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JP7588371B2 - Radiation detection film and method for producing same - Google Patents
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Description

本発明は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出フィルム及びその製造方法並びに放射線検出フィルム積層体に関する。 The present invention relates to a radiation detection film containing a scintillator that emits light when excited by radiation, a method for producing the same, and a radiation detection film laminate.

放射線を検出するシンチレータとして、液状の物やペレット状の物が知られている。液体のシンチレータは、大量に使用する結果、大量に廃棄しなければならないという問題があった。一方、ペレット型の放射線検出用プラスチックシンチレータとしては、特許文献1に開示されるものが挙げられる。このようなペレット型放射線検出用プラスチックシンチレータは高価であった。 Liquid and pellet-shaped scintillators are known as scintillators for detecting radiation. Liquid scintillators have the problem that they are used in large quantities, and as a result, large quantities must be disposed of. On the other hand, an example of a pellet-type plastic scintillator for detecting radiation is disclosed in Patent Document 1. Such pellet-type plastic scintillators for detecting radiation are expensive.

これに対して本願発明者は、粒子型のシンチレータ固定化ケイ酸粒子を開発した(特許文献2)。このシンチレータ固定化ケイ酸粒子は、平均粒径が0.1~100μmであるケイ酸粒子、及び該粒子の表面上に、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子シンチレータ、及びバインダー、及びシンチレータより発せられる蛍光を増強する物質を接着剤を介してケイ酸粒子に固定化したものである。このシンチレータ固定化ケイ酸粒子を材料として放射線検出材を得ることで、より安価に作製でき、且つ放射線検出感度を高めることができる。 In response to this, the inventors of the present application have developed particle-type scintillator-fixed silicic acid particles (Patent Document 2). These scintillator-fixed silicic acid particles are made by fixing, on the surface of silicic acid particles with an average particle size of 0.1 to 100 μm, a silica nanoparticle scintillator containing organic scintillator molecules, a binder, and a substance that enhances the fluorescence emitted by the scintillator, to the silicic acid particles via an adhesive. By obtaining a radiation detection material using these scintillator-fixed silicic acid particles as a material, it is possible to produce the material more cheaply and to increase the radiation detection sensitivity.

一方で、このようなペレット型や粒子型では扱い難いことから、シート型とした放射線検出シートも提案されている(特許文献3)。しかしながら、従来の放射線検出シートは十分な可撓性が得られないという問題があった。また放射線検出材として、現行ではイメージングプレート(IP)やプラスチックシンチレータと呼ばれる板状の検出材が広く使用されている。これらはいずれも非常に高価である上に、放射性物質が付着した場合は使い捨てにせざるを得ず、捨てる際にも廃棄が困難という問題があった。また、これらは薄いものでも約0.5mm程度と厚みがあり、扱い難かった。 On the other hand, because such pellet-type and particle-type radiation detection sheets are difficult to handle, sheet-type radiation detection sheets have also been proposed (Patent Document 3). However, conventional radiation detection sheets have the problem of not being sufficiently flexible. Furthermore, currently, plate-shaped detection materials called imaging plates (IPs) and plastic scintillators are widely used as radiation detection materials. Both of these are very expensive, and in the event that radioactive material adheres to them, they must be thrown away, which causes problems such as difficulty in disposing of them. Furthermore, even the thinnest of these are thick, at around 0.5 mm, making them difficult to handle.

特開2018-131476号公報JP 2018-131476 A 特許6590185号公報Patent No. 6590185 特開2019-184281号公報JP 2019-184281 A

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、可撓性を高めて扱い易くした放射線検出フィルム及びその製造方法並びに放射線検出フィルム積層体を提供することにある。 The present invention has been made in view of this background. One of the objects of the present invention is to provide a radiation detection film that is more flexible and easier to handle, a method for producing the same, and a radiation detection film laminate.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for solving the problem and effects of the invention

本発明の第1の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出フィルムの製造方法であって、シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有する紙シートを準備する工程と、前記紙シートを、フィルム基材と重ねて、熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程とを含む。これにより、従来のシンチレータ層を基材に塗布する方法と異なり、接着のためのバインダー類を使用しないため、放射線検出フィルムの薄型化が容易で、また柔軟性を発揮させ易くできる。 The method for producing a radiation detection film according to the first embodiment of the present invention is a method for producing a radiation detection film containing a scintillator that is excited by radiation and emits light, and includes the steps of preparing a paper sheet containing scintillator-immobilized silicic acid particles, and overlapping the paper sheet with a film substrate, subjecting it to heat and pressure processing, and transferring the scintillator component to the film substrate. As a result, unlike conventional methods in which a scintillator layer is applied to a substrate, no binders are used for adhesion, making it easy to make the radiation detection film thin and easy to make it flexible.

また、第2の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記に加えて、前記紙シートを準備する工程が、ケイ酸粒子を繊維の表面に凝集させて抄紙する湿式抄紙法又はコーティング法により作成するシートに、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有するコーティング層を形成する工程、又は前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を担持させた繊維を含む原料を、湿式抄紙法によりシート化する工程である。 In addition to the above, the method for producing a radiation detection film according to the second embodiment includes the step of preparing the paper sheet by forming a coating layer containing the scintillator-immobilized silicic acid particles on a sheet produced by a wet papermaking method or coating method in which silicic acid particles are aggregated on the surface of fibers and then paper-made, or by forming a sheet from a raw material containing fibers carrying the scintillator-immobilized silicic acid particles by a wet papermaking method.

さらに、第3の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記紙シートを準備する工程が、抄紙シートにコーティング液を塗布するコーティング法により作成するシートに、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有するコーティング層を形成する工程、又は前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を担持させた繊維を含む原料を、湿式抄紙法によりシート化する工程である。 In addition to any of the above, the method for producing a radiation detection film according to a third embodiment is such that the step of preparing the paper sheet is a step of forming a coating layer containing the scintillator-immobilized silicic acid particles on a sheet produced by a coating method in which a coating liquid is applied to a papermaking sheet, or a step of forming a sheet from a raw material containing fibers carrying the scintillator-immobilized silicic acid particles by a wet papermaking method.

さらに、第4の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記紙シートをフィルム基材と重ねて熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程が、前記フィルム基材を二枚用意し、前記紙シートの両面に重ねて配置して熱圧加工する工程を含む。これにより、2枚のフィルム基材に対してそれぞれ転写面を形成することが可能となり、1枚の紙シートから2枚の放射線検出フィルムを製造して製造効率を向上できる利点が得られる。 Furthermore, in addition to any of the above, the manufacturing method of the radiation detection film according to the fourth embodiment includes the step of overlapping the paper sheet with the film substrate and subjecting it to thermal pressure processing, and transferring the scintillator component to the film substrate, comprising the steps of preparing two of the film substrates, overlapping them on both sides of the paper sheet, and subjecting them to thermal pressure processing. This makes it possible to form transfer surfaces on each of the two film substrates, and provides the advantage of being able to manufacture two radiation detection films from one paper sheet, thereby improving manufacturing efficiency.

さらにまた、第5の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記フィルム基材が透光性を有する。これにより、透光性を有する放射線検出フィルムが得られ、これを複数枚積層することで発光強度を増すことが可能となる。 Furthermore, in the method for producing a radiation detection film according to the fifth embodiment, in addition to any of the above, the film substrate has light-transmitting properties. This results in a light-transmitting radiation detection film, and by laminating multiple sheets of this film, it is possible to increase the luminescence intensity.

さらにまた、第6の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記フィルム基材がPET製である。 Furthermore, in the sixth embodiment of the method for producing a radiation detection film, in addition to any of the above, the film substrate is made of PET.

さらにまた、第7の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、さらに、前記シンチレータ成分が転写された放射線検出フィルムを複数枚積層する工程を含む。これにより、透光性を有する放射線検出フィルムが得られ、これを複数枚積層することで発光強度を増すことが可能となる。 Furthermore, the method for producing a radiation detection film according to the seventh embodiment includes, in addition to any of the above, a step of stacking a plurality of radiation detection films onto which the scintillator component has been transferred. This results in a radiation detection film having translucency, and stacking a plurality of such films makes it possible to increase the luminescence intensity.

さらにまた、第8の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記紙シートをフィルム基材と重ねて熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程が、80℃以上で行われるものである。 Furthermore, in the eighth embodiment, in addition to any of the above, the method for producing a radiation detection film is such that the step of overlapping the paper sheet with a film substrate and subjecting them to heat and pressure processing, and transferring the scintillator component to the film substrate, is carried out at 80°C or higher.

さらにまた、第9の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記紙シートをフィルム基材と重ねて熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程が、平板状又はロール状のフィルム基材に対して熱圧加し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程である。 Furthermore, in the method for producing a radiation detection film according to the ninth embodiment, in addition to any of the above, the step of overlapping the paper sheet with a film substrate and subjecting it to heat and pressure processing to transfer the scintillator component to the film substrate is a step of applying heat and pressure to a flat or roll-shaped film substrate to transfer the scintillator component to the film substrate.

さらにまた、第10の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記シンチレータが、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体で、前記複合体は、包接化合物で包接された前記有機シンチレータ分子または前記有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法により前記シリカナノ粒子内部または表面に固定されている。 Furthermore, in the method for producing a radiation detection film according to the tenth embodiment, in addition to any of the above, the scintillator is a complex of organic scintillator molecules and silica nanoparticles, and in the complex, the organic scintillator molecules encapsulated in an inclusion compound or the organic scintillator molecules and aromatic rings formed by a coupling agent are fixed to the inside or surface of the silica nanoparticles by a sol-gel method.

さらにまた、第11の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記紙シートを準備する工程が、有機溶媒に有機シンチレータ分子と包接化合物とを加えて加熱し、前記包接化合物で包接された前記有機シンチレータ分子または前記有機シンチレータ分子を前記有機溶媒に溶解させる第1混合工程と、前記第1混合工程で得られた第1混合液にケイ酸源とカップリング剤とを加えて加熱攪拌し、ゾル-ゲル法により前記有機シンチレータ分子が内部または表面に固定され、前記カップリング剤による芳香環が内部または表面に固定されたシリカナノ粒子を形成して、前記有機シンチレータ分子と前記シリカナノ粒子の複合体を形成する第2混合工程と、前記第2混合工程で得られた第2混合液を加熱乾固してシンチレータ固定化ケイ酸粒子を得る加熱乾固工程と、湿式抄紙法により形成するシートに、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有するコーティング層を形成して、又は前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を担持させた繊維を含む原料を、湿式抄紙法によりシート化して紙シートを得る工程とを含む。 Furthermore, in the method for producing a radiation detection film according to the eleventh embodiment, in addition to any of the above, the step of preparing the paper sheet includes a first mixing step of adding an organic scintillator molecule and an inclusion compound to an organic solvent and heating the organic scintillator molecule or the organic scintillator molecule inclusive of the inclusion compound in the organic solvent; a second mixing step of adding a silicic acid source and a coupling agent to the first mixed liquid obtained in the first mixing step and heating and stirring the mixture to form silica nanoparticles in which the organic scintillator molecule is fixed to the inside or surface by a sol-gel method and the aromatic ring by the coupling agent is fixed to the inside or surface by a sol-gel method, thereby forming a composite of the organic scintillator molecule and the silica nanoparticle; a heating and drying step of heating and drying the second mixed liquid obtained in the second mixing step to obtain scintillator-immobilized silicic acid particles; and a step of forming a coating layer containing the scintillator-immobilized silicic acid particles on a sheet formed by a wet papermaking method, or forming a raw material including fibers carrying the scintillator-immobilized silicic acid particles into a sheet by a wet papermaking method to obtain a paper sheet.

さらにまた、第12の形態に係る放射線検出フィルムの製造方法は、上記いずれかに加えて、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子が、珪石粒子、及び該粒子の表面上に固定化された前記シンチレータを含有し、前記珪石粒子の平均粒径が1.5~20μmであり、前記シンチレータが有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子であり、且つ前記シリカナノ粒子の平均粒子径が30~400nmである。 Furthermore, in addition to any of the above, the method for producing a radiation detection film according to the twelfth embodiment is such that the scintillator-immobilized silicic acid particles contain silica particles and the scintillator immobilized on the surfaces of the particles, the silica particles have an average particle size of 1.5 to 20 μm, the scintillator is silica nanoparticles containing organic scintillator molecules, and the silica nanoparticles have an average particle size of 30 to 400 nm.

さらにまた、第13の形態に係る放射線検出フィルムは、一面に、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有するシンチレータ固定化ケイ酸粒子担持層を設けたフィルム基材を備える放射線検出フィルムであって、前記フィルム基材が透光性を有し、37kBq/mlの放射能濃度のトリチウムの低エネルギーβ線で励起された発光が、液体シンチレーションカウンタによる測定で100CPM以上である。上記構成により、従来のシンチレータ層を基材に塗布する方法と異なり、接着のためのバインダー類を使用しないため、放射線検出フィルムの薄型化が容易で、また柔軟性を発揮させ易くできる。また、透光性を有する放射線検出フィルムが得られ、これを複数枚積層することで発光強度を増すことが可能となる。
Furthermore, a radiation detection film according to a thirteenth embodiment is a radiation detection film comprising a film substrate having a scintillator-immobilized silicic acid particle-supporting layer on one side thereof, the film substrate having translucency, the film substrate having a luminescence excited by low-energy β-rays of tritium having a radioactivity concentration of 37 kBq/ml being 100 CPM or more as measured by a liquid scintillation counter . Unlike the conventional method of applying a scintillator layer to a substrate, the above-mentioned configuration does not use binders for adhesion, and therefore the radiation detection film can be easily thinned and made flexible. Furthermore, a translucent radiation detection film can be obtained, and the luminescence intensity can be increased by laminating a plurality of such films.

さらにまた、第14の形態に係る放射線検出フィルムは、上記構成に加えて、前記面において、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子と前記フィルム基材との間にバインダ層を有しない。
Furthermore, in addition to the above configuration, a radiation detection film according to a fourteenth embodiment has no binder layer between the scintillator-immobilized silicic acid particles and the film substrate on the one side.

さらにまた、第15の形態に係る放射線検出フィルムは、上記いずれかの構成に加えて、記シンチレータ固定化ケイ酸粒子が縞状又はタイル状に前記フィルム基材の前記一面を被覆している。上記構成により、トリチウムの低エネルギーβ線を効率よく検出できる
Furthermore, in addition to any one of the above configurations, a radiation detection film according to a fifteenth embodiment has the scintillator-immobilized silicic acid particles covering the one surface of the film substrate in a striped or tiled pattern. With the above configuration, low-energy β rays of tritium can be efficiently detected.

さらにまた、第16の形態に係る放射線検出フィルムは、上記いずれかの構成に加えて、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子が、液体シンチレータに使用されている有機分子と有機シンチレータを粒子担持して固定化されている。 Furthermore, in the radiation detection film according to the sixteenth embodiment, in addition to any of the above configurations, the scintillator-immobilized silicic acid particles are immobilized by carrying the organic molecules and organic scintillator used in the liquid scintillator.

さらにまた、第17の形態に係る放射線検出フィルムは、上記いずれかの構成に加えて、前記放射線検出フィルムの厚さが、50μm以下である。 Furthermore, in addition to any of the above configurations, the radiation detection film according to the seventeenth embodiment has a thickness of 50 μm or less.

さらにまた、第18の形態に係る放射線検出フィルムは、上記いずれかの構成に加えて、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子が、珪石粒子、及び該粒子の表面上に固定化された前記シンチレータを含有し、前記珪石粒子の平均粒径が1.5~20μmであり、前記シンチレータが有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子であり、且つ前記シリカナノ粒子の平均粒子径が30~400nmである。 Furthermore, in addition to any of the above configurations, the radiation detection film according to the eighteenth embodiment has the following features: the scintillator-immobilized silicic acid particles contain silica particles and the scintillator immobilized on the surfaces of the particles, the silica particles have an average particle size of 1.5 to 20 μm, the scintillator is silica nanoparticles containing organic scintillator molecules, and the silica nanoparticles have an average particle size of 30 to 400 nm.

さらにまた、第19の形態に係る放射線検出フィルムは、上記いずれかの構成に加えて、前記フィルム基材がPET製である。
Furthermore, in a radiation detection film according to a nineteenth embodiment, in addition to any one of the configurations described above, the film base is made of PET.

さらにまた、第2の形態に係る放射線検出フィルム積層体は、上記いずれかの放射線検出フィルムを複数枚積層して構成される。上記構成により、透光性を有する放射線検出フィルムを複数枚積層して発光強度を増し、放射線の検出精度を向上させることができる。
Furthermore, a radiation detection film laminate according to a twentieth embodiment is constructed by laminating a plurality of radiation detection films according to any one of the above. With the above construction, by laminating a plurality of light-transmitting radiation detection films, it is possible to increase the luminescence intensity and improve the radiation detection accuracy.

実施形態1に係る放射線検出フィルムの模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a radiation detection film according to a first embodiment. 図2A~図2Cは実施形態1に係る放射線検出フィルムの製造方法を示す模式断面図である。2A to 2C are schematic cross-sectional views showing a method for manufacturing the radiation detection film according to embodiment 1. 実施形態2に係る放射線検出フィルムの製造方法を示す模式断面図である。5A to 5C are schematic cross-sectional views illustrating a method for producing a radiation detection film according to a second embodiment. 実施形態3に係る放射線検出フィルムの製造方法を示す模式断面図である。5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a method for producing a radiation detection film according to a third embodiment. 実施形態4に係る放射線検出フィルムの製造方法を示す模式断面図である。10A to 10C are schematic cross-sectional views showing a method for producing a radiation detection film according to a fourth embodiment. 実施例1に係る放射線検出フィルムと、熱転写前のフィルム基材と、珪石粉末のXRDパターンを示すグラフである。1 is a graph showing XRD patterns of the radiation detection film in Example 1, the film substrate before thermal transfer, and silica powder. 放射線検出フィルムと、熱転写後の紙シートのXRDパターンを示すグラフである。1 is a graph showing the XRD patterns of a radiation detection film and a paper sheet after thermal transfer. 放射線検出フィルムを280nmで励起した際の表面蛍光を示すグラフである。1 is a graph showing surface fluorescence upon excitation of the radiation detection film at 280 nm. 図9Aは紙シートの低倍率のSEM写真、図9Bは高倍率のSEM写真、図9Cはさらに高倍率のSEM写真、図9Dは図9Cにおける緑色枠内の定性スペクトル、図9Eは青色枠内の定性スペクトル、図9Fは赤色枠内の定性スペクトル、図9Gは紫色枠内の定性スペクトル、図9Hは図9D~図9Gの元素分析結果である。Figure 9A is a low magnification SEM photograph of a paper sheet, Figure 9B is a high magnification SEM photograph, Figure 9C is an even higher magnification SEM photograph, Figure 9D is the qualitative spectrum within the green frame in Figure 9C, Figure 9E is the qualitative spectrum within the blue frame, Figure 9F is the qualitative spectrum within the red frame, Figure 9G is the qualitative spectrum within the purple frame, and Figure 9H is the result of elemental analysis of Figures 9D to 9G. 図10Aは放射線検出フィルムのSEM写真、図10Bはフィルム基材のSEM写真、図10Cは図10Aの拡大SEM写真、図10Dは図10Cにおける緑色枠内の定性スペクトル、図10Eは青色枠内の定性スペクトル、図10Fは赤色枠内の定性スペクトル、図10Gは紫色枠内の定性スペクトル、図10Hは図10D~図10Gの元素分析結果である。FIG. 10A is an SEM photograph of the radiation detection film, FIG. 10B is an SEM photograph of the film substrate, FIG. 10C is an enlarged SEM photograph of FIG. 10A, FIG. 10D is a qualitative spectrum within the green frame in FIG. 10C, FIG. 10E is a qualitative spectrum within the blue frame, FIG. 10F is a qualitative spectrum within the red frame, FIG. 10G is a qualitative spectrum within the purple frame, and FIG. 10H is the result of elemental analysis of FIGS. 10D to 10G. (a)は放射線検出フィルムを内部に巻いたガラスバイアル、(b)は空気中のラドンガスを静電的に吸着した風船にシンチレーションペーパーを巻きつけて内部に入れたガラスバイアルの写真である。(a) is a photograph of a glass vial with radiation detection film wrapped around the inside, and (b) is a photograph of a glass vial with a balloon that electrostatically adsorbs radon gas in the air and is wrapped in scintillation paper and placed inside. 図12Aは放射線検出フィルムのSEM写真、図12Bは図12Aにおける緑色枠内の定性スペクトル、図12Cは青色枠内の定性スペクトル、図12Dは図12B~図12Cの元素分析結果である。12A is an SEM photograph of the radiation detection film, FIG. 12B is a qualitative spectrum within the green frame in FIG. 12A, FIG. 12C is a qualitative spectrum within the blue frame, and FIG. 12D is the result of elemental analysis of FIGS. 12B to 12C. ガラスバイアルにマントルを入れた写真である。This is a photograph of the mantle placed in a glass vial. 図14Aはマントルに放射線検出フィルムを被せた写真、図14Bはシンチレーション光のCCD画像を重ねた画像である。FIG. 14A is a photograph of the mantle covered with radiation detection film, and FIG. 14B is an image in which a CCD image of scintillation light is overlaid. 図15Aは放射線検出フィルムを5枚に切断した状態、図15Bは各切断片をガラスバイアルのトリチウム水溶液に浸す様子を示す模式図である。FIG. 15A is a schematic diagram showing the state in which the radiation detection film has been cut into five pieces, and FIG. 15B is a schematic diagram showing the state in which each cut piece is immersed in an aqueous tritium solution in a glass vial. 計数率の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of count rate measurements. 本発明の一実施形態に係る紙シートを示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a paper sheet according to one embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る紙シートを示す模式断面図及び要部拡大断面図である。4A and 4B are a schematic cross-sectional view and an enlarged cross-sectional view of a main part of a paper sheet according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る紙シートの模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a paper sheet according to another embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る紙シートの製造工程を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a manufacturing process of a paper sheet according to an embodiment of the present invention; 本発明の他の実施形態に係る紙シートの製造工程を示す概略工程図である。5 is a schematic process diagram showing a paper sheet manufacturing process according to another embodiment of the present invention. FIG. 本発明の他の実施形態に係る紙シートの拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a paper sheet according to another embodiment of the present invention. 放射線検出フィルム及び熱転写を行っていないフィルム基材の表面を、波長365~375nmの紫外LED光の照射の有無に分けて撮影した光学顕微鏡写真である。The photographs are optical microscope photographs of the surfaces of a radiation detection film and a film substrate on which thermal transfer has not been performed, with and without irradiation with ultraviolet LED light having a wavelength of 365 to 375 nm.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための放射線検出粉末とその製造方法、及び放射線検出粉末を備える紙シートとその製造方法を例示するものであって、本発明は放射線検出粉末とその製造方法、及び放射線検出粉末を備える紙シートとその製造方法を以下のもの及び方法に特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 The following describes the embodiments of the present invention based on the drawings. However, the embodiments shown below are examples of radiation detection powder and its manufacturing method, and paper sheets containing radiation detection powder and its manufacturing method for embodying the technical ideas of the present invention, and the present invention does not specify the radiation detection powder and its manufacturing method, and paper sheets containing radiation detection powder and its manufacturing method to the following. Furthermore, this specification does not specify the members shown in the claims to the members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, and relative positions of the components described in the embodiments are merely explanatory examples, and are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified. Note that the size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated to clarify the explanation. Furthermore, in the following explanation, the same names and symbols indicate the same or similar members, and detailed explanations will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured in such a manner that multiple elements are composed of the same member, and one member can serve multiple elements, or conversely, the function of one member can be shared by multiple members.

実施形態1に係る放射線検出フィルムは、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出材の一種であり、シンチレーションフィルムとも呼ばれる。放射線検出材は、現行ではイメージングプレートやプラスチックシンチレータと呼ばれる板状の検出材が広く使用されている。これらはいずれも非常に高価である上に、放射性物質が付着した場合使い捨てにせざるを得ず、捨てる際にも廃棄が困難であるという問題があった。また、これらは薄いものでも約0.5mm程度と厚みがあり、薄くフレキシブル性を持ちながら十分な検出性能を持つ製品はこれまで存在しなかった。 The radiation detection film according to the first embodiment is a type of radiation detection material that contains a scintillator that emits light when excited by radiation, and is also called a scintillation film. Currently, plate-shaped detection materials called imaging plates and plastic scintillators are widely used as radiation detection materials. Both of these are very expensive, and have the problem that they must be thrown away if radioactive material adheres to them, and are difficult to dispose of. Furthermore, even the thinnest of these are about 0.5 mm thick, and until now there have been no products that are thin and flexible while also having sufficient detection performance.

そこで本実施形態に係る放射線検出フィルムでは、シンチレータ固定化ケイ酸粒子16を抄紙法等によりシート化し、この紙シート10をフィルム等のフィルム基材8と重ねて熱圧加工することで、フィルム基材8側にシンチレータ成分を転写することで、透明な放射線検出フィルムを得ている。 In the radiation detection film according to this embodiment, the scintillator-fixed silicic acid particles 16 are made into a sheet by a papermaking method or the like, and this paper sheet 10 is then layered on a film substrate 8 such as a film and subjected to heat and pressure processing, thereby transferring the scintillator components to the film substrate 8 side, thereby obtaining a transparent radiation detection film.

この放射線検出フィルムは、従来のシンチレータ層塗布法と異なり、シンチレータ層をフィルム基材8に接着するためのバインダー類を使用しないため、薄型化が容易で、柔軟性を発揮させ易くなる。さらに、シンチレータを含む粒子が基材表面に露出している。このため、トリチウムの低エネルギーβ線によりシンチレータが発光することで液体シンチレーションカウンタで検出できる。特に50μm以下のフィルムに放射線検出機能を持たせることができるため、高い可撓性により外形を変形させ易くして、測定したい対象物を包んで使用する他、机の上に引いて放射能の分布を確認することや、ロール状に巻き付けて使用することも可能となる。 Unlike conventional scintillator layer coating methods, this radiation detection film does not use binders to adhere the scintillator layer to the film substrate 8, making it easy to make it thin and flexible. Furthermore, particles containing the scintillator are exposed on the substrate surface. This allows the scintillator to emit light in response to low-energy beta rays from tritium, which can be detected by a liquid scintillation counter. In particular, since a film of 50 μm or less can be given radiation detection capabilities, its high flexibility makes it easy to deform its outer shape, and it can be used to wrap the object to be measured, or it can be laid out on a desk to check the distribution of radioactivity, or it can be wound into a roll for use.

また、薄膜化により廃棄量を低減する効果も得られる。すなわち、薄くしたことで廃棄物の発生量もわずかで済む。 Furthermore, the thin film also has the effect of reducing the amount of waste. In other words, by making it thinner, only a small amount of waste is generated.

さらに本実施形態に係る放射線検出フィルムでは、有機シンチレータを非常に簡便な方法でフィルム基材8に固定化することができる。また固定化するフィルム基材8は、透明なフィルムに限らず、紙などの不透明なシート状のものや、容器など立体形状のものとすることもでき、さらに利便性を高められる。特にシート状の基材に限らず、容器表面に固定化できれば、容器自体を検出材とすることも可能である。 Furthermore, in the radiation detection film according to this embodiment, the organic scintillator can be fixed to the film substrate 8 in a very simple manner. The film substrate 8 to which the organic scintillator is fixed is not limited to a transparent film, but can also be an opaque sheet such as paper, or a three-dimensional shape such as a container, further enhancing convenience. In particular, the organic scintillator is not limited to a sheet-shaped substrate, and if it can be fixed to the surface of a container, the container itself can also be used as the detection material.

さらにまたフィルム基材8に透光性の基材を採用することで、透光性を持たせることができる。透明性が高い放射線検出フィルムとすることで、フィルム基材8が発光の伝搬を阻害せず、従って、例えば、ガラスバイアル内のトリチウム水に浸漬した場合、同時に多くの放射線検出フィルムを加えて浸漬することが可能となり、トリチウムとの接触面積が増加することにより発光強度を増すことができる。この様子を図16に示す。この図において、横軸が放射線検出フィルムの枚数が1枚、2枚、3枚、4枚、5枚の場合に相当する。 Furthermore, by using a translucent substrate for the film substrate 8, it is possible to provide translucency. By using a radiation detection film with high transparency, the film substrate 8 does not impede the propagation of light emission. Therefore, for example, when immersed in tritium water in a glass vial, it is possible to add and immerse many radiation detection films at the same time, and the contact area with tritium increases, thereby increasing the light emission intensity. This is shown in Figure 16. In this figure, the horizontal axis corresponds to the number of radiation detection films when there is 1, 2, 3, 4, or 5.

加えて、薄黄白色のシンチレータシリカ珪石粉末を圧着することによって、透明なフィルムに付着させることができる。また、そのように圧着されて形成したシンチレーションフィルムでもってトリチウムのβ線を検出することが可能となる。トリチウムの飛程距離は短く、プラスチック製シンチレータでは表面のみで検出される。本実施形態に係る放射線検出フィルムでは、シンチレータとなるシリカ粒子が縞状に付いていること、またこのシンチレータシリカ珪石粉末はその表面が親水性であることから、より多くのトリチウムがシンチレータ近傍にまで接触し、シンチレータが発光してシンチレーション光を発することができる。 In addition, pale yellow-white scintillator silica powder can be pressed onto a transparent film. The scintillation film formed by pressing in this way can detect tritium beta rays. Tritium has a short range, and is only detected on the surface of a plastic scintillator. In the radiation detection film according to this embodiment, the silica particles that serve as the scintillator are attached in stripes, and the surface of this scintillator silica powder is hydrophilic, so that more tritium can come into contact with the vicinity of the scintillator, causing the scintillator to emit light and produce scintillation light.

さらに、シンチレータを含む粒子が基材表面に露出していることから、トリチウムの低エネルギーβ線によりシンチレータが発光することでこれを検出できる。 In addition, because the particles containing the scintillator are exposed on the surface of the substrate, the scintillator emits light in response to the low-energy beta rays of tritium, making it possible to detect this.

さらに加えて、マントルや空気中の埃に付着したラドンガスからのアルファ線を容易に検出できるという特性も得られる。
(放射線検出フィルム)
An additional benefit is that it can easily detect alpha rays from radon gas attached to the mantle or dust in the air.
(Radiation detection film)

放射線検出フィルムを図1の模式断面図に示す。この図に示す放射線検出フィルムは、フィルム基材8で構成される。フィルム基材8の一面(図1において上面)は、シンチレータ固定化ケイ酸粒子16が熱転写された転写面としている。シンチレータ固定化ケイ酸粒子16とフィルム基材8との間には、接着剤のようなバインダ層を有しない。このように有機樹脂製接着剤のようなバインダ層を用いることなく、熱転写によりシンチレータ固定化ケイ酸粒子16を転写面に固定することで、放射線検出フィルムの柔軟性を発揮できる。また放射線検出フィルムの薄型化も実現される。薄型化により、フレキシブル性がさらに向上され、形状の可変や追従性も向上される。例えば空気中のラドンガスが静電的に付着する風船に、予め放射線検出フィルムを巻き付けておき、ラドンガスの検出に利用することができる。また、放射線検出フィルムをガラスバイアルの内壁を覆うことで、簡単にシンチレーションバイアルを構成できる。これらの発光(シンチレーション光)はシンチレーションカウンタを使用してそれらの放射線を容易に測定できる。さらに薄膜の放射線検出フィルムを生地として、ベータ線やアルファ線検出用のウエアラブル検出器に応用することも可能となる。 The radiation detection film is shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1. The radiation detection film shown in this figure is composed of a film substrate 8. One surface of the film substrate 8 (the upper surface in FIG. 1) is a transfer surface onto which the scintillator-fixed silicic acid particles 16 are thermally transferred. There is no binder layer such as an adhesive between the scintillator-fixed silicic acid particles 16 and the film substrate 8. In this way, the flexibility of the radiation detection film can be exhibited by fixing the scintillator-fixed silicic acid particles 16 to the transfer surface by thermal transfer without using a binder layer such as an organic resin adhesive. The radiation detection film can also be made thinner. By making the film thinner, the flexibility is further improved, and the shape change and followability are also improved. For example, the radiation detection film can be wrapped around a balloon to which radon gas in the air electrostatically adheres, and used to detect radon gas. In addition, a scintillation vial can be easily constructed by covering the inner wall of a glass vial with the radiation detection film. These luminescence (scintillation light) can be easily measured using a scintillation counter. Furthermore, the thin radiation detection film can be used as a fabric to create wearable detectors for detecting beta and alpha rays.

転写面において、シンチレータ固定化ケイ酸粒子16は厚さが均一な層状となってフィルム基材8の一面を覆っているのでなく、図1に示すようにシンチレータ固定化ケイ酸粒子16が部分的に存在している状態となっている。シンチレータ固定化ケイ酸粒子16は、縞状又はタイル状にフィルム基材8の一面を部分的に被覆している状態となっている。いいかえると、シンチレータ固定化ケイ酸粒子16は、フィルム基材8の一面を完全に覆っているのでなく、部分的にフィルム基材8が露出した状態となっている。このような状態とすることで、フィルム基材8の持つ可撓性を十分に発揮させ、接着剤等のバインダによって柔軟性を低下させる事態を回避できる。また、転写面の大半はシンチレータ固定化ケイ酸粒子16が存在しているため、放射線を検出して発光する機能が阻害されることはない。また、シンチレータを含む粒子が基材表面に露出しているため、トリチウムの低エネルギーβ線によりシンチレータが発光することで液体シンチレーションカウンタで検出できる効果がある。
(フィルム基材8)
On the transfer surface, the scintillator-fixed silicic acid particles 16 do not cover one surface of the film substrate 8 in the form of a uniform layer, but are partially present as shown in FIG. 1. The scintillator-fixed silicic acid particles 16 are partially covering one surface of the film substrate 8 in a striped or tiled pattern. In other words, the scintillator-fixed silicic acid particles 16 do not completely cover one surface of the film substrate 8, but are partially exposed to the film substrate 8. By making it in such a state, the flexibility of the film substrate 8 can be fully exerted, and it is possible to avoid a situation in which the flexibility is reduced by a binder such as an adhesive. In addition, since the scintillator-fixed silicic acid particles 16 are present on most of the transfer surface, the function of detecting radiation and emitting light is not hindered. In addition, since the particles containing the scintillator are exposed on the substrate surface, the scintillator emits light due to the low-energy beta rays of tritium, which has the effect of being detected by a liquid scintillation counter.
(Film substrate 8)

フィルム基材8は、透光性を有することが好ましい。これにより、透光性を有する放射線検出フィルムが得られる。また透光性を有する放射線検出フィルムを複数枚積層して放射線検出フィルム積層体とすることで、励起光の光量を増し、放射線検出時の発光強度を増すことが可能となる。すなわち、透明とすることで放射線検出フィルムの枚数を重ねても、各放射線検出フィルムで検出された放射線の発光を透過させることができる。これによって高感度検出が可能となる。例えばトリチウム(3H)水を検出するに際して、トリチウム水との接触面積を増やすことで検出効率を枚数に応じて増加させることが可能となる。従来はトリチウム水の検出に液体シンチレータを用いていたことから、液体シンチレータ廃液が大量に発生するという問題があった。またシンチレータ使用時には最大50%までしかトリチウム水を含むことができないという問題もあった。これに対して本実施形態に係る放射線検出フィルムをトリチウム水に直接浸すことで、トリチウムからのβ線を測定できる。また従来の液体シンチレータでは、溶媒としてトルエン等の有機分子が使用されている。これに対して本実施形態では、トルエンの代わりに安息香酸を使用してシリカ粒子を担持して固定化している。 The film substrate 8 is preferably light-transmitting. This allows a light-transmitting radiation detection film to be obtained. In addition, by laminating a plurality of light-transmitting radiation detection films to form a radiation detection film laminate, it is possible to increase the amount of excitation light and increase the luminescence intensity during radiation detection. That is, by making the film transparent, even if the radiation detection films are stacked, the luminescence of radiation detected by each radiation detection film can be transmitted. This allows high sensitivity detection. For example, when detecting tritium ( 3 H) water, it is possible to increase the detection efficiency according to the number of sheets by increasing the contact area with the tritium water. Conventionally, a liquid scintillator was used to detect tritium water, which caused a problem of generating a large amount of liquid scintillator waste liquid. In addition, there was also a problem that the scintillator could only contain a maximum of 50% tritium water when used. In response to this, the radiation detection film according to this embodiment can be directly immersed in tritium water to measure β rays from tritium. In addition, in conventional liquid scintillators, organic molecules such as toluene are used as a solvent. In contrast, in this embodiment, benzoic acid is used instead of toluene to support and immobilize silica particles.

さらに透明としたことで、放射線検出フィルムで覆った内部の状態を目視で確認できる。同時に、CCDカメラ等のイメージセンサを用いてシンチレーション光画像を得ることもできる。 In addition, the transparency allows the inside of the film to be visually confirmed. At the same time, a scintillation light image can be obtained using an image sensor such as a CCD camera.

フィルム基材8は、シンチレーション光に対して透明であれば材質は特に限定されず、例えばPET、PE、PP、PVA、PC、PVC、PS、PAN、EVA、EVOH、EMAA、PA、ガラス、金属、再生セルロース、セルロース誘導体、グラシン紙等が利用できる。中でもPETは、透明度が高く可撓性に優れ、安価で入手容易であることから好ましい。 The material of the film substrate 8 is not particularly limited as long as it is transparent to the scintillation light, and examples that can be used include PET, PE, PP, PVA, PC, PVC, PS, PAN, EVA, EVOH, EMAA, PA, glass, metal, regenerated cellulose, cellulose derivatives, glassine paper, etc. Among these, PET is preferred because it is highly transparent, has excellent flexibility, is inexpensive, and is easily available.

フィルム基材8の厚さは、ほぼ放射線検出フィルムの厚さとなる。フィルム基材8の厚さは、10μm~0.1mmとする。好ましくは、50μm以下とする。 The thickness of the film substrate 8 is approximately the same as the thickness of the radiation detection film. The thickness of the film substrate 8 is 10 μm to 0.1 mm. Preferably, it is 50 μm or less.

また放射線検出フィルム一枚あたりの、37kBq/mlの放射能濃度のトリチウム(β線の最大エネルギーが18.6keV)の低エネルギーβ線で励起された発光が、液体シンチレーションカウンタによる測定で100CPM以上である。
(シンチレータ固定化ケイ酸粒子16)
Furthermore, the luminescence excited by low-energy β rays from tritium (maximum β-ray energy is 18.6 keV) with a radioactivity concentration of 37 kBq/ml per sheet of radiation detection film is 100 CPM or more when measured with a liquid scintillation counter.
(Scintillator-immobilized silicic acid particles 16)

シンチレータ固定化ケイ酸粒子16は、珪石粒子、及びこの粒子の表面上に固定化されたシンチレータを含有する。珪石粒子の平均粒径は、1.5~20μmである。またシンチレータは、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子である。さらにシリカナノ粒子の平均粒子径は、30~400nmである。 The scintillator-immobilized silicic acid particles 16 contain silica particles and a scintillator immobilized on the surface of the particles. The average particle size of the silica particles is 1.5 to 20 μm. The scintillator is silica nanoparticles containing organic scintillator molecules. The average particle size of the silica nanoparticles is 30 to 400 nm.

また放射線検出フィルムは水素原子を含むので、ホウ素(B)原子を添加して調製することで中性子線の検出にも使用できる。これにより、中性子線捕捉療法の中性子線検出にも使用できる。
(放射線検出フィルムの製造方法)
In addition, because the radiation detection film contains hydrogen atoms, it can also be used to detect neutron radiation by adding boron (B) atoms to the film, which allows it to be used to detect neutron radiation in neutron capture therapy.
(Method of manufacturing radiation detection film)

ここで、放射線検出フィルムの製造方法の一例を図2A~図2Cに基づいて説明する。まず、シンチレータ固定化ケイ酸粒子16を繊維に担持させた紙シート10を準備する。紙シート10は、抄紙法によりシート化することができる。特に湿式抄紙法が好ましい。湿式抄紙法は、ケイ酸粒子を繊維の表面に凝集させて抄紙する方法であり、内添方式と呼ばれる。なおシンチレータ固定化ケイ酸粒子16は、シンチレータ-シリカ珪石粉末を用いることができる。また、紙シートを準備する工程は湿式抄紙法に限られず、コーティング法等、他の方法を用いてもよい。コーティング法は、抄紙シートにコーティング液を塗布する方法であり、外添方式と呼ばれる。 Here, an example of a method for manufacturing a radiation detection film will be described with reference to Figures 2A to 2C. First, a paper sheet 10 is prepared in which scintillator-immobilized silicic acid particles 16 are supported on fibers. The paper sheet 10 can be made into a sheet by a papermaking method. In particular, a wet papermaking method is preferred. The wet papermaking method is a method in which silicic acid particles are aggregated on the surface of fibers to make paper, and is called an internal addition method. Note that the scintillator-immobilized silicic acid particles 16 can be made of scintillator-silica powder. The process for preparing the paper sheet is not limited to the wet papermaking method, and other methods such as a coating method may also be used. The coating method is a method in which a coating liquid is applied to a papermaking sheet, and is called an external addition method.

次にこの紙シート10を、図2Aに示すようにフィルム基材8と重ねて、熱圧加工し、フィルム基材8にシンチレータ成分を転写する。熱圧加工は、例えば図2Bに示すように紙シート10とフィルム基材8の積層体を、一対のプレス板PRで両面から押圧して加熱する。加熱温度は80℃以上、例えば80℃~200℃、好ましくは120~160℃とする。圧力は1MPa以上が好ましく、10MPa以上がさらに好ましい。 Next, this paper sheet 10 is placed on top of the film substrate 8 as shown in FIG. 2A and subjected to heat and pressure processing to transfer the scintillator components to the film substrate 8. In the heat and pressure processing, for example as shown in FIG. 2B, the laminate of the paper sheet 10 and the film substrate 8 is heated while being pressed from both sides with a pair of press plates PR. The heating temperature is 80° C. or higher, for example, 80° C. to 200° C., preferably 120° C. to 160° C. The pressure is preferably 1 MPa or higher, more preferably 10 MPa or higher.

加熱押圧状態で約2分間放置した後、押圧状態を解除し、図2Cに示すように紙シート10を除去して、放射線検出フィルムを得ることができる。このような製造方法とすることで、従来のシンチレータ層を基材に塗布する方法のように接着のためのバインダー類を使用する必要性を無くすことができる。このため、放射線検出フィルムの薄型化が容易で、また柔軟性を発揮させ易くできる。 After leaving it in the heated and pressed state for about 2 minutes, the pressed state is released and the paper sheet 10 is removed as shown in FIG. 2C to obtain the radiation detection film. This manufacturing method makes it possible to eliminate the need to use binders for adhesion as in the conventional method of applying a scintillator layer to a substrate. This makes it easy to make the radiation detection film thinner and more flexible.

また、シンチレータ成分が転写された放射線検出フィルムを複数枚積層してもよい。これにより、透光性を有する放射線検出フィルムが得られ、これを複数枚積層することで発光強度を増すことが可能となる。 In addition, multiple radiation detection films onto which the scintillator components have been transferred may be stacked. This results in a radiation detection film with translucency, and stacking multiple sheets of this film makes it possible to increase the luminescence intensity.

このようにして得られた放射線検出フィルムは、透明かつ薄膜で、シンチレータ-シリカ珪石粉末がほぼ均一に固着していることをSEM写真で確認した。また既存の放射線検出シートに比べて、シンチレータがシートの内部に含まれているのではなく、フィルム基材8の表面にむき出しで固着させているため、反応性にも優れる。
[実施形態2]
The radiation detection film obtained in this manner is transparent and thin, and SEM photographs have confirmed that the scintillator-silica powder is adhered almost uniformly. In addition, compared to existing radiation detection sheets, the scintillator is not contained inside the sheet, but is adhered exposed to the surface of the film substrate 8, and therefore has excellent reactivity.
[Embodiment 2]

図2Aの方法では、裁断等により予め所定の大きさに形成した紙シートを用いて熱転写を行う例を説明した。ただ本発明は、この方法に限らず、ロール状に巻き取った紙シートを用いてもよい。このような例を実施形態2に係る放射線検出フィルムの製造方法として、図3に基づいて説明する。この図に示す放射線検出フィルムの製造方法では、予めロール状に巻き取った紙シート10を準備する。そしてロールから紙を送り出し、同様にロールから送り出したフィルム基材8と重ねて、熱圧加工する。熱圧加工は、例えば一対の加熱加圧ロール18を使用することができる。加熱加圧ロール18を用いる場合は温度を高温(例えば160℃)かつ圧力を高圧(例えば線圧にして100kgf/cm以上)にして、短時間(例えば1秒未満)で熱転写が行えるようにする。また、対となる加熱加圧ロール18の両方を金属製加熱ロールとしてもよいし、一方を耐熱樹脂等の弾性体としてもよい。さらに、熱転写が十分に進むよう複数対の加熱加圧ロールを備えていてもよい。この方法であれば、連続的に処理できるので、タクトタイムを短縮して製造効率を大幅に高めることができる。
[実施形態3]
In the method of FIG. 2A, an example of thermal transfer using a paper sheet formed into a predetermined size by cutting or the like has been described. However, the present invention is not limited to this method, and a paper sheet wound into a roll may also be used. Such an example will be described based on FIG. 3 as a method for producing a radiation detection film according to embodiment 2. In the method for producing a radiation detection film shown in this figure, a paper sheet 10 wound into a roll in advance is prepared. Then, the paper is fed from the roll, and is overlapped with a film substrate 8 similarly fed from the roll, and heat-pressure processing is performed. For example, a pair of heating and pressurizing rolls 18 can be used for the heat-pressure processing. When the heating and pressurizing rolls 18 are used, the temperature is set to a high temperature (e.g., 160° C.) and the pressure is set to a high pressure (e.g., 100 kgf/cm or more in terms of linear pressure) so that thermal transfer can be performed in a short time (e.g., less than 1 second). In addition, both of the pair of heating and pressurizing rolls 18 may be metallic heating rolls, or one of them may be an elastic body such as a heat-resistant resin. Furthermore, multiple pairs of heating and pressurizing rolls may be provided so that thermal transfer can proceed sufficiently. This method allows continuous processing, so that the takt time can be shortened and the production efficiency can be significantly improved.
[Embodiment 3]

また以上の方法では、紙シートの一面にフィルム基材を一枚重ねて、シンチレータを熱転写する方法を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、紙シートの両面にフィルム基材をそれぞれ配置して、二枚のフィルム基材にシンチレータを同時に熱転写させてもよい。この方法を、図4に示す。ここでは、フィルム基材8を二枚用意し、紙シート10の両面に重ねて配置して熱圧加工する。これにより、2枚のフィルム基材8A、8Bに対してそれぞれ転写面を形成することが可能となり、1枚の紙シートから2枚の放射線検出フィルムを製造して製造効率を向上できる利点が得られる。
[実施形態4]
In the above method, a method has been described in which a film substrate is placed on one side of a paper sheet and a scintillator is thermally transferred onto the film substrate. However, the present invention is not limited to this configuration, and a film substrate may be placed on both sides of a paper sheet, and the scintillator may be thermally transferred onto the two film substrates at the same time. This method is shown in FIG. 4. Here, two film substrates 8 are prepared and placed on both sides of a paper sheet 10, and then subjected to heat and pressure processing. This makes it possible to form a transfer surface on each of the two film substrates 8A and 8B, and has the advantage of being able to produce two radiation detection films from one paper sheet, improving production efficiency.
[Embodiment 4]

さらに、以上の方法では紙シートを介してシンチレータを熱転写させる方法を説明したが、本発明は放射線検出フィルムの製造方法をこの方法に限定せず、シンチレータ固定化ケイ酸粒子を直接、フィルム基材に塗布させてもよい。例えば図5に示す実施形態4に係る放射線検出フィルムの製造方法では、グラビア印刷の要領でフィルム基材8に対し、グラビアロールGRに彫刻された窪みにシンチレータ固定化ケイ酸粒子16を充填させ、余剰分をドクターブレードDBで掻き取った後で付着させている。この方法であれば、一旦紙シートを作製する手間を省き、また熱転写後の紙シートを廃棄する手間もなくし、廃棄物の発生も抑制できる利点が得られる。
[実施例1]
Furthermore, in the above method, the method of thermally transferring the scintillator via a paper sheet has been described, but the present invention is not limited to this method for producing a radiation detection film, and the scintillator-immobilized silicic acid particles may be directly applied to the film substrate. For example, in the method for producing a radiation detection film according to embodiment 4 shown in FIG. 5, the scintillator-immobilized silicic acid particles 16 are filled into the recesses engraved on the gravure roll GR in the manner of gravure printing, and the scintillator-immobilized silicic acid particles 16 are attached to the film substrate 8 after the excess is scraped off with a doctor blade DB. This method has the advantage of eliminating the need to prepare a paper sheet once, eliminating the need to dispose of the paper sheet after thermal transfer, and suppressing the generation of waste.
[Example 1]

次に、上述した実施形態1の方法で放射線検出フィルムを作製し、得られた放射線検出フィルムのXRD・表面蛍光・SEM/元素分析・放射線検出特性を行った。 Next, a radiation detection film was produced using the method of embodiment 1 described above, and the obtained radiation detection film was subjected to XRD, surface fluorescence, SEM/elemental analysis, and radiation detection characteristics.

ここでは紙シートとして、後述するシンチレータシリカ珪石粉末の製造方法で作成したシンチレーションペーパー(珪石粉末2.6μm)を用いて、この両面にフィルム基材(PET樹脂製シート)を配置し、さらに外側をクッション紙(リンターパルプ製ろ紙)に挟んで、約100℃、10MPaで加熱加圧した。得られた放射線検出フィルムと、熱転写後の紙シートについて、以下の実験を行った。 Here, scintillation paper (silica powder 2.6 μm) made using the method for producing scintillator silica powder described below was used as the paper sheet, with film substrates (PET resin sheets) placed on both sides and then sandwiched between cushion paper (linter pulp filter paper) on the outside, followed by heating and pressurization at approximately 100°C and 10 MPa. The following experiments were carried out on the obtained radiation detection film and the paper sheet after thermal transfer.

まず放射線検出フィルム及び熱転写を行っていないフィルム基材の表面を、光学顕微鏡(カートン光学株式会社)で観察した写真を図23に示す。図23A及びBは放射線検出フィルム、図23C及びDは熱転写を行っていないフィルム基材を、それぞれ撮影した光学顕微鏡写真である。また図23A及びCは波長365~375nmの紫外LED光を上方から照射して撮影しており、図23B及びDは顕微鏡付属の可視光ランプを照射して撮影した。図23Aが発光していることから、放射線検出フィルムは、紫外光で発光していることが確認された。このことから、紙シートの珪石粉末がフィルム基材に転写されているものと考えられる。なお図23Bに模様がついているのは、プレス機との間にクッションとして挟んだろ紙(リンターパルプ)の型が裏面についてしまったものであり、転写面は平滑である。 Figure 23 shows photographs of the surfaces of the radiation detection film and the film substrate that has not been thermally transferred, observed with an optical microscope (Carton Optical Co., Ltd.). Figures 23A and B are optical microscope photographs of the radiation detection film, and Figures 23C and D are optical microscope photographs of the film substrate that has not been thermally transferred. Figures 23A and C were photographed by irradiating the film from above with ultraviolet LED light of wavelengths 365 to 375 nm, while Figures 23B and D were photographed by irradiating the film with a visible light lamp attached to the microscope. As Figure 23A shows light emission, it was confirmed that the radiation detection film emits light when exposed to ultraviolet light. This suggests that the silica powder from the paper sheet has been transferred to the film substrate. The pattern in Figure 23B is due to the mold of the filter paper (linter pulp) that was placed between the film substrate and the press as a cushion being left on the backside, and the transfer surface is smooth.

ここで放射線検出フィルムと、熱転写前のフィルム基材と、珪石粉末のX線結晶回折測定を行った結果のXRDパターンを、図6に示す。この図において、放射線検出フィルムは青色で、フィルム基材は黒色で、珪石粉末は緑色で、それぞれ示している。この図に示すように、フィルム基材のみでは2θ=26.02°に鋭いピークが見られた。また珪石粉末では、2θ=26.56°に最大の鋭いピークが見られた。一方、放射線検出フィルムでは、フィルム基材のピークとほぼ同様だったが、2θ=26.18°と低角度側にシフトしていた。 Figure 6 shows the XRD patterns resulting from X-ray crystal diffraction measurements of the radiation detection film, the film substrate before thermal transfer, and the silica powder. In this figure, the radiation detection film is shown in blue, the film substrate in black, and the silica powder in green. As shown in this figure, with only the film substrate, a sharp peak was observed at 2θ = 26.02°. With the silica powder, the maximum sharp peak was observed at 2θ = 26.56°. On the other hand, with the radiation detection film, the peak was almost the same as with the film substrate, but it was shifted to the lower angle side at 2θ = 26.18°.

次に、放射線検出フィルムと、熱転写後の紙シートのX線結晶回折測定を行った。この結果を、図7のグラフに示す。この図において、シンチレーションペーパーは黒色で、熱転写後の紙シートは赤色で、珪石粉末は緑色で、それぞれ示している。この図に示すように、放射線検出フィルムと熱転写後の紙シートを比較すると、2θ=26°付近のピークは消失した。以上のことから、シンチレーションペーパー表面に存在していた珪石粉末が、シンチレーションフィルム表面に転写されたことが確認できた。
(放射線検出フィルムの表面蛍光スペクトル)
Next, X-ray crystal diffraction measurements were performed on the radiation detection film and the paper sheet after thermal transfer. The results are shown in the graph of Figure 7. In this figure, the scintillation paper is shown in black, the paper sheet after thermal transfer is shown in red, and the silica powder is shown in green. As shown in this figure, when comparing the radiation detection film with the paper sheet after thermal transfer, the peak near 2θ = 26° has disappeared. From the above, it was confirmed that the silica powder that was present on the surface of the scintillation paper has been transferred to the surface of the scintillation film.
(Surface fluorescence spectrum of radiation detection film)

さらに、浜松ホトニクス社製Quantaurus Tauを用いて、放射線検出フィルムを280nmで励起した際の表面蛍光を測定した。この結果を図8のグラフに示す。ここでは、約430nm付近にピークを持つシンチレーションペーパーに類似する表面蛍光スペクトルが得られた。
(SEM観察と元素分析の結果)
Furthermore, the surface fluorescence was measured when the radiation detection film was excited at 280 nm using a Quantaurus Tau manufactured by Hamamatsu Photonics K.K. The results are shown in the graph of Figure 8. Here, a surface fluorescence spectrum similar to that of scintillation paper was obtained, with a peak at approximately 430 nm.
(Results of SEM observation and elemental analysis)

次に、熱転写後の紙シートのSEM画像と元素分析を行った。この結果を図9A~図9Hに示す。これらの図において、図9Aは紙シートの低倍率のSEM写真、図9Bは高倍率のSEM写真、図9Cはさらに高倍率のSEM写真、図9Dは図9Cにおける緑色枠内の定性スペクトル、図9Eは青色枠内の定性スペクトル、図9Fは赤色枠内の定性スペクトル、図9Gは紫色枠内の定性スペクトル、図9Hは図9D~図9Gの元素分析結果を、それぞれ示している。図9Aの低倍率SEM写真においては、白色、黒色コントラスト部が確認された。また図9Bの高倍率SEM写真においては、黒色不定形物、顆粒状物、繊維状物が確認された。さらに図9Hから、シンチレータシリカ珪石粉末と思われる物質が見られ、001(図9D),004(図9G)ではSiが32.18%,14.41%見られた。一方、紙の材料と思われる003(図9F)でもSiが28.42%見られた。002(図9E)はCが93.99%であったので、結着剤として使われているポリマーの可能性が示唆された。 Next, SEM images and elemental analysis were performed on the paper sheet after thermal transfer. The results are shown in Figures 9A to 9H. In these figures, Figure 9A shows a low-magnification SEM photograph of the paper sheet, Figure 9B shows a high-magnification SEM photograph, Figure 9C shows an even higher-magnification SEM photograph, Figure 9D shows the qualitative spectrum in the green frame in Figure 9C, Figure 9E shows the qualitative spectrum in the blue frame, Figure 9F shows the qualitative spectrum in the red frame, Figure 9G shows the qualitative spectrum in the purple frame, and Figure 9H shows the elemental analysis results of Figures 9D to 9G. In the low-magnification SEM photograph of Figure 9A, white and black contrast areas were confirmed. In addition, in the high-magnification SEM photograph of Figure 9B, black amorphous objects, granular objects, and fibrous objects were confirmed. Furthermore, in Figure 9H, a substance that appears to be scintillator silica silica powder was seen, and in 001 (Figure 9D) and 004 (Figure 9G), 32.18% and 14.41% Si were seen. On the other hand, 003 (Figure 9F), which is thought to be a paper material, also contained 28.42% Si. 002 (Figure 9E) contained 93.99% C, suggesting the possibility that it is a polymer used as a binder.

同様にして、放射線検出フィルムとフィルム基材に対しても、SEM画像と元素分析を行った。この結果を図10A~図10Hに示す。これらの図において、図10Aは放射線検出フィルムのSEM写真、図10Bはフィルム基材のSEM写真、図10Cは図10Aの拡大SEM写真、図10Dは図10Cにおける緑色枠内の定性スペクトル、図10Eは青色枠内の定性スペクトル、図10Fは赤色枠内の定性スペクトル、図10Gは紫色枠内の定性スペクトル、図10Hは図10D~図10Gの元素分析結果を、それぞれ示している。図10Aの放射線検出フィルムのSEM写真においては、表面に凹凸があり、Si微粒子や、Siを含むシート状物質の付着を確認した。また図10Bのフィルム基材のSEM写真においては、Si微粒子の付着を確認した。さらに図10Hから、固形物が見られる001(図10D),002(図10E)ではSi19.26%,13.23%見られたが、003(図10F),004(図10G)では固形物はほとんど見られず、Siの割合も2.79%,0%であった。フィルム基材のみでも、表面に固形物が見られ001ではSiが19.11%存在したが、固形物の見られない002ではSiが1.61%と低い割合であり、本来フィルム基材にはSiは含まれていないと思われる。
(放射線の検出)
Similarly, SEM images and elemental analysis were performed on the radiation detection film and the film substrate. The results are shown in Figures 10A to 10H. In these figures, Figure 10A shows an SEM photograph of the radiation detection film, Figure 10B shows an SEM photograph of the film substrate, Figure 10C shows an enlarged SEM photograph of Figure 10A, Figure 10D shows the qualitative spectrum in the green frame in Figure 10C, Figure 10E shows the qualitative spectrum in the blue frame, Figure 10F shows the qualitative spectrum in the red frame, Figure 10G shows the qualitative spectrum in the purple frame, and Figure 10H shows the elemental analysis results of Figures 10D to 10G. In the SEM photograph of the radiation detection film in Figure 10A, the surface is uneven, and adhesion of Si fine particles and a sheet-like material containing Si was confirmed. Furthermore, in the SEM photograph of the film substrate in Figure 10B, adhesion of Si fine particles was confirmed. Furthermore, from Fig. 10H, 19.26% and 13.23% Si were observed in 001 (Fig. 10D) and 002 (Fig. 10E), where solid matter was observed, respectively, but almost no solid matter was observed in 003 (Fig. 10F) and 004 (Fig. 10G), where the Si percentages were 2.79% and 0%. Even with only the film substrate, 001, where solid matter was observed on the surface, contained 19.11% Si, but 002, where no solid matter was observed, contained a low percentage of Si at 1.61%, suggesting that the film substrate does not originally contain Si.
(Radiation detection)

次に、放射線検出フィルムを用いて実際に放射線の検出を行った。まず、放射線検出フィルムによる空気中のラドンガスの検出特性を行った。ここでは、風船を膨らませてハンカチで静電気を帯びさせ、これを密閉室内の隅に2時間放置して空気中のラドンガスを含む埃を吸着させた。その後、風船の空気を抜き、放射線検出フィルムで包んでガラスバイアルに入れた。この様子を図11の写真に示す。この図において、(a)は放射線検出フィルムを内部に巻いたガラスバイアル、(b)は空気中のラドンガスを静電的に吸着した風船にシンチレーションペーパーを巻きつけて内部に入れたガラスバイアルの写真を、それぞれ示している。これらに対して、トライアスラー検出器を使い32Pモードで60秒間、放射線を測定した。この結果を図12A~図12Dに示す。これらの図において、図12Aは放射線検出フィルムのSEM写真、図12Bは図12Aにおける緑色枠内の定性スペクトル、図12Cは青色枠内の定性スペクトル、図12Dは図12B~図12Cの元素分析結果を、それぞれ示している。ここでは、バックグラウンド:1569cpm、ラドンガスを含む塵吸着風船:7202cpm、正味の計数率:5633cpm(7202cpm-1569cpm)であった。以上のように、放射線検出フィルムは室内のラドンガスからのα線を容易に検出することができた。 Next, radiation was actually detected using the radiation detection film. First, the detection characteristics of radon gas in the air by the radiation detection film were examined. Here, a balloon was inflated and charged with static electricity using a handkerchief, and then it was left in a corner of a closed room for two hours to adsorb dust containing radon gas in the air. The balloon was then deflated, wrapped in radiation detection film, and placed in a glass vial. This state is shown in the photograph of Figure 11. In this figure, (a) shows a glass vial with a radiation detection film wrapped around it, and (b) shows a glass vial with a balloon that electrostatically adsorbs radon gas in the air and is wrapped in scintillation paper and placed inside it. Radiation was measured for these for 60 seconds using a Triaslar detector in 32 P mode. The results are shown in Figures 12A to 12D. In these figures, Fig. 12A shows an SEM photograph of the radiation detection film, Fig. 12B shows the qualitative spectrum within the green frame in Fig. 12A, Fig. 12C shows the qualitative spectrum within the blue frame, and Fig. 12D shows the elemental analysis results of Fig. 12B to Fig. 12C. Here, the background was 1569 cpm, the dust-adsorbed balloon containing radon gas was 7202 cpm, and the net count rate was 5633 cpm (7202 cpm - 1569 cpm). As described above, the radiation detection film was able to easily detect α rays from radon gas indoors.

次に、トリウム232を含浸した市販のマントルのα線を測定した。ここでは、図13の写真に示すようにガラスバイアルにマントルを入れて測定した後、放射線検出フィルムをガラスバイアルの内側に、円筒状に沿わせて上部までセットし、HIDEX社製トライアスラー検出器にてトリチウムモードで300秒測定して計数率を得た。この結果、マントル+ガラスバイアル:1476cpm、マントル+放射線検出フィルム+ガラスバイアル:7912cpm、正味の計数率:7912-1476=6436cpmであった。 Next, the alpha rays of a commercially available mantle impregnated with thorium-232 were measured. Here, the mantle was placed in a glass vial as shown in the photograph in Figure 13, and then the radiation detection film was set inside the glass vial, aligned cylindrically up to the top, and the count rate was obtained by measuring for 300 seconds in tritium mode using a HIDEX Triaslar detector. The results were: mantle + glass vial: 1476 cpm, mantle + radiation detection film + glass vial: 7912 cpm, net count rate: 7912 - 1476 = 6436 cpm.

さらに、上記のマントルに放射線検出フィルムを被せて、シンチレーション光をCCDカメラで測定した。ここでは測定機としてPerkinElmer社製LAS4000miniを使用し、測定モードをPrecision mode、Highとした3分間の測定で、図14A、図14Bを得た。これらの図において、図14Aはマントルに放射線検出フィルムを被せた写真、図14Bはシンチレーション光のCCD画像を重ねた画像を、それぞれ示している。 Furthermore, the mantle was covered with radiation detection film, and the scintillation light was measured with a CCD camera. Here, a PerkinElmer LAS4000mini was used as the measuring device, and Figures 14A and 14B were obtained after a three-minute measurement in Precision mode, High. In these figures, Figure 14A shows a photograph of the mantle covered with radiation detection film, and Figure 14B shows an image in which a CCD image of the scintillation light is superimposed.

次に、トリチウム(3H)の37kBq/mlの放射能濃度5mlの水溶液をガラスバイアルに加えて、放射線検出フィルム(12.5cmx12.5cm)を図15Aに示すように5枚に切断したものを1枚ずつ、図15Bに示すようにガラスバイアルのトリチウム水溶液に浸して、計数率をトライアスラー検出器のトリチウムモードで測定した。なお、切断されたフィルムがトリチウム水溶液に浸された部分は約半分であった。この結果を図16に示す。この結果から、トリチウムの37kBq/mlの5mlの水溶液に放射線検出フィルムを5等分に切断して円筒状に加えて測定した正味の計数率は、フィルムの枚数と共に増加することが判明した。
(トリチウムの検出効率)
Next, 5 ml of an aqueous solution of tritium ( 3H ) with a radioactivity concentration of 37 kBq/ml was added to the glass vial, and a radiation detection film (12.5 cm x 12.5 cm) was cut into five pieces as shown in Figure 15A. Each piece was immersed in the tritium aqueous solution in the glass vial as shown in Figure 15B, and the count rate was measured in the tritium mode of the Triaslar detector. Note that the portion of the cut film immersed in the tritium aqueous solution was about half. The results are shown in Figure 16. From these results, it was found that the net count rate measured by cutting the radiation detection film into five equal pieces and adding them cylindrically to 5 ml of an aqueous solution of tritium with a radioactivity concentration of 37 kBq/ml increased with the number of films.
(Tritium detection efficiency)

次に、実施例1の放射線検出フィルムを用いたトリチウムの検出効率を確認した。まず、トリチウム(3H)のβ線(18.6keV)の水中での最大飛程は平均0.56μm、最大で6μmであることから、ここでは放射線検出フィルム1枚の15.625cm2の表面1μmまでの体積0.0015625cm3を考える。上述の通りトリチウム水溶液は37kBq/cm3であるので、0.0015625×37000=58Bqのトリチウムがその体積に存在していることとなる。放射線検出フィルムが約半分浸されていたことから、58/2=29Bqとなる。 Next, the detection efficiency of tritium using the radiation detection film of Example 1 was confirmed. First, the maximum range of tritium ( 3H ) β rays (18.6 keV) in water is 0.56 μm on average and 6 μm at maximum, so here we consider a volume of 0.0015625 cm3 up to 1 μm from the surface of a 15.625 cm2 sheet of radiation detection film. As mentioned above, the tritium aqueous solution is 37 kBq/ cm3 , so 0.0015625 x 37000 = 58 Bq of tritium is present in that volume. Since the radiation detection film was about half immersed, the amount is 58/2 = 29 Bq.

また放射線検出フィルム5枚では、29×5=145Bq存在することになる。したがって、正味の計数率に直すと145×60=8700dpmとなる。 Furthermore, with five pieces of radiation detection film, there will be 29 x 5 = 145 Bq. Therefore, when converted to a net counting rate, it becomes 145 x 60 = 8700 dpm.

このように放射線検出フィルムを5枚使用した正味の計数率として839cpmが得られたので、計数効率は839/8700×100=9.6%となった。なお、液体シンチレータの計数効率は60~70%である。
(積層体)
In this way, the net count rate using five sheets of radiation detection film was 839 cpm, and the counting efficiency was 839/8700×100=9.6%. The counting efficiency of the liquid scintillator is 60-70%.
(Laminate)

次に、ストロンチウム90/イットリウム90からのエネルギーの大きなβ線(90Sr:0.546MeV、90Y:2.274MeV)を、放射線検出フィルムの積層体を用いて検出が可能か確認した。その結果、放射線検出フィルムの積層数が1~10枚では発光しなかったが、積層数を32~64枚とした時にはシンチレーション光がCCDカメラで確認できた。このことから、本発明の放射線検出フィルムはその積層数を調節することにより、放射線のエネルギーを分けて測定・検出できることが確認できた。
(放射線検出粉末)
Next, it was confirmed whether it was possible to detect high-energy β-rays from Strontium-90/Yttrium-90 ( 90 Sr: 0.546 MeV, 90 Y: 2.274 MeV) using a laminate of radiation detection films. As a result, no light was emitted when the number of layers of the radiation detection film was 1 to 10, but when the number of layers was 32 to 64, scintillation light was confirmed with a CCD camera. From this, it was confirmed that the radiation detection film of the present invention can measure and detect radiation energy separately by adjusting the number of layers.
(Radiation detection powder)

次に、放射線検出フィルムで担持するシンチレータとして利用可能な放射線検出粉末を実施形態5として説明する。放射線検出粉末は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末であって、シンチレータが、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体で、この複合体は、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定されている。 Next, a radiation detection powder that can be used as a scintillator carried by a radiation detection film will be described as embodiment 5. The radiation detection powder contains a scintillator that emits light when excited by radiation, and the scintillator is a complex of organic scintillator molecules and silica nanoparticles. In this complex, the organic scintillator molecules are encapsulated in a clathrate compound, or the organic scintillator molecules and aromatic rings formed by a coupling agent are fixed to the inside or surface of the silica nanoparticles by a sol-gel method.

この放射線検出粉末は、有機溶媒に有機シンチレータ分子と包接化合物とを加えて加熱し、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子を有機溶媒に溶解させる第1混合工程と、第1混合工程で得られた第1混合液にケイ酸源とカップリング剤とを加えて加熱攪拌し、ゾル-ゲル法により有機シンチレータ分子が内部または表面に固定され、カップリング剤により内部または表面に芳香環が固定されたシリカナノ粒子を形成して、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体を形成する第2混合工程と、第2混合工程で得られた第2混合液を加熱乾固して放射線検出粉末を得る加熱乾固工程とで製造される。 This radiation detection powder is manufactured by a first mixing step in which the organic scintillator molecules and the inclusion compound are added to an organic solvent and heated to dissolve the organic scintillator molecules or the organic scintillator molecules enclosed by the inclusion compound in the organic solvent; a second mixing step in which a silicic acid source and a coupling agent are added to the first mixed liquid obtained in the first mixing step and heated and stirred to form silica nanoparticles in which the organic scintillator molecules are fixed to the interior or surface by a sol-gel method and aromatic rings are fixed to the interior or surface by the coupling agent, thereby forming a composite of the organic scintillator molecules and the silica nanoparticles; and a heating and drying step in which the second mixed liquid obtained in the second mixing step is heated and dried to obtain the radiation detection powder.

放射線検出粉末を構成する有機シンチレータ分子は、放射線で励起されて発光する蛍光特性を有するシンチレータ粒子であって、例えば以下のものが挙げられる。 The organic scintillator molecules that make up the radiation detection powder are scintillator particles that have the fluorescent properties of emitting light when excited by radiation, and examples of these include the following:

ベンゾオキサゾール誘導体:1,1’-ビフェニル、4-イル-6-フェニル-ベンゾオキサゾールTLA、2-フェニルベンゾオキサゾール、2-(4’-メチルフェニル)-ベンゾオキサゾール、2-(4’-メチルフェニル)-5-メチルベンゾオキサゾール、2-(4’-メチルフェニル)-5-t-ブチルベンゾオキサゾール、2-(4’-t-ブチルフェニル)-ベンゾオキサゾール、2-フェニル-5-t-ブチル-ベンゾオキサゾール、2-(4’-t-ブチルフェニル)-5-t-butylベンゾオキサゾール、2-(4’-ビフェニリル)-ベンゾオキサゾール、2-(4’-ビフェニリル)-5-t-butylベンゾオキサゾール、2-(4’-ビフェニリル)-6-フェニル-ベンゾオキサゾール(PBBO)等 Benzoxazole derivatives: 1,1'-biphenyl, 4-yl-6-phenyl-benzoxazole TLA, 2-phenylbenzoxazole, 2-(4'-methylphenyl)-benzoxazole, 2-(4'-methylphenyl)-5-methylbenzoxazole, 2-(4'-methylphenyl)-5-t-butylbenzoxazole, 2-(4'-t-butylphenyl)-benzoxazole, 2-phenyl-5-t-butyl-benzoxazole, 2-(4'-t-butylphenyl)-5-t-butylbenzoxazole, 2-(4'-biphenylyl)-benzoxazole, 2-(4'-biphenylyl)-5-t-butylbenzoxazole, 2-(4'-biphenylyl)-6-phenyl-benzoxazole (PBBO), etc.

オキサゾール誘導体:2-p-ビフェニリル-5-フェニルオキサゾール(BPO)、2,2’-p-フェニレンビス(5-フェニルオキサゾール)(POPOB)、2,5-ジフェニルオキサゾール(DPO)、1,4-ビス[2-(5-フェニルオキサゾリル)]ベンゼン(POPOP)、1,4-ビス-2-(4-メチル-5-フェニルオキサゾリル)ベンゼン(DMPOPOP)等 Oxazole derivatives: 2-p-biphenylyl-5-phenyloxazole (BPO), 2,2'-p-phenylenebis(5-phenyloxazole) (POPOB), 2,5-diphenyloxazole (DPO), 1,4-bis[2-(5-phenyloxazolyl)]benzene (POPOP), 1,4-bis-2-(4-methyl-5-phenyloxazolyl)benzene (DMPOPOP), etc.

オキサジアゾール誘導体:2,5-ジフェニルオキサジアゾール(PPD)、2,5-ジフェニル-1,3,4-オキサジアゾール、2-(4’-t-ブチルフェニル)-5-フェニル-1,3,4-オキサジアゾール、2,5-ジ-(4’-t-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-フェニル-5-(4’’-ビフェニリル)-1,3,4-オキサジアゾール(PBD)、2-(4’-t-ブチルフェニル)-5-(4’’-ビフェニリル)-1,3,4-オキサジアゾール(ブチル-PBD)等 Oxadiazole derivatives: 2,5-diphenyloxadiazole (PPD), 2,5-diphenyl-1,3,4-oxadiazole, 2-(4'-t-butylphenyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole, 2,5-di-(4'-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole, 2-phenyl-5-(4''-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD), 2-(4'-t-butylphenyl)-5-(4''-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole (butyl-PBD), etc.

テルフェニル誘導体:4,4’’-ジ-tert-アミル-p-テルフェニル(DAT)等 Terphenyl derivatives: 4,4''-di-tert-amyl-p-terphenyl (DAT), etc.

多核芳香族化合物:4,4’-ビス(2,5-ジメチルスチリル)ジフェニル(BDB)、p-テルフェニルシンチレータ等 Polynuclear aromatic compounds: 4,4'-bis(2,5-dimethylstyryl)diphenyl (BDB), p-terphenyl scintillator, etc.

ピラゾリン誘導体:1-フェニル-3-メシチル-2-ピラゾリン(PMP)、1,5-ジフェニル-3-(4-フェニル-1,3-ブタジエニル)-2-ピラゾリン(DBP)、1,5-ジフェニル-β-スチリルピラゾリン(DSP)等 Pyrazoline derivatives: 1-phenyl-3-mesityl-2-pyrazoline (PMP), 1,5-diphenyl-3-(4-phenyl-1,3-butadienyl)-2-pyrazoline (DBP), 1,5-diphenyl-β-styrylpyrazoline (DSP), etc.

ホスホルアミド誘導体:アニリノビス(1-アジリジニル)ホスフィンオキシド(PDP)等 Phosphoramide derivatives: Anilinobis(1-aziridinyl)phosphine oxide (PDP), etc.

チオフェン誘導体:2,5-ビス-ベンゾオキサゾリル(2’)-チオフェン、2,5-ビス-[5’-メチルベンゾオキサゾリル(2’)]-チオフェン、2,5-ビス-[4’,5’-ジメチルベンゾオキサゾリル(2’)]-チオフェン、2,5-ビス-[4’,5’-ジメチルベンゾオキサゾリル(2’)]-3,4-ジメチルチオフェン、2,5-ビス-[5’-イソプロピルベンゾオキサゾリル(2’)]-3,4-ジメチルチオフェン、2-ベンゾオキサゾリル(2’)-5-[7’-sec-ブチル-ベンゾオキサゾリル(2’)]-チオフェン、2-ベンゾオキサゾリル(2’)-5-[5’-t-ブチル-ベンゾオキサゾリル(2’)]-チオフェン、2,5-ビス-[5’-t-ブチルベンゾオキサゾリル(2’)]-チオフェン(BBOT)等。 Thiophene derivatives: 2,5-bis-benzoxazolyl (2')-thiophene, 2,5-bis-[5'-methylbenzoxazolyl (2')]-thiophene, 2,5-bis-[4',5'-dimethylbenzoxazolyl (2')]-thiophene, 2,5-bis-[4',5'-dimethylbenzoxazolyl (2')]-3,4-dimethylthiophene, 2,5-bis-[5'-isopropylbenzoxazolyl (2')]-3,4-dimethylthiophene, 2-benzoxazolyl (2')-5-[7'-sec-butyl-benzoxazolyl (2')]-thiophene, 2-benzoxazolyl (2')-5-[5'-t-butyl-benzoxazolyl (2')]-thiophene, 2,5-bis-[5'-t-butylbenzoxazolyl (2')]-thiophene (BBOT), etc.

放射線検出粉末に使用される有機シンチレータ分子は、1種単独であってもよいが、好ましくは、2種以上の組み合わせとする。有機シンチレータ分子は、放射線を検出できる限りにおいて、適宜組み合わせて用いることができる。このような組み合わせとしては、例えば、液体シンチレータに用いられる第1溶質と第2溶質との組み合わせを採用することができる。第1溶質としては、例えばp-テルフェニル、2,5-ジフェニルオキサゾール(DPO)、2-(4’-t-ブチルフェニル)-5-(4’’-ビフェニリル)-1,3,4-オキサジアゾール(ブチル-PBD)等が挙げられる。第2溶質としては、例えば1,4-ビス[2-(5-フェニルオキサゾリル)]ベンゼン(POPOP)、1,4-ビス-2-(4-メチル-5-フェニルオキサゾリル)ベンゼン(DMPOPOP)等が挙げられる。好ましい組み合わせとしては、DPOとPOPOPとの組み合わせが採用できる。 The organic scintillator molecules used in the radiation detection powder may be one type alone, but preferably two or more types are used in combination. The organic scintillator molecules can be used in appropriate combinations as long as they can detect radiation. For example, a combination of a first solute and a second solute used in a liquid scintillator can be used. Examples of the first solute include p-terphenyl, 2,5-diphenyloxazole (DPO), 2-(4'-t-butylphenyl)-5-(4''-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole (butyl-PBD), etc. Examples of the second solute include 1,4-bis[2-(5-phenyloxazolyl)]benzene (POPOP), 1,4-bis-2-(4-methyl-5-phenyloxazolyl)benzene (DMPOPOP), etc. A preferred combination is a combination of DPO and POPOP.

有機シンチレータ分子の複合体としては、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子との複合体であれば特に限定されず、好ましくは、複数種の有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子との複合体とする。シリカナノ粒子は、その粒子表面上に有機シンチレータ分子が付着し、あるいは粒子内部に有機シンチレータ分子が包含される状態で結合されて複合体を形成している。有機シンチレータ分子は、シリカナノ粒子内部に包含されていることが好ましい。 The organic scintillator molecule complex is not particularly limited as long as it is a complex of organic scintillator molecules and silica nanoparticles, and is preferably a complex of multiple types of organic scintillator molecules and silica nanoparticles. The silica nanoparticles are bonded with the organic scintillator molecules attached to the particle surface or with the organic scintillator molecules contained within the particles to form a complex. It is preferable that the organic scintillator molecules are contained within the silica nanoparticles.

シリカナノ粒子は、通常のシリカナノ粒子の製造方法で得られる粒子径とすることができる。シリカナノ粒子の平均粒子径は、例えば10~500nm、好ましくは30~400nm、より好ましくは70~300nm、さらに好ましくは100~200nm程度とすることができる。 The silica nanoparticles can have a particle size that can be obtained by a conventional method for producing silica nanoparticles. The average particle size of the silica nanoparticles can be, for example, about 10 to 500 nm, preferably 30 to 400 nm, more preferably 70 to 300 nm, and even more preferably about 100 to 200 nm.

有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体は、公知の方法に従って得ることができる。例えば、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子は、有機シンチレータ分子の存在下でシリカナノ粒子を形成させることにより得ることができる。例えば、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子は、有機溶媒(低級アルコール)中に有機シンチレータ分子を溶解後、ここに水、ケイ酸源、及び触媒を加えてゾル-ゲル法により得ることができる。 A composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles can be obtained according to a known method. For example, silica nanoparticles containing organic scintillator molecules can be obtained by forming silica nanoparticles in the presence of organic scintillator molecules. For example, silica nanoparticles containing organic scintillator molecules can be obtained by dissolving the organic scintillator molecules in an organic solvent (lower alcohol), adding water, a silicic acid source, and a catalyst to the organic scintillator molecules, and then using the sol-gel method.

有機シンチレータ分子を溶解させる有機溶媒としては、例えばエタノール等が挙げられる。有機シンチレータ分子と有機溶媒との配合比(有機シンチレータ分子重量:有機溶媒重量)は、有機シンチレータ分子を有機溶媒に溶解することができる限り特に限定されない。これらの配合比は、例えば1:10~90、好ましくは1:30~70程度とすることができる。有機シンチレータ分子は、シクロデキストリンで包接させることにより、エタノール中に溶解させやすくできる。 Examples of organic solvents that dissolve the organic scintillator molecules include ethanol. The blending ratio of the organic scintillator molecules to the organic solvent (organic scintillator molecule weight:organic solvent weight) is not particularly limited as long as the organic scintillator molecules can be dissolved in the organic solvent. The blending ratio can be, for example, about 1:10 to 90, and preferably about 1:30 to 70. The organic scintillator molecules can be easily dissolved in ethanol by being enclosed in cyclodextrin.

その他の使用できる有機溶媒としては、シリカナノ粒子の形成に用いることができる低級アルコールである限り特に限定されない。低級アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、n-プロパノール、2-プロパノール等挙げられ、好ましくはエタノールが挙げられる。本実施形態では、前述の有機シンチレータ分子を溶解させる有機溶媒としてエタノールを使用している。 Other organic solvents that can be used are not particularly limited as long as they are lower alcohols that can be used to form silica nanoparticles. Examples of lower alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, and 2-propanol, and ethanol is preferred. In this embodiment, ethanol is used as the organic solvent that dissolves the organic scintillator molecules.

本実施形態では、有機シンチレータ分子を有機溶媒に溶解させる第1混合工程において、有機溶媒(低級アルコール)中に、包接化合物を添加している。包接化合物には、例えば、環状オリゴ糖の一種であるシクロデキストリン、具体的にはβシクロデキストリン硫酸化Na塩(β-Cyclodextrine,sulfated,sodium salt)が使用できる。βシクロデキストリン硫酸化Na塩の内側の空孔は、孔サイズが0.6~0.8nmであり、空孔内部は疎水性の分子を包接しやすいため、水に不溶なものを内部に包接しやすい特性がある。このように、包接化合物で有機シンチレータ分子を包接することで、有機シンチレータ分子を速やかに有機溶媒に溶解させることができる。また、硫酸化βシクロデキストリンは、-SO3O-のように、後述するケイ酸源であるTEOSのSi(O-)4と同じ構造を有しているため、シリカ形成時において、シリカナノ粒子の内部または表面に固定され易くなる。なお、第1混合工程において、包接化合物は、重量比で1wt%以上、好ましくは、1.6wt%以上となるように添加される。 In this embodiment, in the first mixing step in which the organic scintillator molecules are dissolved in the organic solvent, an inclusion compound is added to the organic solvent (lower alcohol). For the inclusion compound, for example, cyclodextrin, which is a type of cyclic oligosaccharide, specifically β-cyclodextrin sulfated sodium salt (β-cyclodextrine, sulfated, sodium salt) can be used. The inner pores of β-cyclodextrin sulfated sodium salt have a pore size of 0.6 to 0.8 nm, and the inside of the pores is prone to include hydrophobic molecules, so that it has the characteristic of being prone to include water-insoluble molecules inside. In this way, by including the organic scintillator molecules in the inclusion compound, the organic scintillator molecules can be quickly dissolved in the organic solvent. In addition, since sulfated β-cyclodextrin has the same structure as Si(O-) 4 of TEOS, which is a silicic acid source described later, such as -SO 3 O-, it is easily fixed to the inside or surface of silica nanoparticles during silica formation. In the first mixing step, the clathrate is added in a weight ratio of 1 wt % or more, preferably 1.6 wt % or more.

さらに、有機シンチレータ分子が表面または内部に固定されたシリカナノ粒子を形成するために、第1混合工程で得られた第1混合液に対して、第2混合工程において、シリカ源であるケイ酸源に加えてカップリング剤を加える。すなわち、第2混合工程では、第1混合液に、水、ケイ酸源、カップリング剤、及び触媒を加えて加熱攪拌し、ゾル-ゲル法により有機シンチレータ分子が内部または表面に固定され、カップリング剤により内部または表面に芳香環が固定されたシリカナノ粒子を形成し、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体を形成する。 Furthermore, in order to form silica nanoparticles with organic scintillator molecules fixed on the surface or inside, in the second mixing step, a coupling agent is added to the first mixed liquid obtained in the first mixing step in addition to the silicic acid source, which is the silica source. That is, in the second mixing step, water, a silicic acid source, a coupling agent, and a catalyst are added to the first mixed liquid, which is heated and stirred, forming silica nanoparticles with organic scintillator molecules fixed on the interior or surface by the sol-gel method and aromatic rings fixed on the interior or surface by the coupling agent, thereby forming a composite of the organic scintillator molecules and the silica nanoparticles.

ケイ酸源は、シリカナノ粒子の形成に用いることができるケイ酸源である限り特に限定されない。ケイ酸源としては、例えばオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)、オルトケイ酸テトラメチル(TMOS)、オルトケイ酸テトラプロピル(TPOS)等が挙げられ、好ましくはオルトケイ酸テトラエチルを使用する。ケイ酸源の配合量は、例えば低級アルコールの1/500~1/5程度とすることができる。 The silicic acid source is not particularly limited as long as it is a silicic acid source that can be used to form silica nanoparticles. Examples of silicic acid sources include tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetramethyl orthosilicate (TMOS), tetrapropyl orthosilicate (TPOS), etc., and preferably tetraethyl orthosilicate is used. The amount of the silicic acid source to be blended can be, for example, about 1/500 to 1/5 of the amount of the lower alcohol.

カップリング剤は、例えば、シランカップリング剤を用いることができ、具体的にはp-スチリルトリメトキシシランを使用する。シランカップリング剤であるp-スチリルトリメトキシシランは、分子内に有機材料及び無機材料と結合する官能基を併せ持ち、有機材料と無機材料とを結合する特性がある。ただ、カップリング剤には、スチリル基、フェニル基等のベンゼン環構造などの芳香環をもつものであれば使用できる。なお、第2混合工程において、カップリング剤は、有機シンチレータ分子に対するモル比0.2倍以上、好ましくは2倍以上となるように加える。 For example, a silane coupling agent can be used as the coupling agent, specifically p-styryltrimethoxysilane. The silane coupling agent p-styryltrimethoxysilane has functional groups in its molecule that bond with both organic and inorganic materials, and has the property of bonding organic and inorganic materials. However, any coupling agent can be used as long as it has an aromatic ring, such as a benzene ring structure such as a styryl group or a phenyl group. In the second mixing step, the coupling agent is added in a molar ratio of 0.2 or more, preferably 2 or more, relative to the organic scintillator molecules.

触媒は、シリカナノ粒子の形成に用いることができる触媒である限り特に限定されない。触媒としては、例えば塩基触媒、酸触媒等が挙げられ、好ましくは塩基触媒が挙げられる。塩基触媒としては、アンモニア等が挙げられ、酸触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等が挙げられる。 The catalyst is not particularly limited as long as it is a catalyst that can be used to form silica nanoparticles. Examples of the catalyst include base catalysts and acid catalysts, and preferably base catalysts. Examples of base catalysts include ammonia, and examples of acid catalysts include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and acetic acid.

有機シンチレータ分子の複合体の総重量に占める有機シンチレータ分子の割合は、例えば5~80重量%、好ましくは15~70重量%、より好ましくは25~60重量%、さらに好ましくは30~55重量%であることができる。
[実施例2]
The proportion of the organic scintillator molecules in the total weight of the complex of the organic scintillator molecules can be, for example, 5 to 80% by weight, preferably 15 to 70% by weight, more preferably 25 to 60% by weight, and further preferably 30 to 55% by weight.
[Example 2]

以上の構造の放射線検出粉末は、以下の工程により製造される。
(1)第1混合工程
The radiation detecting powder having the above structure is manufactured by the following steps.
(1) First mixing step

エタノール40mLに、有機シンチレータ分子として、DPO(2,5 Diphenyloxazole)約4.6gとPOPOP(1,4-Bis(5-phenyl-2-oxazolyl)benzene)約0.53gをそれぞれ加えた後、包接化合物としてβシクロデキストリン硫酸化Na塩を約0.4g加えて、ホットスターラー上で約80℃で30分間加熱し、有機シンチレータ分子をエタノールに溶解させる(第1混合液)。
(2)第2混合工程
To 40 mL of ethanol, about 4.6 g of DPO (2,5 diphenyloxazole) and about 0.53 g of POPOP (1,4-bis(5-phenyl-2-oxazolyl)benzene) were added as organic scintillator molecules, and then about 0.4 g of β-cyclodextrin sulfate Na salt was added as an inclusion compound. The mixture was heated on a hot stirrer at about 80° C. for 30 minutes to dissolve the organic scintillator molecules in ethanol (first mixed solution).
(2) Second mixing step

有機シンチレータ分子が溶解したエタノール溶液に、ケイ酸源としてTEOS(Tetraethylorthosilicate)9mL、第1のカップリング剤としてp-スチリルトリメトキシシラン10mL、蒸留水100mL、触媒として濃アンモニア水10mLを加える。このとき、p-スチリルトリメトキシシランは、DPOに対するモル比で約2倍になるように、βシクロデキストリン硫酸化Na塩は、重量比で約1.6wt%になるように調製する。また、第1混合工程でのエタノール400mLに対して第2混合工程での水の添加量が100mLとなるように、すなわちエタノール:水の体積比が4:1となるように調製する。 9 mL of TEOS (Tetraethylorthosilicate) as a silicic acid source, 10 mL of p-styryltrimethoxysilane as a first coupling agent, 100 mL of distilled water, and 10 mL of concentrated aqueous ammonia as a catalyst are added to the ethanol solution in which the organic scintillator molecules have been dissolved. At this time, the molar ratio of p-styryltrimethoxysilane to DPO is adjusted to be approximately twice that of DPO, and the weight ratio of β-cyclodextrin sodium sulfate is adjusted to be approximately 1.6 wt%. In addition, the amount of water added in the second mixing step is adjusted to be 100 mL for every 400 mL of ethanol in the first mixing step, i.e., the volume ratio of ethanol:water is adjusted to be 4:1.

以上のように調製された混合液を、ホットスターラー上で約80℃で2時間加熱攪拌して、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を形成して、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体を形成する(第2混合液)。
(3)加熱乾固工程
The mixed liquid prepared as described above is heated and stirred on a hot stirrer at approximately 80°C for 2 hours to form silica nanoparticles containing the organic scintillator molecules, thereby forming a composite of the organic scintillator molecules and the silica nanoparticles (second mixed liquid).
(3) Heating and drying process

有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体が溶液中に形成された第2混合液をホットスターラー上で加熱乾固して約14.5gの白色粉末(放射線検出粉末)が得られた。 The second mixture, in which a complex of organic scintillator molecules and silica nanoparticles was formed in the solution, was heated to dryness on a hot stirrer to obtain approximately 14.5 g of a white powder (radiation detection powder).

以上のようにして製造された放射線検出粉末は、有機シンチレータ分子の割合が、放射線検出粉末全体に対して約35wt%であった。また、放射線検出粉末は、室温ではエタノールに分散しないが、約80℃に加熱すると均一に分散し、水には均一に分散しなかった。また、この放射線検出粉末は、エタノールを含んで膨潤し、低温(冷蔵庫)では固形化する物性を示した。とくに、以上の製造方法では、第1混合工程において、シクロデキストリンを使用することで、シリカナノ粒子をエタノールに対して分散しやすくなった。 The radiation detection powder produced in the above manner had a ratio of organic scintillator molecules of approximately 35 wt% relative to the total radiation detection powder. The radiation detection powder was not dispersible in ethanol at room temperature, but was uniformly dispersed when heated to approximately 80°C, but was not uniformly dispersed in water. This radiation detection powder also exhibited the physical property of swelling when it absorbed ethanol and solidifying at low temperatures (refrigerator). In particular, in the above production method, the use of cyclodextrin in the first mixing step made it easier to disperse silica nanoparticles in ethanol.

以上のように、本発明の実施形態にかかる放射線検出粉末は、放射線検出粉末全体に対する有機シンチレータ分子の割合を約35wt%として、従来よりも大幅に高くすることができた。このため、単位量あたりの放射線の検出感度を高くしながら、放射線の検出を簡便にできる特徴が実現できる。また、第2混合工程において、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体を形成するのに要する時間を数時間として、従来の製造方法に対して大幅に短縮することができた。これにより、放射線検出粉末の製造にかかる時間を短縮でき、安価に多量生産が可能になった。 As described above, the radiation detection powder according to an embodiment of the present invention has a ratio of organic scintillator molecules to the entire radiation detection powder of approximately 35 wt%, which is significantly higher than conventional methods. This makes it possible to realize the feature of simplifying radiation detection while increasing the detection sensitivity of radiation per unit amount. Furthermore, in the second mixing step, the time required to form a complex of the organic scintillator molecules and silica nanoparticles was reduced to several hours, which is significantly shorter than the conventional manufacturing method. This shortens the time required to manufacture the radiation detection powder, making it possible to mass-produce it at low cost.

以上のようにして製造された放射線検出粉末は、放射線に励起されて発光する放射線検出用の粉末として種々の用途に使用できる。さらに、本発明では、以上の放射線検出粉末の使用例の一つとして、放射線検出粉末を紙製シートに含有させることで、紙シートとして使用することができる。以下、放射線検出粉末を備える紙シートとその製造方法について詳述する。
[実施形態6]
The radiation detecting powder produced in the above manner can be used for various purposes as a powder for detecting radiation that emits light when excited by radiation. Furthermore, in the present invention, as one example of the use of the radiation detecting powder, the radiation detecting powder can be contained in a paper sheet and used as a paper sheet. The paper sheet containing the radiation detecting powder and the method for producing the same will be described in detail below.
[Embodiment 6]

本発明の一実施形態にかかる紙シートを図17の概略断面図に示す。図17に示す紙シート10は、シート状に抄紙された紙製のシート状基材1と、シート状基材1の表面に塗布された、放射線検出粉末を含有するコーティング層2とを備えている。この紙シート10は、シート状に抄紙された紙製のシート状基材1を準備する準備工程と、放射線検出粉末を溶媒に分散させた分散液をコーティング液として、シート状基材1の表面に塗布するコーティング工程と、シート状基材1に塗布されたコーティング液から、溶媒の全部又は一部を除去してコーティング層2を形成する乾燥工程とで製造される。このように、シンチレータ固定化ケイ酸粒子等の放射線検出粉末を含有する紙シートは、コーティング法により製造される。
(シート状基材1)
A paper sheet according to one embodiment of the present invention is shown in the schematic cross-sectional view of Figure 17. The paper sheet 10 shown in Figure 17 includes a paper sheet-like substrate 1 made into a sheet, and a coating layer 2 containing a radiation detection powder applied to the surface of the sheet-like substrate 1. The paper sheet 10 is manufactured by a preparation step of preparing a paper sheet-like substrate 1 made into a sheet, a coating step of applying a dispersion liquid in which a radiation detection powder is dispersed in a solvent as a coating liquid to the surface of the sheet-like substrate 1, and a drying step of removing all or part of the solvent from the coating liquid applied to the sheet-like substrate 1 to form the coating layer 2. In this way, a paper sheet containing a radiation detection powder such as scintillator-immobilized silicic acid particles is manufactured by a coating method.
(Sheet-like substrate 1)

シート状基材1は紙製であって、天然繊維や合成繊維を湿式抄紙して製造される。天然繊維としては、セルロース系の繊維、例えば木材繊維、種子毛繊維、靭皮繊維、葉脈繊維等が使用できる。一方、合成繊維は、例えばポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系等の合成繊維が好適に使用できる。紙製のシート状基材1を構成する繊維の繊維径は、含有する放射線検出粉末の平均径等を考慮して、例えば0.05μm~100μm、好ましくは0.1μm~80μmとする。とくに、1μm~60μmとすることが好ましい。これにより、放射線検出粉末を効果的に保持することができる。 The sheet-like substrate 1 is made of paper, and is manufactured by wet-sheeting natural or synthetic fibers. As natural fibers, cellulose-based fibers, such as wood fibers, seed hair fibers, bast fibers, and leaf vein fibers, can be used. On the other hand, as synthetic fibers, for example, polyamide-based, polyolefin-based, polyester-based, polyacrylonitrile-based, and polyvinyl alcohol-based synthetic fibers can be suitably used. The fiber diameter of the fibers constituting the paper sheet-like substrate 1 is, for example, 0.05 μm to 100 μm, preferably 0.1 μm to 80 μm, taking into consideration the average diameter of the radiation detecting powder contained therein. In particular, it is preferable that the fiber diameter is 1 μm to 60 μm. This allows the radiation detecting powder to be held effectively.

なお、図17の例では、説明のため、シート状基材1の一面にコーティング層2を塗布した二層構造の紙シートを示しているが、これらシート状基材1とコーティング層2とは必ずしも明確な層状に分かれていることは要せず、シート状基材1の表面にコーティング層2が形成された状態であれば足りる。すなわち後述するように、シート状基材1を構成する紙の繊維に、コーティング液を塗布してコーティング層2を形成する場合は、図18の要部拡大断面図に示すように、シート状基材1の繊維6の表面にコーティング層2が形成されているような態様となる。このような、微視的にシート状基材1を構成する繊維6の表面にコーティング層2が形成されている態様も、本発明でいうシート状基材1の表面に形成されたコーティング層2に含むものとする。
(コーティング層2)
In the example of Fig. 17, for the purpose of explanation, a two-layered paper sheet in which the coating layer 2 is applied to one surface of the sheet-like substrate 1 is shown, but the sheet-like substrate 1 and the coating layer 2 do not necessarily need to be clearly separated into layers, and it is sufficient that the coating layer 2 is formed on the surface of the sheet-like substrate 1. That is, as described below, when the coating layer 2 is formed by applying a coating liquid to the paper fibers constituting the sheet-like substrate 1, as shown in the enlarged cross-sectional view of the main part of Fig. 18, the coating layer 2 is formed on the surface of the fibers 6 of the sheet-like substrate 1. Such an embodiment in which the coating layer 2 is formed on the surface of the fibers 6 constituting the sheet-like substrate 1 microscopically is also included in the coating layer 2 formed on the surface of the sheet-like substrate 1 in the present invention.
(Coating Layer 2)

コーティング層2は、シート状基材1の表面に塗布されたコーティング液により形成される。コーティング液は、放射線検出粉末を溶媒に分散させた分散液が使用される。この実施形態に係る紙シートでは、放射線検出粉末として、前述の有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体であって、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定され、カップリング剤によりシリカナノ粒子内部または表面に芳香環が固定されてなる複合体で構成される放射線検出粉末を使用する。この放射線検出粉末は、水には分散しないが有機溶媒には分散するので、コーティング液には、放射線検出粉末を有機溶媒に分散させたものを使用する。有機溶媒には、放射線検出粉末を分散させ易い液体としてエタノール等の溶剤が利用できる。この放射線検出粉末は、前述のように、約80℃に加熱されたエタノールに対して均一に分散する。したがって、この放射線検出粉末は、加熱されたエタノールに分散された状態で、コーティング液として使用される。ただ、有機溶媒には、エタノールに代わってメタノール等の極性溶媒を使用することもできる。 The coating layer 2 is formed by a coating liquid applied to the surface of the sheet-like substrate 1. The coating liquid is a dispersion liquid in which a radiation detection powder is dispersed in a solvent. In the paper sheet according to this embodiment, the radiation detection powder is a complex of the organic scintillator molecules and silica nanoparticles described above, in which the organic scintillator molecules or the organic scintillator molecules enclosed in an inclusion compound are fixed to the inside or surface of the silica nanoparticles by a sol-gel method, and aromatic rings are fixed to the inside or surface of the silica nanoparticles by a coupling agent. This radiation detection powder does not disperse in water but disperses in organic solvents, so the coating liquid uses the radiation detection powder dispersed in an organic solvent. As the organic solvent, a solvent such as ethanol can be used as a liquid that easily disperses the radiation detection powder. As described above, this radiation detection powder disperses uniformly in ethanol heated to about 80°C. Therefore, this radiation detection powder is used as the coating liquid in a state where it is dispersed in heated ethanol. However, a polar solvent such as methanol can be used as the organic solvent instead of ethanol.

高温に加熱された状態において放射線検出粉末が分散されたコーティング液は、シート状基材1に塗布された後、冷却されることで固形化が促進されると共に、溶媒の全部又は一部が気化して除去されることで、溶質である放射線検出粉末が固形化されてシート状基材1の繊維に定着する。 The coating liquid, in which the radiation detecting powder is dispersed while being heated to a high temperature, is applied to the sheet-like substrate 1, and then cooled to promote solidification. At the same time, all or part of the solvent is evaporated and removed, so that the solute radiation detecting powder is solidified and fixed to the fibers of the sheet-like substrate 1.

コーティング液の塗布には、例えば図20に示すようにバーコータ9が利用できる。バーコータ9は、棒状体の表面にワイヤを巻き付けており、このワイヤ間にコーティング液を保持することで、塗布量をコントロールできる。その他の塗布方式としてはロールコーター、グラビアコーター、ナイフコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、エアドクターコーター、カーテンコーター、ファウンテンコーター、キスコーター、スクリーンコーター、押出コーター等にて塗布することができる。さらに、コーティング液は、スプレーや刷毛により塗布することもできる。 For example, a bar coater 9 can be used to apply the coating liquid, as shown in Figure 20. The bar coater 9 has a wire wound around the surface of a rod-shaped body, and the coating liquid is held between the wires, making it possible to control the amount of coating. Other coating methods include a roll coater, gravure coater, knife coater, blade coater, rod coater, air doctor coater, curtain coater, fountain coater, kiss coater, screen coater, and extrusion coater. Furthermore, the coating liquid can also be applied by spray or brush.

さらに、コーティング液の塗布量は、シート状基材1に対して1m2あたり10g以上、好ましくは100g~400gを塗布する。なお、コーティング層2は、図17に示すように、シート状基材1の全面にわたって設けることも、図20に示すように、シート状基材1の特定の領域に部分的に設けることもできる。 Furthermore, the amount of coating liquid applied is 10 g or more, preferably 100 g to 400 g, per m2 of the sheet-like substrate 1. The coating layer 2 can be provided over the entire surface of the sheet-like substrate 1 as shown in Fig. 17, or can be provided partially in a specific region of the sheet-like substrate 1 as shown in Fig. 20.

図17に示す紙シート10は、コーティング層2が形成された面(図において上面)を検査面5として放射線の検出検査に使用することができる。図に示すように、シート状基材1の表面に放射線検出粉末を含有するコーティング層2を設ける構造は、シート状基材1の片側面に放射線検出粉末を集中的に配置できるので、この面を検査面5として使用することで効果的に放射線を検出できる。 The paper sheet 10 shown in Figure 17 can be used for radiation detection testing with the surface on which the coating layer 2 is formed (the upper surface in the figure) as the inspection surface 5. As shown in the figure, the structure in which the coating layer 2 containing radiation detection powder is provided on the surface of the sheet-like substrate 1 allows the radiation detection powder to be concentrated on one side of the sheet-like substrate 1, so that radiation can be effectively detected by using this surface as the inspection surface 5.

さらに、紙シート10は、図17の鎖線で示すように、コーティング層2の表面に表面層3を設けることもできる。この表面層3は、たとえは、薄い紙製の薄膜とすることができる。この紙シート10は、コーティング層2に固着された放射線検出粉末がコーティング層2の表面から脱落するのを有効に防止できる特長がある。 Furthermore, the paper sheet 10 can also have a surface layer 3 on the surface of the coating layer 2, as shown by the dashed line in Figure 17. This surface layer 3 can be, for example, a thin film made of paper. This paper sheet 10 has the advantage of being able to effectively prevent the radiation detecting powder adhered to the coating layer 2 from falling off from the surface of the coating layer 2.

さらにまた、紙シートは、図19に示すように、コーティング層2の表面に剥離シート4を積層することもできる。この紙シート30は、コーティング層2の表面を剥離シート4で被覆することで、未使用時においては、剥離シート4でコーティング層2を保護しながら、紙シート30を使用する際には、剥離シート4を剥離することで、検査面5を表出させて使用することができる。このような剥離シート4として、たとえば、疎水性の材質、例えばPET、PP、PE、PMP、PTFE、PVDF等の樹脂製のシート、あるいは紙やフィルムにシリコーンやフッ素コートしたシートが好適に利用できる。ただ、放射線検出粉末は、必ずしもコーティング層の表面に、表面層や剥離シートを設けることなく、コーティング層を表出させた状態とすることもできる。
[実施例3]
Furthermore, the paper sheet may have a release sheet 4 laminated on the surface of the coating layer 2 as shown in Fig. 19. By covering the surface of the coating layer 2 with the release sheet 4, the paper sheet 30 can protect the coating layer 2 when not in use, and can be used by peeling off the release sheet 4 to expose the inspection surface 5 when the paper sheet 30 is used. As such a release sheet 4, for example, a sheet made of a hydrophobic material, for example, a resin such as PET, PP, PE, PMP, PTFE, or PVDF, or a sheet of paper or film coated with silicone or fluorine can be suitably used. However, the radiation detecting powder may be in a state where the coating layer is exposed without necessarily providing a surface layer or release sheet on the surface of the coating layer.
[Example 3]

以上の構造の紙シートは、以下の工程により製造される。
(1)準備工程
The paper sheet having the above structure is manufactured by the following process.
(1) Preparation process

シート状に抄紙された紙製のシート状基材1を準備する。紙製のシート状基材1は、例えば、セルロース繊維を湿式抄紙した紙製のシートが使用できる。シート状基材1は、厚さを50μm、坪量を30g/m2とすることができる。
(2)コーティング工程
A paper sheet-like substrate 1 made of paper that has been made into a sheet is prepared. For example, a paper sheet made by wet-processing cellulose fibers can be used as the paper sheet-like substrate 1. The sheet-like substrate 1 can have a thickness of 50 μm and a basis weight of 30 g/ m2 .
(2) Coating process

放射線検出粉末を溶媒に分散させてコーティング液を調製する。ここでは、放射線検出粉末として、実施例2で製造された、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体で構成される放射線検出粉末を使用する。この放射線検出粉末を分散させる有機溶媒としてエタノールを使用する。50gのエタノールを用意し、75℃に加熱しながら200rpmで攪拌する。加熱されたエタノールに、0.5gの放射線検出粉末を加えて、さらに、75℃に保持しながら200rpmで60分間攪拌する。これにより、エタノールに対して放射線検出粉末が均一に分散されたコーティング液が得られる。 The radiation detection powder is dispersed in a solvent to prepare a coating liquid. Here, the radiation detection powder used is the radiation detection powder manufactured in Example 2, which is composed of a complex of organic scintillator molecules and silica nanoparticles. Ethanol is used as the organic solvent in which this radiation detection powder is dispersed. 50 g of ethanol is prepared and stirred at 200 rpm while being heated to 75°C. 0.5 g of radiation detection powder is added to the heated ethanol, and the mixture is further stirred at 200 rpm for 60 minutes while being maintained at 75°C. This results in a coating liquid in which the radiation detection powder is uniformly dispersed in the ethanol.

以上のコーティング液をシート状基材1の表面に塗布する。コーティング液は、例えば、図20に示すバーコータ9を使用してシート状基材1の表面に所定量が塗布される。コーティング液の塗布量は、例えば、100g/m2とする。
(3)乾燥工程
The above coating liquid is applied to the surface of the sheet-like substrate 1. A predetermined amount of the coating liquid is applied to the surface of the sheet-like substrate 1, for example, by using a bar coater 9 shown in Fig. 20. The amount of the coating liquid applied is, for example, 100 g/ m2 .
(3) Drying process

シート状基材1に塗布されたコーティング液を100℃で30分間乾燥させて、コーティング液の溶媒の全部又は一部を気化させて除去し、コーティング液の溶質である放射線検出粉末を固形化させてシート状基材1の繊維に定着させる。これにより、シート状基材1の表面にコーティング層2が形成される。
[実施形態7]
The coating liquid applied to the sheet-like substrate 1 is dried at 100° C. for 30 minutes to vaporize and remove all or a part of the solvent in the coating liquid, and the radiation detecting powder, which is the solute in the coating liquid, is solidified and fixed to the fibers of the sheet-like substrate 1. As a result, a coating layer 2 is formed on the surface of the sheet-like substrate 1.
[Embodiment 7]

さらに、本発明の他の実施形態にかかる紙シートを詳述する。この紙シートは、放射線検出粉末を、前述の有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体としており、この放射線検出粉末とセルロースナノファイバーの凝集体を集合してシート状に抄紙している。このようにシンチレータ固定化ケイ酸粒子等の放射線検出粉末を含有する紙シートは、ケイ酸粒子を繊維の表面に凝集させて抄紙する湿式抄紙法により作成される。この紙シートは、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定され、カップリング剤によりシリカナノ粒子の内部または表面に芳香環が固定されてなる、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体である放射線検出粉末を準備する準備工程と、放射線検出粉末を有機溶媒に分散させて第1分散液とする第1分散工程と、セルロースナノファイバーを水に分散させて第2分散液とする第2分散工程と、第1分散液と第2分散液を混合して、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーとを凝集させる凝集工程と、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーが凝集された凝集体を含む混合液を濾過してシート状に抄紙する抄紙工程とで製造される。 Furthermore, a paper sheet according to another embodiment of the present invention will be described in detail. In this paper sheet, the radiation detection powder is a complex of the aforementioned organic scintillator molecules and silica nanoparticles, and this radiation detection powder and cellulose nanofiber aggregates are assembled and made into a sheet. In this way, a paper sheet containing a radiation detection powder such as scintillator-immobilized silicic acid particles is produced by a wet papermaking method in which silicic acid particles are aggregated on the surface of the fibers and then made into a sheet. This paper sheet is manufactured by the following steps: a preparation step of preparing a radiation detection powder, which is a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles, in which organic scintillator molecules enclosed in an inclusion compound or organic scintillator molecules are fixed to the inside or surface of silica nanoparticles by a sol-gel method, and aromatic rings are fixed to the inside or surface of the silica nanoparticles by a coupling agent; a first dispersion step of dispersing the radiation detection powder in an organic solvent to obtain a first dispersion; a second dispersion step of dispersing cellulose nanofibers in water to obtain a second dispersion; an aggregation step of mixing the first dispersion and the second dispersion to aggregate the radiation detection powder and the cellulose nanofibers; and a papermaking step of filtering the mixture containing the aggregates of the radiation detection powder and the cellulose nanofibers and making the mixture into a sheet.

この紙シートは、前述の実施形態5に示す放射線検出粉末を使用して抄紙法により製造される。ここで使用する放射線検出粉末は、前述のように、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体の平均粒径がナノサイズであるため、通常の抄紙方法では、複合体がメッシュを通過するため紙として抄くことができない。また、この放射線検出粉末は、水に分散しないので、このことも通常の方法による抄紙を困難にしている。 This paper sheet is manufactured by a papermaking method using the radiation detection powder shown in the above-mentioned embodiment 5. As described above, the radiation detection powder used here is a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles with an average particle size of nano-size, so that the composite passes through a mesh and cannot be made into paper by a normal papermaking method. In addition, this radiation detection powder does not disperse in water, which also makes it difficult to make paper by a normal method.

この問題点を解消するために、この実施形態に係る紙シートの製造方法では、図21に示すように、放射線検出粉末を有機溶媒に分散させて第1分散液11とすると共に、セルロースナノファイバーを水に分散させて第2分散液12とし、それぞれの分散液を混合することにより、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーを凝集させて凝集体15を形成させ、この凝集体15を濾過することでシート状に抄紙している。
[実施例4]
To solve this problem, in the paper sheet manufacturing method according to this embodiment, as shown in FIG. 21 , the radiation detecting powder is dispersed in an organic solvent to form a first dispersion liquid 11, and the cellulose nanofibers are dispersed in water to form a second dispersion liquid 12. By mixing these dispersion liquids, the radiation detecting powder and the cellulose nanofibers are aggregated to form an aggregate 15, and this aggregate 15 is filtered to produce a sheet.
[Example 4]

以上の構造の紙シートは、以下の工程により製造される。
(1)準備工程
The paper sheet having the above structure is manufactured by the following process.
(1) Preparation process

放射線検出粉末として、前述の実施例2で製造された、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体で構成される放射線検出粉末を準備する。
(2)第1分散工程
As the radiation detecting powder, the radiation detecting powder composed of the composite of the organic scintillator molecules and the silica nanoparticles manufactured in the above-mentioned Example 2 is prepared.
(2) First dispersion step

この工程では、放射線検出粉末を有機溶媒に分散させて第1分散液11とする。この放射線検出粉末を分散させる有機溶媒としてエタノールを使用する。100gのエタノールを用意し、75℃に加熱しながら200rpmで攪拌する。加熱されたエタノールに、0.50g(50重量部)の放射線検出粉末を加えて、さらに、75℃に保持しながら200rpmで60分間攪拌する。これにより、エタノールに対して放射線検出粉末が均一に分散された第1分散液11が調製される。
(3)第2分散工程
In this step, the radiation detection powder is dispersed in an organic solvent to prepare a first dispersion liquid 11. Ethanol is used as the organic solvent in which the radiation detection powder is dispersed. 100 g of ethanol is prepared and stirred at 200 rpm while being heated to 75° C. 0.50 g (50 parts by weight) of the radiation detection powder is added to the heated ethanol, and the mixture is further stirred at 200 rpm for 60 minutes while being kept at 75° C. This prepares a first dispersion liquid 11 in which the radiation detection powder is uniformly dispersed in the ethanol.
(3) Second Dispersion Step

この工程では、セルロースナノファイバーを水に分散させて第2分散液12とする。セルロースナノファイバーには、好ましくは、繊維径が3nm~200nmのもの、さらに好ましくは、繊維径が50nm~100nmのものを使用する。ここでは、セルロースナノファイバーとして微細繊維状セルロース(ダイセル社製)を使用する。所定量の微細繊維状セルロースを分散液である水に懸濁して分散し、微細繊維状セルロースの0.5wt%水溶液、50重量部を調製する。
(4)凝集工程
In this step, cellulose nanofibers are dispersed in water to form a second dispersion liquid 12. The cellulose nanofibers used preferably have a fiber diameter of 3 nm to 200 nm, and more preferably have a fiber diameter of 50 nm to 100 nm. Here, fine fibrous cellulose (manufactured by Daicel Corporation) is used as the cellulose nanofibers. A predetermined amount of fine fibrous cellulose is suspended and dispersed in water, which is the dispersion liquid, to prepare 50 parts by weight of a 0.5 wt % aqueous solution of the fine fibrous cellulose.
(4) Flocculation step

第1分散液11と第2分散液12を混合して、放射線検出粉末とセルロースナノファイバー(微細繊維状セルロース)とを凝集させる(2分間)。このように、それぞれの良溶媒(放射線検出粉末:エタノール、セルロースナノファイバー:水)を分散させた後、それぞれの貧溶媒(放射線検出粉末:水、セルロースナノファイバー:エタノール)を混合させると、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーの凝集体15を得ることができる。有機溶媒に分散された放射線検出粉末と水に分散されたセルロースナノファイバーは、いずれもナノサイズであるため、そのままでは歩留らないが、凝集させて濾過することで紙として抄くことが可能になる。
(5)抄紙工程
The first dispersion 11 and the second dispersion 12 are mixed to aggregate the radiation detection powder and the cellulose nanofibers (fine fibrous cellulose) (for 2 minutes). In this way, by dispersing the respective good solvents (radiation detection powder: ethanol, cellulose nanofibers: water) and then mixing the respective poor solvents (radiation detection powder: water, cellulose nanofibers: ethanol), an aggregate 15 of the radiation detection powder and the cellulose nanofibers can be obtained. Since the radiation detection powder dispersed in the organic solvent and the cellulose nanofibers dispersed in water are both nano-sized, there is no yield as is, but by agglomerating and filtering them, it becomes possible to make paper.
(5) Papermaking process

放射線検出粉末とセルロースナノファイバーが凝集された混合液13を濾過してシート状に抄紙する。この工程では、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーの凝集体15を含む混合液を定性濾紙No1(アドバンテック東洋社製)を使用して濾過する。ただ、混合液13の濾過には、ヌッチェフィルターを使用して吸引濾過することもできる。濾過された凝集体15を濾紙から剥離して100℃で10分間乾燥して、紙シートとする。ここで、得られた紙シートは、厚さが0.23mmで、坪量が106g/m2であった。 The mixture 13 in which the radiation detection powder and cellulose nanofibers are aggregated is filtered and made into a sheet. In this process, the mixture containing the radiation detection powder and cellulose nanofiber aggregates 15 is filtered using qualitative filter paper No. 1 (manufactured by Advantec Toyo Co., Ltd.). However, the mixture 13 can also be filtered by suction using a Nutsche filter. The filtered aggregates 15 are peeled off from the filter paper and dried at 100°C for 10 minutes to form a paper sheet. The obtained paper sheet had a thickness of 0.23 mm and a basis weight of 106 g/ m2 .

さらに、本発明は、紙シートに使用する放射線検出粉末として、前述の包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定され、カップリング剤によりシリカナノ粒子内部または表面に芳香環が固定されてなる複合体で構成される放射線検出粉末に代わって、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を粒子又は繊維の表面上に固定化してなる放射線検出粉末を使用することができる。この放射線検出粉末は、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を表面に固定化する粒子として、例えば、珪石粒子等の無機粒子を使用することができ、また、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を表面に固定化する繊維として、所定の繊維径を有する担持繊維を使用することができる。 Furthermore, the present invention can use, as a radiation detection powder for use in paper sheets, a radiation detection powder in which silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed on the surface of particles or fibers, instead of a radiation detection powder composed of a complex in which the organic scintillator molecules or the organic scintillator molecules enclosed in the above-mentioned inclusion compound are fixed inside or on the surface of silica nanoparticles by a sol-gel method, and aromatic rings are fixed inside or on the surface of the silica nanoparticles by a coupling agent. In this radiation detection powder, inorganic particles such as silica particles can be used as the particles on which the silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed, and supporting fibers having a predetermined fiber diameter can be used as the fibers on which the silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed.

シリカナノ粒子を固定化する粒子に珪石粒子を使用する放射線検出粉末(以後、シンチレータシリカ珪石粉末とも呼ぶ)は、珪石粒子と、珪石粒子の表面上に固定化されたシンチレータを備えており、このシンチレータを有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子としている。この放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)は、珪石粒子の平均粒径を、0.5~50μm、好ましくは1~30μm、さらに好ましくは1.5~20μmとすることができ、シリカナノ粒子の平均粒子径を30ないし400nmとすることができる。また、この放射線検出粉末は、シンチレータを接着剤を介して珪石粒子に固定化することもできる。 A radiation detection powder using silica particles as particles to fix silica nanoparticles (hereinafter also referred to as scintillator silica powder) comprises silica particles and a scintillator fixed on the surface of the silica particles, the scintillator being silica nanoparticles containing organic scintillator molecules. This radiation detection powder (scintillator silica powder) can have an average particle size of the silica particles of 0.5 to 50 μm, preferably 1 to 30 μm, and more preferably 1.5 to 20 μm, and an average particle size of the silica nanoparticles of 30 to 400 nm. In addition, this radiation detection powder can also fix the scintillator to the silica particles via an adhesive.

この放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)は、以下のようにして製造される。
(1)第1混合工程
This radiation detecting powder (scintillator silica powder) is produced as follows.
(1) First mixing step

有機溶媒であるジメチルスルホキシド(DMSO)溶液240mLに、有機シンチレータ分子として、安息香酸(benzoic acid)約0.53gとDPO(2,5 Diphenyloxazole)約4.6gとPOPOP(1,4-Bis(5-phenyl-2-oxazolyl)benzene)約5.1gを加えた後、エタノール160mLを加える。ホットスターラー上で約80℃に加熱して有機シンチレータ分子が溶解して透明な溶液になるまで撹拌する。
(2)第2混合工程
To 240 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO) solution, which is an organic solvent, about 0.53 g of benzoic acid, about 4.6 g of DPO (2,5 diphenyloxazole), and about 5.1 g of POPOP (1,4-Bis(5-phenyl-2-oxazolyl)benzene) are added as organic scintillator molecules, and then 160 mL of ethanol is added. The mixture is heated to about 80°C on a hot stirrer and stirred until the organic scintillator molecules are dissolved and a transparent solution is obtained.
(2) Second mixing step

次に、有機シンチレータ分子が溶解した混合液に対して、あらかじめ珪石粉末(6.78μm)約1.2gを0.5wt%水ガラス溶液25mL中に加えて約80℃で加熱攪拌した溶液と、蒸留水75mL、ケイ酸源であるTEOS(Tetraethylorthosilicate)10mL、及び触媒としての28wt%の濃アンモニア水10mLを加える。このとき、DMSOを含むエタノール溶液400mLに対して水100mLが追加されるように、言い換えると、エタノール溶液と加える水溶液の比が4:1となるように調製する。 Next, to the mixture in which the organic scintillator molecules have been dissolved, add about 1.2 g of silica powder (6.78 μm) in 25 mL of 0.5 wt % water glass solution, which has been heated and stirred at about 80°C, 75 mL of distilled water, 10 mL of TEOS (Tetraethylorthosilicate) as a silicic acid source, and 10 mL of 28 wt % concentrated aqueous ammonia as a catalyst. At this time, the mixture is prepared so that 100 mL of water is added to 400 mL of ethanol solution containing DMSO, in other words, the ratio of the ethanol solution to the aqueous solution to be added is 4:1.

以上のようにして調製された混合液を、ホットスターラー上で約80℃に加熱して約2日間撹拌し、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を形成して、珪石粉末の表面上に有機シンチレータ分子含有シリカナノ粒子を結合させた。
(3)加熱乾固工程
The mixed liquid prepared as described above was heated to about 80°C on a hot stirrer and stirred for about 2 days to form silica nanoparticles containing organic scintillator molecules, and the silica nanoparticles containing the organic scintillator molecules were bonded to the surface of the silica powder.
(3) Heating and drying process

以上の混合液をホットスターラー上で加熱乾固して粉末が得られた。
(4)濾過洗浄工程
The above mixture was heated on a hot stirrer to dryness, and a powder was obtained.
(4) Filtration and washing process

加熱乾固工程で得られた粉末を400~600mLの蒸留水を用いて、孔径0.1μmのフィルターで洗浄濾過して、水溶性の硫黄化合物を除去する操作を繰り返した。 The powder obtained in the heating and drying process was washed and filtered using 400 to 600 mL of distilled water through a filter with a pore size of 0.1 μm, and the process was repeated to remove water-soluble sulfur compounds.

デジケータで乾燥後、ホットスターラーで加熱乾燥して約31.4gの白色粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)が得られた。 After drying in a desiccator, the mixture was heated and dried in a hot stirrer to obtain approximately 31.4 g of white powder (scintillator silica powder).

また、シリカナノ粒子を繊維に固定化する放射線検出粉末(以後、シンチレータシリカ繊維粉末とも呼ぶ)は、所定の繊維径を有する担持繊維と、担持繊維の表面上に固定化されたシンチレータを備えており、このシンチレータを、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子としている。この放射線検出粉末(シンチレータシリカ繊維粉末)は、担持繊維として、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維を使用することができる。担持繊維の繊維径は、3nm~200nm、好ましくは3nm~40nmとすることができる。また、この放射線検出粉末は、有機シンチレータを含有するシリカナノ粒子をバインダー繊維を介して繊維の表面上に固定化することもできる。このようなバインダー繊維として、例えば、マイクロオーダーのセルロースナノファイバー等が使用できる。この放射線検出粉末(シンチレータシリカ繊維粉末)は、前述の第2混合工程において、珪石粉末に代わって担持繊維を加える以外は、前述の製造工程と同様にして製造される。 The radiation detection powder in which silica nanoparticles are fixed to fibers (hereinafter also referred to as scintillator silica fiber powder) comprises a carrier fiber having a predetermined fiber diameter and a scintillator fixed on the surface of the carrier fiber, and the scintillator is a silica nanoparticle containing organic scintillator molecules. This radiation detection powder (scintillator silica fiber powder) can use inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, or organic fibers such as synthetic fibers and natural fibers as the carrier fiber. The fiber diameter of the carrier fiber can be 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 40 nm. This radiation detection powder can also fix silica nanoparticles containing an organic scintillator on the surface of the fiber via binder fibers. For example, micro-order cellulose nanofibers can be used as such binder fibers. This radiation detection powder (scintillator silica fiber powder) is manufactured in the same manner as the manufacturing process described above, except that in the second mixing process described above, carrier fibers are added instead of silica powder.

さらに、繊維径が0.1μm~100μm、好ましくは10μm~50μmの担持繊維を使用して前述の製造工程と同様にして製造することができる。
[実施形態8]
Furthermore, it can be produced in the same manner as the above-mentioned production process using supporting fibers having a fiber diameter of 0.1 μm to 100 μm, preferably 10 μm to 50 μm.
[Embodiment 8]

以上のようにして製造された放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)を使用して製造される紙シートを、本発明の他の実施形態として以下に詳述する。この紙シートは、前述の実施形態6の紙シートと同様にコーティング法を用いており、シート状に抄紙された紙製のシート状基材と、シート状基材の表面に塗布された、放射線検出粉末を含有するコーティング層とを備えている。この紙シートは、シート状に抄紙された紙製のシート状基材を準備する準備工程と、放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)を溶媒に分散させた分散液をコーティング液として、シート状基材の表面に塗布するコーティング工程と、シート状基材に塗布されたコーティング液から、溶媒の全部又は一部を除去してコーティング層を形成する乾燥工程とで製造される。 A paper sheet manufactured using the radiation detection powder (scintillator silica powder) manufactured as described above will be described in detail below as another embodiment of the present invention. This paper sheet uses a coating method similar to the paper sheet of the above-mentioned embodiment 6, and includes a paper sheet-like substrate made into a sheet and a coating layer containing radiation detection powder applied to the surface of the sheet-like substrate. This paper sheet is manufactured by a preparation process of preparing a paper sheet-like substrate made into a sheet, a coating process of applying a dispersion of radiation detection powder (scintillator silica powder) dispersed in a solvent as a coating liquid to the surface of the sheet-like substrate, and a drying process of removing all or part of the solvent from the coating liquid applied to the sheet-like substrate to form a coating layer.

さらに、放射線検出粉末を、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を珪石粒子の表面上に固定化したシンチレータシリカ珪石粉末とする紙シートは、コーティング液として、セルロースナノファイバーを含む分散液に放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)を分散させたものを使用している。このコーティング液は、セルロースナノファイバーを所定の濃度に含有する分散液に対して、所定量の放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)を分散させたものを使用している。セルロースナノファイバーを含有する分散液の濃度は、0.01wt%~5wt%とすることができ、セルロースナノファイバーを含有する分散液と放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)の質量比は、10:90~3:97とすることができる。なお、セルロースナノファイバーは、放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)と混合させる前に予め物理開繊しておく。たとえば、木材パルプ等を水等の溶媒に混ぜて、グラインダ等により粉砕処理することができる。
[実施例5]
Furthermore, the paper sheet, in which the radiation detection powder is a scintillator silica powder in which silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed on the surface of silica particles, uses a coating liquid in which the radiation detection powder (scintillator silica powder) is dispersed in a dispersion liquid containing cellulose nanofibers. This coating liquid uses a predetermined amount of radiation detection powder (scintillator silica powder) dispersed in a dispersion liquid containing cellulose nanofibers at a predetermined concentration. The concentration of the dispersion liquid containing cellulose nanofibers can be 0.01 wt% to 5 wt%, and the mass ratio of the dispersion liquid containing cellulose nanofibers to the radiation detection powder (scintillator silica powder) can be 10:90 to 3:97. The cellulose nanofibers are physically opened in advance before being mixed with the radiation detection powder (scintillator silica powder). For example, wood pulp or the like can be mixed with a solvent such as water and pulverized with a grinder or the like.
[Example 5]

以上の構造の紙シートは、以下の工程により製造される。
(1)準備工程
The paper sheet having the above structure is manufactured by the following process.
(1) Preparation process

シート状に抄紙された紙製のシート状基材を準備する。紙製のシート状基材は、例えば、ポリエステル繊維を湿式抄紙した紙製のシートが使用できる。シート状基材は、厚さを130μm、坪量を100g/m2とすることができる。
(2)コーティング工程
A paper sheet-like substrate is prepared by papermaking into a sheet. For example, a paper sheet made by wet-processing polyester fibers can be used as the paper sheet-like substrate. The sheet-like substrate can have a thickness of 130 μm and a basis weight of 100 g/m 2 .
(2) Coating process

放射線検出粉末を溶媒に分散させてコーティング液を調製する。ここでは、放射線検出粉末として、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を珪石粒子の表面上に固定化したシンチレータシリカ珪石粉末を使用する。この放射線検出粉末を分散させる分散液として、セルロースナノファイバーの2wt%水溶液を使用する。このセルロースナノファイバーの水溶液5重量部に対して、放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)95重量部を加えて、コーティング液とする。これにより、セルロースナノファイバーに対して放射線検出粉末が均一に分散されたコーティング液が得られる。 The radiation detection powder is dispersed in a solvent to prepare a coating liquid. Here, a scintillator silica powder in which silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed on the surface of silica particles is used as the radiation detection powder. A 2 wt % aqueous solution of cellulose nanofibers is used as the dispersion liquid in which this radiation detection powder is dispersed. 95 parts by weight of the radiation detection powder (scintillator silica powder) is added to 5 parts by weight of this aqueous solution of cellulose nanofiber to prepare a coating liquid. This results in a coating liquid in which the radiation detection powder is uniformly dispersed on the cellulose nanofibers.

以上のコーティング液をシート状基材の表面に塗布する。コーティング液は、例えば、図20に示すバーコータ9を使用してシート状基材1の表面に所定量が塗布される。コーティング液の塗布量は、例えば、309g/m2とする。
(3)乾燥工程
The above coating liquid is applied to the surface of the sheet-like substrate. A predetermined amount of the coating liquid is applied to the surface of the sheet-like substrate 1, for example, by using a bar coater 9 shown in Fig. 20. The amount of the coating liquid applied is, for example, 309 g/ m2 .
(3) Drying process

シート状基材に塗布されたコーティング液を100℃で30分間乾燥させて、コーティング液の溶媒の全部又は一部を気化させて除去し、コーティング液の溶質である放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)を固形化させてシート状基材の繊維に定着させる。これにより、シート状基材の表面にコーティング層が形成される。
[実施形態9]
The coating liquid applied to the sheet-like substrate is dried at 100° C. for 30 minutes to vaporize and remove all or part of the solvent in the coating liquid, and the radiation detection powder (scintillator silica powder), which is the solute in the coating liquid, is solidified and fixed to the fibers of the sheet-like substrate, thereby forming a coating layer on the surface of the sheet-like substrate.
[Embodiment 9]

さらに、放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)を使用して製造される紙シートの他の実施形態を図22に示す。この紙シート40は、放射線検出粉末として、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を珪石粒子の表面上に固定化したものとし、放射線検出粉末とバインダー繊維を含む繊維とを湿式抄紙してシート状に形成している。この紙シートは、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を珪石粒子の表面上に固定化してなる放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末7)を準備する準備工程と、放射線検出粉末とバインダー繊維を含む繊維6とを分散液に懸濁して抄紙用スラリーとし、この抄紙用スラリーを湿式抄紙してシート状の紙シートとする抄紙工程とで紙シートを製造する。
(抄紙用スラリー)
Further, another embodiment of a paper sheet manufactured using a radiation detection powder (scintillator silica powder) is shown in Fig. 22. This paper sheet 40 is formed into a sheet by wet-processing the radiation detection powder and fibers containing binder fibers, using silica nanoparticles containing organic scintillator molecules as the radiation detection powder. This paper sheet is manufactured through a preparation step of preparing a radiation detection powder (scintillator silica powder 7) in which silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed on the surfaces of silica particles, and a papermaking step of suspending the radiation detection powder and fibers 6 containing binder fibers in a dispersion liquid to form a papermaking slurry, and wet-processing the papermaking slurry to form a paper sheet in the form of a sheet.
(Papermaking slurry)

紙シートは、放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)とバインダー繊維を含む繊維とを分散液に懸濁して調整された抄紙用スラリーを湿式抄紙して抄造される。放射線検出粉末とバインダー繊維を含む繊維とを懸濁する分散液には、例えば水が使用できる。 The paper sheet is produced by wet-laid papermaking of a papermaking slurry prepared by suspending radiation detection powder (scintillator silica powder) and fibers containing binder fibers in a dispersion liquid. The dispersion liquid in which the radiation detection powder and fibers containing binder fibers are suspended can be, for example, water.

抄紙スラリーに混合されるバインダー繊維には、天然セルロース繊維、ポリオレフィン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、アラミド繊維が使用できる。特にパルプ状に成形された繊維が最適である。さらに、バインダー繊維には、これらの繊維に加えてPET等の樹脂繊維を添加することもできる。 Natural cellulose fibers, polyolefin fibers, polyacrylonitrile fibers, and aramid fibers can be used as binder fibers to be mixed into the papermaking slurry. Pulp-like fibers are particularly suitable. In addition to these fibers, resin fibers such as PET can also be added to the binder fibers.

さらに、抄紙スラリーは、バインダー繊維以外の繊維を含むこともできる。抄紙スラリーに含有される繊維には、たとえば、前述のシート状基材の抄紙に使用される繊維と同じものや天然繊維、再生繊維、合成繊維、無機繊維等も適宜使用することができる。 Furthermore, the papermaking slurry can also contain fibers other than the binder fibers. For example, the fibers contained in the papermaking slurry can be the same as those used in the papermaking of the sheet-like substrate described above, or natural fibers, recycled fibers, synthetic fibers, inorganic fibers, etc. can be used as appropriate.

さらに、抄紙スラリーは、定着剤として凝結剤又は凝集剤を添加することができる。具体的には、硫酸アルミニウム、アラム、ポリジアリルジメチルアンモニウム、ポリエチレンイミン、カチオン化デンプン、コロイド状シリカ、コロイド状アルミ、ベントナイト、ポリフェノール等の定着剤が利用できる。あるいは、乾燥紙力剤として、デンプン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコールが、また湿潤紙力剤としてポリエチレンイミン、メラミンホルムアルデヒド、尿素ホルムアルデヒド、ポリアミドエピクロルヒドリン、ポリビニルアミン等が使用できる。
[実施例6]
Furthermore, a coagulant or flocculant can be added to the papermaking slurry as a fixing agent. Specifically, fixing agents such as aluminum sulfate, alum, polydiallyldimethylammonium, polyethyleneimine, cationic starch, colloidal silica, colloidal aluminum, bentonite, polyphenol, etc. can be used. Alternatively, starch, polyacrylamide, polyvinyl alcohol can be used as a dry strength agent, and polyethyleneimine, melamine formaldehyde, urea formaldehyde, polyamide epichlorohydrin, polyvinylamine, etc. can be used as a wet strength agent.
[Example 6]

以上の構造の紙シートは、以下の工程により製造される。
(1)準備工程
The paper sheet having the above structure is manufactured by the following process.
(1) Preparation process

放射線検出粉末として、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を珪石粒子の表面上に固定化したシンチレータシリカ珪石粉末を準備する。
(2)抄紙工程
As the radiation detection powder, a scintillator silica powder is prepared in which silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed on the surface of silica particles.
(2) Papermaking process

放射線検出粉末(シンチレータシリカ珪石粉末)とバインダー繊維を含む繊維とを分散液に懸濁して抄紙用スラリーとする。抄紙用スラリーは、以下のように調製される。 The radiation detection powder (scintillator silica powder) and fibers containing binder fibers are suspended in a dispersion liquid to prepare a papermaking slurry. The papermaking slurry is prepared as follows:

水1Lに対してポリオレフィン合成パルプ(三井化学社製)10重量部を加えて300回攪拌する。さらに、マイクロガラス繊維(H&V社製)20質量部と紙シート(シンチレータシリカ珪石粉末)70質量部を加えて100回攪拌して繊維及び放射線検出粉末を均一に分散させる。 10 parts by weight of polyolefin synthetic pulp (manufactured by Mitsui Chemicals) is added to 1 L of water and stirred 300 times. 20 parts by weight of microglass fiber (manufactured by H&V) and 70 parts by weight of paper sheet (scintillator silica powder) are further added and stirred 100 times to uniformly disperse the fiber and radiation detection powder.

以上のスラリーを1.5Lに希釈した後300rpmで攪拌する。バインダー繊維として、ポリアミドエピクロルヒドリン樹脂(星光PMC社製)1%を加えて1分間攪拌する。さらに、バインダー繊維として、ポリアクリルアミド樹脂(荒川化学工業社製)1%を加えて1分間撹拌する。さらに、硫酸アルミニウム0.2%を加えて1分間撹拌する。 The above slurry is diluted to 1.5 L and stirred at 300 rpm. 1% polyamide epichlorohydrin resin (Seiko PMC) is added as a binder fiber and stirred for 1 minute. 1% polyacrylamide resin (Arakawa Chemical Industries) is added as a binder fiber and stirred for 1 minute. 0.2% aluminum sulfate is added and stirred for 1 minute.

以上のように調製された抄紙用スラリーを250mm角の角形シートマシンで抄紙してシート化する。 The papermaking slurry prepared as above is made into a sheet using a 250 mm square sheet machine.

抄紙されたシートを100℃で20分間乾燥して、紙シートとする。ここで、得られた紙シートは、厚さが0.35mmで、坪量が160.3g/m2であった。 The paper sheet was dried at 100° C. for 20 minutes to obtain a paper sheet, which had a thickness of 0.35 mm and a basis weight of 160.3 g/m 2 .

以上のようにして製造される本発明の紙シートは、所定の形状に裁断されて、放射線の拭き取り検査等に使用される。拭き取り検査される紙シートは、被検査部分の表面を紙シートの検査面で拭き取り、この紙シートのシンチレータからの発光をシンチレーションカウンターで検出して放射線計数率が測定される。紙シートは、放射線検出粉末に含有されるシンチレータが、放射線で励起されることで発光する。シンチレーションカウンターは、セットされる紙シートの発光を光電子倍増管で増幅して電流値に変え、その検出値から放射線計数率が測定される。
[付記]
The paper sheet of the present invention manufactured as described above is cut into a predetermined shape and used for radiation wipe testing, etc. For the paper sheet to be wiped, the surface of the portion to be tested is wiped with the test surface of the paper sheet, and the radiation count rate is measured by detecting the light emitted from the scintillator in the paper sheet with a scintillation counter. The paper sheet emits light when the scintillator contained in the radiation detection powder is excited by radiation. The scintillation counter amplifies the light emitted by the paper sheet set in the scintillation counter with a photomultiplier tube and converts it into a current value, and the radiation count rate is measured from the detected value.
[Additional Notes]

放射線検出粉末は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末であって、シンチレータが、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体で、この複合体は、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定されている。 The radiation detection powder contains a scintillator that emits light when excited by radiation. The scintillator is a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles. In this composite, the organic scintillator molecules are encapsulated in a clathrate compound, or the organic scintillator molecules and aromatic rings formed by a coupling agent are fixed inside or on the surface of the silica nanoparticles by the sol-gel method.

放射線検出粉末は、複合体が、二種類以上の有機シンチレータ分子を含んでいる。 The radiation detection powder is a composite containing two or more types of organic scintillator molecules.

放射線検出粉末は、包接化合物を環状オリゴ糖とし、カップリング剤をシランカップリング剤としている。 The radiation detection powder uses a cyclic oligosaccharide as the inclusion compound and a silane coupling agent as the coupling agent.

放射線検出粉末の製造方法は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末の製造方法であって、有機溶媒に有機シンチレータ分子と包接化合物とを加えて加熱し、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子を有機溶媒に溶解させる第1混合工程と、第1混合工程で得られた第1混合液にケイ酸源とカップリング剤とを加えて加熱攪拌し、ゾル-ゲル法により有機シンチレータ分子が内部または表面に固定され、カップリング剤により内部または表面に芳香環が固定されたシリカナノ粒子を形成して、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体を形成する第2混合工程と、第2混合工程で得られた第2混合液を加熱乾固して放射線検出粉末を得る加熱乾固工程とを含んでいる。 The method for producing radiation detection powder contains a scintillator that emits light when excited by radiation, and includes a first mixing step of adding organic scintillator molecules and an inclusion compound to an organic solvent and heating the organic scintillator molecules or the organic scintillator molecules enclosed by the inclusion compound in the organic solvent; a second mixing step of adding a silicic acid source and a coupling agent to the first mixed liquid obtained in the first mixing step and heating and stirring the mixture to form silica nanoparticles in which the organic scintillator molecules are fixed to the interior or surface by a sol-gel method and aromatic rings are fixed to the interior or surface by the coupling agent, thereby forming a composite of the organic scintillator molecules and the silica nanoparticles; and a heating and drying step of heating and drying the second mixed liquid obtained in the second mixing step to obtain the radiation detection powder.

放射線検出粉末の製造方法は、包接化合物を環状オリゴ糖とし、カップリング剤をシランカップリング剤とし、さらに、ケイ酸源をオルトケイ酸テトラエチル、オルトケイ酸テトラメチル、オルトケイ酸テトラプロピルのいずれかとしている。 The method for producing the radiation detection powder uses a cyclic oligosaccharide as the inclusion compound, a silane coupling agent as the coupling agent, and any one of tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate, and tetrapropyl orthosilicate as the silica source.

紙シートは、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末を備える紙シートであって、シート状に抄紙された紙製のシート状基材と、シート状基材の表面に塗布された、放射線検出粉末を含有するコーティング層とを備えている。放射線検出粉末は、包接化合物で包接されたシンチレータ分子または有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定してなる、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体、または、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を粒子又は繊維の表面上に固定化したものとしている。 The paper sheet is a paper sheet equipped with radiation detection powder containing a scintillator that emits light when excited by radiation, and includes a paper sheet-like substrate that is made into a sheet, and a coating layer containing the radiation detection powder that is applied to the surface of the sheet-like substrate. The radiation detection powder is a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles, in which scintillator molecules or organic scintillator molecules enclosed in an inclusion compound and aromatic rings formed by a coupling agent are fixed inside or on the surface of silica nanoparticles by a sol-gel method, or silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed on the surface of particles or fibers.

紙シートは、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末を備える紙シートであって、放射線検出粉末が、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定してなる、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体で、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーの凝集体を集合してシート状に抄紙している。 The paper sheet is provided with radiation detection powder containing a scintillator that emits light when excited by radiation. The radiation detection powder is a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles, in which organic scintillator molecules enclosed in an inclusion compound or organic scintillator molecules and aromatic rings formed by a coupling agent are fixed inside or on the surface of silica nanoparticles by a sol-gel method. The radiation detection powder and cellulose nanofiber aggregates are assembled and papered into a sheet.

紙シートは、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末を備える紙シートであって、放射線検出粉末が、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を粒子又は繊維の表面上に固定化したもので、放射線検出粉末と、バインダー繊維を含む繊維とを湿式抄紙してシート状に形成している。 The paper sheet is provided with radiation detection powder containing a scintillator that emits light when excited by radiation. The radiation detection powder is made by fixing silica nanoparticles containing organic scintillator molecules onto the surface of particles or fibers, and the radiation detection powder and fibers containing binder fibers are wet-laid to form a sheet.

紙シートの製造方法は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末を備える紙シートの製造方法であって、シート状に抄紙された紙製のシート状基材を準備する準備工程と、放射線検出粉末を溶媒に分散させた分散液をコーティング液として、シート状基材の表面に塗布するコーティング工程と、シート状基材に塗布されたコーティング液から、溶媒の全部又は一部を除去してコーティング層を形成する乾燥工程とを含んでいる。 The method for manufacturing a paper sheet is a method for manufacturing a paper sheet equipped with a radiation detection powder containing a scintillator that emits light when excited by radiation, and includes a preparation step of preparing a paper sheet-like substrate that has been made into a sheet, a coating step of applying a coating liquid obtained by dispersing the radiation detection powder in a solvent to the surface of the sheet-like substrate, and a drying step of removing all or part of the solvent from the coating liquid applied to the sheet-like substrate to form a coating layer.

紙シートの製造方法は、放射線検出粉末を、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定してなる、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体とし、この放射線検出粉末を有機溶媒に分散させてコーティング液としている。 The method for manufacturing the paper sheet involves forming the radiation detection powder into a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles, in which the organic scintillator molecules are enclosed in an inclusion compound, or the organic scintillator molecules and aromatic rings formed by a coupling agent are fixed inside or on the surface of the silica nanoparticles by a sol-gel method, and dispersing this radiation detection powder in an organic solvent to form a coating liquid.

紙シートの製造方法は、放射線検出粉末を、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を粒子又は繊維の表面上に固定化したものとし、この放射線検出粉末をセルロースナノファイバーを含む分散液に分散させてコーティング液としている。 The method for manufacturing the paper sheet involves forming a radiation detection powder in which silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed onto the surface of particles or fibers, and dispersing this radiation detection powder in a dispersion liquid containing cellulose nanofibers to form a coating liquid.

紙シートの製造方法は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末を備える紙シートの製造方法であって、包接化合物で包接された有機シンチレータ分子または有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法によりシリカナノ粒子内部または表面に固定してなる、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体である放射線検出粉末を準備する準備工程と、放射線検出粉末を有機溶媒に分散させて第1分散液とする第1分散工程と、セルロースナノファイバーを水に分散させて第2分散液とする第2分散工程と、第1分散液と第2分散液を混合して、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーとを凝集させる凝集工程と、放射線検出粉末とセルロースナノファイバーが凝集された凝集体を含む混合液を濾過してシート状に抄紙する抄紙工程とを含んでいる。 The method for manufacturing a paper sheet is a method for manufacturing a paper sheet provided with a radiation detection powder containing a scintillator that emits light when excited by radiation, and includes a preparation step of preparing a radiation detection powder that is a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles, in which organic scintillator molecules enclosed in an inclusion compound or organic scintillator molecules and aromatic rings formed by a coupling agent are fixed inside or on the surface of silica nanoparticles by a sol-gel method; a first dispersion step of dispersing the radiation detection powder in an organic solvent to obtain a first dispersion; a second dispersion step of dispersing cellulose nanofibers in water to obtain a second dispersion; an aggregation step of mixing the first dispersion and the second dispersion to aggregate the radiation detection powder and the cellulose nanofibers; and a papermaking step of filtering the mixture containing the aggregates of the radiation detection powder and the cellulose nanofibers and forming the mixture into a sheet.

紙シートの製造方法は、放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出粉末を備える紙シートの製造方法であって、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子を粒子又は繊維の表面上に固定化してなる放射線検出粉末を準備する準備工程と、放射線検出粉末とバインダー繊維を含む繊維を分散液に懸濁して抄紙用スラリーとし、この抄紙用スラリーを湿式抄紙してシート状の紙シートとする抄紙工程とを含んでいる。 The method for manufacturing a paper sheet is a method for manufacturing a paper sheet provided with a radiation detection powder containing a scintillator that emits light when excited by radiation, and includes a preparation step of preparing a radiation detection powder in which silica nanoparticles containing organic scintillator molecules are fixed on the surface of particles or fibers, and a papermaking step of suspending the radiation detection powder and fibers containing binder fibers in a dispersion liquid to prepare a papermaking slurry, and wet-processing the papermaking slurry to produce a paper sheet in the form of a sheet.

以上の放射線検出粉末とその製造方法によれば、放射線検出粉末全体に対する有機シンチレータ分子の割合を高くして、単位量あたりの放射線の検出感度を高くできる特徴が実現できる。また、有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子の形成に要する時間を大幅に短縮でき、これにより、安価に多量生産が可能になった。 The above-described radiation detection powder and its manufacturing method can increase the ratio of organic scintillator molecules to the entire radiation detection powder, thereby realizing the feature of increasing the radiation detection sensitivity per unit amount. In addition, the time required to form silica nanoparticles containing organic scintillator molecules can be significantly reduced, making it possible to mass-produce the powder at low cost.

また以上の紙シートとその製造方法によれば、放射線検出材を紙製とすることで、安価に多量生産しながら、検査作業を簡便にできる特徴がある。また、液体シンチレータのように、放射性廃液の処理や保管に伴う煩雑な問題を解消できると共に、水の測定も可能になるという優れた特長を実現できる。 Furthermore, the paper sheet and its manufacturing method described above have the advantage that by making the radiation detection material out of paper, it can be mass-produced at low cost while simplifying the testing process. Also, like liquid scintillators, it can eliminate the complicated issues associated with the treatment and storage of radioactive waste liquid, and has the excellent advantage of being able to measure water.

本発明の放射線検出フィルム及びその製造方法並びに放射線検出フィルム積層体によれば、放射線の検出感度を高くしながら、簡便に使用できることにより、放射線の検査を行う現場で便利に使用できる。例えば放射線検出フィルムを32~64枚積層することで、Sr-90/Y-90のベータ線によるシンチレーション光をCCDで検出できた。なおベータ線のエネルギーが低い場合、例えばトリチウムであれば、放射線検出フィルム1枚で検出できる。ベータ線のエネルギーの大きい場合、放射線検出フィルムを積層することで検出できる。 The radiation detection film and manufacturing method thereof, as well as the radiation detection film laminate of the present invention, can be used easily while increasing the radiation detection sensitivity, making them convenient for use at radiation inspection sites. For example, by stacking 32 to 64 sheets of radiation detection film, the scintillation light caused by beta rays of Sr-90/Y-90 can be detected by a CCD. Note that when the energy of beta rays is low, such as tritium, it can be detected with a single sheet of radiation detection film. When the energy of beta rays is high, they can be detected by stacking radiation detection films.

10、20、30、40…紙シート
1…シート状基材
2…コーティング層
3…表面層
4…剥離シート
5…検査面
6…繊維
7…シンチレータシリカ珪石粉末
8、8A、8B…フィルム基材
9…バーコータ
11…第1分散液
12…第2分散液
13…混合液
15…凝集体
16…シンチレータ固定化ケイ酸粒子
18…加熱加圧ロール
PR…プレス板
GR…グラビアロール
DB…ドクターブレード
Reference Signs List 10, 20, 30, 40...Paper sheet 1...Sheet-like substrate 2...Coating layer 3...Surface layer 4...Release sheet 5...Inspection surface 6...Fiber 7...Scintillator silica powder 8, 8A, 8B...Film substrate 9...Bar coater 11...First dispersion 12...Second dispersion 13...Mixed liquid 15...Agglomerate 16...Scintillator-immobilized silicic acid particles 18...Heating and pressurizing roll PR...Press plate GR...Gravure roll DB...Doctor blade

Claims (12)

放射線で励起されて発光するシンチレータを含有する放射線検出フィルムの製造方法であって、
シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有する紙シートを準備する工程と、
前記紙シートを、フィルム基材と重ねて、熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程と、
を含む、放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing a radiation detection film containing a scintillator that emits light when excited by radiation, comprising the steps of:
Providing a paper sheet containing scintillator-immobilized silicic acid particles;
a step of overlapping the paper sheet with a film substrate and heat-pressing the paper sheet to transfer the scintillator component to the film substrate;
A method for producing a radiation detection film comprising:
請求項1に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記紙シートを準備する工程が、ケイ酸粒子を繊維の表面に凝集させて抄紙する湿式抄紙法により作成するシートに、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有するコーティング層を形成する工程、又は前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を担持させた繊維を含む原料を、湿式抄紙法によりシート化する工程である放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to claim 1, comprising the steps of:
The method for producing a radiation detection film, wherein the step of preparing the paper sheet is a step of forming a coating layer containing the scintillator-immobilized silicic acid particles on a sheet produced by a wet papermaking method in which silicic acid particles are agglomerated on the surfaces of fibers and then papermade, or a step of forming a sheet from a raw material containing fibers carrying the scintillator-immobilized silicic acid particles by a wet papermaking method.
請求項1に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記紙シートを準備する工程が、抄紙シートにコーティング液を塗布するコーティング法により作成するシートに、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有するコーティング層を形成する工程、又は前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を担持させた繊維を含む原料を、湿式抄紙法によりシート化する工程である放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to claim 1, comprising the steps of:
The method for producing a radiation detection film, wherein the step of preparing the paper sheet is a step of forming a coating layer containing the scintillator-immobilized silicic acid particles on a sheet prepared by a coating method in which a coating liquid is applied to a papermaking sheet, or a step of forming a sheet from a raw material containing fibers carrying the scintillator-immobilized silicic acid particles by a wet papermaking method.
請求項1~3のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記紙シートを前記フィルム基材と重ねて熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程が、
前記フィルム基材を二枚用意し、前記紙シートの両面に重ねて配置して熱圧加工する工程を含む放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 3, comprising the steps of:
a step of overlapping the paper sheet with the film substrate and heat-pressing the paper sheet to transfer the scintillator component to the film substrate,
The method for producing a radiation detection film includes the steps of preparing two sheets of the film substrate, placing the two sheets on either side of the paper sheet, and subjecting the two sheets to heat and pressure processing.
請求項1~4のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記フィルム基材が透光性を有する放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 4, comprising the steps of:
The method for producing a radiation detection film, wherein the film substrate has light-transmitting properties.
請求項1~5のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記フィルム基材がPET製である放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 5, comprising the steps of:
The method for producing a radiation detection film, wherein the film substrate is made of PET.
請求項1~6のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、さらに、前記シンチレータ成分が転写された放射線検出フィルムを複数枚積層する工程を含む放射線検出フィルムの製造方法。 The method for producing a radiation detection film according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of stacking a plurality of radiation detection films onto which the scintillator component has been transferred. 請求項1~7のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記紙シートを前記フィルム基材と重ねて熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程が、80℃以上で行われてなる放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 7, comprising the steps of:
The process for producing a radiation detection film comprises the steps of overlapping the paper sheet with the film substrate, subjecting them to heat and pressure processing, and transferring the scintillator component to the film substrate, the steps being carried out at a temperature of 80° C. or higher.
請求項1~8のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記紙シートを前記フィルム基材と重ねて熱圧加工し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程が、
平板状又はロール状のフィルム基材に対して熱圧加し、前記フィルム基材にシンチレータ成分を転写する工程である放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 8, comprising the steps of:
a step of overlapping the paper sheet with the film substrate and heat-pressing the paper sheet to transfer the scintillator component to the film substrate,
A method for producing a radiation detection film, comprising the step of applying heat and pressure to a flat or roll-shaped film substrate to transfer a scintillator component to the film substrate.
請求項1~9のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記シンチレータが、有機シンチレータ分子とシリカナノ粒子の複合体で、
前記複合体は、包接化合物で包接された前記有機シンチレータ分子または前記有機シンチレータ分子並びにカップリング剤による芳香環が、ゾル-ゲル法により前記シリカナノ粒子内部または表面に固定されてなる放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 9, comprising the steps of:
the scintillator is a composite of organic scintillator molecules and silica nanoparticles,
The complex is a method for producing a radiation detection film in which the organic scintillator molecule is encapsulated in an inclusion compound, or the organic scintillator molecule and an aromatic ring formed by a coupling agent are fixed to the inside or surface of the silica nanoparticles by a sol-gel method.
請求項1~10のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記紙シートを準備する工程が、
有機溶媒に有機シンチレータ分子と包接化合物とを加えて加熱し、前記包接化合物で包接された前記有機シンチレータ分子または前記有機シンチレータ分子を前記有機溶媒に溶解させる第1混合工程と、
前記第1混合工程で得られた第1混合液にケイ酸源とカップリング剤とを加えて加熱攪拌し、ゾル-ゲル法により前記有機シンチレータ分子が内部または表面に固定され、前記カップリング剤による芳香環が内部または表面に固定されたシリカナノ粒子を形成して、前記有機シンチレータ分子と前記シリカナノ粒子の複合体を形成する第2混合工程と、
前記第2混合工程で得られた第2混合液を加熱乾固してシンチレータ固定化ケイ酸粒子を得る加熱乾固工程と、
湿式抄紙法により形成するシートに、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を含有するコーティング層を形成して、又は前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を担持させた繊維を含む原料を、湿式抄紙法によりシート化して紙シートを得る工程と
を含む放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 10, comprising the steps of:
The step of providing a paper sheet comprises:
a first mixing step of adding the organic scintillator molecules and an inclusion compound to an organic solvent and heating the organic solvent to dissolve the organic scintillator molecules or the organic scintillator molecules in the organic solvent;
a second mixing step of adding a silicic acid source and a coupling agent to the first mixed solution obtained in the first mixing step, heating and stirring the mixture, and forming silica nanoparticles having the organic scintillator molecules fixed to the interior or surface thereof and aromatic rings fixed to the interior or surface thereof by the coupling agent by a sol-gel method, thereby forming a composite of the organic scintillator molecules and the silica nanoparticles;
a heating and drying step of heating and drying the second mixture obtained in the second mixing step to obtain scintillator-immobilized silicic acid particles;
and forming a coating layer containing the scintillator-immobilized silicic acid particles on a sheet formed by a wet papermaking method, or forming a raw material containing fibers carrying the scintillator-immobilized silicic acid particles into a sheet by a wet papermaking method to obtain a paper sheet.
請求項1~9のいずれか一項に記載の放射線検出フィルムの製造方法であって、
前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子が、
珪石粒子、及び該粒子の表面上に固定化された前記シンチレータを含有し、
前記珪石粒子の平均粒径が1.5~20μmであり、
前記シンチレータが有機シンチレータ分子を含有するシリカナノ粒子であり、且つ前記シリカナノ粒子の平均粒子径が30~400nmである放射線検出フィルムの製造方法。
A method for producing the radiation detection film according to any one of claims 1 to 9, comprising the steps of:
The scintillator-immobilized silicic acid particles are
The present invention relates to a method for producing a scintillator comprising the steps of:
The silica particles have an average particle size of 1.5 to 20 μm;
The method for producing a radiation detection film, wherein the scintillator is silica nanoparticles containing organic scintillator molecules, and the average particle size of the silica nanoparticles is 30 to 400 nm.
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