JPH02225588A - ポリシロキサンシンチレータ組成物 - Google Patents
ポリシロキサンシンチレータ組成物Info
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- JPH02225588A JPH02225588A JP1227306A JP22730689A JPH02225588A JP H02225588 A JPH02225588 A JP H02225588A JP 1227306 A JP1227306 A JP 1227306A JP 22730689 A JP22730689 A JP 22730689A JP H02225588 A JPH02225588 A JP H02225588A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/203—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being made of plastics
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は新規なプラスチックシンチレータに関するもの
である。
である。
従来の技術
シンチレーション(蛍光発光)物質は、放射線の検出お
よび測定に用いられている。シンチレータは放射性元素
の放出する核分裂片が出すエネルギーを吸収できる物質
で構成されている。吸収されたエネルギーはシンチレー
タ中に含まれる螢光物質を励起し、それによって螢光物
質が発光する。
よび測定に用いられている。シンチレータは放射性元素
の放出する核分裂片が出すエネルギーを吸収できる物質
で構成されている。吸収されたエネルギーはシンチレー
タ中に含まれる螢光物質を励起し、それによって螢光物
質が発光する。
このようなシンチレータは種々の応用、例えば、放射性
鉱床の発見、放射性汚染の検出および測定等において利
用できる。
鉱床の発見、放射性汚染の検出および測定等において利
用できる。
α線やβ線のような荷電粒子で構成される放射線が物質
を通過すると、これらの放射線はそのエネルギーを失う
一方、その物質の原子または分子をイオン化し、励起し
、または解離させる。一方、このようにして放射線が失
ったエネルギーは、物質中に蓄積された後、熱運動の形
のエネルギーに変換されるか、電磁波の形で放出される
。特に、上記放射線が通過する物質が螢光物質または燐
螢光物質である場合には、励起されたエネルギーの大部
分が可視領域内の波長の光として放出される。
を通過すると、これらの放射線はそのエネルギーを失う
一方、その物質の原子または分子をイオン化し、励起し
、または解離させる。一方、このようにして放射線が失
ったエネルギーは、物質中に蓄積された後、熱運動の形
のエネルギーに変換されるか、電磁波の形で放出される
。特に、上記放射線が通過する物質が螢光物質または燐
螢光物質である場合には、励起されたエネルギーの大部
分が可視領域内の波長の光として放出される。
この発光現象は「シンチレーション」と呼ばれる。
また、γ線や中性子線のような電荷を持たない放射線の
場合には、放射線が物質と相互作用した際に放出される
二次的な荷電粒子の作用によって、上記と類似した現象
が起こる。
場合には、放射線が物質と相互作用した際に放出される
二次的な荷電粒子の作用によって、上記と類似した現象
が起こる。
シンチレーションを起こすことのできる物質は一般にシ
ンチレータと呼ばれている。シンチレータの具体例は、
タリウムで活性化した沃化す) IJウムに代表される
無機結晶、アントラセンに代表サレル有機結晶、テルフ
ェニル(ジフェニルベンゼン)のキシレン溶液に代表さ
れる有機溶液およびテルフェニル−ポリスチレンに代表
されるプラスチックシンチレータである。これらの物質
は放射線の検出用発光体として広く用いられている。
ンチレータと呼ばれている。シンチレータの具体例は、
タリウムで活性化した沃化す) IJウムに代表される
無機結晶、アントラセンに代表サレル有機結晶、テルフ
ェニル(ジフェニルベンゼン)のキシレン溶液に代表さ
れる有機溶液およびテルフェニル−ポリスチレンに代表
されるプラスチックシンチレータである。これらの物質
は放射線の検出用発光体として広く用いられている。
これらのシンチレータの中で、特にプラスチックシンチ
レータは取扱いが簡単で、所望の大きな形に容易に成型
可能であるという利点があるので、宇宙線の研究や粒子
加速器を用いた高エネルギー物理学の研究の分野におい
て不可欠の装置としての実用性が見い出されている。近
年、高エネルギー物理学の研究分野における大型粒子加
速器の開発にともなって、大型プラスチックシンチレー
タに対する要求が多くなっている。このようなプラスチ
ックシンチレータに期待される特性の中で、発光量と透
明度によって表わされるシンチレータの基本特性の他に
、現在では、加工性が高いことが重要な要求項目となっ
ている。
レータは取扱いが簡単で、所望の大きな形に容易に成型
可能であるという利点があるので、宇宙線の研究や粒子
加速器を用いた高エネルギー物理学の研究の分野におい
て不可欠の装置としての実用性が見い出されている。近
年、高エネルギー物理学の研究分野における大型粒子加
速器の開発にともなって、大型プラスチックシンチレー
タに対する要求が多くなっている。このようなプラスチ
ックシンチレータに期待される特性の中で、発光量と透
明度によって表わされるシンチレータの基本特性の他に
、現在では、加工性が高いことが重要な要求項目となっ
ている。
これまでプラスチックシンチレータに用いられてきた透
明樹脂は、ポリスチレンやポリビニルトルエン等のスチ
レンを基材とした樹脂に限られてきた。マトリックス(
母材)としてこれらの樹脂を用いたプラスチックシンチ
レータは、種々の理由で生じる表面上の微小な亀裂が大
きく成り易いという欠点がある。これらのプラスチック
シンチレータは、例えば、その内側表面上で光が全反射
して、内部に発生した光を光電子増倍管等の検出器へと
効果的に送ることができなくなる場合が多い。従って、
一般に、プラスチックシンチレータはよく研磨された状
態で使用されている。しかし、従来のスチレンを基材と
した樹脂を用いたプラスチックシンチレータは、研磨時
に亀裂が生じ易く、また、表面を洗浄するためにアルコ
ール等の溶剤でシンチレータを拭くと、使用中に亀裂を
生じる傾向がある。このような欠点のために、従来のス
チレンを基材としたプラスチックシンチレータは、発光
率が高いという優れた利点にもかかわらず、プラスチッ
クシンチレータの研磨作業および取付は作業に従事する
ユーザーに熟練した技術と高度な作業が要求されるとい
う欠点があった。従って、大型のプラスチックシンチレ
ータを大量に消費しなければならない応用においては、
従来のスチレンを基材としたプラスチックシンチレータ
は必らずしも実用的であるとは認められていない。
明樹脂は、ポリスチレンやポリビニルトルエン等のスチ
レンを基材とした樹脂に限られてきた。マトリックス(
母材)としてこれらの樹脂を用いたプラスチックシンチ
レータは、種々の理由で生じる表面上の微小な亀裂が大
きく成り易いという欠点がある。これらのプラスチック
シンチレータは、例えば、その内側表面上で光が全反射
して、内部に発生した光を光電子増倍管等の検出器へと
効果的に送ることができなくなる場合が多い。従って、
一般に、プラスチックシンチレータはよく研磨された状
態で使用されている。しかし、従来のスチレンを基材と
した樹脂を用いたプラスチックシンチレータは、研磨時
に亀裂が生じ易く、また、表面を洗浄するためにアルコ
ール等の溶剤でシンチレータを拭くと、使用中に亀裂を
生じる傾向がある。このような欠点のために、従来のス
チレンを基材としたプラスチックシンチレータは、発光
率が高いという優れた利点にもかかわらず、プラスチッ
クシンチレータの研磨作業および取付は作業に従事する
ユーザーに熟練した技術と高度な作業が要求されるとい
う欠点があった。従って、大型のプラスチックシンチレ
ータを大量に消費しなければならない応用においては、
従来のスチレンを基材としたプラスチックシンチレータ
は必らずしも実用的であるとは認められていない。
以上の問題点を解決するため、マトリックス樹脂として
、低価格のアクリル樹脂を使用したプラスチックシンチ
レータが最近開発された。アクリルポリマーは主として
大量のシンチレータを製造するために、コストメリット
の観点から採用されている。
、低価格のアクリル樹脂を使用したプラスチックシンチ
レータが最近開発された。アクリルポリマーは主として
大量のシンチレータを製造するために、コストメリット
の観点から採用されている。
これらのプラスチックから光を発生させるためには、高
効率の燐光特性を有するものとして知られている有機分
子を種々組合せて、しかも、少量だけこれらののプラス
チックに添加する。こうした分子にはp−テルフェニル
およびナフタレンがある。
効率の燐光特性を有するものとして知られている有機分
子を種々組合せて、しかも、少量だけこれらののプラス
チックに添加する。こうした分子にはp−テルフェニル
およびナフタレンがある。
1975年5月27日発行のハイマン(Hyn+an
Jr)のアメリカ合衆国特許第3.886.082号は
このようなプラスチックシンチレータ材料の一例を開示
している。ハイマン特許に開示されたシンチレータは、
ホストプラスチックとしてアクリルポリマーおよびコポ
リマーを採用し、また螢光添加剤としてビス(o−メチ
ルスチリル)ベンゼン、ペリレン、テトラフェニルブタ
ジェン、ジフェニルアントラセン、ビス(フェニルオキ
サシリルベンゼン)およびジメチルビス(フェニルオキ
サシリルベンゼン)を用いている。
Jr)のアメリカ合衆国特許第3.886.082号は
このようなプラスチックシンチレータ材料の一例を開示
している。ハイマン特許に開示されたシンチレータは、
ホストプラスチックとしてアクリルポリマーおよびコポ
リマーを採用し、また螢光添加剤としてビス(o−メチ
ルスチリル)ベンゼン、ペリレン、テトラフェニルブタ
ジェン、ジフェニルアントラセン、ビス(フェニルオキ
サシリルベンゼン)およびジメチルビス(フェニルオキ
サシリルベンゼン)を用いている。
1979年12月25日発行のシエグリスト(Sieg
rist)達によるアメリカ合衆国特許第4.180.
479号にはシンチレータの螢光剤としての種々のスチ
ルベン誘導体の使用が開示されている。
rist)達によるアメリカ合衆国特許第4.180.
479号にはシンチレータの螢光剤としての種々のスチ
ルベン誘導体の使用が開示されている。
従来のシンチレータの欠点は、200℃以上の温度で使
用するのに適したホストポリマーが1つもないという点
にある。例えば、非架橋のポリビニルトルエンの最高温
度は75℃であり、架橋ポリビニルトルエンの最高温度
は100℃である。最も高い耐熱性をもつ従来のポリマ
ーは最高温度150℃のアクリルコポリマーである。
用するのに適したホストポリマーが1つもないという点
にある。例えば、非架橋のポリビニルトルエンの最高温
度は75℃であり、架橋ポリビニルトルエンの最高温度
は100℃である。最も高い耐熱性をもつ従来のポリマ
ーは最高温度150℃のアクリルコポリマーである。
さらに、アクリル樹脂は、スチレンを基材とした樹脂と
は違って、それ自体シンチレータではない。従って、こ
のプラスチックシンチレータには、プラスチックシンチ
レータとしての基本特性である発光率が不十分であると
いう致命的な欠点がある。この欠点は、アクリル樹脂中
に、例えばナフタレンまたはスチレン等のシンチレーテ
ィング物質を高濃度で溶解させることによりある程度矯
正できる〔ニュークリアー インストルメンツ アンド
メソッズ(Nuclear Instruments
and Methods)169、57−64 (1,
980) )。しかし、この改良型シンチレータはシン
チレーティング物質を高濃度に含有しているので、アク
リル樹脂固有の優れた機械的特性が失われてしまう。一
般に、アクリル樹脂中にシンチレーティング物質を高濃
度で添加する際には、溶解度とコストとを考慮して、ナ
フタレンを1〜15重量%用いている。ナフタレンを含
むプラスチックシンチレータには、放射線がシンチレー
タを通過してからの光の減衰時間が長いという欠点、す
なわち放射線に対するシンチレータの反応が遅いという
欠点がある。こうした欠点によって、マトリックス樹脂
としてアクリル樹脂を用いたプラスチックシンチレータ
の用途と考えられる応用範囲は制限されている。
は違って、それ自体シンチレータではない。従って、こ
のプラスチックシンチレータには、プラスチックシンチ
レータとしての基本特性である発光率が不十分であると
いう致命的な欠点がある。この欠点は、アクリル樹脂中
に、例えばナフタレンまたはスチレン等のシンチレーテ
ィング物質を高濃度で溶解させることによりある程度矯
正できる〔ニュークリアー インストルメンツ アンド
メソッズ(Nuclear Instruments
and Methods)169、57−64 (1,
980) )。しかし、この改良型シンチレータはシン
チレーティング物質を高濃度に含有しているので、アク
リル樹脂固有の優れた機械的特性が失われてしまう。一
般に、アクリル樹脂中にシンチレーティング物質を高濃
度で添加する際には、溶解度とコストとを考慮して、ナ
フタレンを1〜15重量%用いている。ナフタレンを含
むプラスチックシンチレータには、放射線がシンチレー
タを通過してからの光の減衰時間が長いという欠点、す
なわち放射線に対するシンチレータの反応が遅いという
欠点がある。こうした欠点によって、マトリックス樹脂
としてアクリル樹脂を用いたプラスチックシンチレータ
の用途と考えられる応用範囲は制限されている。
現在公知のプラスチックシンチレータは放射線損傷に対
してかなり敏感であるということはよく知られティる(
? ッf ム(Mattem)達、IBtEB Tr
ans。
してかなり敏感であるということはよく知られティる(
? ッf ム(Mattem)達、IBtEB Tr
ans。
Nucl、 Sc、N5−21.81 (1974))
、この理由は2つある。先ず第1に、放射線によりプ
ラスチック本体中にカラーセンターが形成され、その結
果、強い光の吸収が起こる。従って、このシンチレータ
のエネルギーの較正曲線は時間と共に変化し、しかも、
エネルギーの入射位置によって発光量が変わってしまう
。第2に、従来用いられたきた有機蛍光体は放射線によ
って分解されるため、光の出力が減少する〔マリm;(
Marini)達、「有機シンチレーション材料の放射
線損傷J (RadiationDamage to
Organic 5cinti−11ation
Materials)CBRN 85−08、ス
イス、ジュネーブ、1985年6月26日〕。
、この理由は2つある。先ず第1に、放射線によりプ
ラスチック本体中にカラーセンターが形成され、その結
果、強い光の吸収が起こる。従って、このシンチレータ
のエネルギーの較正曲線は時間と共に変化し、しかも、
エネルギーの入射位置によって発光量が変わってしまう
。第2に、従来用いられたきた有機蛍光体は放射線によ
って分解されるため、光の出力が減少する〔マリm;(
Marini)達、「有機シンチレーション材料の放射
線損傷J (RadiationDamage to
Organic 5cinti−11ation
Materials)CBRN 85−08、ス
イス、ジュネーブ、1985年6月26日〕。
現在の主要な用途である高エネルギー物理学の分野と宇
宙科学の分野における要求を満たすためには、放射線に
対する耐久性が、現在入手可能なプラスチックシンチレ
ータの少な(とも100倍あるプラスチックシンチレー
タ検出器が望まれている。こうした新しい要求は、シカ
ゴのフェルミ国立研究所(Fermi Nationa
l Laboratory)の最新施設、ジュネーブの
大型電子照射施設(Large Elect−ron
Po5ition Facility)、アメリカ合衆
国で計画されている超伝導スーパーコリダ(Super
conduct ingSuper Co11ider
)等の新しい加速器に関連した高エネルギー設備で生じ
ている。さらに、シンチレーティン検出器を携えて行わ
れた数年にわたる長期の宇宙飛行では、シンチレータの
性能が放射線損傷によって実質的に低下したことが認め
られている。
宙科学の分野における要求を満たすためには、放射線に
対する耐久性が、現在入手可能なプラスチックシンチレ
ータの少な(とも100倍あるプラスチックシンチレー
タ検出器が望まれている。こうした新しい要求は、シカ
ゴのフェルミ国立研究所(Fermi Nationa
l Laboratory)の最新施設、ジュネーブの
大型電子照射施設(Large Elect−ron
Po5ition Facility)、アメリカ合衆
国で計画されている超伝導スーパーコリダ(Super
conduct ingSuper Co11ider
)等の新しい加速器に関連した高エネルギー設備で生じ
ている。さらに、シンチレーティン検出器を携えて行わ
れた数年にわたる長期の宇宙飛行では、シンチレータの
性能が放射線損傷によって実質的に低下したことが認め
られている。
放射線に対して強いシンチレーティングプラスチックと
は、例えば10’Radsという多量の放射線がプラス
チックに入射した場合でも機能し続ける検出器である。
は、例えば10’Radsという多量の放射線がプラス
チックに入射した場合でも機能し続ける検出器である。
また、高速シンチレーティングプラスチックとは、イオ
ン化放射線の通過後約1ナノ秒(10−’秒)の短時間
で発光が生じるようなシンチレーティングプラスチック
をいう。
ン化放射線の通過後約1ナノ秒(10−’秒)の短時間
で発光が生じるようなシンチレーティングプラスチック
をいう。
発明が解決しようとする課題
本発明の目的は、従来用いられてきたプラスチックシン
チレータに付随する上記問題点が無く、放射線検出器と
して有用な、放射線に対して強い新規な高速シンチレー
ティングプラスチックを提供することにある。
チレータに付随する上記問題点が無く、放射線検出器と
して有用な、放射線に対して強い新規な高速シンチレー
ティングプラスチックを提供することにある。
課題を解決するための手段
上記目的およびその他の目的を達成するために本発明に
よって提供されるプラスチックシンチレーティング組成
物は、少な(とも一種類のシンチレーティング物質を含
む光学的に実質的に透明なポリジオルガノシロ牛サンの
マトリックスによって構成されている。
よって提供されるプラスチックシンチレーティング組成
物は、少な(とも一種類のシンチレーティング物質を含
む光学的に実質的に透明なポリジオルガノシロ牛サンの
マトリックスによって構成されている。
作用
シリカ中の珪素−酸素結合が放射線損傷に対し非常に耐
久性があり、従って、ガラス内では高放射線量に対して
良好な光線透過性が維持できるということは知られてい
る。
久性があり、従って、ガラス内では高放射線量に対して
良好な光線透過性が維持できるということは知られてい
る。
本発明では、珪素と酸素を含むポリマーをプラスチック
シンチレータの候補として研究した。その結果、種々の
ポリシロキサンが、優れた光透過性と極めて優れた耐放
射線損傷特性とを有するということを確認した。このよ
うなポリマーの2つに、ポリジメチルシロキサンとポリ
ジフェニルシロキサンがある。これらのポリシロキサン
は、可視領域内での同一減衰量の光の透過に対して、前
記の各有機重合体のプラスチックに比較して、約100
倍の放射線量に耐えことが可能である。ポリシロキサン
の物理的硬度/柔軟の度合いは、シロキサン鎖に対する
有機側鎖基としてメチル、エチル、シクロヘキシル、フ
ェニル、さらには、より複雑な基を適当に選択すること
によって調整することができる。2つ以上のシロキサン
のコポリマーを使用することもできる。
シンチレータの候補として研究した。その結果、種々の
ポリシロキサンが、優れた光透過性と極めて優れた耐放
射線損傷特性とを有するということを確認した。このよ
うなポリマーの2つに、ポリジメチルシロキサンとポリ
ジフェニルシロキサンがある。これらのポリシロキサン
は、可視領域内での同一減衰量の光の透過に対して、前
記の各有機重合体のプラスチックに比較して、約100
倍の放射線量に耐えことが可能である。ポリシロキサン
の物理的硬度/柔軟の度合いは、シロキサン鎖に対する
有機側鎖基としてメチル、エチル、シクロヘキシル、フ
ェニル、さらには、より複雑な基を適当に選択すること
によって調整することができる。2つ以上のシロキサン
のコポリマーを使用することもできる。
実際には、本発明では光学的に実質的に透明な以下の構
造式を有するポリシロキサンを用いることができる: (ここで、nは1〜3で、mは重合度であり、Rは、例
えばメチル、エチルのような低級アルキル、シクロヘキ
シルのようなシクロアルキル、フェニル、ビニルまたは
水素を表わす)。
造式を有するポリシロキサンを用いることができる: (ここで、nは1〜3で、mは重合度であり、Rは、例
えばメチル、エチルのような低級アルキル、シクロヘキ
シルのようなシクロアルキル、フェニル、ビニルまたは
水素を表わす)。
Rが全てメチルであるポリシロキサンにはシンチレーテ
ィング特性はない。従って、このポリシロキサンにはナ
フタレン、p−テルフェニルまたはスチレンのようなシ
ンチレーティング物質を多量に溶解させる必要がある。
ィング特性はない。従って、このポリシロキサンにはナ
フタレン、p−テルフェニルまたはスチレンのようなシ
ンチレーティング物質を多量に溶解させる必要がある。
R基の幾つかがフェニルであるシロキサンの場合には、
そのポリマーはシンチレーティング特性を有しており、
このポリマーは電磁エネルギーをその内部に溶解させた
有機螢光物質に効果的に移行させることができる。従っ
て、フェニル置換したポリシロキサンは、溶解させるシ
ンチレーティング物質の量が前記のポリマーよりも少量
でよいので、好ましいものである。このポリシロキサン
シンチレータからの光出力は、ポリマーのフェニル濃度
によって決まる。さらに、フェニル基はプラスチックの
体積弾性率と耐放射線特性を向上させる。
そのポリマーはシンチレーティング特性を有しており、
このポリマーは電磁エネルギーをその内部に溶解させた
有機螢光物質に効果的に移行させることができる。従っ
て、フェニル置換したポリシロキサンは、溶解させるシ
ンチレーティング物質の量が前記のポリマーよりも少量
でよいので、好ましいものである。このポリシロキサン
シンチレータからの光出力は、ポリマーのフェニル濃度
によって決まる。さらに、フェニル基はプラスチックの
体積弾性率と耐放射線特性を向上させる。
上記ポリシロキサンは必ずしも線状である必要はなく、
構造に剛性を付与させる下記のような枝を含んでいても
よい: R基の幾つかがビニルで、他が水素であるシロキサンで
は架橋が起こり、その結果、プラスチックの靭性、引張
り強度および寸法安定性が向上する。
構造に剛性を付与させる下記のような枝を含んでいても
よい: R基の幾つかがビニルで、他が水素であるシロキサンで
は架橋が起こり、その結果、プラスチックの靭性、引張
り強度および寸法安定性が向上する。
ポリシクロキサンプラスチックシンチレータを製造する
場合には、上記置換基を種々組合せることによって、所
望の特性を有する材料を用いることができる。例えば、
ジメチルジフェニルシロキサンコポリマーや、ビニル末
端基を有するメチルヒドロジメチルシロキサンコポリマ
ーとジメチルジフェニルシロキサンコポリマーとのブレ
ンドが望ましい結果を与える。
場合には、上記置換基を種々組合せることによって、所
望の特性を有する材料を用いることができる。例えば、
ジメチルジフェニルシロキサンコポリマーや、ビニル末
端基を有するメチルヒドロジメチルシロキサンコポリマ
ーとジメチルジフェニルシロキサンコポリマーとのブレ
ンドが望ましい結果を与える。
重合度mは少なくとも2であり、その上限は各R置換基
の特性と所望するポリマーの特性とによって決まる。重
合度の上限は、当業者が各応用毎に簡単な実験をするこ
とで決めることができる。
の特性と所望するポリマーの特性とによって決まる。重
合度の上限は、当業者が各応用毎に簡単な実験をするこ
とで決めることができる。
低分子量シリコンは液体であり、フェニル置換基を多量
に含んでいない場合には、p−テルフェニルのような有
機シンチレーティング化合物を少量溶解させることによ
って優れた液体シンチレータになる。この液体シンチレ
ータも高い耐放射線劣化特性を示す。
に含んでいない場合には、p−テルフェニルのような有
機シンチレーティング化合物を少量溶解させることによ
って優れた液体シンチレータになる。この液体シンチレ
ータも高い耐放射線劣化特性を示す。
シンチレーティング物質は種々の方法でポリシロキサン
中に導入または配合することができる。
中に導入または配合することができる。
例えば、シンチレーティング物質を重合前のシクロキサ
ンモノマー中に溶解することによって、得られたプラス
チック中に分散または溶解させることができる。
ンモノマー中に溶解することによって、得られたプラス
チック中に分散または溶解させることができる。
また、シンチレーティング物質をシロキサンモノマーに
共有結合させ、重合によって、ポリマー分子自体と結合
させることもできる。
共有結合させ、重合によって、ポリマー分子自体と結合
させることもできる。
適当なシンチレーティング物質には、例えば、p−テル
フェニル、インデノ−フルオレン、p−クアテルフェニ
ル、p−キンキフエニノペジフェニルアントラセン、ジ
メチルテルフエニノベジメチルクアテルフェニノヘジー
t−アミルテルフェニル、4.4”−ビス(3−メチル
−3−ペンチル)テルフェニルおよびさらに高級なオリ
ゴフェニレン類等の芳香族炭化水素が含まれる。
フェニル、インデノ−フルオレン、p−クアテルフェニ
ル、p−キンキフエニノペジフェニルアントラセン、ジ
メチルテルフエニノベジメチルクアテルフェニノヘジー
t−アミルテルフェニル、4.4”−ビス(3−メチル
−3−ペンチル)テルフェニルおよびさらに高級なオリ
ゴフェニレン類等の芳香族炭化水素が含まれる。
放射線安定性に優れたその他のシンチレーティング物質
群としては、外側フェニル環のパラ位置にアルコキシ基
をもつ2置換されたl、 3.4−オキサジアゾールの
オリゴマー類がある。
群としては、外側フェニル環のパラ位置にアルコキシ基
をもつ2置換されたl、 3.4−オキサジアゾールの
オリゴマー類がある。
マトリックスは、上記ポリシロキサンとそれ以外のポリ
マーとのコポリマー、ブレンドまたはインターペネクレ
ート(相互侵入型)ポリマーにすることができる。それ
以外のポリマーの例としては、ポリスチレン、ポリカー
ボネート、ポリメチルメタクレート、ポリエステルおよ
びこれらの混合がある。
マーとのコポリマー、ブレンドまたはインターペネクレ
ート(相互侵入型)ポリマーにすることができる。それ
以外のポリマーの例としては、ポリスチレン、ポリカー
ボネート、ポリメチルメタクレート、ポリエステルおよ
びこれらの混合がある。
放射線に対する耐久性の測定実験の結果、p −クアテ
ルフェニルは、市販プラスチックシンチレータの蛍光剤
として過去に用いられてきたp−テルフェニル(FTP
)の約2〜4倍の耐久性があることが証明されている「
シャーン(Sharn)、ジャーナル オブ ケミカル
フィジックス(Journalof Chemica
l Physics)第34巻 第240頁(1961
) )。
ルフェニルは、市販プラスチックシンチレータの蛍光剤
として過去に用いられてきたp−テルフェニル(FTP
)の約2〜4倍の耐久性があることが証明されている「
シャーン(Sharn)、ジャーナル オブ ケミカル
フィジックス(Journalof Chemica
l Physics)第34巻 第240頁(1961
) )。
適当に可溶化置換したセクシフェニルの耐放射線特性を
測定したところ、セクシフェニルはクアテルフェニルよ
りも放射線安定度がはるかに高かった。−収約には、化
合物中のフェニル環の数が増加する程、放射線に強いオ
リゴフェニルとなる。
測定したところ、セクシフェニルはクアテルフェニルよ
りも放射線安定度がはるかに高かった。−収約には、化
合物中のフェニル環の数が増加する程、放射線に強いオ
リゴフェニルとなる。
オリゴフェニルの可溶性はいくつかの方法で変えること
ができる。その一つは、例えば、カルボキシレート等の
極性のあるイオン性の官能基を、望ましくは橋かけ炭素
またはその他の飽和炭素上に導入する方法であり、別の
方法は、末端フェニル環上の1位または2位の二つの位
置をメチルまたはこれより複雑な基で置換する方法であ
る。
ができる。その一つは、例えば、カルボキシレート等の
極性のあるイオン性の官能基を、望ましくは橋かけ炭素
またはその他の飽和炭素上に導入する方法であり、別の
方法は、末端フェニル環上の1位または2位の二つの位
置をメチルまたはこれより複雑な基で置換する方法であ
る。
各蛍光体の可溶性は各プレポリマーで異なり、どの方法
が適当かは蛍光物質の所望濃度をいくらにするかによっ
て決まる。ポリシロキサン中の蛍光体の最適濃度は約0
.1〜1.5重里%の間であるが、約0.旧〜10重里
%の間の濃度でも操作可能である。
が適当かは蛍光物質の所望濃度をいくらにするかによっ
て決まる。ポリシロキサン中の蛍光体の最適濃度は約0
.1〜1.5重里%の間であるが、約0.旧〜10重里
%の間の濃度でも操作可能である。
用途によっては、ポリマー中に一種類以上の蛍光物質を
導入するのが有益である。第二の蛍光物質は、第一の蛍
光物質から出た光を吸収して、それよりも長い波長の光
を再発光させるのに用いることができる。波長がより長
い光は、プラスチックシンチレータの外側の光感応検出
器により適しているであろう。また、波長の長い光の方
が非常に高い放射線量に曝された後にポリマーで減衰さ
れる距離(バス)がより長くなる。
導入するのが有益である。第二の蛍光物質は、第一の蛍
光物質から出た光を吸収して、それよりも長い波長の光
を再発光させるのに用いることができる。波長がより長
い光は、プラスチックシンチレータの外側の光感応検出
器により適しているであろう。また、波長の長い光の方
が非常に高い放射線量に曝された後にポリマーで減衰さ
れる距離(バス)がより長くなる。
この波長シフタに適したものとしては、ジフェニルスチ
ルベンベンジミダゾーペンズイソチノリン−7−オン、
7〜アザミドール、1.4−ビス−〔2−(5−フェニ
ルオフサゾリル)〕−ベンゼン、p−ビス(o−メチル
スチリル)ベンゼン、テトラフェニルブタジェン、3−
ヒドロキシフラボン、クマリンおよび6員環の可溶性オ
リゴフェニル、7.7°−ビス(4−メトキシフェノー
ル)−肌肌9’、9’−テトラキス−(2−メトキシエ
チル)−2,2″−ビフルオレンがある。後半の化合物
は、フェニル環の数が多いため、特に放射線安定性に優
れている。
ルベンベンジミダゾーペンズイソチノリン−7−オン、
7〜アザミドール、1.4−ビス−〔2−(5−フェニ
ルオフサゾリル)〕−ベンゼン、p−ビス(o−メチル
スチリル)ベンゼン、テトラフェニルブタジェン、3−
ヒドロキシフラボン、クマリンおよび6員環の可溶性オ
リゴフェニル、7.7°−ビス(4−メトキシフェノー
ル)−肌肌9’、9’−テトラキス−(2−メトキシエ
チル)−2,2″−ビフルオレンがある。後半の化合物
は、フェニル環の数が多いため、特に放射線安定性に優
れている。
共有結合したシンチレーティング物質を含むポリシロキ
サンは、上記シンチレーティング物質の一つとビニル置
換基との合成により製造することができる。この場合に
は、シンチレーティング化合物をR置換基が水素である
プレポリマーと混合し、次いで、重合させる。シンチレ
ーティング物質はビニル基とシロキサンの水素原子との
反応によりポリマーと共有結合を形成する。変形例とし
ては、ビニル置換基を有するシンチレーティング物質を
、側鎖または末端位置にビニル基のR置換基を有するプ
レポリマーと混合し、過酸化物触媒を用いて重合させる
ことによって、シンチレータをポリマーに共有結合させ
る。
サンは、上記シンチレーティング物質の一つとビニル置
換基との合成により製造することができる。この場合に
は、シンチレーティング化合物をR置換基が水素である
プレポリマーと混合し、次いで、重合させる。シンチレ
ーティング物質はビニル基とシロキサンの水素原子との
反応によりポリマーと共有結合を形成する。変形例とし
ては、ビニル置換基を有するシンチレーティング物質を
、側鎖または末端位置にビニル基のR置換基を有するプ
レポリマーと混合し、過酸化物触媒を用いて重合させる
ことによって、シンチレータをポリマーに共有結合させ
る。
シロキサンの重合には従来公知の任意の方法を用いるこ
とができ、シリコーンポリマーの置換基(R’s>の種
類、枝分れ度および分子量に応じて最適な硬化方法、架
橋方法または重合方法を用いることができる。メチル基
またはビニル基を含むポリマーの場合には高温架橋(H
TV)方法が用いられる。架橋は触媒として過酸化物を
用いて付加重合により行われる。この場合には、プレポ
リマーと触媒とを混合した後に、プレポリマーの特性に
応じて1時間の間100〜150℃に加熱する。この間
、混合物を真空下に維持して、最終的生成物中に気泡が
入らないようにする。
とができ、シリコーンポリマーの置換基(R’s>の種
類、枝分れ度および分子量に応じて最適な硬化方法、架
橋方法または重合方法を用いることができる。メチル基
またはビニル基を含むポリマーの場合には高温架橋(H
TV)方法が用いられる。架橋は触媒として過酸化物を
用いて付加重合により行われる。この場合には、プレポ
リマーと触媒とを混合した後に、プレポリマーの特性に
応じて1時間の間100〜150℃に加熱する。この間
、混合物を真空下に維持して、最終的生成物中に気泡が
入らないようにする。
採゛用可能な第二の一般的な付加重合方法は触媒として
白金錯体を使用して、ビニル側鎖で置換された、または
、ビニル側鎖を末端に有するボリマーヘシリコーン水素
化物を付加重合する方法である。このハイドロシレーシ
ョン反応は5〜io ppmの白金の存在下で、20分
間以上、高温、例えば、約150℃で行われる。
白金錯体を使用して、ビニル側鎖で置換された、または
、ビニル側鎖を末端に有するボリマーヘシリコーン水素
化物を付加重合する方法である。このハイドロシレーシ
ョン反応は5〜io ppmの白金の存在下で、20分
間以上、高温、例えば、約150℃で行われる。
第三の一般的方法は、オクタン酸銀またはオクタン酸鉛
等の金属塩の存在下でポリヒドロシロキサンポリマーと
シラノール末端基を有するポリマーとを反応させるもの
である。このポリマーは、100−150℃で硬化する
。水素ガスを重合中に除去するために、反応は真空下で
行う。
等の金属塩の存在下でポリヒドロシロキサンポリマーと
シラノール末端基を有するポリマーとを反応させるもの
である。このポリマーは、100−150℃で硬化する
。水素ガスを重合中に除去するために、反応は真空下で
行う。
その他の方法は、シラノール末端基を有するプレポリマ
ーを縮合させる方法である。この反応では酸触媒を用い
、縮合物として水が生成される。
ーを縮合させる方法である。この反応では酸触媒を用い
、縮合物として水が生成される。
実施例1
ジメチルシロキサンとジフェニルシロキサンとのコポリ
マーを基材としたプラスチックシンチレータを以下のよ
うにして製造した。
マーを基材としたプラスチックシンチレータを以下のよ
うにして製造した。
0.3重11%の2−(p−デシロキシフェニル)−5
−フェニル−1,3,4−オキサジアゾールを、同量の
ジメチルシロキサンおよびジフェニルシロキサンと混合
した。1重量%の2,5−ジメチルビス(t−ブチル−
ペロキシ)ヘキサンを添加し、混合物を150℃で8時
間硬化させた。
−フェニル−1,3,4−オキサジアゾールを、同量の
ジメチルシロキサンおよびジフェニルシロキサンと混合
した。1重量%の2,5−ジメチルビス(t−ブチル−
ペロキシ)ヘキサンを添加し、混合物を150℃で8時
間硬化させた。
このシンチレーティングプラスチックの特性は以下のよ
うにして求めた。
うにして求めた。
シンチレーティングプラスチックの効率は、市販のプラ
スチックシンチレータ「ニュークリアニンタープライズ
(Nuclear Enterprises) 102
A型」の発光強度との比較により測定した。後者のシン
チレータは、ポリビニルトルエンをプラスチックマトリ
ックスとしており、主螢光物質および波長シフタ物質と
して、約2重量%のp−テルフェニルと、0.1重量%
の(1,4−ビス−C2−(5−フェニルオキサシリル
)〕−ベンゼン(POPOP)とをそれぞれプラスチッ
ク中に溶解させたものである。本発明のシンチレータは
、当初、上記「ニュークリアエンタープライズ 102
AJシンチレータの発光量の60%の発光量を示した
。本発明のシンチレーティングプラスチックの吸収−発
光スペクトルを測定して、蛍光物質との関係を求めた。
スチックシンチレータ「ニュークリアニンタープライズ
(Nuclear Enterprises) 102
A型」の発光強度との比較により測定した。後者のシン
チレータは、ポリビニルトルエンをプラスチックマトリ
ックスとしており、主螢光物質および波長シフタ物質と
して、約2重量%のp−テルフェニルと、0.1重量%
の(1,4−ビス−C2−(5−フェニルオキサシリル
)〕−ベンゼン(POPOP)とをそれぞれプラスチッ
ク中に溶解させたものである。本発明のシンチレータは
、当初、上記「ニュークリアエンタープライズ 102
AJシンチレータの発光量の60%の発光量を示した
。本発明のシンチレーティングプラスチックの吸収−発
光スペクトルを測定して、蛍光物質との関係を求めた。
また、本発明のシンチレータの放射線に対する耐久性を
8aCamから5 X10’Radの放射線を照射して
、発光量の振幅が10%劣化する度合いによって測定し
た。その結果、この劣化度は市販の上記「ニュークリア
エンタープライズ 202 Aゴ型の場合には、75%
の光損失に相当することが分かった。
8aCamから5 X10’Radの放射線を照射して
、発光量の振幅が10%劣化する度合いによって測定し
た。その結果、この劣化度は市販の上記「ニュークリア
エンタープライズ 202 Aゴ型の場合には、75%
の光損失に相当することが分かった。
さらに重要なことには、本発明のシンチレータプラスチ
ックでは、従来の市販シンチレータの全てで見られたよ
うな、光入射位置によって光出力が変わるという欠点が
無いことである。
ックでは、従来の市販シンチレータの全てで見られたよ
うな、光入射位置によって光出力が変わるという欠点が
無いことである。
本発明のシンチレータプラスチックが従来のシンチレー
タよりも優れているのは、主としてこれら2つの性質の
ためである。
タよりも優れているのは、主としてこれら2つの性質の
ためである。
Claims (16)
- (1) 少なくとも一種類のシンチレーティング物質を
含む光学的に実質的に透明なポリシロキサンのマトリッ
クスによって構成されることを特徴とするプラスチック
シンチレータ。 - (2) 上記シンチレーティング物質が溶解されて上記
ポリシロキサンマトリックス中に配合されていることを
特徴とする請求項1に記載のプラスチックシンチレータ
。 - (3) 上記シンチレーティング物質が共有結合によっ
て上記ポリシロキサンマトリックス中に導入されている
ことを特徴とする請求項1に記載のプラスチックシンチ
レータ。 - (4) 上記ポリシロキサンが、式: ▲数式、化学式、表等があります▼ (ただし、 nは1〜3の整数であり、 Rは低級アルキル、シクロアルキル、フェニル、ビニル
、水素から成る群より選択され、nが2〜3の整数であ
る場合には、互いに同一でも、異なっていてもよく、 mは重合度を表わす) を有することを特徴とする請求項1に記載のプラスチッ
クシンチレータ。 - (5) 上記ポリシロキサンがポリジメチルシロキサン
であることを特徴とする請求項1に記載のプラスチック
シンチレータ。 - (6) 上記ポリシロキサンがポリジフェニルシロキサ
ンであることを特徴とする請求項1に記載のプラスチッ
クシンチレータ。 - (7)上記ポリシロキサンが、ジメチルシロキサンとジ
フェニルシロキサンとのコポリマーであることを特徴と
する請求項1に記載のプラスチックシンチレータ。 - (8)上記ポリシロキサンが液体であることを特徴とす
る請求項1に記載のプラスチックシンチレータ。 - (9)上記マトリックスが、ポリシロキサンとその他の
ポリマーとのコポリマー、ブレンドまたはインターペネ
トレーティングポリマーによって構成されていることを
特徴とする請求項1に記載のプラスチックシンチレータ
。 - (10)上記のその他のポリマーが、ポリスチレン、ポ
リカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエス
テルおよびこれらの混合物から成る群より選択されるこ
とを特徴とする請求項9に記載のプラスチックシンチレ
ータ。 - (11)上記シンチレーティング物質が芳香族炭化水素
であることを特徴とする請求項1に記載のプラスチック
シンチレータ。 - (12)上記シンチレーティング物質がオリゴフェニレ
ンまたはオキサジアゾールであることを特徴とする請求
項1に記載のプラスチックシンチレータ。 - (13)上記シンチレーティング物質が、p−テルフェ
ニル、インデノーフルオレン、p−クアテルフェニル、
p−キンキフェニル、ジフェニルアントラセン、ジメチ
ルテルフェニル、ジメチルクアテルフェニルおよびオキ
サジアゾールから成る群より選択されることを特徴とす
る請求項1に記載のプラスチックシンチレータ。 - (14)複数のシンチレーティング物質を含み、これら
シンチレーティング物質の一つが波長シフタであること
特徴とする請求項1に記載のプラスチックシンチレータ
。 - (15)上記波長シフタが、ジフェニルスチルベン、ベ
ンズイミダゾベンズイソチノリン−7−オン、7−アザ
ミドール、1,4−ビス−〔2(5−フェニルオキサゾ
リル)〕−ベンゼン、p−ビス(o−メチルスチリル)
ベンゼン、テトラフェニルブタジエン、3−ヒドロキシ
フラボン、クマリンおよび7、7−ビス(4−メチオキ
シフェノール)−9,9,9’,9’−テトラキス−(
2−メトキシエチル)−2,2’−ビフルオレンから成
る群より選択されることを特徴とする請求項14に記載
のプラスチックシンチレータ。 - (16)0.01から10重量%のシンチレーティング
物質が上記ポリシロキサンに含まれていることを特徴と
する請求項1に記載のプラスチックシンチレータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US23979388A | 1988-09-02 | 1988-09-02 | |
| US239,793 | 1988-09-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02225588A true JPH02225588A (ja) | 1990-09-07 |
| JPH0529674B2 JPH0529674B2 (ja) | 1993-05-06 |
Family
ID=22903769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1227306A Granted JPH02225588A (ja) | 1988-09-02 | 1989-09-01 | ポリシロキサンシンチレータ組成物 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0358413A1 (ja) |
| JP (1) | JPH02225588A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011149731A (ja) * | 2010-01-19 | 2011-08-04 | Toshiba Corp | プラスチックシンチレータ部材の製造方法及び放射線検出器 |
| JP2013032479A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-02-14 | Teijin Chem Ltd | シンチレータ |
| KR20240033582A (ko) * | 2022-09-05 | 2024-03-12 | 충남대학교산학협력단 | 핵 방사능 검출을 위한 반도체 고분자 기반의 유기 섬광 고분자 및 이를 이용한 플라스틱 신틸레이터 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991009326A1 (en) * | 1989-12-11 | 1991-06-27 | Wallac Oy | Elastic scintillator material |
| ES2043503B1 (es) * | 1991-05-21 | 1995-12-16 | Univ Valencia Estudi General | Dispositivo para el control rapido de la energia de haces de electrones acelerados. |
| US5420959A (en) * | 1992-12-17 | 1995-05-30 | Nanoptics Incorporated | High efficiency, high resolution, real-time radiographic imaging system |
| DE19936000A1 (de) * | 1999-07-30 | 2001-02-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | UV-Photodetektor mit verbesserter Empfindlichkeit |
| US8952337B2 (en) | 2009-06-12 | 2015-02-10 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | High aspect ratio scintillator detector for neutron detection |
| CN108329694B (zh) * | 2018-01-31 | 2022-02-11 | 上海璞临医疗科技有限公司 | 一种心血管模型用的高透明高强度硅胶及其制备方法 |
| CN113999529B (zh) * | 2021-11-09 | 2023-07-14 | 湘潭大学 | 一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1645215A1 (de) * | 1966-07-16 | 1970-05-14 | Roehm & Haas Gmbh | Plastische Szintillatoren |
| US4692266A (en) * | 1985-08-16 | 1987-09-08 | Eastman Kodak Company | Solid scintillator counting compositions |
-
1989
- 1989-09-01 JP JP1227306A patent/JPH02225588A/ja active Granted
- 1989-09-01 EP EP89308853A patent/EP0358413A1/en not_active Ceased
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011149731A (ja) * | 2010-01-19 | 2011-08-04 | Toshiba Corp | プラスチックシンチレータ部材の製造方法及び放射線検出器 |
| JP2013032479A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-02-14 | Teijin Chem Ltd | シンチレータ |
| KR20240033582A (ko) * | 2022-09-05 | 2024-03-12 | 충남대학교산학협력단 | 핵 방사능 검출을 위한 반도체 고분자 기반의 유기 섬광 고분자 및 이를 이용한 플라스틱 신틸레이터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0358413A1 (en) | 1990-03-14 |
| JPH0529674B2 (ja) | 1993-05-06 |
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