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Dokumentenidentifikation DE69018128T2 27.07.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0402035
Titel Stossgeschützter Szintillationsdetektor.
Anmelder Crismatec, S.A., Saint-Pierre Les Nemours, FR
Erfinder Perna, Louis, Elyria, Ohio 44035, US;
Linden, Christopher W., North Ridgeville, Ohio, US;
Mincer, Thomas C., Maple Heights, Ohio 44137, US
Vertreter Herrmann-Trentepohl und Kollegen, 81476 München
DE-Aktenzeichen 69018128
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 31.05.1990
EP-Aktenzeichen 903058998
EP-Offenlegungsdatum 12.12.1990
EP date of grant 29.03.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.1995
IPC-Hauptklasse G01T 1/202
IPC-Nebenklasse G01T 1/20   

Beschreibung[de]
BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Scintillations-Detektoren und im speziellen auf einen Scintillations-Detektor mit einer verbesserten Hauben- und Gehäusestruktur.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Scintillations-Detektoren werden in der Ölindustrie zur Datensammlung in Tiefquellen eingesetzt. Typischerweise wird der Detektor zur Analyse der umgebenden Felslager in ein Bohrloch im Boden abgesenkt. Die Detektoren sind relativ klein im Durchmesser, so daß sie in speziellen Datenaufnahme- Ausrüstungen untergebracht werden können, die in das Bohrloch abgesenkt werden können. Eine allgemein übliche Praxis ist es, während des Bohrens zu messen (MWD). Für MWD-Anwendungen muß der Detektor in der Lage sein, hohen Temperaturen standzuhalten und muß ebenfalls eine hohe Stoßfestigkeit haben.

Seit vielen Jahren werden Quelldaten-Aufnahmedetektoren eingesetzt, die Metallröhren mit relativ kleinem Durchmesser umfassen, oder Gehäuse in denen Sodium-Jodid-Kristalle (oder andere Scintillationskristalle nach Wahl) eingeschlossen oder eingekapselt sind. Das Gehäuse ist an einein Ende durch einen Stöpsel oder eine Kappe sowie an dem anderen Ende durch ein optisches Fenster verschlossen, welches radiationsinduziertem Scintillationslicht erlaubt zur Messung durch eine Lichtaufnahme-Einrichtung, wie z.B. eine Fotovervielfacherröhre, aus dem Detektor auszutreten. Üblicherweise wird eine hermetische Dichtung vorgesehen, um den Kristall und andere interne Teile der Anordnung davor zu schützen beschä.digt zu werden, dadurch daß sie der Umgebung des Detektors ausgesetzt werden. Z.B. sind Sodium-Jodid-Kristalle hoch hygroskopisch und werden leicht beschädigt, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt werden.

Der Kristall in diesen Detektoren des Standes der Technik hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der innere Durchmesser der Röhre, um einen ringförmigen Raum vorzusehen, der mit einem hochreflektierenden Pulver, wie z.B. Aluminiumoxidpulver, gefüllt ist. Das reflektierende Pulver hält den Kristall davon ab sich radial innerhalb des Gehäuses zu bewegen, und dient weiterhin dazu, das Scintillationslicht zurück in den Kristall zu reflektieren, um schließlich aus dem Kristall durch das optische Fenster auszutreten. Üblicherweise ist eine optische Koppelung zwischen dem Ende des Kristalles und dem Fenster vorgesehen, wobei der Kristall durch eine Feder oder andere elastische Einrichtungen in Richtung der optischen Koppelung an dem Fenster vorgespannt ist.

In US-PS 4 158 773 ist ein Scintillationsdetektor offenbart, bei dem, aus Gründen der Stoßabsorbtion, eine Silikon-Gummimuffe zwischen dem Kristall und dem röhrenförmigen Gehäuse angeordnet ist. Die Muffe hat eine Vielzahl von eng angeordneten, sich verjüngenden Vorsprüngen, die sich in Richtung des Kristalles erstrecken und diesen umgreifen, um Stöße abzufedern. Die radial nach innen gerichteten Vorsprünge definieren zwischen sich Räume, die mit Aluminiumoxidpulver gefüllt sind. Die Silikon-Gummizusammenstellung der Muffen kann Aluminiumoxid beinhalten, welches die Gummimuffe in die Lage versetzt, als Lichtreflektor zu funktionieren. In einer alternativen Ausführungsform wird das reflektierende Pulver vermieden und die zylindrische Oberfläche des Kristalles ist stark poliert und umgeben von einer dünnen Umhüllungsschicht oder einem Blatt weinen Papiers oder Plastiks, vorzugsweise weites Teflon (Polytetrafluoroäthylen). Die dünne Umhüllungsschicht ist wiederum von der Stoßabsorbtionsmuffe umgeben.

in der US Pat. -Nr. 4 383 175 ist ein anderer Scintillationsdetektor offenbart. Bei diesem Detektor ist eine Schmierschicht zwischen dem Kristall und einer umgebenden Schicht aus einer lichtreflektierenden Packung, wie z.B. pulverisiertes Aluminiumoxid, angeordnet. Die bevorzugte Schmierschicht wird als dünne Lage Teflon bezeichnet (Polytetraflouroäthylen). Dieser Konstruktion wird nachgesagt, eine reduzierte Reibung zwischen dem Kristall und dem gepacktem Pulver während einer temperaturinduzierten differenzialen Ausdehnung des Kristalles und des Gehäuses vorzusehen.

GB-A-2 198 448 offenbart einen Scintillationsdetektor mit einem Scintillationsteil, z.B. einem Alkali-Metall-Halid-Kristall, und einem Gehäuse, das das Scintillationsteil einkapselt, wobei das Gehäuse ein Lichtübertragungsfenster enthält, das optisch mit dem Scintillationsteil gekoppelt ist, wobei das Gehäuse hermetisch abgedichtet ist und eine Atmosphäre enthält, die im wesentlichen nicht mit dem Scintillationsteil reagiert. Es ist ein Federsystem vorgesehen, um den Kristall gegen die Einrichtung zu drücken, die den Kristall optisch mit dem Lichtübertragungsfenster koppelt. Um die äußere Oberfläche des Scintillationsteiles herum ist ein reflektierendes Medium angeordnet. In einer Ausführungsform ist das reflektierende Medium ein lichtreflektierendes Pulver, wie z.B. Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid, und eine Schmierschicht, wie z.B. ein dünnes Blatt Teflon , kann zwischen der Oberfläche des Scintillationsteiles und dem reflektierenden Medium angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform ist das reflektierende Medium Polytetrafluoroäthylen, insbesondere in der Form einer oder mehrerer Schichten aus Teflon . Das Band ist um die gekrümmten Kristalloberflächen gewickelt, so daß die Bandkanten übereinanderliegen, eine 0,001" (25,4um) Schicht aus Aluminiumfolie bedeckt dies, wobei die Folie ihrerseits durch eine weitere einzelne Schicht aus Teflon bedeckt ist. Eine weitere Schicht aus einem stoßabsorbierenden Material, d.h. einem Pulver, kann vorgesehen sein.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht eine verbesserte Scintillationsdetektorvorrichtung vor. Die Prinzipien der hierin beschriebenen Erfindung können angewendet werden, um einen Scintillationsdetektor vorzusehen, der in der Lage ist, starken Stößen und/oder hohen Temperaturen zu widerstehen.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Scintillationsdetektor einen Scintillationskristall, ein röhrenförmiges Gehäuse, welches den Kristall umgibt, eine Haube aus stoßabsorbierendem Material, die zwischen dem Kristall und dem Gehäuse angeordnet ist und ein reflektierendes Material, das zwischen dem Kristall und der Haube angeordnet ist, wobei der Detektor weiterhin eine hintere Kappe umfaßt, die ein Ende des Gehäuses verschließt, ein optisches Fenster, das das andere Ende verschließt, ein optisches Kopplungsmaterial zwischen dem Fenster und dem Kristall und Vorspannungseinrichtungen, um den Kristall gegen das Fenster zu drücken, wobei das reflektierende Material einen weißen, dünnen, porösen Film umfaßt, wobei der Film mit Hilfe der Haube um den Kristall gepreßt ist, und wobei die Haube mit einer Vielzahl von radial nach außen gerichteten Vorsprüngen zum Eingriff mit der Gehäusewand versehen ist.

Die Vorsprünge definieren zwischen sich Räume, die vorzugsweise nicht mit einer Flüssigkeit oder einem festem Material gefüllt sind, um dadurch ein Kollabieren dieser Räume zuzulassen, wenn der Detektor starken Stoßkräften ausgesetzt ist und um weiterhin einen Raum vorzusehen, in den sich die Haube während einer radialen Ausdehnung des Kristalles bei hohen Temperaturen ausdehnen kann. Bei den Vorsprüngen kann es sich um sich längs oder radial erstreckende Rippen handeln, wobei die Rippen im allgemeinen rechteckig oder dreieckig im Querschnitt sind.

Der Reflektor umgibt die zylindrische Oberfläche des Kristalles und hat vorzugsweise die Form eines dünnen, porösen Blattes aus Polytetrafluoroäthylen (PTFE), das eng um den Kristall gewickelt ist. Die Haube hat vorzugsweise eine im wesentlichen kontinuierliche, zylindrische innere Oberfläche zum Eingriff mit dem dünnen, porösen PTFE-Blatt, um Hochdruckkonzentrationen zu vermeiden, die das dünne, poröse PTFE-Blatt dauerhaft schädigen und es weniger effektiv als Reflektor zurücklassen können. Ein Gehäuse für den Scintillationskristall enthält im allgemeinen an einem Ende eine radial nach innen ragende Lippe, die eine Fensteröffnung definiert. Ein optisches Fenster ist axial zwischen der Lippe und dem Kristall eingeschlossen, der vorzugsweise elastisch durch eine Feder und eine Kissenpolsterungsanordnung gegen die Lippe vorgespannt ist. Die Lippen-Fensterschnittstelle ist durch eine Hochtemperaturlötung hermetisch abgedichet.

Die Erfindung umfaßt das vorgenannte sowie andere Eigenschaften, die im folgenden ausführlich beschrieben und insbesondere in den Ansprüchen herausgestellt werden, wobei die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen gewisse beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Detail zeigen, wobei diese lediglich eine geringe Auswahl der verschiedenen Arten darstellt, in denen die Prinzipien der Erfindung angewendet werden können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:

Fig.1 eine teilweise Längsschnittansicht eines Scintillationsdetektors gemäß der Erfindung;

Fig.2 einen vergrößerten Teil der Fig.1, wobei sie eine Haube mit umlaufenden Rippen sowie umgebende Teile des Detektors zeigt;

Fig.3 eine Ansicht ähnlich der Fig.2, wobei diese jedoch eine alternative Form der umlaufenden Rippen zeigt;

Fig.4 eine radiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Scintillationsdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig.5 einen vergrößerten Teil der Fig.4, wobei dieser eine Haube mit axialen Rippen und umgebenden Teilen des Detektors aus Fig.4 zeigt;

Fig.6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in Fig.5; und

Fig.7 eine Ansicht ähnlich der in Fig.5, wobei diese eine alternative Form von axialen Rippen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In der nunmehr detaillierten Beschreibung bezüglich der Zeichnungen zeigt Fig.1 einen beispielhaften und bevorzugten Scintillationsdetektor 10, gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Detektor 10 umf alt ein Gehäuse 12, das einen Scintillationskristall 14 einkapselt. Der Kristall kann, z.B. ein durch Thallium aktivierter Sodium-Jodid-Kristall sein, wie in der Ausführungsform dargestellt. Der Kristall hat eine zylindrische Oberfläche 16 und ebene Endflächen 18 und 20, wobei deren Flächenfinish sandgestrahlt, poliert, geschliffen, etc. sein kann, um einen gewünschten Oberflächenausgleich zu erhalten.

Das Gehäuse 12 enthält eine röhrenförmige Metallumhüllung 22, die bevorzugt zylindrisch, wie der Kristall in dem vorliegenden Fall ist. Die Umhüllung ist an ihrem hinteren Ende durch eine hintere Kappe 24 verschlossen sowie an ihrem vorderen Ende durch ein optisches Fenster 26. Das optische Fenster sollte aus einem Material hergestellt sein, das Scintillationslicht überträgt, welches von dem Scintillationskristall abgegeben wird. In der dargestellten Ausführungsform besteht das optische Fenster aus Kronglas.

Die Umhüllung 22 und die hintere Kappe 24 sind bevorzugt aus herkömmlichem Edelstahl oder Aluminium. Die hintere Kappe ist mit dem hinteren Ende der Umhüllung durch eine vakuumdichte, periphere Schweißung verbunden. Wie auf der linken Seite in Fig.1 zu sehen, ist die zylindrische Wandung 28 der Umhüllung im Inneren zurückversetzt, so daß ein Schweißflansch 30 gebildet wird, der eine enge Paßtasche, zur Aufnahme der hinteren Kappe, definiert. Die hintere Kappe hat eine ringförmige Nut 34, die sich zu ihrer Außenseite hin öffnet, leicht innerhalb von ihrer Umfangskante beabstandet angeordnet, so daß ein dünner ringförmiger Schweißflansch 36 gebildet wird sowie ein Verbindungsglied 38 mit reduzierter, geringer Dicke. Eine Schweißung wird an den äußeren Ende der sich gegenüberliegenden dünnen Schweißflansche 30, 36 durchgeführt, und die reduzierte Dicke des Verbindungsgliedes 38 reduziert weiterhin die Schweißhitzeleitung weg von den Schweißflanschen, um die Bildung einer gewünschten Schweißung zu erlauben.

Die hintere Kappe 24 und der Kristall 14 haben zwischen sich, gesehen von links nach rechts in Fig.1, eine Feder 40, eine Abstützplatte 42, ein Kissenpolster 44 und einen Endreflektor 46 eingeschlossen. Die Feder 40 oder andere geeignete elastische Vorspannmittel, wirken so, daß der Kristall axial beaufschlagt und gegen das optische Fenster 26 vorgespannt wird, wie es herkömmlicherweise getan wird. Die Feder ist vorzugsweise eine kontinuierlich gewickelte Wellenfeder der Kamm-zu- Kamm-Art. Andere Federn die eingesetzt werden können, umfassen Wellenfedern der Kamm-zu-Niederungs-Art, Spiralfedern, elastische Polster u.ä.

Die Stützplatte 42 bewirkt eine Verteilung der Federkraft über den transversalen Bereich des Kissenpolsters 44, für eine im wesentlichen gleichförmige Aufbringung des Druckes auf die hintere Fläche 18 des Kristalles. Die Federkraft kann in dem Bereich von ungefähr 180 bis 280 psi (1241 - 1931 kPa) liegen und liegt vorzugsweise zwischen 220 und 240 psi (1517 - 1655 kPa).

Die Kissenpolsterung 44 ist aus einem elastischem Material und bevorzugt aus einem Silikongummi (Elastomer) wie z.B. ein Sylgard 186/184 Mischelastomer gemacht, dem ein reflektierendes Material, wie z.B. Aluminimoxidpulver zugesetzt werden kann. Eine bevorzugte Mischung ist, nach Gewicht, zehn Teile Sylgard 186 Basiskunststoff, ein Teil Sylgard 186 Bindemittel, ein Teil Sylgard 184 Basiskunststoff und ein Teil Sylgard 184 Bindemittel. Die Sylgardkunststoffe werden von der Dow Corning Corporation in Midland, Michigan, USA, verkauft. Die Dicke des Kissenpolsters kann sich für die meisten Kristalle konventioneller Größe, deren Durchmesser sich zwischen 0,25 bis 3,0" (6,35 - 76,2mm) und deren Länge sich zwischen 0,5 bis 15" (12,7 - 38Imm) beträgt, zwischen 0,06 bis 0,30" (1,52 - 7,62mm) bewegen. Bevorzugt liegt die Dicke des Kissenpolsters zwischen 0,15 und 020" (3,81 - 5,08mm) und insbesondere bevorzugt zwischen 0,18 und 0,19" (4,57 - 4,83mm).

Die Kissenpolsterung 44 stützt den Endreflektor 46, der durch mindestens ein, bevorzugt zwei Blätter eines weißen, dünnen, porösen PTFE-Materials gebildet ist, ab. Ein bevorzugtes Material ist Tetratex , ein poröser unscintillierter PTFE-Film, der von der Tetratec Corporation in Feasterville, Penn., USA, verkauft wird. Da er porös ist, kann Luft oder Gas aus dem Zwischenraum zwischen dem Reflektorfilm und der Kristallfläche entweichen, um Taschen von eingeschlossener Luft oder Gas zu vermeiden. Solche Taschen von eingeschlossener Luft oder Gas könnten den Reflektor davon abhalten, von der Kissenpolsterung flach gegen die hintere Endfläche 18 des Kristalles gedrückt zu werden, was einen negativen Einfluß auf die Reflektivität an der Reflektor-Kristallschnittstelle haben würde. Es ist zu bedenken, daß die elastische Polsterung mit der hinteren Endfläche des Kristalles übereinstimmt, sollte die hintere Endfläche nicht vollständig flach sein. Das Reflektormaterial ist bevorzugt ein 0,01" (0,254mm) dicker, 1,5 gm/cc-Film, der zumindest einmal um den Kristall gewickelt ist, möglicherweise zwei- oder mehrmals, um jegliches Spiel innerhalb der Umhüllung aufzunehmen, das aus einer Änderung der Toleranzen resultieren kann.

Wie oben beschrieben, drückt die Feder 40 den Kristall 14 elastisch in Richtung des optischen Fensters 26, um eine optische Kopplung über eine Schicht 52 aus geeignetem optischen Kopplungsmaterial aufrecht zu erhalten, welches zwischen der vorderen Endfläche 20 des Kristalles und der Innenfläche des optischen Fensters angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Schicht aus optischen Kopplungsmaterial aus einer Silikongummipolsterung gebildet, die zwischen dem Kristall und dem optischen Fenster eingeschlossen ist. Die Schnittstellenpolsterung 52 ist vorzugsweise vor dem Zusammenbau des Detektors vorgeformt, und ist nicht mit dem Kristall und/oder dem optischen Fenster verbunden, so daß das Resultat eine Nur-Kontakt-Schnittstelle zwischen der Schnittstellenpolsterung und dem Kristall und/oder dem optischen Fenster ist. Ein beispielhaftes Material für die Schnittstellenpolsterung ist die bereits genannte Sylgard 186/184 Silikonelastomermischung, die transparent ist. Die Dicke der Schnittstellenpolsterung kann sich für die meisten Kristalle herkömmlicher Größe, deren Durchmesser sich zwischen 0,25 und 3,0" (6,35 - 76,2mm) und deren Länge sich zwischen 0,5 und 15" (12,7 - 381mm) bewegt, zwischen 0,06 und 0,30" (1,52 - 7,62mm) bewegen. Die Dicke der Schnittstellenpolsterung liegt bevorzugt zwischen 0,10 und 0,20" (2,54 - 5,08mm) und insbesondere bevorzugt zwischen ungefähr 0,18 und 0,19" (4,57 - 4,83mm).

Wie auf der rechten Seite in der Fig.1 zu sehen, wird das optische Fenster 26 durch eine ringförmige Lippe 58 in der Umhüllung 22 an dem vorderen Ende der Umhüllung gehalten. Die Lippe erstreckt sich radial nach innen, ausgehend von der Umhüllungswand 28, und definiert eine Öffnung mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Fensters. Die Lippe hat eine axial nach innen abgeschrägte Oberfläche 60 und das optische Fenster hat eine entsprechend abgeschrägte axial äußere Umfangskantenoberfläche 62, die auf der abgeschrägten Oberfläche 60 sitzt. Die entsprechenden abgeschrägten Oberflächen sind durch eine Hochtemperaturlötung, wie z.B. eine 95/5 oder 95/10 Blei/Zinn-Lötung, hermetisch abgedichtet. Die Lötung trägt auch dazu bei, das Fenster axial gegen ein Herausdrücken zu schützen, obwohl ihre vordergründige Funktion ist, eine Hachtemperaturabdichtung zu bewirken. Wie aus dem vorhergehenden ersichtlich, ist das Fenster axial zwischen der Lippe und dem Kristall eingeschlossen und ist radial durch die Umhüllungswand gehalten. Um ein Benetzen des Glases durch die Lötung zu ermöglichen, sind die Dichtkantenoberflächen des Fensters mit einer metallisierten Beschichtung, wie z.B. Platin, versehen.

Die abgeschrägte Lippenoberfläche 60 kann nach vorne gerichtet in einer zylindrischen Oberfläche 66 mit einem relativ kleinen Durchmesser enden und hinten in einer zylindrischen Oberfläche 68 mit einem relativ größeren Durchmesser. Die zylindrische Oberfläche 68 umgibt den axial inneren Teil des optischen Fensters 26 vorzugsweise eng und erstreckt sich axial nach innen zu einer zylindrischen Oberfläche 70 mit einem etwas größeren Durchmesser, die sich axial zu dem Schweißflansch 30 am hinteren Ende der Umhüllung 22 erstreckt. Die axial innere Fläche des Fensters ist vorzugsweise an der ringförmigen Schulter ausgerichtet, die zwischen den zylindrischen Oberflächen 68 und 70 gebildet ist.

Zwischen dem optischen Fenster 26 und dem Endreflektor 46 ist der Kristall 14 durch eine Schicht 74 aus reflektierendem Material umgeben, welches wiederum durch eine Stoßabsorbtionshaube 76 umgeben ist. Die Schicht 74 aus reflektierendem Material ist vorzugsweise das obengenannte, weiße, dünne, poröse PTFE-Material, welches bei der Tetratec Corporation in Feasterville, Penn., USA, erhältlich ist. Wie bereits oben bemerkt, kann Luft oder Gas, das andernfalls zwischen dem Reflektor und dem Kristall eingeschlossen ist, durch das poröse Reflektormedium entweichen. Der poröse PTFE-Film ist eng um den Kristall gewickelt und ist im allgemeinen selbsthaftend bezüglich der zylindrischen Oberfläche des Kristalls. Die Stoßabsorbtionshaube 76 umgibt die Reflektorschicht 74 und greift vorzugsweise leicht in diese ein, um dazu beizutragen, den PTFE-Reflektorfilm 74 eng an dem Kristall zu halten. Die Haube ist, wie gezeigt, zylindrisch und ist konzentrisch zu sowohl dem Kristall 14 und der Umhüllung 22. Die Haube ist aus elastischem Material gemacht, vorzugsweise aus Silikongummi, wie z.B. ein Sylgard 186/184 Mischelastomer oder insbesondere bevorzugt Sylgard 170 Silikonelastomer, wobei der letztere ein schnellhärtender Silikonelastomer ist. Der Silikonelastomer enthält vorzugsweise keine Füllstoffe, wie z.B. Al&sub2;0&sub3;-Pulver, welches die Leistung verringern kann.

Weiter bezüglich der Fig.2 hat die Haube 76 eine röhrenförmige Wand 78, die einen inneren zylindrischen Oberflächendurchmesser hat, der in den PTFE-Reflektorfilm 74, im wesentlichen entlang der gesamten Länge des Kristalls eingreift. Die Haube hat auch eine Vielzahl von Vorsprüngen 80, die radial nach außen von der röhrenförmigen Wand abstehen, so daß sie mit der inneren Oberfläche 70 der Umhüllungswand in Eingriff stehen. Die Vorsprünge definieren zwischen sich Räume 82 die bevorzugt nicht mit einer Flüssigkeit oder einem festen Material gefüllt sind, wodurch ein Kollabieren dieser Räume möglich ist, wenn der Detektor starken Stoßkräften ausgesetzt ist und um außerdem einen Raum zur Verfügung zu stellen, in den sich die Haube während einer radialen Ausdehnung des Kristalles bei hohen Temperaturen ausdehnen kann.

In den Fig.1 und 2 sind die Vorsprünge 80 in der Form von umlaufend sich erstreckenden Rippen. Wie am besten in Fig.2 zu sehen sind, die ringförmigen Rippen 80 im allgemeinen rechteckig in ihrem Querschnitt und erstrecken sich radial von der Wand 78 über eine Strecke, die ungefähr der Dicke der Wand entspricht. Die radial äußere Oberfläche einer jeden Rippe kann abgerundete Ecken haben, wobei die Breite der Rippen entlang ihrer radialen Höhe im wesentlichen konstant sein kann.

Für Kristalle mit einem Durchmesser von 0,25 bis 3,0" (6,35 - 76,2mm) kann sich die radiale Länge der Rippen zwischen 0,03 bis 0,04" (0,76 - 1,02mm) bewegen. Wobei die axiale Beabstandung der Rippen von Mittelpunkt zu Mittelpunkt sich zwischen 0,04 und 0,24" (1,02 - 6,01mm) bewegen kann. Die axiale Breite der Rippen kann sich von ungefähr 0,03 bis 0,05" (0,76 - 1,27mm) bewegen. Als weitere beispielhafte und bevorzugte Dimensionen kann sich die radiale Dicke der Wand 78 zwischen 0,045 und 0,055" (1,143 - 1,397mm) bewegen; und die absolute radiale Dicke der Haube (Wand und Rippen) kann sich zwischen 0,07 bis 0,1" (1,78 - 2,54mm), insbesondere bevorzugt ungefähr 0,085" (2,16mm) bewegen, insbesondere für einen Kristall mit einem Durchmesser von 1,5" (38,1mm).

Die Form der Rippen 80 kann je nach Wunsch variiert werden. In Fig.3 ist eine weitere Form von ringförmigen Rippen zu sehen, die im wesentlichen dreieckig in ihrem Querschnitt sind, wobei der Scheitelpunkt des Dreieckes die innere Oberfläche 70 der Umhüllungswand 28 berührt. Die Dreiecksform wird bevorzugt, wenn gewünscht wird, die Rippen in einer axialen Mitte-zu-Mitte-Beabstandung anzuordnen, die kleiner als das Doppelte der axialen Dicke der Rippen ist, während die eher rechteckige Form, bei axialen Mitte-zu-Mitte-Beabstandungen zu wünschen ist, die mehr als das Doppelte der axialen Dicke der Rippen betragen. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Querschnittsformen der Rippen können die Rippen in unterschiedlichen Mustern angeordnet sein. Kontinuierliche Rippen, die sich axial, umfangmäßig oder sogar schraubenförmig erstrecken, werden jedoch bevorzugt.

In den Fig.4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Ausführungsform der Fig.4 bis 6 ist identisch mit der Ausführung der Fig.1 und 2, abgesehen von einer anderen Haube 82. Die Haube 82 hat eine röhrenförmige Wand 84, von der aus sich axial oder längs erstreckende Rippen 86 radial nach außen ragen. Die sich axial erstreckenden Rippen 86 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Haube.

Wie in der Ausführungsforin der Fig.1 bis 3 können die Rippen 86 im allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt wie am besten in Fig.5 zu sehen, oder einen im allgemeinen dreiecksförmigen Querschnitt haben, wie durch die Rippen 86' in Fig.7 verdeutlicht. Die Beabstandung und die Dimension der Rippen und der Haubenwand kann im allgemeinen so sein, wie oben in Verbindung mit den Fig.1 bis 3 beschrieben, außer daß die Dicke der Rippen und der Abstand zwischen den Rippen entlang dem Umfang und nicht axial gemessen wird. Die umfangsmäßig eng angeordneten, sich axial erstreckenden, zugespitzten Rippen der Fig.7 sind bevorzugt.

Wieder bezüglich Fig.1, kann der Detektor mit einer zusätzlichen Komponente versehen gesehen werden, die noch nicht beschrieben ist, d.h. mit einem Positionierring 90. Der Positionierring bewirkt, daß die kreisförmige Schnittstellenpolsterung 52 während des Zusammenbaus des Detektors in der unten beschriebenen Art gehalten und zentriert wird. Der Positionierring bildet außerdem eine Fortsetzung der Haube und wirkt als Reflektor, der die optische Schnittstellenpolsterung umgibt. Wie gezeigt, erstreckt sich der Positionierring von dem vorderen Ende der Haube zu dem optischen Fenster 26.

Der Positionierring hat ein axial inneres Endteil 92, welches den Kristall umgibt und ein axial äußeres Endteil 94, das die Schnittstellenpolsterung umgibt. Am Schnittpunkt der inneren Oberflächen des axial äußeren und axial inneren Teiles ist eine Schulter 96 angeordnet, die bewirkt, daß der Positionierring während des Zusammenbaus auf dem Kristall angeordnet ist. Der Positionierring ist aus einem elastischen Material, vorzugsweise einem Silikongummi, wie z.B. Sylgard 184 Silikonelastomer gemacht, dem ungefähr zwei Gewichtsteile Al&sub2;0&sub3;- Pulver zugegeben sind.

Der Detektor kann zusammengebaut werden, indem der Kristall 14 mit dem dünnen Reflektormaterial 74 umwickelt wird, wobei der umwickelte Kristall dann in die Haube 76 eingeführt wird. Der Positionierring 90 und die Schnittstellenpolsterung 52 werden ebenfalls an das vordere Ende des Kristalles gebaut, mit dem Positionierring, der dazu dient, die Schnittstellenpolsterung in korrekter Position an der vorderen Fläche des Kristalles zu halten. Es ist zu bedenken, daß der Positionierring herkömmlicherweise als Schnittstellenform benutzt werden kann, wenn gewünscht ist, die Schnittstelle gegen die vordere Endfläche des Kristalles zu formen.

Die auf diese Weise zusammengebauten Komponenten können dann in die Umhüllung 22, durch deren offenes hinteres Ende, eingeführt werden, wobei das vordere Ende der Umhüllung vorher durch das optische Fenster 26 verschlossen wurde, welches gegen die Lippe 58 an dem vorderen Ende der Umhüllung in Position gelötet wurde. Sodann können der Endreflektor 46, die Kissenpolsterung 44, die Stützplatte 42 und die Feder 40 im hinteren Ende der Umhüllung zusammengebaut werden, woraufhin die hintere Kappe 24 unter Kraftanwendung in Position gebracht wird, indem der Detektor in einer Klemmbefestigung plaziert wird. Die hintere Kappe kann dann mit der Umhüllung verschweißt werden, um den Zusammenbau zu komplettieren. Der Zusammenbauvorgang kann in einer Nitrogenatmosphäre vonstatten gehen oder in einer anderen kontrollierten Umgebung (wie z.B. in einer Trockenbox), was notwendig sein kann, um die Kristalle zu schützen, die stark hygroskopisch sein können.

Aus dem vorher gesagten ist ersichtlich, daß die Erfindung einen Detektor vorsieht, der in der Lage ist hohen Temperaturen und starken Stoßlasten zu widerstehen. Z.B. kann ein Detektor, wie gezeigt und beschrieben, Temperaturen einer Höhe von 160ºC und sogar 200ºC widerstehen sowie Stoßladungen von mehr als 400G und mit einer Höhe von 600G ja sogar 1000G oder höher. Die neuartige Konstruktion des Detektors eignet sich selbst zu einer wirtschaftlichen und leichten Herstellung von Scintillationsdetektoren für industrielle Anwendungen, wie auch für Datenaufnahmeanwendungen in Tiefquellen.

Obwohl die Erfindung bezüglich bevorzugter Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß äquivalente Änderungen und Modifikationen Fachleuten während des Lesens und dem Verstehen dieser Spezifikation in den Sinn kommen werden. Die vorliegende Erfindung schließt alle diese äquivalenten Änderungen und Modifikationen ein.


Anspruch[de]

1. Scintillationsdetektor (10) mit einem Scintillationskristall (14), einem röhrenförmigen Gehäuse (12), das den Kristall umgibt, einer Haube (76) aus einem stoßabsorbierendem Material, welches zwischen dem Kristall und dem Gehäuse angeordnet ist, sowie einem reflektierenden Material (74), welches zwischen dem Kristall und der Haube angeordnet ist, wobei der Detektor weiterhin eine hintere Kappe (24) umfaßt, die ein Ende des Gehäuses schließt, ein optisches Fenster (26) welches das andere Ende verschließt, ein optisches Kopplungsmaterial (52) zwischen dem Fenster und dem Kristall sowie Vorspannmittel (40), um den Kristall gegen das Fenster zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Material einen weißen, dünnen, porösen Film umfaßt, wobei der Film mit Hilfe der Haube um den Kristall gepreßt wird, und dadurch, daß die Haube mit einer Vielzahl von sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen (80) versehen ist.

2. Scintillationsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume (82), die zwischen den Vorsprüngen (80) definiert sind, frei von einer Flüssigkeit oder von festem Material sind.

3. Scintillationsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (80) längliche Rippen einschließen.

4. Scintillationsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (80, 86) im allgemeinen rechteckig im Querschnitt sind.

5. Scintillationsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (80', 86') dreieckig im Querschnitt sind.

6. Scintillationsdetektor nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen transversal beabstandet sind, mit einem Abstand, der kleiner ist als ihre transversale Breite.

7. Scintillationsdetektor nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen transversal beabstandet sind, mit einem Abstand, der größer ist als ihre transversale Breite.

8. Scintillationsdetektor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (86, 86') axial erstrecken.

9. Scintillationsdetektor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (80) entlang dem Umfang erstrecken.

10. Scintillationsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne, porose Film (74) ein PTFE-Film ist.

11. Scintillationsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stoßabsorbierende Material (76) ein schnellhärtendes Silikon ist, das füllerfrei ist.

12. Scintillationsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Kopplungsmaterial zwischen dem Kristall und dem Fenster eine vorgefertigte Polsterung (52) ist, die Positioniermittel umfaßt (90), um sie in Position bezüglich des Kristalles zu halten.

13. Scintillationsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) eine radial nach innen ragende Lippe (58) umfaßt, die am vorderen Ende des Gehäuses eine Öffnung definiert, wobei das Fenster (26) axial zwischen der Lippe und dem Kristall (14) eingeschlossen ist, und daß das Fenster und die Lippe zwischen sich eine Hochtemperaturlötschnittstelle haben.

14. Scintillationsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall (14) hermetisch mit dem Gehäuse (12) abgedichtet ist.

15. Scintillationsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel (40) eine Feder umfassen.







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