem ungerichtet. In "nbe-

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tracht des Vorstehenden können Tafeln, gebogene oder gekrümmte oder sonstige. Formen des Grundmaterials einschließlich Rohre, bei freiliegenden Kanten wie bei Peststoff-Szintillatoren geformt oder gebildet werden, so daß auf diese Weise die Verwendung einer Photozelle oder sonstiger Zählanzeigetechniken und -Strukturen an solchen Kanten auch bei diesen Cerenkov-Peststoffzählern ermöglicht wird. Zusätzlich dazu sind in Anbetracht der hohen Lichtleistung der Acryle bei diesen Wellenlängen Tafeln mit viel größerer Länge und Oberfläche als ihre Dicke, zu der selbst eine Länge von etwa 244 cm und mehr gehört, erfolgreich hergestellt worden. Auf diese Weise sind in ihrer Wellenlänge verscho-bene Cerenkov-Feststoffzähler von erheblichen Abmessungen zum ersten Mal geschaffe worden, die mit den bisher bekannten flüssigen und sonstigem vorbeschriebenen Systeme unerreichbare Verwendungsmöglichkeiten bilden.

Wo außerdem als Grundmaterial Kunststoffe mit einer wesentlichen Eigenszintillation, wie beispielsweise Vinyltoluol und sonstige Styrolderivate und dergleichen verwendet werden sollen, hat sich gezeigt, daß die Verwendung eines geringen Bruchteils eines Prozents eines Löschmittels, wie beispielsweise Furfuralazin und andere später erwähnte Stoffe, zusammen mit dem unbedeutenden Prozentsatz an Fluor beim Unterscheiden der in ihrer Wellenlänge verschobenen Cerenkov-Strahlung von der Eigenszintillation hilfreich sein kann.

Im Nachstehenden werden nunmehr so hergestellte Zusammensetzungen in ihren Einzelheiten beschrieben.

Beispiel 1:

Eine Kunststoffgrundmaterialtafel aus Zyklohexylmethacrylat wurde mit BPSB-Fluormaterial zur Verschiebung der Wellenlänge

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(bis(p-iso-propylstyryl)benzol) so kombiniert, daß durch Zyklotronstrahlungen von hoher Energie und durch kosmische Energie erzeugte Cerenkov-Strahlung weit im Bereich von etwa 2000 bis 3500 & bis in den blauen Spektralbereich in der Nähe von 4200 A* verschoben wurde, in welchem der Kunststoff lichtdurchlässig war und übliche Photozellen zum Anzeigen der Lichtstrahlung an der freien Kante der Tafel wirksam benutzt werden konnten. Der Vorgang der Herstellung der Tafel bestand darin, daß zunächst das BPSB-Pluorpulver in einer Menge von etwa 0,025 /i> dem vakuumdestillierten Monomer des Grundmaterials zugesetzt und dieses dann vorzugsweise im Vakuum bei gelegentlichem Schütteln erhitzt wurde, um das Fluorpulver gänzlich zu dispergieren und aufzulösen. Dann wurde das Material über Nacht in gesteuerter Weise auf etwa 90 C erwärmt, worauf es für die Dauer von etwa 2h Stunden weiter auf 120 C erhitzt wurde zum Erzeugen der Polymerisation.

Beispiel 2:

Entsprechende Zyklohexylmethacrylat-Tafein mit entsprechenden Wellenverschiebungseigenschaften wurden gemäß Beispiel i hergestellt mit etwa den gleichen Mengenverhältnissen bei Verwendung von PBD-Fluor (Phenylbiphenyloxadiazol) und seinen Alkylderivaten.

Beispiel 3s

Als Kunststoffgrundmaterial wurde hier Isobutylmethacrylat verwendet, wobei das dispergierte Fluor eine verhältnismäßig große Menge (obwohl nooh weniger als ein Prozent) von etwa 0,25 % Bis MSB (bis(o-methylstyryl)benzol) war. Diesmal wurde die Polymerisation jedooh mit einem geringen Prozentsatz eines tertiären But-ylperoktoat-Katalysators durchgeführt bei einer orsten Erhitzungszeitspanne von etwa 12 Stunden bei 60 C und ßiner weiteren Zeitspanne von 2k Stunden bei etwa 75 C. Es

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zeigte sich, daß die Cerenkov-Strahlung in den Bereich von etwa 4250 A verschoben worden war.

Beispiel 4:

Den Ergebnissen von Beispiel 3 entsprechende Ergebnisse wurden auch mit einem viel kleineren Prozentsatz Bis MSB von etwa 0,025 % erzielt.

Die folgenden weiteren Tafeln wurden ebenfalls in entsprechender Weise hergestellt:

Beispiel 5'·

Grundmaterial - Isobutylmethacrylat Fluorsubstanzen - Verbindung aus Perylen und Tetraphenylbutadien

in einer Gesamtmenge von etwa 0,025 %, Wellenverschiebungsergebnis - hinauf bis etwa 4700 A (blau-grün),

Beispiel 6;

Grundmaterial - Vinyltoluol Fluor - Bis MSB, etwa 0,025 # Löschmittel - geringer Bruchteil eines Prozents Furfuralazin

(zum differentiellen Löschen der Szintillations-

strahlung des Grundmaterials)

Beispiel 7i

Wie Beispiel 6, jedoch mit Benzalazin—Löschmittel in gleichem Mengenverhältnis.

BejLfpiel 8 s Wie Beispiel 6_? jedoch mit Anisalazin-Löschmittel ϊπϊ gleiches Mengenverhältnis_α

9 S

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und Zyklohexylmethacrylat. Fluor - Bis MSB, etwa 0,25 %
Wellenverschiebungsergebnis - hinauf bis etwa 4200 A*.

Beispiel 10:

Grundmaterial — Methylmethacrylat Fluor - Bis MSB, etwa 0,0065 %

Wellenverschiebungsergebnis - hinauf bis etwa 4200 A.

Beispiel 11t

Grundmaterial — Zyklohexylmethacrylat Fluor - DPA (Diphenylanthrazen), etwa 0,16 ^c/o Wellenversehiebungsergebnis - hinauf bis etwa 4300 A.

Weitere in entsprechender Weise verwendete Fluorsubstanzen enthielten POPOP (bis(Phenyloxazolyl)benzol), Dimethyl-POPOP und TPB (Tetraphenylbutadien) und weitere Acrylpolymere und -copolymere.

Weitere Abänderungen liegen für den Fachmann auf der Hand und werden alle als innerhalb des Bereiches der Erfindung liegend angesehen.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

[ 1.JZusammensetzung für das Medium "eines Cerenkov-Zählers auf ^-' der Basis eines lichtdurchlässigen Feststoffes mit ihm eigenen, vernachlässigbaren oder leicht löschbaren Szintillationseigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß sie im gesamten Grundmaterial verteilt eine weniger als im wesentlichen ein Prozent betragende Menge eines verhältnismäßig niedrige Wellenlängen absorbierenden und verhältnismäßig höhere Wellenlängen/reemittierenden, die Wellenlänge des Lichtes verschiebenden Materials enthält.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß die höheren Wellenlängen und die Lichtdurchlässigkeit im Spektralbereich von nahe Ultraviolett bis Grün liegen.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial ein aus der Acrylpolymere und -copolymere sowie Glas umfassenden Gruppe ausgewählter Kunststoff ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wellenlänge verschiebende Material ein Fluor ist.

5. Zusammensetzung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluor aus der Bis MSB, POPOP, Dimethyl-POPOP, TPD, ΓΒϋ, BPSB, DPA, Perylen und ihre Derivate sowie Verbindungen umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial aus Methylmethacrylat und das die Wellenlänge verschiebende Material aus Bis MSB besteht.

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7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge in der Größenordnung von im wesentlichen Hundertsteln bis Tausendsteln eines Prozents liegt.

S. Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größenordnung sich von im wesentlichen 0,025 5» bis 0,0065 % erstreckt.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium in Gestalt einer Tafel mit einer viel größeren Länge und Oberfläche als ihre Dicke geformt und mit einer freien Kante für die Zählanzeige versehen ist.

10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge in der Größenordnung eines Mehrfachen von 30,5 ca liegt.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Szintillations—Löschmaterial zugesetzt ist.

12. Zusammensetzung nach Anspruch 11, daduroh gekennzeichnet, daß das Löschmaterial aus Mindestens einer der Substanzen Furfuralazin, Benzalazin und Anisalazin besteht.

13. Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial aus der Styrol, Vinyltoluol und ihre Derivate umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

Ik, Verfahren, um eine aus lichtdruohlässigem Material mit ihm eigenen, vernaohlässigbaren oder leioht löschbaren Szlntillationseigenschaften bestehende Zusammensetzung naoh Anspruch 1 für das Medium eines Cerenkov-Zählers zum Zählen höherer Wellenlängen geeignet zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gesamten Medium eine weniger als im wesentlichen ein

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Prozent betragende Menge eines die Wellenlänge verschiebenden Materials mit Cerenkov-Strahlung von verhältnismäßig niedriger Wellenlänge absorbierenden und verhältnismäßig höhere Wellenlängen reemittierenden Eigenschaften dispergiert wird,

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des die Wellenlänge verschiebenden Materials auf einen zwischen im wesentlichen Zehnteln und Tausendsteln eines Prozents liegenden Wert eingestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammensetzung ein Bruchteil eines Prozents eines die Scintillation löschenden Materials zugesetzt wird.

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