塑料闪烁光纤及其制造方法技术

一种能够检测中子束且生产率优良的塑料闪烁光纤。本发明专利技术的一个方式的塑料闪烁光纤具备：含有塑料材料的最外周层(1)，所述塑料材料含有包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物且通过照射中子束而发出闪烁光；设置在最外周层(1)的内部且含有吸收闪烁光并波长转换至长波长的至少一种荧光体的高折射率的纤芯(2)；以及包覆纤芯(2)的外周面并且具有比纤芯(2)低的折射率的包层(3)。含有纤芯(2)和包层(3)的波长转换光纤与包覆该波长转换光纤的外周面的最外周层(1)一体形成。外周面的最外周层(1)一体形成。外周面的最外周层(1)一体形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】塑料闪烁光纤及其制造方法


[0001]本专利技术涉及塑料闪烁光纤及其制造方法。

技术介绍

[0002]现有的塑料闪烁光纤(PSF：Plastic Scintillating Fiber)是在作为闪烁体的纤芯的外周面被折射率低于纤芯的包层覆盖的塑料光纤，主要用于放射线检测。通常，纤芯由在例如聚苯乙烯、聚乙烯基甲苯等具有芳香环的基材中添加有机系荧光体而得到的高分子材料构成。包层由例如聚甲基丙烯酸甲酯、含氟的聚甲基丙烯酸甲酯等低折射率高分子材料构成。
[0003]对使用塑料闪烁光纤的放射线检测的原理进行说明。闪烁光纤的纤芯基材具有芳香环，具有如下特征：所照射的放射线从闪烁光纤横穿时，通过在纤芯内的次级粒子的再放射等而吸收部分能量，并以紫外线形式放出。如果纤芯基材中没有添加荧光体，则该紫外线被纤芯基材本身自吸收，不进行传输而是消失在纤芯内。
[0004]塑料闪烁光纤中，该紫外线被纤芯基材中添加的荧光体吸收，再放出波长更长的光。因此，通过选择适当的荧光体，从而转换为不易被纤芯基材自吸收的例如蓝色等长波长的光并在光纤内传输。在光纤内传输的光在连接于一端或两端的检测器中被检测。
[0005]这样，闪烁光纤兼具基于放射线检测的发光和光传输这两种功能，在计算放射线的通过位置、通过量的用途等中使用。对于这样的闪烁光纤而言，重要的是如何将由纤芯放出的紫外光高效率地波长转换至长波长并进行长距离传输。
[0006]另一方面，通常与闪烁光纤一起使用的是塑料波长转换光纤(WLSF：Wavelength Shifting Fiber)。波长转换光纤例如与发出蓝色光的塑料闪烁体等组合使用。在板状或棒状的塑料闪烁体上设置槽、孔，埋入吸收蓝色光并转换为绿色光的波长转换光纤。
[0007]对于大型且大面积的检测器而言，存在由于光衰减、空间制约而难以从各个闪烁体光传输至远处的外部的光电检测器(例如光电增倍管等)的情况。这种情况下，优选使用细、容易弯曲、能够进行长距离传输的波长转换光纤。可以自由地配置多根波长转换光纤，直至外部的光电检测器为止。
[0008]波长转换光纤的纤芯由聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂构成，且溶解有波长转换用荧光体。波长转换光纤通过纤芯内的荧光体来吸收从外部的闪烁体入射的闪烁光并高效地进行波长转换，同时在光纤内进行传输。作为与波长转换光纤组合的闪烁体，不限于塑料闪烁体，可使用对中子等高度敏感的无机闪烁体等。
[0009]这样，利用波长转换光纤能够简便地聚集由大面积或长尺寸的闪烁体、用于中子检测等的特殊闪烁体发出的闪烁光。另外，利用波长转换光纤，能够传输在纤芯中进行了波长转换的光并自由地连接至光电检测器。
[0010]在此，中子束的检测在仅由塑料构成的塑料闪烁体的情况下灵敏度低、难以进行，因此例如使用无机闪烁体。作为无机闪烁体，已知专利文献1中公开的无机闪烁体、LiF/ZnS：Ag、LiI：Eu
2+
、LiBaF3：Ce
3+
、LiCaAlF6：Ce
3+
、Li2B4O7：Cu
+
等多种。
[0011]但是，无机闪烁体的衰减长度为数毫米，透明性不高，不能长距离传输发射光(即，闪烁光)。另外，由于还存在晶体尺寸的制约，难以利用无机闪烁体光传输至光电检测器。
[0012]另外，如专利文献2、3等公开的那样，使将无机闪烁体粉碎而得的微粒分散于透明树脂而成的片被开发用于中子的检测。这样的片中，无机闪烁体与透明树脂的折射率差较大，不能确保透明性，通过片自身无法高效地光传输至光电检测器。
[0013]因此，专利文献2、3、4等中，使波长转换光纤沿着闪烁体的端面、表面，通过波长转换光纤光传输至光电检测器。通过使用波长转换光纤，能够使检测光更长距离地传输。
[0014]在此，专利文献2、3、4中，特别是专利文献3公开的图像检测之类的重视空间分辨率的检测中，均多数需要将闪烁体与波长转换光纤组合的后加工。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1：日本特开2012
‑
126854号公报
[0018]专利文献2：国际公开第2015/064588号
[0019]专利文献3：日本特开2011
‑
141239号公报
[0020]专利文献4：日本特开2015
‑
72227号公报

技术实现思路

[0021]专利技术所要解决的问题
[0022]对于现有的塑料闪烁光纤而言，为了使纤芯本身闪烁发光并且光传输至光电检测器，对纤芯要求高的透明性。因此，通过使纤芯含有通过照射中子束而发出闪烁光的材料，不能得到用于检测中子束的塑料闪烁光纤。
[0023]同样地，对于波长转换光纤而言，为了将由外部的闪烁体照射的闪烁光在纤芯中进行波长转换并且进行光传输，也对纤芯要求高的透明性。因此，通过使纤芯含有通过照射中子束而发出闪烁光的材料，不能得到用于检测中子束的塑料闪烁光纤。
[0024]另一方面，对于使用波长转换光纤的现有的闪烁检测器而言，需要将闪烁体与波长转换光纤组合的后加工。进而，在进行图像检测的情况下，需要将闪烁体一个一个地分离并与多根波长转换光纤每一根组合，加工明显变得困难。
[0025]本专利技术是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供能够检测中子束、生产率优良的塑料闪烁光纤。
[0026]用于解决问题的方法
[0027]本专利技术的一个方式的塑料闪烁光纤具备：含有塑料材料的最外周层，所述塑料材料含有包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物且通过照射中子束而发出闪烁光；设置在上述最外周层的内部并且含有吸收上述闪烁光并波长转换至长波长的至少一种荧光体的高折射率的纤芯；以及包覆上述纤芯的外周面并且具有比上述纤芯低的折射率的包层，含有上述纤芯和上述包层的波长转换光纤与包覆该波长转换光纤的外周面的上述最外周层一体形成。
[0028]本专利技术的塑料闪烁光纤中，最外周层含有塑料材料，所述塑料材料含有包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物并且通过照射中子束而发出闪烁光。因此，与通常的塑料闪烁光纤相比，对中子的灵敏度提高。
[0029]照射中子时，中子反应截面积大于氢的锂6、硼10、钆等元素会发出远远多于通常的构成塑料闪烁体的碳、氧、氢等元素的放射线。本专利技术的塑料闪烁光纤中，构成最外周层的塑料材料中产生这样的放射线，通过该放射线而产生闪烁光。通过这样的机制，能够高灵敏度地检测中子束。另外，最外周层不需要纤芯那样的传输光所必需的高透明性，因此可以以高浓度添加上述有机化合物。
[0030]另外，本专利技术的一个方式的塑料闪烁光纤中，从最外周层发出的闪烁光被内部的纤芯吸收，进行波长转换并且进行光传输。因此，能够检测在现有的塑料闪烁光纤的情况下灵敏度低、难以检测的中子束。另外，由于含有纤芯和包层的波长转换光纤与包覆该波长转换光纤的外周面的最外周层一体形成，因此不需要以往必本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种塑料闪烁光纤，其具备：含有塑料材料的最外周层，所述塑料材料含有包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物且通过照射中子束而发出闪烁光；设置在所述最外周层的内部并且含有吸收所述闪烁光并波长转换至长波长的至少一种荧光体的高折射率的纤芯；以及包覆所述纤芯的外周面并且具有比所述纤芯低的折射率的包层，含有所述纤芯和所述包层的波长转换光纤与包覆该波长转换光纤的外周面的所述最外周层一体形成。2.根据权利要求1所述的塑料闪烁光纤，其中，所述最外周层含有吸收所述闪烁光并波长转换至长波长的至少一种荧光体。3.根据权利要求1或2所述的塑料闪烁光纤，其中，所述有机化合物含有锂6。4.根据权利要求1或2所述的塑料闪烁光纤，其中，所述有机化合物含有硼10。5.根据权利要求4所述的塑料闪烁光纤，其中，所述有机化合物为碳硼烷系化合物。6.根据权利要求4或5所述的塑料闪烁光纤，其中，硼在所述有机化合物的分子量中所占的比率为50％以上。7.根据权利要求1或2所述的塑料闪烁光纤，其中，所述有机化合物含有钆。8.根据权利要求1～7中任一项所述的塑料闪烁光纤，其中，所述波长转换光纤与所述最外周层通过拉丝加工而一体形成。9.根据权利要求1～8中任一项所述的塑料闪烁光纤，其中，在所述最外周层的更外侧，一体形成有保护所述最外周层的保护层。10.根据权利要求1～9中任一项所述的塑料闪烁光纤，其中，所述包层具有多包层结构，所述多包...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田胜洋，新治修，
申请(专利权)人：株式会社可乐丽，
类型：发明
国别省市：