JP2019148538A - 高線量場プラスチックシンチレーションファイバー及びその製造方法 - Google Patents
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紫外線発光性を有する蛍光剤を含有するコアと、前記コアの外周面を被覆すると共に、前記コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、を有するプラスチックシンチレーションファイバーであって、
前記コアが、構造中に芳香環を含まないモノマーとビニル芳香族モノマーとの共重合体から構成されていると共に一定の屈折率を有するものである。
紫外線発光性を有する蛍光剤を含有するコアと、前記コアの外周面を被覆するクラッドと、を備えたプラスチックシンチレーションファイバーの製造方法であって、
紫外線発光性を有する蛍光剤を含有する樹脂からなる棒状のコア用ロッドを、前記コア用ロッドよりも低い屈折率を有する樹脂からなる円筒状のクラッド用パイプに挿入してプリフォームを作製する工程と、
前記プリフォームを加熱しつつ線引きする工程と、を備え、
前記コアが、構造中に芳香環を含まないモノマーとビニル芳香族モノマーとの共重合体から構成されていると共に一定の屈折率を有するものである。
図1を参照して、本発明の実施の形態1に係るプラスチックシンチレーションファイバーについて説明する。図1は、実施の形態1に係るプラスチックシンチレーションファイバーの断面図である。
図1に示すように、本実施の形態に係るプラスチックシンチレーションファイバーは、コア1と、コア1の外周面を被覆するクラッド2と、を備えている。このプラスチックシンチレーションファイバーは、特に高線量場での放射線検出に好適である。
また、コア1が一定の屈折率を有するため、屈折率分布を有するコアに比べて容易に製造することができる。
コア基材としては、構造中に芳香環を有さないモノマーとして、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレートのモノマー郡のいずれか1種類以上と、ビニル芳香族モノマーとして、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、クロロベンジルメタクリレート、1−フェニルエチルメタクリレート、1,2−ジフェニルエチルメタクリレート、ジフェニルエチルメタクリレート、1−フェニルシクロヘキシルメタクリレート、ペンタクロロフェニルメタクリレート、ペンタブロモフェニルメタクリレート、1−ナフチルメタクリレート、2−ナフチルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンのモノマー群のいずれか1種類以上のモノマーを共重合して得られる共重合体が適している。
分子量調整剤は、重合成長反応を抑制するものであれば特に制限はない。代表的な分子量調整剤としてはメルカプタン類が挙げられる。具体的にはメルカプタンとしてノルマルオクチルメルカプタン、ノルマルデカニルメルカプタン等がある。
クラッド基材としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレートのモノマー郡のうち1種類以上を重合又は共重合して得られる重合体が適している。中でも、メチルメチクリレートモノマーの重合体又はメチルメタクリレートと他のモノマーの共重合体が望ましい。メチルメタクリレートは透明性が高く、容易に重合するため取り扱いしやすい利点がある。重合に際しては、一般的な重合開始剤及び分子量調整剤を添加してもよい。
コア基材に添加する蛍光剤は、紫外線発光性であり、複数個の芳香環を有し、かつ共鳴が可能な構造を有するものの中から選ばれる。代表的な蛍光剤としては、2−(4−t−ブチルフェニル)−5−(4−ビフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(b−PBD)、2−(4−ビフェニル)−5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)、パラターフェニル(PTP)、パラクォーターフェニル(PQP)、2,5−ジフェニルオキサゾール(PPO)、1−フェニル−3−(2,4,6−トリメチルフェニル)−2−ピラゾリン(PMP)、3−ヒドロキシフラボン(3HF)、4,4‘−ビス−(2,5−ジメチルスチリル)−ジフェニル(BDB)、2,5−ビス−(5−t−ブチル−ベンゾキサゾイル)チオフェン(BBOT)、1,4−ビス−(2−(5−フェニロキサゾリル))ベンゼン(POPOP)、1,4−ビス−(4−メチル−5−フェニル−2−オキサゾリル)ベンゼン(DMPOPOP)、1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン(DPB)、1,6−ジフェニル−1,3,5−ヘキサトリエン(DPH)等が挙げられる。
これらは単体で使用してもよいし、複数の蛍光剤を組み合わせて使用してもかまわない。
蛍光剤の効能は、コア基材が発するシンチレーション光を吸収し、より長波長の光へと変換して放出することにある。従って、コア基材の発光波長付近に光吸収を有するものが望ましい。これらの蛍光剤の例としてはb−PBDやPTP、PQP等が挙げられる。これらを便宜的に第一蛍光剤と称する。
第一の蛍光剤の好適添加量は、0.5〜3.0質量%であり、より好ましくは0.8〜2.2質量%である。比較的高濃度とする理由は、コア材から発光した短波長のシンチレーション光をコア材自身で吸収されることなく、その発光位置から短い距離内で、より長波長に波長変換させなければならないからである。第一蛍光剤の添加量が少ないと、最初の波長変換効率が悪化するので最終的な発光性能が確保できない。逆に、過度に添加することは蛍光剤のコア材への溶解性において困難であったり、コスト高になるばかりか、伝送損失悪化の原因にもなる。
また、第二蛍光剤の好適添加量は、0.01〜0.5質量%であり、より好ましくは0.02〜0.3質量%である。添加量が少な過ぎると、第一蛍光剤で変換した光を効率よく吸収してより長い波長に波長変換することができない。逆に、添加量が多過ぎると、コストアップに繋がるだけでなく、蛍光剤自身の光吸収損失により伝送損失が悪化する。
シンチレーションファイバーの製造方法については、特に制限はない。例えば、円形と筒形を複合させたマルチダイを用いて屈折率の異なる複数の熱可塑性樹脂ペレットを同時に溶融押し出ししてクラッド付きファイバーを成形するいわゆる溶融押し出し法を用いることができる。あるいは、モノフィラメント状の透明高屈折率樹脂の表面に低屈折率樹脂を塗布してクラッドを形成するいわゆるコーティング法を用いることができる。
プリフォーム加熱線引き法は、せん断応力を受けないため、基材の劣化が少なく、透明性に優れる。また、コア用ロッドとクラッド用パイプとを別々に作製するため、その後の加熱線引きにより得られるファイバーの寸法精度にも優れている。
次に、図2を参照して、本発明の実施の形態2に係るプラスチックシンチレーションファイバーについて説明する。図2は、実施の形態2に係るプラスチックシンチレーションファイバーの断面図である。
さらに、クラッド2が、インナークラッド21とインナークラッド21よりも低い屈折率を有するアウタークラッド22とを含むマルチクラッド構造を有している。そのため、実施の形態1に係るシンチレーションファイバーよりも開口数NAを大きくすることができる。
アウタークラッド基材としては、メチルメタクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルメタクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルメタクリレート,2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチルメタクリレート、α−フルオロアクリル酸メチル、2−(トリフルオロメチル)プロペン酸メチルのモノマー郡のうち1種類以上を重合又は共重合して得られる重合体及び、前記重合体とポリフッ化ビニリデンの混合物が適している。中でも、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートポリマーとポリフッ化ビニリデンの混合物が望ましい。
さらに、コア1において構造中に芳香環を含まないモノマー組成が多い場合(例えば50質量%以上である場合)、コアとクラッドとの屈折率差を確保するために、インナークラッド21を設けずにクラッドをアウタークラッド22のみとしてもよい。
遮光剤としては、アウタークラッド基材に溶解又は分散させた形態で測定した透過率が10mmの光路長で50%以下となるものであれば、有機染料、無機顔料のいずれを用いてもよい。また、複数の遮光剤を混ぜて使用してもよい。有機染料としては、MACROLEX(登録商標)Green G、Green 5B(Lanxess社製)、無機顔料としては、三菱カーボンブラック(三菱化学社製)等が挙げられる。
[コア用ロッド]
コア用ロッドとしては蛍光剤パラターフェニル(PTP)1質量%及び2,5−ビス−(5−t−ブチル−ベンゾキサゾイル)チオフェン(BBOT)0.02質量%を添加したスチレンとメチルメタクリレート(MMA)を60対40の質量比率で共重合させ外径66mmのロッド状としたもの用いた。この共重合体の屈折率は一定であり、25℃で1.55であった。
メチルメタクリレートモノマーに重合開始剤(日油社製パーオクタO(登録商標)(PO−O):0.05質量%、日油社製パーヘキサV(登録商標)(PH−V):0.05質量%)と分子量を調整するための連鎖移動剤n−オクチルメルカプタン(n−OM:0.25質量%)を添加した。これを内径70mmの円筒容器に入れ、熱媒中で軸方向に回転させながら加熱、重合させて、外径70mm−内径68mmのポリメチルメタクリレート(PMMA)製クラッド用パイプを得た。このPMMA製クラッド用パイプの屈折率は一定であり、25℃で1.49であった。
ポリスチレン製コア用ロッドとPMMA製クラッド用パイプとを組み合わせてプリフォームを作製した。このプリフォームを加熱線引きし、外径1mmのシンチレーションファイバーを得た。コア径は0.97mmであった。
[コア用ロッド]
コア用ロッドとしては蛍光剤パラターフェニル(PTP)1質量%及び2,5−ビス−(5−t−ブチル−ベンゾキサゾイル)チオフェン(BBOT)0.02質量%を添加したスチレンとメチルメタクリレートを60対40の質量比率で共重合させ外径66mmのロッド状としたもの用いた。この共重合体の屈折率は一定であり、25℃で1.55であった。
メチルメタクリレートモノマーに重合開始剤(PO−O:0.05質量%、PH−V:0.05質量%)と分子量を調整するための連鎖移動剤n−オクチルメルカプタン(n−OM:0.25質量%)を添加した。これを内径70mmの円筒容器に入れ、熱媒中で軸方向に回転させながら加熱、重合させて、外径70mm−内径68mmのポリメチルメタクリレート(PMMA)製クラッド用パイプを得た。このPMMA製クラッド用パイプの屈折率は一定であり、25℃で1.49であった。
トリフルオロエチルメタクリレート(3FMA)モノマーに重合開始剤(PO−O:0.05質量%、PH−V:0.05質量%)と分子量を調整するための連鎖移動剤n−オクチルメルカプタン(n−OM:0.025質量%)を添加した。これを内径74mmの円筒容器に入れ、熱媒中で軸方向に回転させながら加熱、重合させて外径74mm−内径72mmのポリトリフルオロエチルメタクリレート製アウターパイプを得た。このポリトリフルオロエチルメタクリレート製アウターパイプの屈折率は一定であり、25℃で1.42であった。
ポリスチレン製コア用ロッドとPMMA製インナーパイプとポリトリフルオロエチルメタクリレート製アウターパイプとを組み合わせてプリフォームを作製した。このプリフォームを加熱線引きし、外径1mmのシンチレーションファイバーを得た。コア径は0.97mmであった。
ポリトリフルオロエチルメタクリレート製アウタークラッドに遮光剤として光吸収性を有する染料MACROLEX Green Gを100質量ppm添加した以外は実施例2と同様に行い、ポリスチレン製コア用ロッドとPMMA製インナーパイプとポリトリフルオロエチルメタクリレート製アウターパイプとを得た。ポリトリフルオロエチルメタクリレート製アウターパイプの光透過率は、10mmの厚みにおいて1%であった。
ポリスチレン製コア用ロッドとPMMA製インナーパイプとポリトリフルオロエチルメタクリレート製アウターパイプとを組み合わせてプリフォームを作製した。このプリフォームを加熱線引きし、外径1mmのシンチレーションファイバーを得た。コア径は0.97mmであった。
[コア用ロッド]
コア用ロッドとしては蛍光剤パラターフェニル(PTP)1質量%及び2,5−ビス−(5−t−ブチル−ベンゾキサゾイル)チオフェン(BBOT)0.02質量%を添加したスチレンを熱重合させたポリスチレンを外径66mmのロッド状としたもの用いた。このポリスチレンの屈折率は一定であり、25℃で1.59であった。
メチルメタクリレートモノマーに重合開始剤(PO−O:0.05質量%、PH−V:0.05質量%)と分子量を調整するための連鎖移動剤n−オクチルメルカプタン(n−OM:0.25質量%)を添加する。これを内径70mmの円筒容器に入れ、熱媒中で軸方向に回転させながら加熱、重合させて、外径70mm−内径68mmのポリメチルメタクリレート(PMMA)製クラッド用パイプを得た。このPMMA製クラッド用パイプの屈折率は一定であり、25℃で1.49であった。
ポリスチレン製コア用ロッドとPMMA製クラッド用パイプとを組み合わせてプリフォームを作製した。このプリフォームを加熱線引きし、外径1mmのシンチレーションファイバーを得た。コア径は0.97mmであった。
2 クラッド
21 インナークラッド
22 アウタークラッド
Claims (6)
- 紫外線発光性を有する蛍光剤を含有するコアと、前記コアの外周面を被覆すると共に、前記コアよりも低い屈折率を有するクラッドと、を有するプラスチックシンチレーションファイバーであって、
前記コアが、構造中に芳香環を含まないモノマーとビニル芳香族モノマーとの共重合体から構成されていると共に一定の屈折率を有する、
プラスチックシンチレーションファイバー。 - 前記クラッドが、インナークラッドと、前記インナークラッドの外周面を被覆すると共に、前記インナークラッドよりも低い屈折率を有するアウタークラッドとを含むマルチクラッド構造を有している、
請求項1に記載のプラスチックシンチレーションファイバー。 - 前記アウタークラッドが、遮光剤を含有する、
請求項2に記載のプラスチックシンチレーションファイバー。 - 紫外線発光性を有する蛍光剤を含有するコアと、前記コアの外周面を被覆するクラッドと、を備えたプラスチックシンチレーションファイバーの製造方法であって、
紫外線発光性を有する蛍光剤を含有する樹脂からなる棒状のコア用ロッドを、前記コア用ロッドよりも低い屈折率を有する樹脂からなる円筒状のクラッド用パイプに挿入してプリフォームを作製する工程と、
前記プリフォームを加熱しつつ線引きする工程と、を備え、
前記コアが、構造中に芳香環を含まないモノマーとビニル芳香族モノマーとの共重合体から構成されていると共に一定の屈折率を有する、
プラスチックシンチレーションファイバーの製造方法。 - 前記クラッド用パイプを、インナークラッド用パイプと、前記インナークラッド用パイプの外周面を被覆すると共に、前記インナークラッド用パイプよりも低い屈折率を有する樹脂からなるアウタークラッド用パイプとから構成する、
請求項4に記載のプラスチックシンチレーションファイバーの製造方法。 - 前記アウタークラッド用パイプを、遮光剤を含有する樹脂から構成する、
請求項5に記載のプラスチックシンチレーションファイバーの製造方法。
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