CN114600013A - 塑料闪烁光纤及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方式的塑料闪烁光纤具备包含通过照射中子束和重粒子束中的至少一者而发出闪烁光的荧光体的最外周层(1)、设置在最外周层(1)的内部且包含吸收闪烁光并波长转换至长波长的至少一种以上荧光体的纤芯(2)和包覆纤芯(2)的外周面并且具有比纤芯(2)低的折射率的包层(3)。纤芯(2)和包层(3)构成波长转换光纤，与包覆该波长转换光纤的外周面的最外周层(1)一体形成。

Description

塑料闪烁光纤及其制造方法
技术领域
本发明涉及塑料闪烁光纤及其制造方法。
背景技术
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有机系荧光体的高分子材料构成。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。
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。
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。
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、进行长距离传输。
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：WavelengthShifting 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。
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)进行的情况。这种情况下，适当使用细、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。
波长转换光纤的纤芯由聚苯乙烯、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。
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。
在此，中子束、重粒子束(例如α射线等)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、6LiF/ZnS：Ag、LiI：Eu2+、LiBaF3：Ce3+、LiCaAlF6：Ce3+、Li2B4O7：Cu+等多种。
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。
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、重粒子束的检测。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。
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。
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。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-126854号公报
专利文献2：国际公开第2015/064588号
专利文献3：日本特开2011-141239号公报
专利文献4：日本特开2015-72227号公报
发明内容
发明所要解决的问题
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，通过使纤芯包含通过照射中子束、重粒子束而发出闪烁光的材料，不能得到用于检测中子束、重粒子束的塑料闪烁光纤。
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，通过使纤芯包含通过照射中子束、重粒子束而发出闪烁光的材料，不能得到用于检测中子束、重粒子束的塑料闪烁光纤。
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。
本发明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和重粒子束中的至少一者、生产率优良的塑料闪烁光纤。
用于解决问题的方法
本发明的一个方式的塑料闪烁光纤具备包含通过照射中子束和重粒子束中的至少一者而发出闪烁光的材料的最外周层、设置在上述最外周层的内部且包含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，包含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。
本发明的一个方式的塑料闪烁光纤中，随着中子束、重粒子束的照射而在最外周层产生闪烁光，该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、重粒子束。另外，由于包含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，因此不需要以往必需的将闪烁体与波长转换光纤组合的后加工。即，可提供能够检测中子束和重粒子束中的至少一者、生产率优良的塑料闪烁光纤。
上述材料可以为无机荧光体的微粒，上述最外周层可以由分散有上述微粒的透明树脂构成。能够高灵敏度地检测中子束、重粒子束。
另外，上述波长转换光纤和上述最外周层可通过拉丝加工而一体形成。生产率进一步提高。
进而，上述包层可以具有包含内包层和包覆上述内包层的外周面并且具有比上述内包层低的折射率的外包层的多包层结构。全反射角变宽，达到更高的发光。
本发明的一个方式的塑料闪烁光纤的制造方法为具备包含通过照射中子束和重粒子束中的至少一者而发出闪烁光的荧光体的最外周层、设置在上述最外周层的内部且包含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的塑料闪烁光纤的制造方法，其中，具备：向用于上述最外周层的第一圆筒体的内部插入用于上述包层的第二圆筒体、向该第二圆筒体的内部插入用于上述纤芯的棒而制作预制棒的工序；和对上述预制棒进行加热的同时进行拉丝加工的工序。
本发明的一个方式的塑料闪烁光纤的制造方法为具备包含通过照射中子束和重粒子束中的至少一者而发出闪烁光的荧光体的最外周层、设置在上述最外周层的内部且包含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的塑料闪烁光纤的制造方法，其中，在上述包层的表面涂覆上述最外周层。
发明效果
根据本发明，可提供能够检测中子束和重粒子束中的至少一者、生产率优良的塑料闪烁光纤。
附图说明
图1为实施方式1的塑料闪烁光纤的截面图。
图2为实施方式1的变形例的塑料闪烁光纤的截面图。
图3为示出实施方式1的塑料闪烁光纤的制造方法的立体图。
图4为示出实施方式1的闪烁光纤的应用例的立体图。
图5为示出中子荧光体LiCaAlF6：Eu的发光光谱、波长转换荧光体BBOT的吸收和发光光谱的图。
图6为示出无机荧光体ZnS：Ag的发光光谱、波长转换荧光体HOSTASOLE YELLOW 3G的吸收和发光光谱的图。
具体实施方式
以下参照附图对应用本发明的具体实施方式进行详细说明。但是，本发明并不限于以下的实施方式。另外，为了清楚地进行说明，以下的记载和附图适当地进行了简化。
(实施方式1)
＜塑料闪烁光纤的构成＞
参照图1对本发明的实施方式1的塑料闪烁光纤进行说明。图1为实施方式1的塑料闪烁光纤的截面图。
如图1所示，实施方式1的塑料闪烁光纤具备最外周层1、纤芯2、包层3。
最外周层1由包含利用中子束和重粒子束(例如α射线)中的至少一者进行闪烁发光的材料的树脂构成。例如，最外周层1由分散有利用中子束、重粒子束进行闪烁发光的无机荧光体(无机闪烁体)的微粒的透明树脂(透明有机聚合物)构成。
最外周层1只要以闪烁光贯穿包层3并入射至中心部的纤芯2的程度充分地发光且透明即可，虽然不要求高的透明性，但是希望尽可能透明且薄。即使作为闪烁体层的最外周层1的透明性低，但如果负责光传输的中心部的纤芯2具有高的透明性，也能够进行长距离传输。
纤芯2设置在最外周层1的内部，由包含吸收最外周层1中产生的闪烁光并转换至更长波长的至少一种荧光体的高折射率的透明树脂构成。构成纤芯2的透明树脂的折射率优选为1.5以上。
包层3包覆纤芯2的外周面并且由折射率低于纤芯2的透明树脂构成。在此，由纤芯2和包层3构成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。
为了以光纤形式进行长距离传输，包层3的透明性也与纤芯2的透明性同样地重要。为了长距离传输，最外周层1的透明性不那么重要。
为了以光纤形式进行长距离传输，包层3的厚度优选为与传输光从纤芯2渗出到包层3的隐矢波的深度相比足够厚的、3μm至100μm。如果包层3的厚度与渗出到包层3的隐矢波的深度相比足够厚，则包层3和最外周层1的折射率可以相同，进而可以为相同的透明树脂。
作为纤芯2所含的荧光体，期望吸收光谱与最外周层1中产生的闪烁光的波长匹配、并且进行波长转换的荧光光谱尽量远离吸收光谱。进而，为了与光电增倍管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)等光电检测器的波长灵敏度相匹配等，纤芯2可以进一步包含进行波长转换的第二荧光体。需要说明的是，荧光体的详细情况将在后文说明。
实施方式1的塑料闪烁光纤中，随着中子束、重粒子束的照射而在最外周层1中产生闪烁光，该闪烁光被内部的纤芯2吸收，进行波长转换并且进行光传输。因此，能够高灵敏度地检测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、重粒子束。即，实施方式1的塑料闪烁光纤为兼具中子束、重粒子束的闪烁功能和波长转换功能的复合型塑料光纤。
另外，由纤芯2和包层3构成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。因此，不需要以往必需的将闪烁体与波长转换光纤组合的后加工，与以往相比，能够飞跃性地提高生产率，并且还能够降低成本。
＜塑料闪烁光纤的变形例＞
图2为实施方式1的变形例的塑料闪烁光纤的截面图。变形例的塑料闪烁光纤具备包层3作为内包层、进而具备包层4作为外包层。即，包层具有包含内包层(包层3)和外包层(包层4)的多包层结构。包层4包覆包层3的外周面并且由折射率低于包层3的透明树脂构成。
在此，在纤芯2中进行了波长转换的再发射光在纤芯2内在立体角上各向同性地放射。因此，仅基于纤芯2与包层3或包层4的折射率差的全反射角以内的光能够在光纤方向上传输。变形例的塑料闪烁光纤除了具备包层3以外还具备低折射率的包层4，因此与图1的塑料闪烁光纤相比全反射角变宽(数值孔径NA变大)，达到更高的发光。
＜最外周层1的材料＞
作为闪烁体层的最外周层1由包含通过照射中子束和重粒子束(α射线等)中的至少一者而闪烁发光的材料(荧光体)的树脂构成。例如，最外周层1由均匀或不均匀地分散有利用中子束、重粒子束进行闪烁发光的无机荧光体的微粒的透明树脂构成。
构成最外周层1的透明树脂优选为热塑性的，以能够通过加热而细细地拉丝。作为这样的透明树脂，优选为由甲基丙烯酸甲酯等所代表的甲基丙烯酸酯单体组、丙烯酸甲酯所代表的丙烯酸酯单体组和苯乙烯所代表的具有乙烯基的芳香族单体组中的任一种形成的均聚物或共聚物。
从光传输性能的观点出发，构成最外周层1的透明树脂的折射率没有限定，优选接近所分散的无机荧光体的折射率。这是由于，所分散的无机荧光体与作为分散介质的透明树脂的折射率差大时，光散射变大，最外周层1中产生的闪烁光不能有效地到达纤芯2。
作为最外周层1中所含的无机荧光体的微粒，优选使用将无机荧光体晶体粉碎而成的微粒。特别地，若为专利文献1和2记载的无机荧光体，对伽马射线不灵敏，仅利用中子束选择性地发光，因此有时是优选的。
作为一例，最外周层1在透明树脂中分散有1～30质量％的包含锂6且掺杂Eu、利用中子束进行闪烁发光的无机荧光体LiCaAlF6：Eu的微粒。该分散有无机荧光体的微粒的透明树脂可以优选从与纤芯2或包层3、4等相同的树脂中选择。该最外周层1利用中子束而闪烁发出350～400nm的紫外光。
作为最外周层1的另一例，可列举在透明树脂中分散有利用重粒子束(α射线等)进行闪烁发光的无机荧光体ZnS：Ag的微粒的例子。该分散有无机荧光体的微粒的透明树脂也可以优选从与纤芯2或包层3、4等相同的树脂中选择。该最外周层1利用重粒子束发出400～500nm的可见光。
分散在透明树脂中的无机荧光体的粒径优选为0.1～100μm，进一步优选为1～10μm。所分散的无机荧光体的浓度优选为1～50质量％，进一步优选为5～30质量％。浓度过低时，最外周层1的基于中子束、重粒子束的发光效率变差。浓度过高时，变得难以分散于透明树脂、或利用加热的拉丝变得困难。
需要说明的是，所分散的无机荧光体可根据作为检测对象的中子束、重粒子束来适宜选择，不限于上述。另外，无机荧光体的粒径、浓度也可根据检测性能、制造的难易程度等来适宜选择，不限于上述。进而，所分散的透明树脂也可根据分散性、制造容易性等适宜地选择，不限于上述。
＜纤芯2的材料＞
纤芯2所使用的材料只要是透明树脂则没有限制。其中，优选为由甲基丙烯酸甲酯所代表的甲基丙烯酸酯单体组、丙烯酸甲酯所代表的丙烯酸酯单体组和苯乙烯所代表的具有乙烯基的芳香族单体组中的任一者形成的均聚物或共聚物。
其中，由具有乙烯基的芳香族单体形成的聚合物具有高的折射率而优选。纤芯2与包层3的折射率差变大，全反射角变宽。即，能够传输在纤芯2内进行了波长转换的光中更广角的光，因此可得到更高发光的闪烁光纤。
纤芯2中所含的波长转换荧光体为具有芳香环且具有可共振结构的有机荧光体，优选以单分子溶解于纤芯2。作为代表性的荧光体，可列举吸收250～350nm的2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯)-1,3,4-
Figure BDA0003609836840000101
二唑(b-PBD)、2-(4-联苯)-5-苯基-1,3,4-
Figure BDA0003609836840000102
二唑(PBD)、对三联苯(PTP)、对四联苯(PQP)、2,5-二苯基
Figure BDA0003609836840000103
唑(PPO)、1-苯基-3-(2,4,6-三甲基苯基)-2-吡唑啉(PMP)、3-羟基黄酮(3HF)等。
另外，还优选吸收350～400nm的4,4’-双(2,5-二甲基苯乙烯基)-联苯(BDB)、2,5-双(5-叔丁基-苯并
Figure BDA0003609836840000104
唑基)噻吩(BBOT)、1,4-双(2-(5-苯基
Figure BDA0003609836840000105
唑基))苯(POPOP)、1,4-双-(4-甲基-5-苯基-2-
Figure BDA0003609836840000106
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)等。
进而，作为具体例，可列举吸收400～500nm的HOSTASOLE YELLOW 3G、MACROLEXFLUORESCENT YELLOW 10GN、Kayaset Yellow SF-G；吸收500～600nm的LUMOGEN F ORANGE240、LUMOGEN F RED 300等。
为了得到高发光，优选纤芯2中所含的波长转换荧光体的吸收光谱与最外周层1中所含的无机荧光体的发光光谱的重叠多。
上述的波长转换荧光体可以单独使用，也可以将多种波长转换荧光体组合使用。各波长转换荧光体优选量子收率高、吸收光谱与发光光谱的重叠少(斯托克斯位移大)。作为塑料光纤的特性，波长越长则可见光的传输损失越小，因此优选以更长波长发光的波长转换荧光体，也可以适宜地将两种以上组合使用。波长转换荧光体优选可溶于构成纤芯2的透明树脂。
关于波长转换荧光体的浓度，不论是单独还是多种，以质量浓度计均优选为50～10000ppm，进一步优选为100～1000ppm。浓度过低时，纤芯2不能高效地吸收来自最外周层1的闪烁光。相反，浓度过高时，荧光体本身所具有的自吸收的影响变大，波长转换效率下降、或对转换后的光的透射率下降而衰减长度变差。
＜包层3的材料＞
包层3所使用的材料只要是具有比纤芯2低的折射率的透明树脂则没有限制。其中，优选为以甲基丙烯酸甲酯所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、丙烯酸甲酯所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一种为原料的均聚物或共聚物。
＜包层4的材料＞
包层4所使用的材料只要是具有比包层3更低的折射率的透明树脂即可。可以从包层3的单体组等中选择。特别优选从具有低折射率的含氟单体组中选择。
这些单体组可通过热或光照射容易地得到聚合物或共聚物，因此能够形成精密的组成分布且具有容易处理的优点。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，可列举过氧化2-乙基己酸1,1,3,3-四甲基丁酯、4,4-双(叔丁基过氧化)戊酸正丁酯、1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷等，但只要是通过热或光照射而生成自由基的物质就没有特别限制。
另外，为了调节分子量，可以添加硫醇作为链转移剂。作为代表性的硫醇，有辛硫醇，但只要是具有R-SH(在此，R表示有机基团)的结构的物质就没有特别限制。
＜塑料闪烁光纤的制造方法＞
图3为示出实施方式1的塑料闪烁光纤的制造方法的立体图。图3示出用于制造图1所示的塑料闪烁光纤的母材(预制棒)。
第一圆筒体11为由分散有利用中子束和重粒子束中的至少一者进行闪烁发光的无机荧光体的微粒的热塑性树脂形成的圆筒体。第一圆筒体11在拉丝加工后构成最外周层1。第一圆筒体11的制造方法的详细情况将在后文说明。
棒12为由溶解有吸收闪烁光并波长转换至长波长的至少一种荧光体的透明的热塑性树脂形成的圆柱体。棒12在拉丝加工后构成纤芯2。
第二圆筒体13为由具有比棒12低的折射率且透明的热塑性树脂形成的圆筒体。第二圆筒体13在拉丝加工后构成包层3。
如图3所示，向第一圆筒体11的内部插入第二圆筒体13，并且向第二圆筒体13的内部插入棒12，从而制作预制棒。图3示出将棒12插入到第二圆筒体13的内部的过程中的情形。一边加热所制作的预制棒的前端一边拉丝至例如外径1mm，由此可得到实施方式1的塑料闪烁光纤。
需要说明的是，如图3所示，虽然在第一圆筒体11、第二圆筒体13和棒12之间形成有间隙，但是由于在减压下进行拉丝加工，因此纤芯2、包层3和最外周层1密合地一体形成。
图2所示的变形例的塑料闪烁光纤也可以通过同样的制造方法制造。
实施方式1的塑料闪烁光纤的制造方法中，在波长转换光纤(纤芯2和包层3)的外周面一体形成利用中子束、重粒子束发光的闪烁体层(最外周层1)。因此，该塑料闪烁光纤能够检测中子束、重粒子束且能够进行光传输。即，该塑料闪烁光纤单独地兼具现有的闪烁体和波长转换光纤的功能。
因此，不需要以往所必需的将闪烁体与波长转换光纤组合的后加工，与以往相比能够提高生产率，而且还能够降低成本。特别是进行图像检测的情况下，无需将闪烁体一个一个地分离并与每一根波长转换光纤组合，仅将该塑料闪烁光纤并列即可。因此，与以往相比，能够飞跃性地提高生产率，并且还能够降低成本。
需要说明的是，制造波长转换光纤(纤芯2和包层3)后，可以通过蒸镀、浸涂、喷涂等涂覆(包括涂装)而一体形成闪烁体层(最外周层1)。利用本方法，能够以更高浓度添加通过照射中子束和重粒子束(α射线等)中的至少一者而闪烁发光的材料(荧光体)。
＜塑料闪烁光纤的应用例＞
接着，参照图4说明实施方式1的塑料闪烁光纤的应用例。图4为示出实施方式1的塑料闪烁光纤的应用例的立体图。该应用例中，实施方式1的塑料闪烁光纤PSF在基板上排列成阵列状。
需要说明的是，图4所示的右手系xyz正交坐标当然是为了方便说明构成要素的位置关系。通常，z轴正向为垂直向上，xy平面为水平面。
各塑料闪烁光纤PSF上连接有光电增倍管等光电检测器(未图示)，能够检测所传输的光。通过这样的构成，例如，能够以1mm的分辨率进行一维图像检测。在此，分辨率等于塑料闪烁光纤PSF的直径。进而，如果设置2段这样的塑料闪烁光纤PSF的阵列，以相互正交的方式上下重叠配置，还能够实现二维图像检测。
这样，通过使用本实施方式的塑料闪烁光纤，能够简便且低成本地实现空间分辨率高的中子束、重粒子束的图像检测。
实施例
以下通过实施例更进一步详细地说明本发明，但是本发明不受所述实施例任何限定。
＜实施例1＞
将包含锂6且掺杂Eu、利用中子束进行闪烁发光的无机荧光体LiCaAlF6：Eu的微粒混炼到聚甲基丙烯酸甲酯中，然后，成形出外径50mm、内径40mm的最外周层用圆筒体(图3的第一圆筒体11)。微粒的平均粒径为6.2μm、微粒的浓度为22质量％。
准备由聚苯乙烯(折射率1.59)构成的直径32mm的纤芯用棒(图3的棒12)和由聚甲基丙烯酸甲酯(折射率1.49)构成的外径38mm且内径34mm的包层用圆筒体(图3的第二圆筒体13)。纤芯用棒中，以200质量ppm的浓度溶解有作为波长转换荧光体的2,5-双(5-叔丁基-苯并
Figure BDA0003609836840000141
唑基)噻吩(BBOT)。
如图3所示，向最外周层用圆筒体的内部插入包层用圆筒体，并且向包层用圆筒体的内部插入纤芯用棒，从而制作预制棒。一边加热该预制棒的前端一边在减压下以使外径为1mm的方式进行一体拉丝，从而得到实施例1的塑料闪烁光纤。该塑料闪烁光纤具有图1所示的截面构成。外径为1000μm，包层3的直径为770μm，纤芯2的直径为680μm，最外周层1的厚度为115μm，包层3的厚度为45μm。
图5为示出中子荧光体LiCaAlF6：Eu的发光光谱、波长转换荧光体BBOT的吸收和发光光谱的图。如图5所示，中子荧光体的闪烁发光光谱与波长转换荧光体的吸收光谱的重叠多。当中子束入射到实施例1的塑料闪烁光纤时，在相隔10m的前端能够观察到充分的光量。
＜实施例2＞
与实施例1同样地成形出外径50mm、内径40mm的最外周层用圆筒体(图3的第一圆筒体11)。另外，与实施例1同样地准备由聚苯乙烯(折射率1.59)构成的直径28mm的纤芯用棒(图3的棒12)和由聚甲基丙烯酸甲酯(折射率1.49)构成的外径33mm、内径30mm的内包层用圆筒体(图3的第二圆筒体13)。纤芯用棒中，以300质量ppm的浓度溶解有作为波长转换荧光体的BBOT。
进而，在实施例2中准备由丙烯酸全氟烷基酯等氟化单体的共聚物(折射率1.42)构成的外径38mm、内径35mm的外包层用圆筒体(未图示)。外包层用圆筒体在拉丝加工后构成图2所示的包层4。
然后，向最外周层用圆筒体的内部插入外包层用圆筒体，向其内部插入内包层用圆筒体，向其内部插入纤芯用棒，由此制作预制棒。
一边加热该预制棒的前端一边在减压下以使外径为1mm的方式进行一体拉丝，从而得到实施例2的塑料闪烁光纤。该塑料闪烁光纤具有图2所示的截面构成。外径为1000μm，包层4的外径为754μm，包层3的外径为682μm，纤芯2的直径为612μm，最外周层1的厚度为123μm，包层4的厚度为36μm，包层3的厚度为35μm。
当中子束入射到实施例2的塑料闪烁光纤时，在相隔10m的前端能够观察到比实施例1高约30％的光量。可认为，虽然纤芯2的直径比实施例1小，但是通过设置折射更低的包层4，全反射角变宽，达到更高的发光。
＜实施例3＞
将利用α射线等重粒子束进行闪烁发光的无机荧光体ZnS：Ag的微粒混炼到聚甲基丙烯酸甲酯中，然后，成形出外径50mm、内径40mm的最外周层用圆筒体(图3的第一圆筒体11)。微粒的平均粒径为5.3μm、微粒的浓度为25质量％。
准备由聚苯乙烯(折射率1.59)构成的直径32mm的纤芯用棒(图3的棒12)和由聚甲基丙烯酸甲酯(折射率1.49)构成的外径38mm、内径34mm的包层用圆筒体(图3的第二圆筒体13)。纤芯用棒中，以300质量ppm的浓度溶解有作为波长转换荧光体的HOSTASOLEYELLOW3G。
如图3所示，向最外周层用圆筒体的内部插入包层用圆筒体，并且向包层用圆筒体的内部插入纤芯用棒，从而制作预制棒。一边加热该预制棒的前端一边在减压下以使外径为1mm的方式进行一体拉丝，从而得到实施例3的塑料闪烁光纤。该塑料闪烁光纤具有图1所示的截面构成。外径为1000μm，包层3的直径为770μm，纤芯2的直径为680μm，最外周层1的厚度为115μm，包层3的厚度为45μm。
图6为示出无机荧光体ZnS：Ag的发光光谱、波长转换荧光体HOSTASOLE YELLOW 3G的吸收和发光光谱的图。如图6所示，无机荧光体的闪烁发光光谱与波长转换荧光体的吸收光谱重叠多。当α射线入射到实施例3的塑料闪烁光纤时，在相隔10m的前端能够观察到充分的光量。
＜实施例4＞
准备由以200质量ppm的浓度含有作为波长转换荧光体的2,5-双(5-叔丁基-苯并
Figure BDA0003609836840000171
唑基)噻吩(BBOT)的由聚苯乙烯(折射率1.59)构成的直径680μm的纤芯2和厚度45μm的由聚甲基丙烯酸甲酯(折射率1.49)构成的包层3构成的直径770μm的波长转换光纤。在该波长转换光纤的表面，通过浸渍法涂布使丙烯酸类树脂7质量％和中子荧光体LiCaAlF6：Eu的微粒3质量％溶解于甲乙酮90质量％而成的涂料并进行干燥。由此形成厚度115μm的最外周层1，得到实施例4的外径1000μm的塑料闪烁光纤。当中子束入射到实施例4的塑料闪烁光纤时，在相隔10m的前端能够观察到充分的光量。
本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内适宜地变更。
本申请基于2019年10月31日提出的日本申请特愿2019-198101主张优先权，将其公开的全部内容并入本说明书中。
符号说明
1 最外周层
2 纤芯
3 包层(内包层)
4 包层(外包层)
11 第一圆筒体
12 棒
13 第二圆筒体
PSF 塑料闪烁光纤

Claims (6)

1.一种塑料闪烁光纤，其具备：
包含通过照射中子束和重粒子束中的至少一者而发出闪烁光的材料的最外周层、
设置在所述最外周层的内部且包含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，
包含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，所述材料为无机荧光体的微粒，所述最外周层由分散有所述微粒的透明树脂构成。
3.根据权利要求1或2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。
4.根据权利要求1～3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，所述多包层结构包含内包层和包覆所述内包层的外周面并且具有比所述内包层低的折射率的外包层。
5.一种塑料闪烁光纤的制造方法，所述塑料闪烁光纤具备包含通过照射中子束和重粒子束中的至少一者而发出闪烁光的荧光体的最外周层、设置在所述最外周层的内部且包含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，
所述制造方法具备：
向用于所述最外周层的第一圆筒体的内部插入用于所述包层的第二圆筒体、向该第二圆筒体的内部插入用于所述纤芯的棒而制作预制棒的工序；和
对所述预制棒进行加热的同时进行拉丝加工的工序。
6.一种塑料闪烁光纤的制造方法，所述塑料闪烁光纤具备包含通过照射中子束和重粒子束中的至少一者而发出闪烁光的荧光体的最外周层、设置在所述最外周层的内部且包含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，所述制造方法中，
在所述包层的表面涂覆所述最外周层。
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