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JP5205681B2 - Radiation detection element, radiation detector and radiation detection method - Google Patents
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JP5205681B2 - Radiation detection element, radiation detector and radiation detection method - Google Patents

Radiation detection element, radiation detector and radiation detection method Download PDF

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JP5205681B2 JP2011544205A JP2011544205A JP5205681B2 JP 5205681 B2 JP5205681 B2 JP 5205681B2 JP 2011544205 A JP2011544205 A JP 2011544205A JP 2011544205 A JP2011544205 A JP 2011544205A JP 5205681 B2 JP5205681 B2 JP 5205681B2
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Description

本発明は理学、工学、医学をはじめとする幅広い科学の分野で使用される、放射線測定のための放射線検出用素子、放射線検出器および放射線検出方法に関する。 The present invention relates to a radiation detection element for radiation measurement , a radiation detector, and a radiation detection method used in a wide range of scientific fields including science, engineering, and medicine.

一般にα線、β線等の荷電粒子である放射線は、物質を通過する際にその物質中の原子又は分子を電離、励起又は解離し、エネルギーを失う。物質に伝達されたエネルギーはさらに熱運動エネルギーもしくは電磁波として放出される。この物質が蛍光を発する物質等である場合、そのエネルギーの多くの部分が可視領域の光として放出され、この現象をシンチレーション、放出される光をシンチレーション光という。   Generally, radiation that is charged particles such as α rays and β rays loses energy by ionizing, exciting, or dissociating atoms or molecules in the material when passing through the material. The energy transferred to the substance is further released as thermal kinetic energy or electromagnetic waves. When this substance is a substance that emits fluorescence, a large part of its energy is emitted as light in the visible region, this phenomenon is called scintillation, and the emitted light is called scintillation light.

さらにγ線や中性子線等のような電荷を有しない放射線の場合も、前記放射線が物質と相互作用する際に放出される二次的な荷電粒子により同様の現象が起こるため、このシンチレーション現象を利用して放射線の検出が行われている。   Furthermore, in the case of radiation that does not have a charge such as γ-rays or neutrons, the same phenomenon occurs due to secondary charged particles that are emitted when the radiation interacts with the substance. Radiation is detected by using it.

シンチレーション光の測定には光電子増倍管が使用される。光電子増倍管は、光電効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電管を基本に、電流増幅(=電子増倍)機能を付加した高感度光検出器である。   A photomultiplier tube is used for measuring the scintillation light. The photomultiplier tube is a high-sensitivity photodetector to which a current amplification (= electron multiplication) function is added based on a photoelectric tube that converts light energy into electric energy by using a photoelectric effect.

シンチレーション現象を起こす物質を一般にシンチレータと総称し、放射線測定分野においてはNaI(Tl)に代表される無機結晶を含む無機シンチレータ、アントラセンのような有機結晶、ターフェニル等の放射線が入射すると蛍光を発する蛍光体をキシレン等の有機溶媒に溶かした液体シンチレータ、また蛍光体をポリスチレン等の透明樹脂に溶解分散させたプラスチックシンチレータを含む有機シンチレータが使用されている。   Substances that cause a scintillation phenomenon are generally called scintillators. In the field of radiation measurement, inorganic scintillators including inorganic crystals typified by NaI (Tl), organic crystals such as anthracene, fluoresce when irradiated with radiation such as terphenyl. Liquid scintillators in which a phosphor is dissolved in an organic solvent such as xylene and organic scintillators including a plastic scintillator in which the phosphor is dissolved and dispersed in a transparent resin such as polystyrene are used.

特にプラスチックシンチレータはその取り扱いの容易さ、および任意かつ大型の形状に成形することが可能である等の利点により、半世紀に渡り非常に多く利用されてきた。   In particular, plastic scintillators have been used very often for half a century because of their ease of handling and the ability to be molded into arbitrary and large shapes.

代表的なプラスチックシンチレータは、ポリスチレン(PS)またはポリビニルトルエン(PVT)等のスチロール系の母体樹脂に、2,5−ジフェニルオキサゾール(DPO)、1,4−ビス(5−フェニル−2−オキサゾール)ベンゼン(POPOP)、p−テトラフェニル(P−TP)、p−クォーターフェニル(P−QP)及び2−(4−ビフェニル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(B−PBD)等の第1蛍光体及びビス(O−メチルスチル)ベンゼン(ビス−MSB)、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメチルアントラセン等の第2蛍光体を添加したものである。   A typical plastic scintillator is made of 2,5-diphenyloxazole (DPO) or 1,4-bis (5-phenyl-2-oxazole) on a styrol base resin such as polystyrene (PS) or polyvinyltoluene (PVT). Benzene (POPOP), p-tetraphenyl (P-TP), p-quarterphenyl (P-QP) and 2- (4-biphenyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4 A first phosphor such as oxadiazole (B-PBD) and a second phosphor such as bis (O-methylstil) benzene (bis-MSB), 9,10-diphenylanthracene, and 9,10-dimethylanthracene were added. Is.

技術分野における長年の常識として、プラスチックシンチレータには蛍光体の添加が必要とされている。その主な理由は、放射線の照射により励起された母体樹脂が放出する電磁波の波長が150〜300nmと短いものが報告されていたために、1)測定に使用される光電子増倍管の測定に適した波長範囲、300〜400nmに合わない、2)母体樹脂による自己吸収が起こり検出部まで到達する光の量が十分でないことが挙げられる。この点、蛍光体を添加することにより、母体樹脂が出す電磁波のエネルギーを第1蛍光体により〜350nm、第2蛍光体により〜420nmの光に変換することができ、測定に適し、透過率が高く自己吸収されにくい波長のシンチレーション光を得ることができるとされている。   As a long-standing common sense in the technical field, plastic scintillators require the addition of phosphors. The main reason is that the wavelength of the electromagnetic wave emitted by the matrix resin excited by radiation irradiation is as short as 150 to 300 nm, so 1) It is suitable for the measurement of photomultiplier tubes used for measurement. 2) The amount of light reaching the detection part is not sufficient because self-absorption occurs due to the base resin. In this respect, by adding a phosphor, the energy of electromagnetic waves emitted from the base resin can be converted into light of ~ 350 nm by the first phosphor and ~ 420 nm by the second phosphor, which is suitable for measurement and has a transmittance. It is said that scintillation light having a wavelength that is high and difficult to absorb by itself can be obtained.

従って、シンチレータに蛍光体の添加は必須のものであるというのが当該技術分野における技術常識であり、測定技術の向上のため、様々な母体樹脂と蛍光体の組み合わせに関する研究が行われてきた。   Therefore, it is common technical knowledge in the technical field that the addition of a phosphor to the scintillator is essential, and studies on various combinations of a host resin and a phosphor have been conducted in order to improve the measurement technique.

しかしながら、前述の通りシンチレータに蛍光体の添加は必須であるという技術常識から母体樹脂のみを放射線検出用素子として使用するという試みはこれまで報告されていない。   However, no attempt has been made so far to use only the base resin as a radiation detection element because of the common technical knowledge that it is essential to add a phosphor to the scintillator as described above.

シンチレータの製造において添加される蛍光体の種類や量などはメーカーのノウハウによるところが大きく、そのメーカーの数も限られることから市場がほぼ独占されている。その為一般にシンチレータは高価であり、これを使用する放射線検出器の価格も非常に高価である。
本発明の目的は、安価に製造することができる放射線検出用素子、放射線検出器および放射線検出方法を提供し、より低価格な放射線の測定を可能にすることである。
The type and amount of phosphor added in the production of scintillators largely depends on the know-how of the manufacturer, and the number of manufacturers is limited, so the market is almost monopolized. Therefore, the scintillator is generally expensive, and the price of the radiation detector using the scintillator is also very expensive.
An object of the present invention is to provide a radiation detection element , a radiation detector, and a radiation detection method that can be manufactured at low cost, and to enable measurement of radiation at a lower cost.

放射線測定分野における長年の技術常識に反して、本発明は蛍光体を全く含まない母体樹脂のみから成る放射線検出用素子、すなわち以下に示す放射線検出用素子を提供するものである。
1.母体樹脂としてペットボトル再生樹脂を主成分とし、放射線の照射により励起された前記母体樹脂が放出する蛍光をこれよりも波長の長い光に変換する蛍光体を、前記母体樹脂中に単離した状態および前記母体樹脂に結合させた状態においても含まないことを特徴とする放射線検出用素子
さらに、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、再生原料ではないポリエチレンテレフタレート及びそれらのコポリマー又は混合物を含むことを特徴とする前記1に記載の放射線検出用素子。
.ペットボトル再生樹脂のみからなることを特徴とする放射線検出用素子
4.有感波長ピークが300nm〜500nmにある光電子倍増管用であることを特徴とする前記1から3のいずれか一つに記載の放射線検出用素子。
5.前記1から4のいずれか一つに記載の放射線検出用素子と、当該放射線検出用素子の放出した蛍光を検出する検出部と、を備えることを特徴とする放射線検出器。
6.前記5に記載の放射線検出器を用いて放射線を検出する放射線検出方法であって、前記放射線検出用素子に放射線を入射させて前記放射線と前記ペットボトル再生樹脂との相互作用により蛍光を放出させ、前記放出させた蛍光を前記検出部で検出することを特徴とする放射線検出方法。
Contrary to many years of common technical knowledge in the field of radiation measurement, the present invention provides a radiation detection element comprising only a matrix resin containing no phosphor, that is, the radiation detection element shown below.
1. A state in which a fluorescent substance that converts a fluorescence emitted from the matrix resin excited by radiation irradiation into light having a wavelength longer than that is isolated in the matrix resin, the main resin being a PET bottle recycled resin. and ray detection element release you characterized by not including even in a state bound to the matrix resin.
2 . 2. The radiation detecting element according to 1 above , further comprising polystyrene, polyvinyltoluene, polyethylene terephthalate which is not a recycled raw material, and copolymers or mixtures thereof.
3 . A radiation detection element comprising only a plastic bottle recycle resin .
4). 4. The radiation detecting element according to any one of 1 to 3 above, which is for a photomultiplier tube having a sensitive wavelength peak of 300 nm to 500 nm .
5. 5. A radiation detector comprising: the radiation detection element according to any one of 1 to 4; and a detection unit that detects fluorescence emitted from the radiation detection element.
6). 6. A radiation detection method for detecting radiation using the radiation detector according to claim 5, wherein the radiation is incident on the radiation detection element and fluorescence is emitted by an interaction between the radiation and the plastic bottle regeneration resin. The radiation detection method, wherein the emitted fluorescence is detected by the detection unit.

本発明によれば、従来のプラスチックシンチレータに使用される母体樹脂を、蛍光体を添加することなく放射線検出用素子として使用することにより、放射線の検出が可能である。
また本発明によれば、従来の蛍光体を含むプラスチックシンチレータと比較して、優れた分解能を得ることができる。
さらに本発明によれば、シンチレータの製造においてより安価な材料が使用可能であり、放射線検出器のコストダウンを実現することが可能である。
According to the present invention, it is possible to detect radiation by using a base resin used in a conventional plastic scintillator as a radiation detection element without adding a phosphor.
Further, according to the present invention, superior resolution can be obtained as compared with a plastic scintillator including a conventional phosphor.
Furthermore, according to the present invention, a cheaper material can be used in the manufacture of the scintillator, and the cost of the radiation detector can be reduced.

207Bi線源から放出された放射線群(11本)の複合エネルギー分布。エネルギーの大きさの異なる3本のガンマ線(569.7keV、1063.6keV、1770.2keV)と8本の内部転換電子(K殻975.6keV,L1殻1047.8keV,L2殻1048.4keV,L3殻1050.6keV,K殻481.6keV,L1殻553.8keV,L2殻554.5keV,L3殻556.6keV)を示す。 207 Combined energy distribution of 11 groups of radiation emitted from Bi source. Three gamma rays (569.7 keV, 1063.6 keV, 1770.2 keV) and eight internal conversion electrons (K shell 975.6 keV, L1 shell 1047.8 keV, L2 shell 1048.4 keV, L3 with different energy levels. Shell 1050.6 keV, K shell 481.6 keV, L1 shell 553.8 keV, L2 shell 554.5 keV, L3 shell 556.6 keV). 207Bi線源から放出された976keV K殻内部転換電子のみのエネルギー分布。線源中でのエネルギー損失のために、非対称なエネルギー分布を示す。 207 Energy distribution of only 976 keV K-shell internal conversion electrons emitted from Bi source. Due to the energy loss in the source, an asymmetric energy distribution is shown. 137Cs線源から放出された放射線群(計6本)の複合エネルギー分布。1本のガンマ線と1本のベータ線、そしてエネルギーの異なる4本の内部転換電子(k殻625.6keV,L1殻655.9keV,L2殻656.3keV,L3殻656.6keV)を分離している。The composite energy distribution of the radiation group (total 6) emitted from the 137 Cs radiation source. Separate one gamma ray, one beta ray, and four internal conversion electrons (k shell 625.6 keV, L1 shell 655.9 keV, L2 shell 656.3 keV, L3 shell 656.6 keV) with different energies Yes. 蛍光体を含まない母体樹脂(ポリビニルトルエン)と、従来の蛍光体を含んだプラスチックシンチレータ(Saint−Gobain社製 型番:BC−408)のエネルギー分解能の比較。データは、207Bi線源からの976keVと482keVのK殻内部転換電子と、137Cs線源からの626keVのK殻内部転換電子である。Comparison of energy resolution between a matrix resin (polyvinyltoluene) not containing a phosphor and a plastic scintillator containing a conventional phosphor (model number: BC-408 manufactured by Saint-Gobain). The data are 976 keV and 482 keV K-shell internal conversion electrons from a 207 Bi source and 626 keV K-shell internal conversion electrons from a 137 Cs source. 207Bi線源から放出された放射線群(11本)の複合エネルギー分布。図1と比較すると分かるように、ピークは976keVのK殻内部転換電子である。 207 Combined energy distribution of 11 groups of radiation emitted from Bi source. As can be seen from comparison with FIG. 1, the peak is a 976 keV K-shell internal conversion electron. ポリビニルトルエン樹脂、ペットボトル再生樹脂、従来のプラスチックシンチレータ(BC−408)からの発光スペクトル。横軸は蛍光波長(nm単位)、縦軸は光量/量子効率をあらわす。Emission spectrum from polyvinyltoluene resin, PET bottle recycled resin, conventional plastic scintillator (BC-408). The horizontal axis represents the fluorescence wavelength (in nm), and the vertical axis represents the light amount / quantum efficiency.

本発明に使用される母体樹脂としては、公知のプラスチックシンチレータの母体樹脂として使用されているポリマーが挙げられる。本発明において母体樹脂を主成分とするとは、好ましくは母体樹脂がシンチレータ中に80wt%以上、好ましくは90wt%以上、さらに好ましくは95wt%以上含まれることを意味し、またシンチレータが母体樹脂のみからなることを排除するものではない。
特に、芳香環を主鎖又は側鎖に含む芳香族ポリマーであることが望ましく、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、芳香族ポリエーテル等が挙げられる。
Examples of the base resin used in the present invention include polymers used as a base resin for known plastic scintillators. In the present invention, the main component of the base resin preferably means that the base resin is contained in the scintillator at 80 wt% or more, preferably 90 wt% or more, more preferably 95 wt% or more. It does not exclude becoming.
In particular, an aromatic polymer containing an aromatic ring in the main chain or side chain is desirable, and examples include aromatic polyimide, aromatic polyamide, aromatic polyester, aromatic polycarbonate, and aromatic polyether.

例えば一般に市販されているポリスチレンを使用することができる。また低級アルキル基で置換されたフェニル基を側鎖として有するポリマーであるポリビニルトルエン等、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステルも使用可能であるがこれらに限定されない。これらの芳香族ポリマーは、2種以上を併用しても良く、コポリマー又は混合物を使用しても良い。
さらに、使用済みのペットボトルを原料として製造したペットボトル再生樹脂を使用することができる。ここで使用するペットボトルは、食料品(しょうゆ、乳製品等)、清涼飲料、酒類等を充填するための容器として用いられる、主としてPET(ポリエチレンテレフタレート)を原料とする樹脂ボトルであって、その製造方法、組成の例としては、例えば米国特許第3,733,309号に開示されている。現在流通している再生可能なペットボトルであれば、ペットボトル、耐圧ペットボトル、圧ペットボトル、常温無菌充填ペットボトル等、特に限定されない。ペットボトル再生樹脂は、ペットボトルの洗浄、異物除去、粉砕等の通常行われる再生工程で処理した再生原料を使用して製造した樹脂であり、必要に応じて可塑剤、安定剤、滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤等の通常使用される添加剤、再生原料ではないポリエチレンテレフタレートを含んでいても良い。
For example, commercially available polystyrene can be used. Aromatic polyesters such as polyethylene toluene and polyethylene terephthalate, which are polymers having a phenyl group substituted with a lower alkyl group as a side chain, can also be used, but are not limited thereto. Two or more of these aromatic polymers may be used in combination, and a copolymer or a mixture may be used.
Furthermore, the plastic bottle reproduction | regeneration resin manufactured using the used plastic bottle as a raw material can be used. The PET bottle used here is a resin bottle mainly made of PET (polyethylene terephthalate) used as a container for filling foods (soy sauce, dairy products, etc.), soft drinks, alcoholic beverages, etc. Examples of production methods and compositions are disclosed in, for example, US Pat. No. 3,733,309. As long as it is a recyclable PET bottle currently distributed, it is not particularly limited, such as a PET bottle, a pressure-resistant PET bottle, a pressure PET bottle, and a room-temperature aseptic filling PET bottle. PET bottle reclaimed resin is a resin manufactured using recycled raw materials that have been processed in the usual reclaiming processes such as washing PET bottles, removing foreign substances, and crushing. Plasticizers, stabilizers, lubricants, and electrification as necessary. An additive usually used such as an inhibitor and an antioxidant, and polyethylene terephthalate which is not a recycled material may be included.

本明細書において「蛍光体」とは、2,5−ジフェニルオキサゾール(DPO)、1,4−ビス(5−フェニル−2−オキサゾール)ベンゼン(POPOP)、p−テトラフェニル(P−TP)、p−クォーターフェニル(P−QP)及び2−(4−ビフェニル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(B−PBD)、2−(4−tert−ブチルフェニル)−2−(4−ビフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(ブチルPBD)あるいはビス(O−メチルスチル)ベンゼン(ビス−MSB)、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメチルアントラセン等、あるいは、4,4’−ビス−(2,5−ジメチルスチリル)ビフェニル(BDB)等の蛍光体、蛍光性分子、あるいはシンチレーション物質と称される分子である。
本明細書において、「蛍光体を含まない」とは、上述した分子を単離した状態、あるいは母体樹脂に結合(共有結合、イオン結合等を含む)した状態においても含まないことを意味する。
In this specification, “phosphor” means 2,5-diphenyloxazole (DPO), 1,4-bis (5-phenyl-2-oxazole) benzene (POPOP), p-tetraphenyl (P-TP), p-quarterphenyl (P-QP) and 2- (4-biphenyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (B-PBD), 2- (4-tert -Butylphenyl) -2- (4-biphenyl) -1,3,4-oxadiazole (butyl PBD) or bis (O-methylstil) benzene (bis-MSB), 9,10-diphenylanthracene, 9,10 -Fluorescent substances such as dimethylanthracene, etc., or 4,4'-bis- (2,5-dimethylstyryl) biphenyl (BDB), fluorescent molecules, or scintillates Is a molecule called a chemical substance.
In the present specification, “does not contain a phosphor” means that the molecule is not contained even in a state where the above-described molecule is isolated or in a state where the molecule is bound (including a covalent bond, an ionic bond, etc.) to the base resin.

(素材の形態)
本発明において、放射線検出素子の形状は特に限定されないが、例えば5×5×10mm程度の直方体、円柱等が挙げられる。検出部で検出する場合に支障となる光学的ひずみを生じない範囲、または光量ロスが生じない範囲において、さらに大きくすることもできる。
(Material form)
In the present invention, the shape of the radiation detection element is not particularly limited, and examples thereof include a rectangular parallelepiped of about 5 × 5 × 10 mm, a cylinder, and the like. It can be further increased in a range that does not cause an optical distortion that hinders detection by the detection unit, or in a range in which no light loss occurs.

(素材の加工)
本発明の実施態様においては、相互作用部の母体樹脂内部で生じた光を有効に検出部に導き、計測効率を向上させるために加工を行っても良い。例えば、検出用素子の表面を内部の全反射を利用する目的で研磨し、鏡面加工してもよい。加工面は、少なくとも1つの面以上が望ましい。また、検出用素子表面に光の反射層を設ける加工を行ってもよい。
反射層としては、母体樹脂内部で生じた光を反射可能であれば特に制約は無いが、例えばアルミやテフロン(登録商標)等が望ましい。
(Material processing)
In the embodiment of the present invention, processing may be performed to improve the measurement efficiency by effectively guiding the light generated inside the base resin of the interaction unit to the detection unit. For example, the surface of the detection element may be polished and mirror-finished for the purpose of utilizing total internal reflection. The processing surface is preferably at least one surface. Further, a process of providing a light reflection layer on the surface of the detection element may be performed.
The reflecting layer is not particularly limited as long as it can reflect light generated inside the base resin, but for example, aluminum or Teflon (registered trademark) is desirable.

(放射線検出器の種類)
本発明を用いて放射線を測定することができる放射線検出器は、放射線と相互作用を行って発光する相互作用部と前記発光を検出する検出部を備える。発光部としては光電子倍増管あるいは半導体検出器を用いることができる。例えば浜松ホトニクス社製の光電子増倍管R8900−00−M16、H5773、H6780、H7195、H7732、H9305等を使用することが出来るが、これに限られる物ではない。ポリビニルトルエン樹脂、ペットボトル再生樹脂等を母体樹脂として用いる場合には、有感波長ピークが300nm〜500nm、より好ましくは300〜400nmにある光電子倍増管を用いることが好ましい。
また、380nm以下の紫外線に高い感度を有する酸化亜鉛(ZnO)単結晶を基に作成された紫外線センサー(半導体検出器)を用いることも可能である。
相互作用部は、上述した本発明の放射線検出用素子からなる。
本発明の放射線検出器は上述した相互作用部と検出部を備えていればどのような形状、構成であってもよい。
(Type of radiation detector)
A radiation detector capable of measuring radiation using the present invention includes an interaction unit that emits light by interacting with radiation and a detection unit that detects the light emission. As the light emitting part, a photomultiplier tube or a semiconductor detector can be used. For example, photomultiplier tubes R8900-00-M16, H5773, H6780, H7195, H7732, and H9305 manufactured by Hamamatsu Photonics can be used, but are not limited thereto. When using polyvinyl toluene resin, PET bottle regenerated resin or the like as the base resin, it is preferable to use a photomultiplier tube having a sensitive wavelength peak of 300 nm to 500 nm, more preferably 300 to 400 nm.
It is also possible to use an ultraviolet sensor (semiconductor detector) made based on a zinc oxide (ZnO) single crystal having high sensitivity to ultraviolet rays of 380 nm or less.
The interaction unit is composed of the radiation detection element of the present invention described above.
The radiation detector of the present invention may have any shape and configuration as long as it includes the above-described interaction unit and detection unit.

(測定可能な線種)
本発明においては、母体樹脂からの短波長領域の蛍光を十分に検出できることから、各種放射線(β線・γ線・内部転換電子等)の分光測定が可能である。
(Measurable line types)
In the present invention, since fluorescence in the short wavelength region from the base resin can be sufficiently detected, spectroscopic measurement of various types of radiation (β rays, γ rays, internal conversion electrons, etc.) is possible.

本発明の、蛍光体が添加されていない母体樹脂から成る放射線検出用素子を用いた放射線測定の実施例を以下に記載する。   Examples of radiation measurement using a radiation detection element made of a base resin to which no phosphor is added according to the present invention will be described below.

実施例1 放射線源の測定
純度100%のポリビニルトルエン(PVT)からなる62mm×62mm×10mmの大きさの検出用素子を作製した。検出用素子からの蛍光を効率よく検出するため、検出用素子の62mm×10mmの4つ側面にそれぞれ光電子増倍管(型番H7195、浜松ホトニクス)を配置した。検出用素子の上面と下面62mm×62mmには、鏡面加工を施した。放射線源から放出されるエネルギーや種類の異なる放射線間による偶発的な事象を低減するため鉛コリメーター(サイズ30mm×30mm×8mmであり、中央に径10mmの穴)を使用し、検出用素子の中央に配置した。放射線源には、社団法人日本アイソトープ協会より購入した207Bi線源と137Cs線源を用いた。
Example 1 A detection element having a size of 62 mm × 62 mm × 10 mm made of polyvinyl toluene (PVT) having a measurement purity of 100% of a radiation source was produced. In order to efficiently detect fluorescence from the detection element, photomultiplier tubes (model number H7195, Hamamatsu Photonics) were respectively arranged on four sides of 62 mm × 10 mm of the detection element. The upper surface and the lower surface 62 mm × 62 mm of the detection element were mirror-finished. Lead collimator (size 30mm x 30mm x 8mm, hole with a diameter of 10mm in the center) is used to reduce incidental events caused by different types of energy and radiation emitted from radiation sources. Centered. As a radiation source, a 207 Bi radiation source and a 137 Cs radiation source purchased from the Japan Isotope Association were used.

測定データの解析方法は、H. Nakamura, et. al., Rad. Res. 170, 811(2008)に基づいて行った。すなわち従来は、線源自体及びその周りの保護膜によりエネルギーを損失した実測値と理論値を同一であると仮定して測定値を校正していたところ、実際には誤差があることに着目し、放射線測定器の実測によるエネルギー分布から誤差成分を分離する校正を行った。
この方法は放射線測定器におけるエネルギー分解能を飛躍的に向上させることから、特に複数の放射線が放出される放射線源の計測において有効である。
The analysis method of the measurement data is H.264. Nakamura, et. al. , Rad. Res. 170, 811 (2008). In other words, in the past, when the measured values were calibrated assuming that the theoretical values were the same as the measured values that lost energy due to the radiation source itself and the surrounding protective film, it was noted that there was actually an error. Then, calibration was performed to separate the error component from the energy distribution measured by the radiation measuring instrument.
Since this method dramatically improves the energy resolution in the radiation measuring instrument, it is particularly effective in measuring a radiation source that emits a plurality of radiations.

207Bi放射線源を用いた性能評価)
207Bi線源からは、主としてエネルギーの異なる3本のガンマ線と、エネルギーの異なる8本の内部転換電子(K殻、L1,L2,L3殻の内部転換電子が2組)、計11本の放射線が放射線源から放出される。
検出用素子により得られたエネルギースペクトルを図1に、また、そのエネルギースペクトルからK殻内部転換電子のみを抽出した結果を図2に示す。
ここで、理論上976KeVの単一エネルギーを持つK殻内部転換電子が、対称な正規分布を示さずに非対称なエネルギー分布を示したのは、放射線源中でのエネルギー損失が原因である。
この測定結果から示された、検出用素子のエネルギー分解能は、976KeV領域に対して、σ=3.58±0.02%であることが分かった。通常のプラスチックシンチレータを用いた結果σ=3.7〜4.1%より、高い性能を示した。
(Performance evaluation using 207 Bi radiation source)
207 From the Bi-ray source, 11 gamma rays, mainly 3 gamma rays with different energies and 8 internal conversion electrons with different energies (2 sets of internal conversion electrons of K-shell, L1, L2, and L3 shells) Are emitted from a radiation source.
FIG. 1 shows the energy spectrum obtained by the detecting element, and FIG. 2 shows the result of extracting only K-shell internal conversion electrons from the energy spectrum.
Here, the reason why the K-shell internal conversion electron having a single energy of 976 KeV theoretically shows an asymmetric energy distribution without showing a symmetric normal distribution is due to energy loss in the radiation source.
From this measurement result, it was found that the energy resolution of the detection element was σ = 3.58 ± 0.02% with respect to the 976 KeV region. As a result of using a normal plastic scintillator, a higher performance was exhibited than σ = 3.7 to 4.1%.

137Cs線源を用いた性能評価)
137Cs線源からは、主としてガンマ線とベータ線、そしてエネルギーの異なる4本の内部転換電子(K殻、L1,L2,L3殻の内部転換電子が1組)、計6本の放射線が放出される。エネルギースペクトルは図3に示されている。検出用素子による測定の結果、図4に示されるようにエネルギー分解能は、625KeV領域に対して、σ=4.57±0.01であることが分かった。
(Performance evaluation using 137 Cs radiation source)
The 137 Cs source mainly emits six radiations, including gamma rays and beta rays, and four internal conversion electrons of different energies (one set of K shell, L1, L2, and L3 shell internal conversion electrons). The The energy spectrum is shown in FIG. As a result of measurement by the detection element, it was found that the energy resolution was σ = 4.57 ± 0.01 with respect to the 625 KeV region as shown in FIG.

(線源の結果のまとめ)
207Bi線源と137Cs線源から得られたエネルギー分解能の結果をまとめると、純度100%ポリビニルトルエンは、σ=3.5/E(MeV)1/2%であり、同サイズのプラスチックシンチレータ(Saint−Gobain crystals社製、BC408)にて同実験および解析を行った際に得られた結果σ=3.7/E(MeV)1/2 %を凌ぐ値であった。その結果は、図4に示されている。
つまり、蛍光体を含む従来のプラスチックシンチレータではなく、蛍光体を含まない母体樹脂のみから成る検出用素子でも十分に放射線の検出が可能であり、プラスチックシンチレータを凌ぐ分解能を示す事が示された。
また、通常スペックの光電子増倍管を用いても、検出用素子からの短波長領域の蛍光を十分に検出でき、各種放射線(β線・γ線・内部転換電子等)の分光測定が可能である事が実証された。さらに短波長領域に感度の高い光電子増倍管等の検出部を用いることで、更に高感度の測定が可能となることが示された。
(Summary of source results)
Summarizing the energy resolution results obtained from 207 Bi and 137 Cs sources, 100% pure polyvinyltoluene has σ = 3.5 / E (MeV) 1 / 2 %, and the same size plastic scintillator The result obtained when the same experiment and analysis were performed in (Saint-Gobain crystals, BC408) was a value exceeding σ = 3.7 / E (MeV) 1 / 2 %. The result is shown in FIG.
In other words, it was shown that a detection element made only of a base resin not containing a phosphor can sufficiently detect radiation, and has a resolution superior to that of a plastic scintillator, instead of a conventional plastic scintillator containing a phosphor.
In addition, even with a normal photomultiplier tube, fluorescence in the short wavelength region from the detector element can be sufficiently detected, allowing spectroscopic measurement of various types of radiation (β rays, γ rays, internal conversion electrons, etc.). It has been proven. Furthermore, it was shown that measurement with higher sensitivity is possible by using a detection unit such as a photomultiplier tube having high sensitivity in the short wavelength region.

実施例2 ペットボトル再生樹脂を用いた放射線測定可能性の評価
207Bi線源を用いた性能評価)
次に、蛍光体を含まない、不純物を含む母体樹脂から成る検出用素子を用いた例を示す。ここでは、日本製のペットボトルを使用したペットボトル再生樹脂(以下、再生PET樹脂ともいう)製ブロックを用いて放射線測定の可能性の可否を検討した。このブロックは複雑な形状(階段状の形状であって、検出に使用した部分の外寸50mm×110mm×5mm)をしており、測定のための表面加工を行っていないため、底面(50mm×110mmの面)に光電子増倍管(型番H7195,浜松ホトニクス社製)を1本だけ設置し、207Bi線源を用いて対面から入射した放射線により励起された光を測定した。その結果、図5に示すように、ポリビニルトルエン同様、976keVのK殻内部転換電子のピークを十分に見る事が出来た。
これにより、純度が100%でない母体樹脂を使用しても放射線検出用素子として使用することが可能であること、さらに特殊な加工を行わない状態でも十分に放射線計測が出来ることが明らかになった。
Example 2 Evaluation of radiation measurement possibility using PET bottle recycled resin ( 207 Performance evaluation using Bi source)
Next, an example is shown in which a detection element made of a base resin containing impurities and not containing a phosphor is used. Here, the possibility of radiation measurement was examined using a block made of a plastic bottle recycled resin (hereinafter also referred to as recycled PET resin) using a plastic bottle made in Japan. This block has a complicated shape (step-like shape, and the outer dimensions of the portion used for detection are 50 mm × 110 mm × 5 mm), and since the surface processing for measurement is not performed, the bottom surface (50 mm × A single photomultiplier tube (model number H7195, manufactured by Hamamatsu Photonics) was installed on the 110 mm surface, and light excited by radiation incident from the opposite surface was measured using a 207 Bi ray source. As a result, as shown in FIG. 5, the peak of K-shell internal conversion electrons at 976 keV could be sufficiently observed, like polyvinyltoluene.
As a result, it was clarified that it is possible to use as a radiation detecting element even if a base resin having a purity of not 100% is used, and that radiation can be sufficiently measured even without special processing. .

実施例1及び2のPVT樹脂及び再生PET樹脂の特性を下記表に示す。

Figure 0005205681
The properties of the PVT resins and recycled PET resins of Examples 1 and 2 are shown in the following table.
table
Figure 0005205681

(ポリビニルトルエン樹脂及びペットボトル再生樹脂からの発光スペクトル)
実施例1のポリビニルトルエン樹脂及び実施例2のペットボトルを使用したペットボトル再生樹脂からの蛍光の発光スペクトルを日立分光蛍光光度計(F−2700形)で測定した。また、日立分光蛍光光度計に散乱ピーク除去フィルター(Hitachi High-Technologies社製)を挿入し、樹脂自体による散乱ピークの影響を除去した。ペットボトル再生樹脂に330nmの光を入射し、そのペットボトル再生樹脂から放出される蛍光を測定した。図6に、実施例2のペットボトル再生樹脂からの放出される蛍光の発光スペクトルを破線で、実施例1で用いた純度100%ポリビニルトルエンからの発光スペクトルを点線で、また従来のプラスチックシンチレータ(BC−408)からの発光スペクトルを一点鎖線で示した。
ここで、ポリビニルトルエン樹脂及びペットボトル再生樹脂の蛍光ピーク330nm及び380nmと、線で示した光電子増倍管の有感波長のピークはほぼ合致している。つまり、ポリビニルトルエン樹脂とペットボトル再生樹脂は、光電子増倍管の最も感度が高い波長を発光し、放射線計測に極めて適していることが示された。
(Emission spectrum from polyvinyl toluene resin and recycled plastic bottle)
The emission spectrum of the fluorescence from the plastic bottle regenerated resin using the polyvinyl toluene resin of Example 1 and the PET bottle of Example 2 was measured with a Hitachi spectrofluorometer (F-2700 type). Further, a scattering peak removal filter (manufactured by Hitachi High-Technologies) was inserted into the Hitachi spectrofluorometer to remove the influence of the scattering peak due to the resin itself. Light having a wavelength of 330 nm was incident on the recycled plastic bottle, and fluorescence emitted from the recycled plastic bottle was measured. In FIG. 6, the emission spectrum of the fluorescence emitted from the recycled plastic bottle of Example 2 is indicated by a broken line, the emission spectrum from 100% purity polyvinyltoluene used in Example 1 is indicated by a dotted line, and a conventional plastic scintillator ( The emission spectrum from BC-408) is shown by a one-dot chain line.
Here, the fluorescence peaks 330 nm and 380 nm of the polyvinyltoluene resin and the PET bottle regenerated resin and the peak of the sensitive wavelength of the photomultiplier tube indicated by the line are almost matched. That is, it was shown that the polyvinyl toluene resin and the PET bottle regenerated resin emit light having the highest sensitivity of the photomultiplier tube and are extremely suitable for radiation measurement.

ポリビニルトルエン樹脂及びペットボトル再生樹脂から放出される蛍光の発光スペクトルの波長領域は、従来のプラスチックシンチレータ、例えばSaint−Gobain crystals社製のプラスチックシンチレータ(型番BC−418、BC−420等)(355nm〜500nmの発光ピークを示す。Saint−Gobain crystals社の製品データシートを参照のこと、参照URL:http://www.detectors.saint−gobain.com/uploadedFiles/SGdetectors/Documents/Product_Data_Sheets/BC418−420−422−Data−Sheet.pdf)とほぼ同じ領域にあることが分かる。
以上より、ポリビニルトルエン樹脂とペットボトル再生樹脂から放出される蛍光が従来のプラスチックシンチレータと変わらない波長領域の光を発光しており、ポリビニルトルエン樹脂及びペットボトル再生樹脂が従来のプラスチックシンチレータと同様に300nm未満の短波長領域の光を検出することができない従来の光電子増倍管を用いても放射線検出用素子として使用することが可能であることが示された。
The wavelength range of the fluorescence emission spectrum emitted from the polyvinyl toluene resin and the PET bottle regenerated resin is a conventional plastic scintillator, for example, plastic scintillators manufactured by Saint-Gobain crystals (model numbers BC-418, BC-420, etc.) (355 nm to Emission peak at 500 nm, see product data sheet of Saint-Gobain crystals, URL: http: //www.detectors. 422-Data-Sheet.pdf).
From the above, the fluorescence emitted from the polyvinyltoluene resin and the plastic bottle recycling resin emits light in the same wavelength region as the conventional plastic scintillator, and the polyvinyl toluene resin and the plastic bottle recycling resin are the same as the conventional plastic scintillator. It was shown that even if a conventional photomultiplier tube that cannot detect light in a short wavelength region of less than 300 nm can be used as a radiation detection element.

Claims (6)

母体樹脂としてペットボトル再生樹脂を主成分とし、
放射線の照射により励起された前記母体樹脂が放出する蛍光をこれよりも波長の長い光に変換する蛍光体を、前記母体樹脂中に単離した状態および前記母体樹脂に結合させた状態においても含まないことを特徴とする放射線検出用素子。
The main component is PET bottle recycled resin as the main resin .
Included in the isolated state in the matrix resin and in the state bonded to the matrix resin, the phosphor that converts the fluorescence emitted by the matrix resin excited by radiation irradiation into light having a longer wavelength than this. There is no element for radiation detection characterized by not having.
さらに、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、再生原料ではないポリエチレンテレフタレート及びそれらのコポリマー又は混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出用素子。 The radiation detection element according to claim 1, further comprising polystyrene, polyvinyl toluene, polyethylene terephthalate which is not a recycled material, and a copolymer or a mixture thereof. ペットボトル再生樹脂のみからなることを特徴とする放射線検出用素子。 A radiation detection element comprising only a plastic bottle recycle resin. 有感波長ピークが300nm〜500nmにある光電子倍増管用であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の放射線検出用素子。 Radiation detection element according to any one of claims 1 to 3, the sensitive wavelength peak is equal to or is for photomultiplier tubes in 300 nm to 500 nm. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の放射線検出用素子と、The radiation detection element according to any one of claims 1 to 4,
当該放射線検出用素子の放出した蛍光を検出する検出部と、を備えることを特徴とする放射線検出器。A radiation detector comprising: a detection unit that detects fluorescence emitted by the radiation detection element.
請求項5に記載の放射線検出器を用いて放射線を検出する放射線検出方法であって、A radiation detection method for detecting radiation using the radiation detector according to claim 5,
前記放射線検出用素子に放射線を入射させて前記放射線と前記ペットボトル再生樹脂との相互作用により蛍光を放出させ、Radiation is incident on the radiation detection element, and fluorescence is emitted by the interaction between the radiation and the plastic bottle regeneration resin,
前記放出させた蛍光を前記検出部で検出するThe detected fluorescence is detected by the detection unit.
ことを特徴とする放射線検出方法。The radiation detection method characterized by the above-mentioned.
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