プラスチックシンチレータ部材の製造方法及び放射線検出器
【課題】遮光薄膜の強度や密着性を向上できるとともに、β線の吸収抑制が可能なプラスチックシンチレータ部材の製造方法及びその部材を用いた放射線検出器を提供する。
【解決手段】放射線検出器１０は、表面が平坦化処理されたプラスチックシンチレータ１と、蛍光を電気信号に変換する光電子増倍管４と、反射層９、遮光層１２及び保護層１３の順で積層される積層薄膜１１と、プラスチックシンチレータ１及び光電子増倍管４の遮光を行う遮光ケース３とを備え、反射層９がプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成されている。
【解決手段】放射線検出器１０は、表面が平坦化処理されたプラスチックシンチレータ１と、蛍光を電気信号に変換する光電子増倍管４と、反射層９、遮光層１２及び保護層１３の順で積層される積層薄膜１１と、プラスチックシンチレータ１及び光電子増倍管４の遮光を行う遮光ケース３とを備え、反射層９がプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックシンチレータ部材の製造方法及びその部材を用いた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックシンチレータは、スチレンやトルエンなどの有機溶剤に蛍光体（アントラセン、スチルベンゼンなど）を溶解して高分子化（ポリスチレン、ポリビニルトルエンなど）した固体シンチレータである。
【０００３】
このプラスチックシンチレータは、薄膜の大面積化、長尺形状などへの成形加工が容易であり、軽量かつ柔軟性があるため耐衝撃性にも優れ、かつ低コストで入手性が良いことから、様々な放射線検出器に適用されている。また、材料の比重が小さくγ線感度が低いことから、β線を計測対象とした高感度な放射線検出器に適用されている。
【０００４】
プラスチックシンチレータにおいては、発する蛍光は微弱であるため、検出には光電子増倍管が必要となる。このため、上記放射線検出器のケースは外光を遮断した構造となっており、その内部にプラスチックシンチレータと光電子増倍管が格納され、プラスチックシンチレータが発した蛍光を集光して光電子増倍管で検出できるように配置されている。
【０００５】
また、ケースには放射線入射窓が設けられており、放射線入射窓の面にプラスチックシンチレータの表面が密着するように配置される。β線を透過させつつ外光を遮断する目的から、通常ポリエステルなどの樹脂フィルムの片面又は両面に遮光材料としてのアルミニウムを蒸着した薄膜の窓材が放射線入射窓に数枚重ねた状態で形成される。
【０００６】
更に、計測対象が窓材に接触する可能性がある場合に窓材を保護するため、開口率の高い格子状の保護部材が放射線入射窓の面上部に設けられる。
【０００７】
図１１（ａ）、（ｂ）は、従来の放射線検出器の構成を示すものである。
【０００８】
この放射線検出器５０では、光電子増倍管４を収容した遮光ケース３の上部に、透明補強部材５２で補強されたプラスチックシンチレータ５１が配置され、さらにその上部に窓材５３が設けられている。遮光ケース３の内面は酸化チタン材料等からなる図示しない乱反射材が塗布されており、遮光ケース３内に光電子増倍管４の光電面が露出した状態で配置されている。
【０００９】
この構成によれば、プラスチックシンチレータ５１の発する蛍光は遮光ケース３内全体に広がり、光電子増倍管４の光電面に入射する。
【００１０】
窓材５３は、図１１（ｂ）に示すように、補強材となる透明樹脂フィルム５５の両面にアルミニウム蒸着層５６が形成されてなり、プラスチックシンチレータ５１の放射線入射面との間に空気層５４を介在させて密着配置されている。
【００１１】
しかしながら、この窓材５３の遮光機能はアルミニウム蒸着層５６のみで成立させており、樹脂フィルム５５はβ線透過の阻害要因となる。
【００１２】
例えば、透明樹脂フィルム５５を厚さ約６μｍのポリエステルフィルムとして、その両面にアルミニウム蒸着層５６が約３００Åの厚さで形成された窓材５３を３枚重ねた場合を考える。厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２：単位面積当たり質量）は以下の式で表される。
【００１３】
厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）＝膜厚（ｃｍ）×密度（ｍｇ・ｃｍ−３）・・・（１）式
この（１）式を用いて窓材３枚の厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）を計算すると、以下のようになる。
【００１４】
ポリエステルフィルムの厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）：６μｍ×３枚×１．１４（ｍｇ・ｃｍ−３）＝２．０５２
アルミニウム蒸着層の厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）：３００Å×６層×２．７（ｍｇ・ｃｍ−３）＝０．０４９
但し、ポリエステル密度：１．１４ｍｇ・ｃｍ−３、アルミニウム密度：２．７０ｍｇ・ｃｍ−３
従って、両者の厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）の比は４２：１となっており、アルミニウム蒸着層５６よりも透明樹脂フィルム層５５が支配的であることが分かる。透明樹脂フィルム層５６をより薄くすることも考えられるが、当然ながら強度は更に低下してしまう。
【００１５】
そこで、物理的に強い遮光層を実現すべく、プラスチックシンチレータ面との間に接着層を介在させて、遮光層、保護層などを積層した遮光膜シートを熱転写等で貼り付ける方法が考えられる（特許文献１参照）。
【００１６】
この方法により、プラスチックシンチレータと遮光膜シートが接着によって一体化して物理的に強い遮光層が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−１４７５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
プラスチックシンチレータ内で発光した蛍光は、等方的角度に一様に広がるが、例えば平板形状のプラスチックシンチレータの場合、空気層との屈折率差によって生じる臨界角でプラスチックシンチレータ内を全反射伝播する蛍光成分と、プラスチックシンチレータの外に放出される蛍光成分がある。
【００１９】
後者の蛍光成分は、遮光膜のアルミニウム蒸着層で反射され、多くはプラスチックシンチレータを透過して反対側に放出される。
【００２０】
しかしながら、特許文献１のように、接着剤を介在させてプラスチックシンチレータ表面に遮光膜シートを貼ると、接着層が蛍光を吸収するため集光量が減少する要因となる。特に、接着層は数μｍ程度の厚みが必要と考えられ、これはβ線透過を阻害する上で無視できないと考えられる。
【００２１】
しかも、この接着層には反射率を高めるために酸化チタンの粉末が添加されているが、この酸化チタン粉末により、接着性能は低下してしまう。
【００２２】
そこで、本発明は、遮光薄膜の強度や密着性を向上できるとともに、β線の吸収抑制が可能なプラスチックシンチレータ部材の製造方法及びその部材を用いた放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の目的を達成するため、本発明のプラスチックシンチレータ部材の製造方法は、放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータの放射線入射面を平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたプラスチックシンチレータの前記放射線入射面に、遮光性を有する反射層を直接形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、上述の目的を達成するため、本発明の放射線検出器は、表面が平坦化処理された、放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータと、前記蛍光を電気信号に変換するセンサと、遮光性を有する反射層を少なくとも有し、前記反射層が前記プラスチックシンチレータの表面に直接形成された積層薄膜と、前記プラスチックシンチレータと前記センサの遮光を行うケースと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、遮光薄膜の強度や密着性を向上できるとともに、β線の吸収抑制が可能なプラスチックシンチレータ部材及びその部材を用いた放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第１の実施の形態を説明する断面図であり、（ａ）は溶剤塗布前、（ｂ）は溶剤塗布後、（ｃ）は溶剤除去後の状態を示す図。
【図２】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第２の実施の形態を説明する断面図であり、（ａ）は研磨前、（ｂ）は研磨中、（ｃ）は研磨後の状態を示す図。
【図３】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第３の実施の形態を説明する断面図であり、（ａ）は研削前、（ｂ）は研削中、（ｃ）は研削後の状態を示す図。
【図４】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第４の実施の形態を説明する断面図。
【図５】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第５の実施の形態を説明する断面図。
【図６】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第６の実施の形態を説明する断面図。
【図７】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第７の実施の形態を説明する断面図。
【図８】本発明に係る放射線検出器の一実施の形態を示す断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は（ａ）の積層薄膜部分Ｂ部の拡大断面図。
【図９】本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示す平面図。
【図１０】本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示す平面図であり、（ａ）はシンチレータを並べて配置した状態、（ｂ）は表面に保護格子を設けた状態を示す図。
【図１１】従来の放射線検出器を示す断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は（ａ）の窓材部分Ｂ部の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第１の実施の形態を示す断面図である。
【００２９】
本実施の形態では、まず、図１（ａ）に示すように、プラスチックシンチレータ１と補強部材２とを貼り合わせたプラスチックシンチレータ部材を用意する。
【００３０】
（プラスチックシンチレータ１）
例えば、β線検出を目的としたプラスチックシンチレータ１は、バックグラウンド線種であるγ線の反応確率を抑制するために薄く加工されており、その厚さはおよそ０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、望ましくは０．２ｍｍである。このような薄く加工されたプラスチックシンチレータ１は外力に対して脆くなっているので、プラスチックシンチレータ１と補強部材２とを接合し、一体化させることによって強度が確保される。
【００３１】
（補強部材２）
補強部材２は、プラスチックシンチレータの発する蛍光を透過できるように例えば無色透明アクリル系樹脂で形成され、その面サイズはプラスチックシンチレータ１と同じか、或いは多少大きめとすることが望ましい。プラスチックシンチレータ１の面サイズが６００ｍｍ×３００ｍｍとした場合、補強材の厚みは３ｍｍ〜５ｍｍ程度で必要十分な強度が得られる。あまり厚くすると、蛍光の吸収が大きくなり感度低下を招く可能性がある。
【００３２】
（両者の接合）
プラスチックシンチレータ１と補強部材２との接合に用いる接合剤は、例えばＢＣ６００（サンゴバン株式会社）、アロンアルファ（Ｒ）２０１（東亞合成株式会社）などが適用できる。この接合剤を介して補強部材２にプラスチックシンチレータ１を全面接着する。このとき、接着層に接着剤の余剰分や気泡、異物が混入しないように留意する。接着剤の余剰分や気泡を排除するには、プラスチックシンチレータ１にポリエチレンなどの保護フィルムを敷いてその上からローラなどで押し出すと比較的容易である。
【００３３】
（異物５ａ及びキズ・空孔５ｂ）
ここで、プラスチックシンチレータ１には、図１（ａ）に示すように、製造過程でその表面に付着したと考えられる数μｍ程度から１０μｍを超えるような複数の異物５ａが、プラスチックシンチレータ１の表面に存在（一部は埋め込まれた状態となって存在）している場合がある。
【００３４】
このような異物５ａが存在したままの状態で、プラスチックシンチレータ１の表面に後述する積層薄膜を直接形成しても積層薄膜から異物５ａが突き出してしまい、これがピンホールとなって遮光が成立できないことがある。
【００３５】
このような異物５ａは、その表面を純水や中性洗剤などで洗い流す、エアーを吹き付けるなどの単なる洗浄処理では除去することができない。
【００３６】
しかも、プラスチックシンチレータ１には、異物５ａと合わせて表面に長さが数μｍ程度から数１０μｍのキズや深さが数μｍ程度の空孔が複数存在している場合もあり、このような表面キズ・空孔５ｂが存在したままの状態で、後に説明するプラスチックシンチレータ１の表面に積層薄膜を直接形成しても積層薄膜の欠陥が生じてしまい、これがピンホールとなって遮光が維持できないことがある。
【００３７】
そこで、例えば、クラス１０００程度のクリーンルームなどの室内や空気吸入口にＨＥＰＡフィルタなどを設けて連続換気しているフード内において、図１（ｂ）に示すように、例えば溶剤６をプラスチックシンチレータ１の表面に塗布するなどして、表面を化学的に研磨する。
【００３８】
（溶剤６の塗布による平坦化処理）
溶剤６は、例えばプラスチックシンチレータ１に対して良溶媒となる成分を含むケトン系の溶剤であり、シクロヘキサノンなどが適用できる。
【００３９】
溶剤６の塗布方法としては、吹き付けやスピン塗布による方法がプラスチックシンチレータ１の全面に溶剤を短時間で一様に塗布できる。
【００４０】
溶剤６の塗布により、プラスチックシンチレータ１の表面が溶解されて、溶解層６ａが形成される。
【００４１】
塗布後は、６０秒〜３００秒間放置し、直ちに溶剤６を除去する。除去方法としては、例えばプラスチックシンチレータ１の表面に対して窒素ガスなどを高速に吹き付けて溶剤をとばす方法がある。この方法によれば、簡易でプラスチックシンチレータ１に対する影響が少ない。スピン塗布の場合では、再度スピンさせることで溶剤を除去できるが、スピンさせながら、窒素ガスなどを高速に吹き付けることでより溶剤６が除去し易くなる。
【００４２】
最後に、プラスチックシンチレータ１の軟化温度未満で乾燥する。例えば、ポリビニルトルエン母材のプラスチックシンチレータ１では、乾燥温度を約６７℃未満とし、望ましくは４０℃以下とする。また、乾燥時間を短縮させ、乾燥中のプラスチックシンチレータ１の表面に埃などの異物が付着しないようにするため、乾燥は真空容器中で行うことが望ましい。真空度は中真空度程度あれば十分な効果が得られる。
【００４３】
以上により、図１（ｃ）に示すように、プラスチックシンチレータ１の表面に異物５ａや表面キズ・空孔５ｂが無い平坦なプラスチックシンチレータ部材を得ることができる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
（研磨材７を用いた研磨による平坦化処理）
図２は、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第２の実施の形態を示す断面図である。
【００４５】
本実施の形態では、まず、図２（ａ）に示すように第１の実施の形態と同様のプラスチックシンチレータ部材を用意した後、図２（ｂ）に示すように、研磨材７を用いてプラスチックシンチレータ１の表面を研磨することにより、プラスチックシンチレータ１の平坦化処理を行う。
【００４６】
研磨材７は、例えば、フィルム表面に凹凸のある立体構造のパターンを設けた研磨フィルム（住友スリーエム製のディスク状研磨フィルム「トライザクト（Ｒ）」）などを好適に使用できる。
【００４７】
この研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）４６６ＬＡ）を回転器８に装着して、例えばコンパウンドとして全面に純水を塗布したプラスチックシンチレータ１の表面に当てて研磨を行い、プラスチックシンチレータ１の表面に存在する異物５ａや表面キズ・空孔５ｂを除去する。
【００４８】
研磨後は、純水などで洗い流して研磨カスを除去し、更により細かい研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）２６６ＬＡ）を回転器８に装着する。その後、例えば、全面に純水を塗布したプラスチックシンチレータ１の表面に当てて研磨を行い、プラスチックシンチレータ１の表面のキズなどを軽減化させる。研磨後は、純水などで洗い流して研磨カスを除去する。
【００４９】
以上により、図２（ｃ）に示すように、プラスチックシンチレータ１の表面に異物５ａや表面キズ・空孔５ｂが少ない平坦なプラスチックシンチレータ部材を得ることができる。
【００５０】
［第３の実施の形態］
（研磨材７を用いた研削による平坦化処理）
図３は、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第３の実施の形態を示す断面図である。
【００５１】
本実施の形態では、まず、図３（ａ）に示すように第１の実施の形態と同様のプラスチックシンチレータ部材を用意した後、図３（ｂ）に示すように、研磨材７を用いてプラスチックシンチレータ１の表面を研削することにより、プラスチックシンチレータ１の平坦化処理を行う。
【００５２】
研磨材７は、例えばフィルム表面に凹凸のある立体構造のパターンを設けた研磨フィルム（住友スリーエム製のディスク状研磨フィルム「トライザクト」（Ｒ）など）などを好適に使用できる。
【００５３】
この研磨フィルムを表面が平坦な回転器８の面に固定して回転させた状態で、研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）４６６ＬＡ）の部位をプラスチックシンチレータ１の表面対して均一の押し付け力で表面全体を数ｎｍ〜数μｍの深さまで研削し、プラスチックシンチレータ１の表面に存在する異物５ａや表面キズ・空孔５ｂを除去する。
【００５４】
研削後は、純水などで洗い流して研削カスを除去し、続けてより細かい研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）２６６ＬＡ）を回転器８に装着する。その後、例えば全面に純水を塗布したプラスチックシンチレータ１の表面に当てて研磨を行い、プラスチックシンチレータ１の表面のキズなどを軽減化させる。研磨後は、純水などで洗い流して研磨カスを除去する。
【００５５】
以上により、図３（ｃ）に示すように、プラスチックシンチレータ１の表面に異物５ａや表面キズ・空孔５ｂが無い平坦なプラスチックシンチレータ部材を得ることができる。
【００５６】
［第４の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に反射層の直接形成）
本実施の形態では、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法で平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に、図４に示すように、反射層９を直接形成する。
【００５７】
反射層９は、プラスチックシンチレータ１として例えばサンゴバン社のＢＣ４００やＥＬＪＥＮ社のＥＪ２１２を用いた場合、蛍光波長は約４２０ｎｍであるので、この蛍光を効率良く反射できる特性を備える材料を用いる。例えば、アルミニウムや酸化チタンなどの材料を用いることにより、表面反射率８０％以上が得られる。
【００５８】
このような材料を反射材としてプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成するため、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法による成膜装置が適用できる。
【００５９】
反射材としてアルミニウムを使用した場合、アルミニウムの屈折率ｎは１．４８であるので、上記蛍光（約４２０ｎｍ）を反射するために必要な最低膜厚は、以下のようになる。
【００６０】
λ／４＝ｎ・ｄ (λ：波長、ｎ：屈折率、ｄ：厚み)・・・・（２）式
（２）式より、
４２０ｎｍ÷４＝１．４８×ｄ
ｄ＝０．０７μｍ
例えば、スパッタリング装置を用い、上記最低膜厚の３倍程度の０．２μｍ膜厚のアルミニウムをプラスチックシンチレータ１の表面に成膜する場合、１５分以内で成膜することができる。このとき、プラスチックシンチレータ１に生じる温度は４０℃未満であり、熱による変形、劣化は生じない。
【００６１】
また、プラスチックシンチレータ１の表面にアルミニウムを成膜する他の方法として、真空蒸着装置やＣＶＤ（化学的蒸着）装置を使用しても良い。
【００６２】
真空蒸着装置を使用する場合は、短時間での成膜が可能であるが、成膜中のプラスチックシンチレータ１に加える温度はプラスチックシンチレータ１の軟化温度未満とし、望ましくは、４０℃未満とする。
【００６３】
アルミニウムＣＶＤ装置を使用する場合は、有機金属気体堆積法としてアルミニウムを含有したガスの化学反応を利用してプラスチックシンチレータ１の表面にアルミニウムを堆積させることで、加熱を伴うことなく成膜することができる。
【００６４】
成膜されたアルミニウムは比較的表面の凹凸が小さい薄膜であるが、構造的に残留ガスなどの影響を受けやすく、薄膜が形成される過程で不純物原子が入り込んでくるため、膜内に格子欠陥や空孔、歪などが多くなることが知られている。このため、所定厚さに成膜する場合、成膜プロセスを２〜３回繰り返すことで、欠陥上に新しい膜が形成されるため、成膜後の欠陥数を抑制することができる。
【００６５】
以上説明したように、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法により、プラスチックシンチレータ１の表面に付着している異物や表面のキズや空孔を除去して平坦化した後、本実施の形態により反射層９を直接形成して遮光膜として成立させることができる。
【００６６】
［第５の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１表面に積層薄膜１１の直接形成）
本実施の形態では、図５に示すように、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法で平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に、積層薄膜１１を直接形成する。この積層薄膜１１は、反射層９、遮光層１２及び保護層１３から構成される。
【００６７】
（遮光層１２）
反射層９がアルミニウム蒸着層の場合、成膜欠陥に起因するピンホールが確率的に存在する。また、アルミニウム蒸着層は脆く、気中に長期間晒すと劣化しやすい。また、反射層９が酸化チタンの場合は、全体的に光が透過して十分な遮光が得られない。このため、反射層９の全表面上に遮光層１２が積層される。
【００６８】
遮光層１２の材料は、例えば、カーボンブラックやチタンブラックを含有した樹脂を用いることが望ましい。
【００６９】
（保護層１３）
保護層１３は、遮光層１２の全表面上に積層される。ここで、窓材の損傷は、製造時や運用時の偶発事故とは別に、人が興味本位に爪先や鉛筆、シャープペンシルの芯先で突いたり、引っ掻いたりなどしたこと、も要因の一つであると言われている。
【００７０】
例えばＪＩＳ Ｋ５６００−５−４(ＩＳＯ／ＤＩＮ １５１８４) 引っ掻き硬度（鉛筆法）準拠で表すと、人の爪先硬度は一般に２Ｈ前後と言われており、鉛筆などの芯は通常Ｂ〜Ｈの間が良く利用されている。
【００７１】
本実施の形態では、積層薄膜１１がプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成され、かつ、プラスチックシンチレータ１は透明補強部材２に接合されていることから、積層薄膜１１の表面に印加される局所応力は全体に分散され、積層薄膜１１は容易に破壊されない。
【００７２】
更に、保護層１３の表面硬度を鉛筆硬度で２Ｈ以上にすることで、上記の要因による破壊をより一層減少させることができる。
【００７３】
また、保護層１３の材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ガラスなどが適用できる。
【００７４】
また、積層薄膜１１が静電気放電（ＥＳＤ）破壊を受ける可能性や、帯電によって埃等が窓材表面に吸着して埃に含まれるラドン系放射性物質の影響でバックグラウンドが増加する可能性が懸念されるため、保護層１３の表面は導電性を有し、かつ接地することが好ましい。
【００７５】
一般的に帯電防止に効果のある表面抵抗値を考慮して、保護層１３の表面の表面抵抗値は１０10Ω／ｓｑ．以下とすることが好ましい。
【００７６】
［第６の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１表面に積層薄膜１１’の直接形成）
本実施の形態では、図６に示すように、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法で平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に、積層薄膜１１’を直接形成する。この積層薄膜１１’は、反射層９及び遮光層１２’から構成される。
【００７７】
積層薄膜は、層数に応じて成膜コストが増加するため、１つの層に多くの機能を持たせて、層数を削減できれば、成膜コストを削減することができる。
【００７８】
このため、本実施の形態では、図６に示す遮光層１２’の表面抵抗値を１０10Ω／ｓｑ．以下として導電性を付与するとともに、鉛筆硬度で２Ｈ以上の表面硬度を備える材料を使用することにより、導電性及び保護機能を有する遮光層１２’とすることができる。
【００７９】
［第７の実施の形態］
（プラスチックシンチレータ１の表面に立体構造パターンの形成）
第１の実施の形態で使用した溶剤６による平坦化処理を施したプラスチックシンチレータ１の表面は、溶剤６の塗布によって表面層が膨張し、プラスチックシンチレータ１が変形することがある。
【００８０】
このため、本実施の形態では、プラスチックシンチレータ１の表面から溶剤６を除去した後、図７に示すような規則的な立体構造パターン１５をプラスチックシンチレータ１の表面全体に形成する。
【００８１】
即ち、溶剤６を除去した後のプラスチックシンチレータ１の表面層は軟化しているため、例えば、高さ数ｎｍ〜数１０ｎｍの規則的な立体構造パターン１５を形成したシリコン板などを、軟化したプラスチックシンチレータ１の表面にプレスする。これより、シリコン板表面の立体構造パターン１５がプラスチックシンチレータ１の表面に形成される。
【００８２】
この立体構造パターン１５は、プラスチックシンチレータ１の表面層の膨張で生じる応力を分散させるため、プラスチックシンチレータ１に変形が生じにくくなる。
【００８３】
また、この立体構造パターン１５が形成されたプラスチックシンチレータ１の上に反射層８を形成するため、プラスチックシンチレータ１で発光した蛍光は立体構造パターン１５で強制的に散乱させられて、遮光ケース１の内部に蛍光を充満させやすくなる。
【００８４】
なお、上記例では立体構造パターンを規則的なパターンとしたが、不規則なパターンを用いても同様の効果を奏することができる。
【００８５】
更に、プラスチックシンチレータ１を補強するための透明補強部材２において、プラスチックシンチレータ１を接合する面の反対側の全表面に、高さ数ｎｍ以上の立体構造パターンを形成することもできる。
【００８６】
例えば、透明補強部材２をアクリル材とした場合、微細配線などパターン形成装置で表面に規則的又は不規則な立体構造パターンを形成したシリコン基板をアクリルの軟化温度以上に加熱して透明補強部材２の表面にプレスすることにより、シリコン基板表面の立体構造パターンが透明補強部材２の表面に形成される。
【００８７】
この立体構造パターンによって蛍光を強制的に散乱させる機能が付加されることより、遮光ケース１の内部に蛍光を充満させ易くすることができる。
【００８８】
［第８の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１表面に積層薄膜１１を直接形成した放射線検出器１０）
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る放射線検出器の一実施の形態を示す断面図である。
【００８９】
この放射線検出器１０では、図８（ａ）に示すように、光電子増倍管４を収容した遮光ケース３の上部に、透明補強部材２で補強されたプラスチックシンチレータ１が配置され、さらにそのプラスチックシンチレータ１上に積層薄膜１１が設けられている。
【００９０】
積層薄膜１１は、図８（ｂ）に示すように、第５の実施の形態で示した反射層９、遮光層１２及び保護層１３が順に形成されてなる。また、反射層９は、プラスチックシンチレータ１の放射線入射面の表面に直接形成される。
【００９１】
積層薄膜１１の反射層９をプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成することで、強度や密着性を確保するとともに、プラスチックシンチレータ１の蛍光を効率良く反射させることができる。
【００９２】
また、反射層９の全表面に遮光層１２を積層することで、反射層９に生じるピンホールを遮光できる。
【００９３】
更に、遮光層１２の全表面に保護層１３を積層することで、遮光層１２を外力から保護することができる。
【００９４】
以上のことより、積層薄膜１１の強度や密着性を向上できるとともに、β線の吸収抑制が可能な放射線検出器１０を提供することができる。
【００９５】
なお、本実施の形態では積層薄膜１１を３層構造としたが、保護層１３として、遮光性と導電性と表面硬度を備える材料を使用することで、反射層９と保護層１３の２層で積層薄膜１１を構成しても良い。２層に層数を削減することにより成膜コストを抑制することができる。
【００９６】
［第９の実施の形態］
（放射線入射窓面の上部に保護部材を形成した放射線検出器２０）
本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００９７】
図９は、本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示す平面図である。
【００９８】
本実施の形態の放射線検出器２０は、第８の実施形態の放射線検出器に、更に積層薄膜１１を測定対象から保護するために、複数の開口部が形成された保護格子１７を積層薄膜１１の上部に設けている。
【００９９】
また、図１０（ａ）に示すように、積層薄膜１１を表面に形成した複数の平板形状のプラスチックシンチレータ１を並べて配置し、大面積の検出面を構成した場合、図１０（ｂ）に示すように、保護格子１７をつなぎ目と重なるように設けることで、プラスチックシンチレータ１のつなぎ目１９から外光が入り込むことを防止するとともに、見栄えを良くすることができる。
【０１００】
更に、積層薄膜１１の導電性の表面と導電性の保護格子１７を電気的に接続し、かつ接地することで、静電気破壊や帯電を防止することが可能になる。
【符号の説明】
【０１０１】
１… プラスチックシンチレータ
２… 透明補強部材
３… 遮光ケース
４… 光電子増倍管
５ａ…異物
５ｂ…表面キズ・空孔
６… 溶剤
６ａ…溶解層
７… 研磨材
８… 回転器
９… 反射層
１０…放射線検出器
１１…積層薄膜
１２…遮光層
１３…保護層
１５…立体構造パターン
１７…保護格子
１９…つなぎ目
２０…放射線検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックシンチレータ部材の製造方法及びその部材を用いた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックシンチレータは、スチレンやトルエンなどの有機溶剤に蛍光体（アントラセン、スチルベンゼンなど）を溶解して高分子化（ポリスチレン、ポリビニルトルエンなど）した固体シンチレータである。
【０００３】
このプラスチックシンチレータは、薄膜の大面積化、長尺形状などへの成形加工が容易であり、軽量かつ柔軟性があるため耐衝撃性にも優れ、かつ低コストで入手性が良いことから、様々な放射線検出器に適用されている。また、材料の比重が小さくγ線感度が低いことから、β線を計測対象とした高感度な放射線検出器に適用されている。
【０００４】
プラスチックシンチレータにおいては、発する蛍光は微弱であるため、検出には光電子増倍管が必要となる。このため、上記放射線検出器のケースは外光を遮断した構造となっており、その内部にプラスチックシンチレータと光電子増倍管が格納され、プラスチックシンチレータが発した蛍光を集光して光電子増倍管で検出できるように配置されている。
【０００５】
また、ケースには放射線入射窓が設けられており、放射線入射窓の面にプラスチックシンチレータの表面が密着するように配置される。β線を透過させつつ外光を遮断する目的から、通常ポリエステルなどの樹脂フィルムの片面又は両面に遮光材料としてのアルミニウムを蒸着した薄膜の窓材が放射線入射窓に数枚重ねた状態で形成される。
【０００６】
更に、計測対象が窓材に接触する可能性がある場合に窓材を保護するため、開口率の高い格子状の保護部材が放射線入射窓の面上部に設けられる。
【０００７】
図１１（ａ）、（ｂ）は、従来の放射線検出器の構成を示すものである。
【０００８】
この放射線検出器５０では、光電子増倍管４を収容した遮光ケース３の上部に、透明補強部材５２で補強されたプラスチックシンチレータ５１が配置され、さらにその上部に窓材５３が設けられている。遮光ケース３の内面は酸化チタン材料等からなる図示しない乱反射材が塗布されており、遮光ケース３内に光電子増倍管４の光電面が露出した状態で配置されている。
【０００９】
この構成によれば、プラスチックシンチレータ５１の発する蛍光は遮光ケース３内全体に広がり、光電子増倍管４の光電面に入射する。
【００１０】
窓材５３は、図１１（ｂ）に示すように、補強材となる透明樹脂フィルム５５の両面にアルミニウム蒸着層５６が形成されてなり、プラスチックシンチレータ５１の放射線入射面との間に空気層５４を介在させて密着配置されている。
【００１１】
しかしながら、この窓材５３の遮光機能はアルミニウム蒸着層５６のみで成立させており、樹脂フィルム５５はβ線透過の阻害要因となる。
【００１２】
例えば、透明樹脂フィルム５５を厚さ約６μｍのポリエステルフィルムとして、その両面にアルミニウム蒸着層５６が約３００Åの厚さで形成された窓材５３を３枚重ねた場合を考える。厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２：単位面積当たり質量）は以下の式で表される。
【００１３】
厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）＝膜厚（ｃｍ）×密度（ｍｇ・ｃｍ−３）・・・（１）式
この（１）式を用いて窓材３枚の厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）を計算すると、以下のようになる。
【００１４】
ポリエステルフィルムの厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）：６μｍ×３枚×１．１４（ｍｇ・ｃｍ−３）＝２．０５２
アルミニウム蒸着層の厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）：３００Å×６層×２．７（ｍｇ・ｃｍ−３）＝０．０４９
但し、ポリエステル密度：１．１４ｍｇ・ｃｍ−３、アルミニウム密度：２．７０ｍｇ・ｃｍ−３
従って、両者の厚さ（ｍｇ・ｃｍ−２）の比は４２：１となっており、アルミニウム蒸着層５６よりも透明樹脂フィルム層５５が支配的であることが分かる。透明樹脂フィルム層５６をより薄くすることも考えられるが、当然ながら強度は更に低下してしまう。
【００１５】
そこで、物理的に強い遮光層を実現すべく、プラスチックシンチレータ面との間に接着層を介在させて、遮光層、保護層などを積層した遮光膜シートを熱転写等で貼り付ける方法が考えられる（特許文献１参照）。
【００１６】
この方法により、プラスチックシンチレータと遮光膜シートが接着によって一体化して物理的に強い遮光層が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−１４７５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
プラスチックシンチレータ内で発光した蛍光は、等方的角度に一様に広がるが、例えば平板形状のプラスチックシンチレータの場合、空気層との屈折率差によって生じる臨界角でプラスチックシンチレータ内を全反射伝播する蛍光成分と、プラスチックシンチレータの外に放出される蛍光成分がある。
【００１９】
後者の蛍光成分は、遮光膜のアルミニウム蒸着層で反射され、多くはプラスチックシンチレータを透過して反対側に放出される。
【００２０】
しかしながら、特許文献１のように、接着剤を介在させてプラスチックシンチレータ表面に遮光膜シートを貼ると、接着層が蛍光を吸収するため集光量が減少する要因となる。特に、接着層は数μｍ程度の厚みが必要と考えられ、これはβ線透過を阻害する上で無視できないと考えられる。
【００２１】
しかも、この接着層には反射率を高めるために酸化チタンの粉末が添加されているが、この酸化チタン粉末により、接着性能は低下してしまう。
【００２２】
そこで、本発明は、遮光薄膜の強度や密着性を向上できるとともに、β線の吸収抑制が可能なプラスチックシンチレータ部材の製造方法及びその部材を用いた放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の目的を達成するため、本発明のプラスチックシンチレータ部材の製造方法は、放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータの放射線入射面を平坦化処理する工程と、前記平坦化処理されたプラスチックシンチレータの前記放射線入射面に、遮光性を有する反射層を直接形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、上述の目的を達成するため、本発明の放射線検出器は、表面が平坦化処理された、放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータと、前記蛍光を電気信号に変換するセンサと、遮光性を有する反射層を少なくとも有し、前記反射層が前記プラスチックシンチレータの表面に直接形成された積層薄膜と、前記プラスチックシンチレータと前記センサの遮光を行うケースと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、遮光薄膜の強度や密着性を向上できるとともに、β線の吸収抑制が可能なプラスチックシンチレータ部材及びその部材を用いた放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第１の実施の形態を説明する断面図であり、（ａ）は溶剤塗布前、（ｂ）は溶剤塗布後、（ｃ）は溶剤除去後の状態を示す図。
【図２】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第２の実施の形態を説明する断面図であり、（ａ）は研磨前、（ｂ）は研磨中、（ｃ）は研磨後の状態を示す図。
【図３】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第３の実施の形態を説明する断面図であり、（ａ）は研削前、（ｂ）は研削中、（ｃ）は研削後の状態を示す図。
【図４】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第４の実施の形態を説明する断面図。
【図５】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第５の実施の形態を説明する断面図。
【図６】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第６の実施の形態を説明する断面図。
【図７】本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第７の実施の形態を説明する断面図。
【図８】本発明に係る放射線検出器の一実施の形態を示す断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は（ａ）の積層薄膜部分Ｂ部の拡大断面図。
【図９】本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示す平面図。
【図１０】本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示す平面図であり、（ａ）はシンチレータを並べて配置した状態、（ｂ）は表面に保護格子を設けた状態を示す図。
【図１１】従来の放射線検出器を示す断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は（ａ）の窓材部分Ｂ部の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第１の実施の形態を示す断面図である。
【００２９】
本実施の形態では、まず、図１（ａ）に示すように、プラスチックシンチレータ１と補強部材２とを貼り合わせたプラスチックシンチレータ部材を用意する。
【００３０】
（プラスチックシンチレータ１）
例えば、β線検出を目的としたプラスチックシンチレータ１は、バックグラウンド線種であるγ線の反応確率を抑制するために薄く加工されており、その厚さはおよそ０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、望ましくは０．２ｍｍである。このような薄く加工されたプラスチックシンチレータ１は外力に対して脆くなっているので、プラスチックシンチレータ１と補強部材２とを接合し、一体化させることによって強度が確保される。
【００３１】
（補強部材２）
補強部材２は、プラスチックシンチレータの発する蛍光を透過できるように例えば無色透明アクリル系樹脂で形成され、その面サイズはプラスチックシンチレータ１と同じか、或いは多少大きめとすることが望ましい。プラスチックシンチレータ１の面サイズが６００ｍｍ×３００ｍｍとした場合、補強材の厚みは３ｍｍ〜５ｍｍ程度で必要十分な強度が得られる。あまり厚くすると、蛍光の吸収が大きくなり感度低下を招く可能性がある。
【００３２】
（両者の接合）
プラスチックシンチレータ１と補強部材２との接合に用いる接合剤は、例えばＢＣ６００（サンゴバン株式会社）、アロンアルファ（Ｒ）２０１（東亞合成株式会社）などが適用できる。この接合剤を介して補強部材２にプラスチックシンチレータ１を全面接着する。このとき、接着層に接着剤の余剰分や気泡、異物が混入しないように留意する。接着剤の余剰分や気泡を排除するには、プラスチックシンチレータ１にポリエチレンなどの保護フィルムを敷いてその上からローラなどで押し出すと比較的容易である。
【００３３】
（異物５ａ及びキズ・空孔５ｂ）
ここで、プラスチックシンチレータ１には、図１（ａ）に示すように、製造過程でその表面に付着したと考えられる数μｍ程度から１０μｍを超えるような複数の異物５ａが、プラスチックシンチレータ１の表面に存在（一部は埋め込まれた状態となって存在）している場合がある。
【００３４】
このような異物５ａが存在したままの状態で、プラスチックシンチレータ１の表面に後述する積層薄膜を直接形成しても積層薄膜から異物５ａが突き出してしまい、これがピンホールとなって遮光が成立できないことがある。
【００３５】
このような異物５ａは、その表面を純水や中性洗剤などで洗い流す、エアーを吹き付けるなどの単なる洗浄処理では除去することができない。
【００３６】
しかも、プラスチックシンチレータ１には、異物５ａと合わせて表面に長さが数μｍ程度から数１０μｍのキズや深さが数μｍ程度の空孔が複数存在している場合もあり、このような表面キズ・空孔５ｂが存在したままの状態で、後に説明するプラスチックシンチレータ１の表面に積層薄膜を直接形成しても積層薄膜の欠陥が生じてしまい、これがピンホールとなって遮光が維持できないことがある。
【００３７】
そこで、例えば、クラス１０００程度のクリーンルームなどの室内や空気吸入口にＨＥＰＡフィルタなどを設けて連続換気しているフード内において、図１（ｂ）に示すように、例えば溶剤６をプラスチックシンチレータ１の表面に塗布するなどして、表面を化学的に研磨する。
【００３８】
（溶剤６の塗布による平坦化処理）
溶剤６は、例えばプラスチックシンチレータ１に対して良溶媒となる成分を含むケトン系の溶剤であり、シクロヘキサノンなどが適用できる。
【００３９】
溶剤６の塗布方法としては、吹き付けやスピン塗布による方法がプラスチックシンチレータ１の全面に溶剤を短時間で一様に塗布できる。
【００４０】
溶剤６の塗布により、プラスチックシンチレータ１の表面が溶解されて、溶解層６ａが形成される。
【００４１】
塗布後は、６０秒〜３００秒間放置し、直ちに溶剤６を除去する。除去方法としては、例えばプラスチックシンチレータ１の表面に対して窒素ガスなどを高速に吹き付けて溶剤をとばす方法がある。この方法によれば、簡易でプラスチックシンチレータ１に対する影響が少ない。スピン塗布の場合では、再度スピンさせることで溶剤を除去できるが、スピンさせながら、窒素ガスなどを高速に吹き付けることでより溶剤６が除去し易くなる。
【００４２】
最後に、プラスチックシンチレータ１の軟化温度未満で乾燥する。例えば、ポリビニルトルエン母材のプラスチックシンチレータ１では、乾燥温度を約６７℃未満とし、望ましくは４０℃以下とする。また、乾燥時間を短縮させ、乾燥中のプラスチックシンチレータ１の表面に埃などの異物が付着しないようにするため、乾燥は真空容器中で行うことが望ましい。真空度は中真空度程度あれば十分な効果が得られる。
【００４３】
以上により、図１（ｃ）に示すように、プラスチックシンチレータ１の表面に異物５ａや表面キズ・空孔５ｂが無い平坦なプラスチックシンチレータ部材を得ることができる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
（研磨材７を用いた研磨による平坦化処理）
図２は、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第２の実施の形態を示す断面図である。
【００４５】
本実施の形態では、まず、図２（ａ）に示すように第１の実施の形態と同様のプラスチックシンチレータ部材を用意した後、図２（ｂ）に示すように、研磨材７を用いてプラスチックシンチレータ１の表面を研磨することにより、プラスチックシンチレータ１の平坦化処理を行う。
【００４６】
研磨材７は、例えば、フィルム表面に凹凸のある立体構造のパターンを設けた研磨フィルム（住友スリーエム製のディスク状研磨フィルム「トライザクト（Ｒ）」）などを好適に使用できる。
【００４７】
この研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）４６６ＬＡ）を回転器８に装着して、例えばコンパウンドとして全面に純水を塗布したプラスチックシンチレータ１の表面に当てて研磨を行い、プラスチックシンチレータ１の表面に存在する異物５ａや表面キズ・空孔５ｂを除去する。
【００４８】
研磨後は、純水などで洗い流して研磨カスを除去し、更により細かい研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）２６６ＬＡ）を回転器８に装着する。その後、例えば、全面に純水を塗布したプラスチックシンチレータ１の表面に当てて研磨を行い、プラスチックシンチレータ１の表面のキズなどを軽減化させる。研磨後は、純水などで洗い流して研磨カスを除去する。
【００４９】
以上により、図２（ｃ）に示すように、プラスチックシンチレータ１の表面に異物５ａや表面キズ・空孔５ｂが少ない平坦なプラスチックシンチレータ部材を得ることができる。
【００５０】
［第３の実施の形態］
（研磨材７を用いた研削による平坦化処理）
図３は、本発明に係るプラスチックシンチレータ部材の製造方法の第３の実施の形態を示す断面図である。
【００５１】
本実施の形態では、まず、図３（ａ）に示すように第１の実施の形態と同様のプラスチックシンチレータ部材を用意した後、図３（ｂ）に示すように、研磨材７を用いてプラスチックシンチレータ１の表面を研削することにより、プラスチックシンチレータ１の平坦化処理を行う。
【００５２】
研磨材７は、例えばフィルム表面に凹凸のある立体構造のパターンを設けた研磨フィルム（住友スリーエム製のディスク状研磨フィルム「トライザクト」（Ｒ）など）などを好適に使用できる。
【００５３】
この研磨フィルムを表面が平坦な回転器８の面に固定して回転させた状態で、研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）４６６ＬＡ）の部位をプラスチックシンチレータ１の表面対して均一の押し付け力で表面全体を数ｎｍ〜数μｍの深さまで研削し、プラスチックシンチレータ１の表面に存在する異物５ａや表面キズ・空孔５ｂを除去する。
【００５４】
研削後は、純水などで洗い流して研削カスを除去し、続けてより細かい研磨フィルム（例えば、トライザクト（Ｒ）２６６ＬＡ）を回転器８に装着する。その後、例えば全面に純水を塗布したプラスチックシンチレータ１の表面に当てて研磨を行い、プラスチックシンチレータ１の表面のキズなどを軽減化させる。研磨後は、純水などで洗い流して研磨カスを除去する。
【００５５】
以上により、図３（ｃ）に示すように、プラスチックシンチレータ１の表面に異物５ａや表面キズ・空孔５ｂが無い平坦なプラスチックシンチレータ部材を得ることができる。
【００５６】
［第４の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に反射層の直接形成）
本実施の形態では、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法で平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に、図４に示すように、反射層９を直接形成する。
【００５７】
反射層９は、プラスチックシンチレータ１として例えばサンゴバン社のＢＣ４００やＥＬＪＥＮ社のＥＪ２１２を用いた場合、蛍光波長は約４２０ｎｍであるので、この蛍光を効率良く反射できる特性を備える材料を用いる。例えば、アルミニウムや酸化チタンなどの材料を用いることにより、表面反射率８０％以上が得られる。
【００５８】
このような材料を反射材としてプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成するため、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法による成膜装置が適用できる。
【００５９】
反射材としてアルミニウムを使用した場合、アルミニウムの屈折率ｎは１．４８であるので、上記蛍光（約４２０ｎｍ）を反射するために必要な最低膜厚は、以下のようになる。
【００６０】
λ／４＝ｎ・ｄ (λ：波長、ｎ：屈折率、ｄ：厚み)・・・・（２）式
（２）式より、
４２０ｎｍ÷４＝１．４８×ｄ
ｄ＝０．０７μｍ
例えば、スパッタリング装置を用い、上記最低膜厚の３倍程度の０．２μｍ膜厚のアルミニウムをプラスチックシンチレータ１の表面に成膜する場合、１５分以内で成膜することができる。このとき、プラスチックシンチレータ１に生じる温度は４０℃未満であり、熱による変形、劣化は生じない。
【００６１】
また、プラスチックシンチレータ１の表面にアルミニウムを成膜する他の方法として、真空蒸着装置やＣＶＤ（化学的蒸着）装置を使用しても良い。
【００６２】
真空蒸着装置を使用する場合は、短時間での成膜が可能であるが、成膜中のプラスチックシンチレータ１に加える温度はプラスチックシンチレータ１の軟化温度未満とし、望ましくは、４０℃未満とする。
【００６３】
アルミニウムＣＶＤ装置を使用する場合は、有機金属気体堆積法としてアルミニウムを含有したガスの化学反応を利用してプラスチックシンチレータ１の表面にアルミニウムを堆積させることで、加熱を伴うことなく成膜することができる。
【００６４】
成膜されたアルミニウムは比較的表面の凹凸が小さい薄膜であるが、構造的に残留ガスなどの影響を受けやすく、薄膜が形成される過程で不純物原子が入り込んでくるため、膜内に格子欠陥や空孔、歪などが多くなることが知られている。このため、所定厚さに成膜する場合、成膜プロセスを２〜３回繰り返すことで、欠陥上に新しい膜が形成されるため、成膜後の欠陥数を抑制することができる。
【００６５】
以上説明したように、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法により、プラスチックシンチレータ１の表面に付着している異物や表面のキズや空孔を除去して平坦化した後、本実施の形態により反射層９を直接形成して遮光膜として成立させることができる。
【００６６】
［第５の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１表面に積層薄膜１１の直接形成）
本実施の形態では、図５に示すように、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法で平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に、積層薄膜１１を直接形成する。この積層薄膜１１は、反射層９、遮光層１２及び保護層１３から構成される。
【００６７】
（遮光層１２）
反射層９がアルミニウム蒸着層の場合、成膜欠陥に起因するピンホールが確率的に存在する。また、アルミニウム蒸着層は脆く、気中に長期間晒すと劣化しやすい。また、反射層９が酸化チタンの場合は、全体的に光が透過して十分な遮光が得られない。このため、反射層９の全表面上に遮光層１２が積層される。
【００６８】
遮光層１２の材料は、例えば、カーボンブラックやチタンブラックを含有した樹脂を用いることが望ましい。
【００６９】
（保護層１３）
保護層１３は、遮光層１２の全表面上に積層される。ここで、窓材の損傷は、製造時や運用時の偶発事故とは別に、人が興味本位に爪先や鉛筆、シャープペンシルの芯先で突いたり、引っ掻いたりなどしたこと、も要因の一つであると言われている。
【００７０】
例えばＪＩＳ Ｋ５６００−５−４(ＩＳＯ／ＤＩＮ １５１８４) 引っ掻き硬度（鉛筆法）準拠で表すと、人の爪先硬度は一般に２Ｈ前後と言われており、鉛筆などの芯は通常Ｂ〜Ｈの間が良く利用されている。
【００７１】
本実施の形態では、積層薄膜１１がプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成され、かつ、プラスチックシンチレータ１は透明補強部材２に接合されていることから、積層薄膜１１の表面に印加される局所応力は全体に分散され、積層薄膜１１は容易に破壊されない。
【００７２】
更に、保護層１３の表面硬度を鉛筆硬度で２Ｈ以上にすることで、上記の要因による破壊をより一層減少させることができる。
【００７３】
また、保護層１３の材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ガラスなどが適用できる。
【００７４】
また、積層薄膜１１が静電気放電（ＥＳＤ）破壊を受ける可能性や、帯電によって埃等が窓材表面に吸着して埃に含まれるラドン系放射性物質の影響でバックグラウンドが増加する可能性が懸念されるため、保護層１３の表面は導電性を有し、かつ接地することが好ましい。
【００７５】
一般的に帯電防止に効果のある表面抵抗値を考慮して、保護層１３の表面の表面抵抗値は１０10Ω／ｓｑ．以下とすることが好ましい。
【００７６】
［第６の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１表面に積層薄膜１１’の直接形成）
本実施の形態では、図６に示すように、第１〜第３の実施の形態のいずれかの平坦化処理方法で平坦化されたプラスチックシンチレータ１の表面に、積層薄膜１１’を直接形成する。この積層薄膜１１’は、反射層９及び遮光層１２’から構成される。
【００７７】
積層薄膜は、層数に応じて成膜コストが増加するため、１つの層に多くの機能を持たせて、層数を削減できれば、成膜コストを削減することができる。
【００７８】
このため、本実施の形態では、図６に示す遮光層１２’の表面抵抗値を１０10Ω／ｓｑ．以下として導電性を付与するとともに、鉛筆硬度で２Ｈ以上の表面硬度を備える材料を使用することにより、導電性及び保護機能を有する遮光層１２’とすることができる。
【００７９】
［第７の実施の形態］
（プラスチックシンチレータ１の表面に立体構造パターンの形成）
第１の実施の形態で使用した溶剤６による平坦化処理を施したプラスチックシンチレータ１の表面は、溶剤６の塗布によって表面層が膨張し、プラスチックシンチレータ１が変形することがある。
【００８０】
このため、本実施の形態では、プラスチックシンチレータ１の表面から溶剤６を除去した後、図７に示すような規則的な立体構造パターン１５をプラスチックシンチレータ１の表面全体に形成する。
【００８１】
即ち、溶剤６を除去した後のプラスチックシンチレータ１の表面層は軟化しているため、例えば、高さ数ｎｍ〜数１０ｎｍの規則的な立体構造パターン１５を形成したシリコン板などを、軟化したプラスチックシンチレータ１の表面にプレスする。これより、シリコン板表面の立体構造パターン１５がプラスチックシンチレータ１の表面に形成される。
【００８２】
この立体構造パターン１５は、プラスチックシンチレータ１の表面層の膨張で生じる応力を分散させるため、プラスチックシンチレータ１に変形が生じにくくなる。
【００８３】
また、この立体構造パターン１５が形成されたプラスチックシンチレータ１の上に反射層８を形成するため、プラスチックシンチレータ１で発光した蛍光は立体構造パターン１５で強制的に散乱させられて、遮光ケース１の内部に蛍光を充満させやすくなる。
【００８４】
なお、上記例では立体構造パターンを規則的なパターンとしたが、不規則なパターンを用いても同様の効果を奏することができる。
【００８５】
更に、プラスチックシンチレータ１を補強するための透明補強部材２において、プラスチックシンチレータ１を接合する面の反対側の全表面に、高さ数ｎｍ以上の立体構造パターンを形成することもできる。
【００８６】
例えば、透明補強部材２をアクリル材とした場合、微細配線などパターン形成装置で表面に規則的又は不規則な立体構造パターンを形成したシリコン基板をアクリルの軟化温度以上に加熱して透明補強部材２の表面にプレスすることにより、シリコン基板表面の立体構造パターンが透明補強部材２の表面に形成される。
【００８７】
この立体構造パターンによって蛍光を強制的に散乱させる機能が付加されることより、遮光ケース１の内部に蛍光を充満させ易くすることができる。
【００８８】
［第８の実施の形態］
（平坦化されたプラスチックシンチレータ１表面に積層薄膜１１を直接形成した放射線検出器１０）
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る放射線検出器の一実施の形態を示す断面図である。
【００８９】
この放射線検出器１０では、図８（ａ）に示すように、光電子増倍管４を収容した遮光ケース３の上部に、透明補強部材２で補強されたプラスチックシンチレータ１が配置され、さらにそのプラスチックシンチレータ１上に積層薄膜１１が設けられている。
【００９０】
積層薄膜１１は、図８（ｂ）に示すように、第５の実施の形態で示した反射層９、遮光層１２及び保護層１３が順に形成されてなる。また、反射層９は、プラスチックシンチレータ１の放射線入射面の表面に直接形成される。
【００９１】
積層薄膜１１の反射層９をプラスチックシンチレータ１の表面に直接形成することで、強度や密着性を確保するとともに、プラスチックシンチレータ１の蛍光を効率良く反射させることができる。
【００９２】
また、反射層９の全表面に遮光層１２を積層することで、反射層９に生じるピンホールを遮光できる。
【００９３】
更に、遮光層１２の全表面に保護層１３を積層することで、遮光層１２を外力から保護することができる。
【００９４】
以上のことより、積層薄膜１１の強度や密着性を向上できるとともに、β線の吸収抑制が可能な放射線検出器１０を提供することができる。
【００９５】
なお、本実施の形態では積層薄膜１１を３層構造としたが、保護層１３として、遮光性と導電性と表面硬度を備える材料を使用することで、反射層９と保護層１３の２層で積層薄膜１１を構成しても良い。２層に層数を削減することにより成膜コストを抑制することができる。
【００９６】
［第９の実施の形態］
（放射線入射窓面の上部に保護部材を形成した放射線検出器２０）
本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００９７】
図９は、本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示す平面図である。
【００９８】
本実施の形態の放射線検出器２０は、第８の実施形態の放射線検出器に、更に積層薄膜１１を測定対象から保護するために、複数の開口部が形成された保護格子１７を積層薄膜１１の上部に設けている。
【００９９】
また、図１０（ａ）に示すように、積層薄膜１１を表面に形成した複数の平板形状のプラスチックシンチレータ１を並べて配置し、大面積の検出面を構成した場合、図１０（ｂ）に示すように、保護格子１７をつなぎ目と重なるように設けることで、プラスチックシンチレータ１のつなぎ目１９から外光が入り込むことを防止するとともに、見栄えを良くすることができる。
【０１００】
更に、積層薄膜１１の導電性の表面と導電性の保護格子１７を電気的に接続し、かつ接地することで、静電気破壊や帯電を防止することが可能になる。
【符号の説明】
【０１０１】
１… プラスチックシンチレータ
２… 透明補強部材
３… 遮光ケース
４… 光電子増倍管
５ａ…異物
５ｂ…表面キズ・空孔
６… 溶剤
６ａ…溶解層
７… 研磨材
８… 回転器
９… 反射層
１０…放射線検出器
１１…積層薄膜
１２…遮光層
１３…保護層
１５…立体構造パターン
１７…保護格子
１９…つなぎ目
２０…放射線検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータの放射線入射面を平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたプラスチックシンチレータの前記放射線入射面に、遮光性を有する反射層を直接形成する工程と、
を備えることを特徴とするプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項２】
前記平坦化処理する工程は、
前記プラスチックシンチレータの材質を溶解させる溶剤を用いて、前記プラスチックシンチレータの表面を溶解させる工程と、
前記プラスチックシンチレータの表面から前記溶剤を除去する工程と、
前記プラスチックシンチレータを軟化温度未満で乾燥する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項３】
前記乾燥する工程は、真空内で乾燥することを特徴とする請求項２記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項４】
前記平坦化処理する工程は、
前記プラスチックシンチレータの前記放射線入射面を研磨材で研磨する工程と、
前記研磨されたプラスチックシンチレータの表面を洗浄する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項５】
前記平坦化処理する工程は、
前記プラスチックシンチレータの放射線入射面を研磨材で研削する工程と、
前記研削されたプラスチックシンチレータの表面を洗浄する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項６】
前記反射層の表面に、前記反射層とは異なる材質の遮光層を積層する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項７】
前記遮光層の表面に、前記遮光層を保護するための保護層を積層する工程を更に備えることを特徴とする請求項６記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項８】
前記溶剤を除去する工程の後に、前記プラスチックシンチレータの放射線入射面の表面に、立体構造のパターンを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項９】
前記プラスチックシンチレータの片面に、前記プラスチックシンチレータの発する蛍光を透過する補強部材が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項１０】
前記溶剤を除去する工程の後に、前記補強部材における前記プラスチックシンチレータを接合する面の反対側の面に、立体構造のパターンを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項９記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項１１】
表面が平坦化処理された、放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータと、
前記蛍光を電気信号に変換するセンサと、
遮光性を有する反射層を少なくとも有し、前記反射層が前記プラスチックシンチレータの表面に直接形成された積層薄膜と、
前記プラスチックシンチレータと前記センサの遮光を行うケースと、
を備えたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項１２】
前記積層薄膜は、前記プラスチックシンチレータ側から、反射層、遮光層及び保護層の順で積層されていることを特徴とする請求項１１記載の放射線検出器。
【請求項１３】
前記保護層は、更に遮光性材料としてカーボンブラック又はチタンブラックを含有した樹脂層であって、前記遮光層を兼ねていることを特徴とする請求項１２記載の放射線検出器。
【請求項１４】
前記プラスチックシンチレータの裏面側には、透明性を有する補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の放射線検出器。
【請求項１５】
前記積層薄膜の表面に、複数の開口部を有する金属の保護格子を設けたことを特徴とする請求項１１記載の放射線検出器。
【請求項１６】
前記保護格子が複数の前記プラスチックシンチレータのつなぎ目と重なるように取り付けられることを特徴とする請求項１５記載の放射線検出器。
【請求項１７】
前記保護格子は導電性の物質からなり、前記保護格子が前記積層薄膜の表面と電気的に接続され、かつ、接地されていることを特徴とする請求項１５記載の放射線検出器。
【請求項１】
放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータの放射線入射面を平坦化処理する工程と、
前記平坦化処理されたプラスチックシンチレータの前記放射線入射面に、遮光性を有する反射層を直接形成する工程と、
を備えることを特徴とするプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項２】
前記平坦化処理する工程は、
前記プラスチックシンチレータの材質を溶解させる溶剤を用いて、前記プラスチックシンチレータの表面を溶解させる工程と、
前記プラスチックシンチレータの表面から前記溶剤を除去する工程と、
前記プラスチックシンチレータを軟化温度未満で乾燥する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項３】
前記乾燥する工程は、真空内で乾燥することを特徴とする請求項２記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項４】
前記平坦化処理する工程は、
前記プラスチックシンチレータの前記放射線入射面を研磨材で研磨する工程と、
前記研磨されたプラスチックシンチレータの表面を洗浄する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項５】
前記平坦化処理する工程は、
前記プラスチックシンチレータの放射線入射面を研磨材で研削する工程と、
前記研削されたプラスチックシンチレータの表面を洗浄する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項６】
前記反射層の表面に、前記反射層とは異なる材質の遮光層を積層する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項７】
前記遮光層の表面に、前記遮光層を保護するための保護層を積層する工程を更に備えることを特徴とする請求項６記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項８】
前記溶剤を除去する工程の後に、前記プラスチックシンチレータの放射線入射面の表面に、立体構造のパターンを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項９】
前記プラスチックシンチレータの片面に、前記プラスチックシンチレータの発する蛍光を透過する補強部材が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項１０】
前記溶剤を除去する工程の後に、前記補強部材における前記プラスチックシンチレータを接合する面の反対側の面に、立体構造のパターンを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項９記載のプラスチックシンチレータ部材の製造方法。
【請求項１１】
表面が平坦化処理された、放射線の入射により蛍光を発光するプラスチックシンチレータと、
前記蛍光を電気信号に変換するセンサと、
遮光性を有する反射層を少なくとも有し、前記反射層が前記プラスチックシンチレータの表面に直接形成された積層薄膜と、
前記プラスチックシンチレータと前記センサの遮光を行うケースと、
を備えたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項１２】
前記積層薄膜は、前記プラスチックシンチレータ側から、反射層、遮光層及び保護層の順で積層されていることを特徴とする請求項１１記載の放射線検出器。
【請求項１３】
前記保護層は、更に遮光性材料としてカーボンブラック又はチタンブラックを含有した樹脂層であって、前記遮光層を兼ねていることを特徴とする請求項１２記載の放射線検出器。
【請求項１４】
前記プラスチックシンチレータの裏面側には、透明性を有する補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の放射線検出器。
【請求項１５】
前記積層薄膜の表面に、複数の開口部を有する金属の保護格子を設けたことを特徴とする請求項１１記載の放射線検出器。
【請求項１６】
前記保護格子が複数の前記プラスチックシンチレータのつなぎ目と重なるように取り付けられることを特徴とする請求項１５記載の放射線検出器。
【請求項１７】
前記保護格子は導電性の物質からなり、前記保護格子が前記積層薄膜の表面と電気的に接続され、かつ、接地されていることを特徴とする請求項１５記載の放射線検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１４９７３１（Ｐ２０１１−１４９７３１Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２７５（Ｐ２０１０−９２７５）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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