有機EL材料を用いた新しいシンチレーターの開発久野研究室 2005年度室井章荒木慎也宮本紀之佐藤朗目次 シンチレータについて 開発目標 有機ELとは 有機EL発光材料 研究計画 励起・発光スペクトルの計測 まとめシンチレータに要求される性質  高発光 エネルギー分解能 時間分解能 薄型検出器  加工性に優れる  減衰時間が短い 時間応答性 時間分解能  減衰長が長い 大型検出器の設計が可能  安定性に優れるシンチレータの特徴有機・無機加工性発光量減衰時間ポリスチレン × 65 ◯ 2.4ns ◯ 250cm ◯ ◯ 液体トルエンプソイドクメン × 50~80 ◯ 3.7ns ◯ × ◯ 結晶アントラセン △ 100 △ 30ns ◯ △ △ プラスチック主成分安減衰長定性結晶 NaI ◯ 260 × 0.23μs × 2.59cm × × 結晶 CsI ◯ 175 × 1.0μs × 1.86cm × × 新しいシンチレータの開発目標 固体シンチレータ 高発光 時間応答がはやい 減衰長が長い 液体シンチレータ 安全、取り扱いが容易 高発光 減衰長が長い有機EL発光材料に着目有機EL(エレクトロルミネッセンス)とは  有機物質材料(高分子化合物)に電圧を印加して発光させる  少量の電圧で高発光を起こす新しい光源  新型ディスプレイの発光材料として実用化陰極電子電子輸送層 0.2~0.3nm 発光層（有機物質）正孔輸送層陽極正孔有機EL発光素子有機ELディスプレイ (SONY) 有機EL発光材料の特徴 高発光 水溶性に優れた材料がある 減衰時間が短い 様々な波長の材料が開発されている 高分子化合物入手した有機EL発光材料 ADS086BE ADS128GE ADS128GE(ポリマー) ADS086BE(黄色粉末) Coumarin-6 PPV クマリン6(燈色粉末) PPV(水溶液) PPV(フィルム) 研究計画  励起・発光スペクトルの測定 自己吸収の有無を調べる今回の発表  水（界面活性剤）、有機溶媒に対する溶解度の測定 水溶性の検討、既存の蛍光体との溶解量の比較  放射線による励起時の発光量（PMTを用いる）  放射線耐性の測定励起・発光スペクトルの計測  目的  発光した光を自己吸収することのない蛍光体を選ぶ  方法  蛍光分光光度計を用いる  場所  医学研究科共同研究実習センター光源励起波長選択器 HITACHI蛍光分光光度計 F-3000 光源：Xeランプ測定波長範囲：220nm~800nm 試料発光波長選択器光検出器励起・発光スペクトルの計測(2) 発光波長[nm] 300 プソイドクメン + ADS128GE 400 500 333nmで励起 600 700 ADS128GE 4000 3000 2000 1000 505nm [a.u] -1000 483nm -2000 -3000 -4000 335nm プソイドクメン 300 400 505nmの発光 500 600 励起波長[nm] 700 まとめ  新しいシンチレータ 有機EL発光材料  励起・発光スペクトル測定 有機溶媒ベース、水ベースで測定中  今後の予定 溶解度の測定 PPVフィルムで測定 発光量 放射線耐性３６５nm UVで発光！！励起・発光スペクトルの計測(3) 300 400 500 600 700 [nm] 300 400 500 600 700 [nm] プソイドクメン + クマリン-6 -予備- 光量の測定 ADC gate 発光量測定装置 60Co 1.33MeV discriminator γ線 1.17MeV 発光 PMT signal delay 計測する溶液の半分の位置をコンプトン端と決定して比較する。 counts 60Coによるコンプトン散乱を観測し、ピークコンプトン端 adc channel -予備- 励起・発光波長の計測-溶液調合単位はすべて[ /ℓ ] 塩化ベンゼトニウムは180 [ /ℓ ]で溶解 bis-MSB クマリン6 PPO POPOP ADS086BE ADS128GE プソイドクメン 6.0 0.07 2.0 4.0 12 1 水＋塩化ベンゼトニウム 6.0 未調合未調合 1 13 0 [ これらの溶液の励起・発光波長を測定する。 PPV(水溶液、フィルム)については溶かさずにそのまま測定。 /ℓ ] -予備-励起・発光波長の計測-測定-(2) 名前溶媒プソイドクメン第1蛍光体第2蛍光体有機EL材料励起波長発光波長 (269nm) (293nm) PPO 359nm(+56nm ) 378nm(+14nm ) POPOP 400nm(+15nm ) 424nm(+6nm) Bis-MSB 413nm(-34nm) 432nm(+20nm ) Coumarin-6 403nm(-47nm) 525nm(-25nm) ADS086BE 455nm(+52nm ) 470nm(-4nm) ADS128GE 483nm(+26nm ) 505nm(+36nm ) Poly 358nm 440nm -予備- KamLAND実験で用いられている液体シンチレータ  組成  プソイドクメン 20％  PPO 0.15％  パラフィンオイル（C12H26） 80％ ⇒発光効率が低下  発光量  50％アントラセン程度 ⇒UP! KamLAND 液体シンチレータ安定な溶媒に、純度の高い、波長変換剤を必要としない蛍光体を用いる ⇒発光効率アップ -予備-有機シンチレータの組成と発光機構主成分第1蛍光体第2蛍光体ポリスチレン (個体) トルエン (液体) プソイドクメン PPO POPOP 発光(364nm) 発光(418nm)⇒検出波長 200nm 300 400 500 可視光領域プソイドクメン（有機溶媒）励起 (269nm) 第１蛍光体（PPO）励起(303nm) 紫外線励起の場合第2蛍光体（POPOP）励起(385nm) -予備-有機シンチレータ[液体・プラスチック]の発光効率について蛍光放出の分子数 Φ：蛍光量子収率＝ (Quantum Yield) 励起状態の分子数放射線エネルギー ΔE 溶媒分子の励起振動など溶媒トルエン非輻射的エネルギー移行衝突などプソイドクメン第１蛍光体の励起振動など振動など 0.140 0.157 溶質 Φ PPO 0.830 POPOP 0.930 輻射的エネルギー移行発光第2蛍光体の励起 Φ 輻射的エネルギー移行発光光検出器放射線のenergy loss ΔE に対して発光する効率がよくない！ -予備-従来の有機シンチレータの問題点  発光効率が悪い 主成分の蛍光量子収率(Φ)が小さい  放射線のenergy lossに対して発光に使われる割合が小さい 主成分はエネルギーの自己吸収を起こす  プソイドクメン：293nm、トルエン:287nm、ポリスチレン :  波長変換剤が必要(量子収率<1)  液体シンチレータの主成分が有機溶媒である プソイドクメン、トルエンなど 揮発性、可燃性があり取り扱いにくく、安全面も問題がある 大容量の場合ノルマルパラフィンで希釈して使われる  発光効率下がる原因 -予備- 研究目標  高発光・時間の速い・安定・発光波長に対して透明・加工しやすいなシンチレータを作りたい  波長変換体を必要としない、発光効率のよい主成分  ポリマーとして使用できる材質  より安定で扱い易い溶媒を用いた液体シンチレータを制作する 水溶性に優れた蛍光体 大容量、大面積が可能かつ高発光で純度の高い液体シンチレータが可能 ⇒蛍光体として有機EL発光材料に着目 P=0.3Bρ ΔE シンチレータ時間分解能エネルギー分解能 B ΔE大きい多重散乱エネルギー・運動量の揺らぎシンチレータ ΔE 荷電粒子薄型・高発光 ΔE小さい