低透射性辐射线检测塑料闪烁光纤

摘要

提供能检测低透射性的辐射线的塑料闪烁光纤。本发明一方式的塑料闪烁光纤包含塑料光纤，其具备：芯(1)，其含有1种以上的荧光剂；包层(2)，其具有低于设置于中心部的芯(1)的折射率；和，最外层(3)，其覆盖包层(2)的外周面。最外层(3)含有：产生闪烁光的基材、和将该闪烁光向长波长侧转换的1种以上的荧光剂。

说明书

技术领域

本发明涉及塑料闪烁光纤，特别是涉及适合于检测低透射性的辐射线的塑料闪烁光纤。

背景技术

塑料闪烁光纤(PSF：Plastic Scintillating Fiber)是在作为闪烁体的芯的外周面覆盖有折射率低于芯的包层的塑料纤维，主要被用于辐射线检测。通常，芯是例如由在聚苯乙烯、聚乙烯甲苯等具有芳香环的基材中添加有有机系荧光剂的高分子材料构成的。包层是例如由聚甲基丙烯酸甲酯、含氟的聚甲基丙烯酸甲酯等低折射率高分子材料构成的。

对使用了闪烁光纤的辐射线检测的原理进行说明。具有如下特征：闪烁光纤的芯基材具有芳香环，所照射的辐射线如果横贯闪烁光纤，则通过芯内的二次颗粒等的再辐射等来吸收能量的一部分，以紫外线的形式释放。如果未在芯基材中添加荧光剂，则该紫外线被芯基材本身自吸收，无法在芯内传播而消失。

在闪烁光纤中，该紫外线被芯基材中添加的荧光剂吸收，再释放更长波长的光。因此，通过选择适当的荧光剂，不易被芯基材自吸收，例如转换为蓝色等长波长的光，可以使其在纤维内传播。在纤维内传播的光在与一端或两端连接的检测器中被检测到。

如此，闪烁光纤兼具辐射线检测和光传输这2个功能，在算出辐射线的通过位置的用途等中使用。这种闪烁光纤中，如专利文献1-3中公开所示的那样，如何将自芯释放的紫外光高效率地波长转换为长波长、是否进行长距离传输是重要的。

此处，专利文献1中公开了一种通过在包层的外侧设置反射层，从而效率良好地进行长距离传输的方法。

专利文献2中公开了一种在包层中添加荧光剂的方法，其目的是防止检测到来自相邻纤维的发光的被称为串扰的现象。

专利文献3中公开了一种控制芯、包层的直径的方法，其目的是防止在高射线量场中检测到多重辐射线。

专利文献4中公开了如下方法：通过控制芯中荧光剂的浓度，从而防止辐射线的横贯位置所导致的发光量的降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-129304号公报

专利文献2：日本特开2000-137122号公报

专利文献3：国际公开第2018/043383号

专利文献4：国际公开第2018/110536号

发明内容

发明要解决的问题

本发明人等对闪烁光纤发现了以下的问题。

专利文献1-4中公开的现有型的塑料闪烁光纤中，检测通过到达芯的辐射线而产生的闪烁光。

然而，以氚的β射线为代表的一部分辐射线对物质的透射性显著低。这种低透射性的辐射线的情况下，凭借以往型的塑料闪烁光纤，辐射线无法到达芯。因此，存在芯中不产生闪烁光、无法检测到辐射线这样的问题。

本发明的目的在于，提供：能检测低透射性的辐射线的塑料闪烁光纤。

用于解决问题的方案

本发明的一方式的塑料闪烁光纤为包含塑料光纤的塑料闪烁光纤，

其具备：

芯，其含有1种以上的荧光剂；

包层，其具有低于设置于中心部的前述芯的折射率；和，

最外层，其覆盖前述包层的外周面，

前述最外层含有：产生闪烁光的基材、和将该闪烁光向长波长侧转换的1种以上的荧光剂。

前述芯中所含的荧光剂可以将在前述最外层中产生的光进一步向长波长侧转换。在低透射性的辐射线消失前，可以转换为难以被芯基材自吸收的更长波长的发光。

前述包层可以具有多包层结构，所述多包层结构包含：内包层、和覆盖前述内包层的外周面、且具有低于前述内包层的折射率的外包层。

前述芯中所含的荧光剂可以将紫外光波长转换为蓝色光。或者，前述芯中所含的荧光剂可以将蓝色光波长转换为绿色光。蓝色光和绿色光是闪烁的检测器中被认为检测灵敏度良好的波长域。

发明的效果

根据本发明，可以提供能检测低透射性的辐射线的塑料闪烁光纤。

附图说明

图1为实施方式1的塑料闪烁光纤的剖视图。

图2为比较例的塑料闪烁光纤的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1为实施方式1的塑料闪烁光纤的剖视图。

如图1所示，本实施方式的塑料闪烁光纤为具备设置于中心部的芯1、覆盖芯1的外周面的包层2和覆盖包层2的外周面的最外层3的塑料光纤。

此处，图2为比较例的塑料闪烁光纤的剖视图，且为对应于图1的图。如图2所示，比较例的塑料闪烁光纤具备设置于中心部的芯1、和覆盖芯1的外周面的包层2，不具备最外层3。

芯1和最外层3含有1种以上的将源自辐射线的发光进一步向长波长侧转换的荧光剂。作为荧光剂，例如可以使用：将紫外光波长转换为蓝色光的荧光剂；将蓝色光波长转换为绿色光的荧光剂。

包层2具有低于芯1的折射率。此处，包层2可以具有多包层结构，所述多包层结构包含：内包层、和覆盖内包层的外周面、且具有低于内包层的折射率的外包层。

本实施方式的塑料闪烁光纤中，最外层3含有：对辐射线具有闪烁性的基材、和将该闪烁光向长波长侧转换的荧光剂。因此，即使为低透射性的辐射线也可以检测到。

参照图1、2，以下对其原理进行说明。

首先，图2所示的比较例的塑料闪烁光纤中，低透射性的辐射线的情况下，辐射线无法到达芯1。因此，不产生源自辐射线的闪烁光，由此，检测器也检测不到任何。

接着，图1所示的本实施方式的塑料闪烁光纤中，纤维的最外层3的基材具有芳香环，吸收辐射线，释放长波长的紫外线。所释放的紫外线通过最外层3中所含的荧光剂被转换为长波长的光。如此，将低透射性的辐射线转换为纤维内不易被自吸收的长波长的光，可以到达直至芯1。

最外层3中产生的光隔着包层2到达芯1。到达芯1的光通过芯1中所含的荧光剂进一步被转换为长波长的光。其一部分根据芯1与包层2的折射率差而在两者的界面处发生全反射，被限制在芯1内并进行传播。在芯1内传播的光在与一端或两端连接的检测器中被检测到。因此，即使为低透射性的辐射线也可以用检测器检测到。

[原材料]

＜芯基材＞

塑料闪烁光纤的芯1中使用的原材料只要为透明就没有限制。其中适合的是，以甲基丙烯酸甲酯为代表的甲基丙烯酸酯单体组、以丙烯酸甲酯为代表的丙烯酸酯单体组和以苯乙烯为代表的具有乙烯基的芳香族单体组中的任意者所形成的共聚物。其中，优选具有乙烯基的芳香族单体所形成的共聚物。共聚中使用的单体物质只要为2种以上就没有限制。

＜包覆基材＞

塑料闪烁光纤的包层2中使用的原材料只要为比形成芯的材料还低折射率、且为透明就没有限制。其中适合的是，将以甲基丙烯酸甲酯为代表的甲基丙烯酸酯单体组和甲基丙烯酸全氟烷基酯等氟化单体组、以丙烯酸甲酯为代表的丙烯酸酯单体组和丙烯酸全氟烷基酯等氟化单体组中的任意者作为原料的聚合物或共聚物。

＜最外层基材＞

塑料闪烁光纤的最外层3中使用的原材料只要为透明、且吸收辐射线而释放紫外线就没有限制。其中适合的是，以甲基丙烯酸甲酯为代表的甲基丙烯酸酯单体组、以丙烯酸甲酯为代表的丙烯酸酯单体组和以苯乙烯为代表的具有乙烯基的芳香族单体组中的任意者所形成的共聚物。其中，优选具有乙烯基的芳香族单体所形成的共聚物。共聚中使用的单体物质只要为2种以上就没有限制。

这些单体组通过热或光照射而容易地得到聚合物或共聚物，因此，有可以形成精密的组成分布、且操作容易的优点。聚合时，可以加入有机过氧化物或偶氮化合物作为聚合引发剂。作为代表性的有机过氧化物，可以举出1,1,3,3-四甲基丁基过氧化-2-乙基己酸酯、正丁基-4,4-双(叔丁基过氧化)戊酸酯、1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷等，但只要通过热或光照射而生成自由基就没有特别限制。

而且，为了调整分子量，可以添加硫醇作为链转移剂。作为代表性的硫醇，有辛硫醇，但只要具有R-SH(此处R表示有机基团)的结构就没有特别限制。

＜荧光剂＞

荧光剂可以从具备具有多个芳香环、且能共振的结构者中选择。作为代表性的荧光剂，可以举出2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯)-1,3,4-噁二唑(b-PBD)、2-(4-联苯)-5-苯基-1,3,4-噁二唑(PBD)、对三联苯(PTP)、对联四苯(PQP)、2,5-二苯基噁唑(PPO)、4,4’-双-(2,5-二甲基苯乙烯基)-联苯(BDB)、2,5-双-(5-叔丁基-苯并噁唑基)噻吩(BBOT)、1,4-双-(2-(5-苯基噁唑基))苯(POPOP)、1,4-双-(4-甲基-5-苯基-2-噁唑基)苯(DMPOPOP)、1,4-二苯基-1,3-丁二烯(DPB)、1,6-二苯基-1,3,5-己三烯(DPH)、1-苯基-3-(2,4,6-三甲基苯基)-2-吡唑啉(PMP)、3-羟基黄酮(3HF)等。它们可以单独使用，也可以混合多个荧光剂而使用。具有辐射线发光性的荧光剂优选为可溶于聚合性单体和构成芯、最外层的聚合物者。

＜第一荧光剂＞

荧光剂的作用之一是，对于吸收了辐射线的基材所发出的紫外荧光进行吸收，转换为更长波长的光并释放。因此，最外层3中所含的荧光剂期望在最外层的基材的发光波长附近具有光吸收。作为这些荧光剂的例子，可以举出上述荧光剂中的b-PBD、PTP、PQP等。将它们方便起见称为第一荧光剂。第一荧光剂优选吸收250～350nm的波长的光，优选释放300～400nm的波长的光。

＜第二荧光剂＞

第一荧光剂的发光波长大多情况下通常低于检测器的最佳受光灵敏度的430nm附近，因此，优选进一步向长波长转换，加入由将第一荧光剂所发出的光转换为更长波长的光的荧光剂。将它们方便起见称为第二荧光剂。例如使最外层3中含有第一荧光剂、芯1中含有第二荧光剂。

作为第二荧光剂的例子，可以举出上述荧光剂中的BBOT、BDB、POPOP等。第二荧光剂优选吸收300～400nm的波长的光，优选释放350～600nm的波长的光。根据想要释放的波长，第二荧光剂可以单独使用，也可以混合多个荧光剂而使用。使用多个荧光剂的情况下，可以分成最外层3和芯1而含有。

[线径和制造方法]

本发明的塑料闪烁光纤的外径例如为0.1～3mm。最外层/包层/芯/包层/最外层的直径方向上的层厚度比例如为1/1/96/1/1～10/10/60/10/10。如上述，包层可以为折射率彼此不同的多个层所形成的多包层。

本发明的塑料闪烁光纤例如可以基于专利文献3中记载的制造方法而制造。

本发明不限定于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内可以适宜变更。

本申请要求基于2019年1月10日申请的日本申请特愿2019-002289的优先权，将其公开的全部引入至此。

附图标记说明

1 芯

2 包层

3 最外层。