塑料闪烁光纤及其制造方法与流程

本发明涉及塑料闪烁光纤及其制造方法。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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(以下也称为“波长转换荧光体”)。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x射线、γ射线等的检测灵敏度高的无机闪烁体等。

8、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。

9、在此，就x射线、γ射线的检测而言，在仅由轻元素构成的塑料闪烁体的情况下与x射线、γ射线的相互作用概率低，因此检测灵敏度低、难以检测，因此使用例如无机闪烁体。作为无机闪烁体，已知baf2、csi、caf2、cef3、bi4ge3o12、y2sio5、y3all5o12、bi4ge3o12、pbwo4，cdwo4，gd2sio5：ce3+、lu2sio5：ce3+等多种。

10、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。

11、另外，如非专利文献1等所公开的那样，存在通过向塑料闪烁体中添加铅化合物等来提高对x射线、γ射线的检测灵敏度的例子。但是，随着重金属元素的添加浓度的提高，塑料闪烁体的透射性会下降，因此不适合以大尺寸使用。

12、因此，专利文献1～3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。

13、在此，专利文献1～3中，特别是专利文献2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。

14、现有技术文献

15、专利文献

16、专利文献1：国际公开第2015/064588号

17、专利文献2：日本特开2011-141239号公报

18、专利文献3：日本特开2015-72227号公报

19、非专利文献

20、非专利文献1：japanese journal of applied physics 54,102202(2015)

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、现有的塑料闪烁光纤由于在纤芯本身中闪烁发光、并且光传输至光电检测器，因此对纤芯要求高的透明性。因此，不能为了提高x射线、γ射线的相互作用概率而通过使纤芯包含含有重金属元素的化合物来得到提高了对x射线、γ射线的检测灵敏度的塑料闪烁光纤。

3、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。

4、本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供能够以高灵敏度检测x射线、γ射线且生产率优良的塑料闪烁光纤。

5、用于解决问题的方法

6、本发明的一个方式的塑料闪烁光纤具备：

7、包含含有重金属元素的化合物且具有闪烁性的树脂的最外周层；

8、设置在上述最外周层的内部并且包含吸收在上述最外周层中产生的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

9、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，

10、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。

11、向塑料闪烁光纤照射x射线、γ射线时，由于光电效应、康普顿效应、电子对生成等相互作用而生成电子或正电子等带电粒子，发生闪烁发光。

12、本发明的塑料闪烁光纤的最外周层含有重金属元素的化合物，因此上述相互作用的概率提高，与现有的塑料闪烁光纤相比对x射线、γ射线的检测灵敏度也提高。在此，最外周层不需要如纤芯那样传输光所必需的高透明性，因此能够以高浓度添加重金属元素的化合物。

13、另外，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。

14、即，能够提供对x射线、γ射线的检测灵敏度高且生产率优良的塑料闪烁光纤。

15、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。由此，能够抑制上述具有闪烁性的树脂的闪烁光的自吸收，x射线、γ射线的检测灵敏度进一步提高。

16、上述重金属元素可以为铅或铋。

17、另外，上述最外周层中，上述重金属元素的化合物可以共聚在上述具有闪烁性的树脂中。

18、上述波长转换光纤与上述最外周层可通过拉丝加工而一体形成。由此，生产率进一步提高。

19、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。

20、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。由此，全反射角变宽，达到更高的发光。

21、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。

22、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。另一方面，金属膜与x射线、γ射线相互作用的概率高，因此通过增加厚度，对x射线、γ射线的灵敏度提高，并且在纤芯中进行了波长转换的光、在最外周层中发出的闪烁光的利用效率也提高，能够达到高发光。

23、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含有重金属元素的化合物且具有闪烁性的树脂的最外周层、设置在上述最外周层的内部并且包含吸收在上述最外周层中产生的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；以及对上述预制棒进行加热的同时进行拉丝加工的工序。

24、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含有重金属元素的化合物且具有闪烁性的树脂的最外周层、设置在上述最外周层的内部并且包含吸收在上述最外周层中产生的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，在包含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。

25、发明效果

26、根据本发明，可以提供能够以高灵敏度检测x射线、γ射线且生产率优良的塑料闪烁光纤。