CN116261677A - 塑料闪烁光纤及其制造方法 - Google Patents

Abstract

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。

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。

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、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。

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)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。

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。

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：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。

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。

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、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：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。

本发明的塑料闪烁光纤中，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。

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。本发明的塑料闪烁光纤中，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。

另外，本发明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，因此不需要以往必需的将闪烁体与波长转换光纤组合的后加工。即，可以提供能够检测中子束、生产率优良的塑料闪烁光纤。

上述最外周层可以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。

上述有机化合物可以含有锂6。

或者，上述有机化合物可以含有硼10。在此，上述有机化合物可以为碳硼烷系化合物。碳硼烷化合物中，硼在分子量中所占的比率高，能够高效地添加硼10原子。进而，硼在上述有机化合物的分子量中所占的比率可以为50％以上。根据这样的构成，能够以高浓度含有硼10，中子反应性提高。

或者，上述有机化合物可以含有钆。

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。

可以在上述最外周层的更外侧一体形成保护上述最外周层的保护层。由此，耐久性等提高。

进而，上述包层可以具有含有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。

可以在上述最外周层或上述保护层的更外侧具有反射层。最外周层中发出的闪烁光、在纤芯中进行了波长转换的光通过被反射层反射，从而不易从光纤侧面泄漏到外部，达到高发光。

上述反射膜可以为金属膜。根据该构成，能够以薄的厚度得到高的反射率。

本发明的一个方式的塑料闪烁光纤的制造方法为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的塑料闪烁光纤的制造方法，其具备：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；和对上述预制棒在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，在含有上述纤芯和上述包层的波长转换光纤的表面涂覆上述最外周层。

发明效果

根据本发明，可以提供能够以比以往的闪烁光纤更高的灵敏度检测中子束、并且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为实施方式1的另一变形例的塑料闪烁光纤的截面图。

图4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5为示出实施方式1的闪烁光纤的应用例的立体图。

图6为最外周层中添加的对三联苯的发射光谱以及波长转换荧光体BBOT的吸收和发射光谱。

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由通过照射中子束而发出闪烁光的塑料材料构成。并且，该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。另外，塑料材料除了含有包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物以外，还含有吸收由该塑料材料发出的闪烁光并转换至长波长的荧光体。

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。最外周层的厚度可以达到能得到所需的对中子的灵敏度的厚度。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，由含有吸收最外周层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可以进一步含有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。即，实施方式1的塑料闪烁光纤为兼具对于中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。

另外，可以在最外周层1的更外侧一体形成保护最外周层的保护层(未图示)。由于保护层，塑料闪烁光纤的耐久性等提高。

＜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。如图2所示，最外周层1或保护层的表面可以设置有反射层5。最外周层1中发出的闪烁光、在纤芯2中进行了波长转换的光被反射层5反射，从而不易从光纤侧面泄漏到外部，达到高发光。在此，通过将反射层5设为金属膜，能够以薄的厚度得到高的反射率，从而优选。

图3为实施方式1的另一变形例的塑料闪烁光纤的截面图。另一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，包层具有含有内包层(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，只有基于纤芯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。另一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由通过照射中子束而发出闪烁光的透明树脂、即塑料材料构成。在此，透明树脂含有包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物。

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。

在此，透明树脂可以含有通过放射线而发出闪烁光的荧光体，透明树脂本身也可以通过放射线而发出闪烁光。作为透明树脂本身通过放射线而发出闪烁光的透明树脂，优选以苯乙烯为代表的具有乙烯基的芳香族单体组中的任一者所形成的均聚物或共聚物。

含有中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物优选稳定且在以苯乙烯为代表的具有乙烯基的芳香族单体(即，作为透明树脂的原料的单体)中的溶解性高。溶解性越高，则将有机化合物溶解于芳香族单体并聚合而成的聚合物的透明性越高。溶解性低时，有机化合物在透明树脂中不能均匀分散，会发生对中子的灵敏度产生偏差等不良情况。另外，以粉体形态分散时，通过加热而进行的拉丝可能会变得困难。

作为中子反应截面积大于氢的元素，可以列举锂6、硼10、钆。

作为含有锂6的有机化合物，优选使用甲基丙烯酸锂、苯基水杨酸锂、特戊酸锂等锂的羧酸盐等。

作为含有硼10的有机化合物，优选使用邻碳硼烷、间碳硼烷、对碳硼烷、以及它们的衍生物等碳硼烷系化合物等。碳硼烷化合物(B₁₀C₂H₁₂)中，硼在分子量中所占的比率高，能够高效地添加硼10原子。在此，硼的原子量的合计在分子量中所占的比率为50质量％以上时，可以以高浓度含有硼10，中子反应性提高。

作为含有钆的有机化合物，优选使用异丙氧基钆等烷氧基钆、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸)钆等钆络合物等。

最外周层1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，可以列举吸收250～350nm的2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯)-1,3,4-

二唑(b-PBD)、2-(4-联苯)-5-苯基-1,3,4-/>

二唑(PBD)、对三联苯(PTP)、对四联苯(PQP)、2,5-二苯基/>

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

唑基)噻吩(BBOT)、1,4-双(2-(5-苯基/>

唑基))苯(POPOP)、1,4-双-(4-甲基-5-苯基-2-/>

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。

作为最外周层1的例子，可以列举含有特戊酸锂作为包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物、并且含有将聚苯乙烯所发出的闪烁光转换至长波长的荧光体的聚苯乙烯。特戊酸锂所含的锂中，约7.5％为锂6。锂6通过中子束而产生α射线。聚苯乙烯由于该α射线而闪烁发光，该闪烁光被荧光体吸收并移动至长波长而发光。该最外周层1通过中子束而发出400～500nm的可见光。

作为最外周层1的另一例，可以列举含有以高比率包含硼的碳硼烷系化合物作为包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物、并且含有将聚苯乙烯的闪烁光转换至长波长的荧光体的聚苯乙烯。碳硼烷系化合物所含的硼中，约19.8％为中子反应截面积远远大于氢的硼10。硼10通过中子束而产生α射线。聚苯乙烯通过该α射线而闪烁发光，该闪烁光被荧光体吸收并移动至长波长而发光。该最外周层1通过中子束而闪烁发出350～400nm的紫外光。

需要说明的是，中子反应截面积大于氢的有机化合物、塑料材料(透明树脂)和荧光体的种类不限于上述。另外，上述材料的配合比率、浓度等可以根据制造的难以程度等适当地选择，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，从而优选。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，可以列举吸收250～350nm的2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯)-1,3,4-

二唑(b-PBD)、2-(4-联苯)-5-苯基-1,3,4-/>

二唑(PBD)、对三联苯(PTP)、对四联苯(PQP)、2,5-二苯基/>

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

唑基)噻吩(BBOT)、1,4-双(2-(5-苯基/>

唑基))苯(POPOP)、1,4-双-(4-甲基-5-苯基-2-/>

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。

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中所含的荧光体的发射光谱的重叠多。

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、吸收光谱与发射光谱的重叠少(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，也可以适当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、或者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者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，可以列举过氧化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。

＜反射层的材料＞

构成反射层5的材料只要为能够以高反射率反射从光纤侧面出射的光的材料则没有限制。其中，金属膜与例如白色的反射涂料等相比能够以更薄的厚度得到高的反射率，在要求光纤直径小时特别优选。

金属膜只要为铝、金、银、镍等所需波长范围的反射率高的金属则没有特别限定。从可见光区的反射率高出发，优选铝和银。进而从成本的观点出发，优选铝。

需要说明的是，金属膜的厚度没有特别限定，优选在可见光区以尽量薄的厚度得到高的反射率。例如，铝的情况下，优选为10～100nm，进一步优选为20～70nm。银的情况下，优选为35～150nm，进一步优选为50～100nm。另外，关于成膜方法，也没有特别限制，为蒸镀法、溅射法等。

＜塑料闪烁光纤的制造方法＞

图4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为由利用中子束进行闪烁发光的热塑性树脂形成的圆筒体。该热塑性树脂含有包含中子反应截面积大于氢的元素的有机化合物。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的制造方法的例子将在后文通过实施例说明。

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4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4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，由此可以得到实施方式1的塑料闪烁光纤。

需要说明的是，如图4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3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并且能够进行光传输。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，可以通过涂覆(包括涂装)而在该波长转换光纤的表面一体形成闪烁体层(最外周层1)。但是，如上所述，通过拉丝加工同时制造闪烁体层(最外周层1)和波长转换光纤(纤芯2和包层3)时，生产率进一步提高。

＜塑料闪烁光纤的应用例＞

接着，参照图5说明实施方式1的塑料闪烁光纤的应用例。图5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5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(位置检测)。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＞

向苯乙烯单体中添加作为含有中子反应截面积大于氢的硼10的有机化合物的间碳硼烷5质量％、荧光体2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯)-1,3,4-

二唑(b-PBD)1质量％并进行聚合，将该聚合物成形为外径50mm、内径40mm的最外周层用圆筒体(图4的第一圆筒体11)。

准备由聚苯乙烯(折射率1.59)构成的直径32mm的纤芯用棒(图4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4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

唑基)噻吩(BBOT)。

如图4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6为示出最外周层1中添加的荧光体2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯)-1,3,4-

二唑(b-PBD)的发射光谱、纤芯2中添加的波长转换荧光体BBOT的吸收和发射光谱的图。如图6所示，最外周层1中添加的b-PBD的发射光谱与纤芯2中添加的BBOT的吸收光谱的重叠多。实施例1的塑料闪烁光纤含有中子反应截面积大于氢的有机化合物，因此与以往的塑料闪烁光纤相比中子灵敏度提高。

＜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4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4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4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3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3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。可以认为，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＞

向苯乙烯单体中添加作为含有中子反应截面积大于氢的锂6的有机化合物的特戊酸锂1.9质量％、荧光体2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-联苯)-1,3,4-

二唑(b-PBD)质量％并进行聚合，将其成形为外径50mm、内径40mm的最外周层用圆筒体(图4的第一圆筒体11)。

准备由聚苯乙烯(折射率1.59)构成的直径32mm的纤芯用棒(图4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4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

唑基)噻吩(BBOT)。

如图4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。实施例3的塑料闪烁光纤含有中子反应截面积大于氢的有机化合物，因此与以往的塑料闪烁光纤相比中子灵敏度提高。

＜实施例4＞

在实施例1的塑料闪烁光纤的表面上，通过蒸镀法以约50nm的厚度成膜出铝膜。

最外周层1发出的闪烁光、在纤芯2中进行了波长转换的光被反射层5反射，从而不易从光纤侧面泄漏到外部，达到高发光。

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当地变更。

本申请基于2020年9月16日提出的日本申请特愿2020-155285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)

5 反射层

11 第一圆筒体

12 棒

13 第二圆筒体

PSF 塑料闪烁光纤

Claims (14)

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，所述多包层结构含有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。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的塑料闪烁光纤，其中，在所述最外周层或所述保护层的更外侧具有反射层。

12.根据权利要求11所述的塑料闪烁光纤，其中，所述反射层为金属膜。

13.一种塑料闪烁光纤的制造方法，

所述塑料闪烁光纤具备：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，

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

对所述预制棒在进行加热的同时进行拉丝加工的工序。

14.一种塑料闪烁光纤的制造方法，

所述塑料闪烁光纤具备：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，

所述制造方法中，

在含有所述纤芯和所述包层的波长转换光纤的表面涂覆所述最外周层。

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