DE10034227A1

DE10034227A1 - Keramisches Szintillatormaterial und Herstellungsverfahren hierfür, Strahlungsdetektor und Strahlungsprüfvorrichtung hiermit

Info

Publication number: DE10034227A1
Application number: DE10034227A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Takahara; Akihisa Saito; Yukihiro Fukuta; Eiji Oyaizu; Masaaki Tamatani
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2020-07-15
Also published as: US6504156B1; DE10034227B4

Abstract

Ein keramisches Szintillatormaterial besteht aus einem gesinterten Körper eines Seltenerdoxysulfidphosphors, enthaltend Pr als Aktivator. Der gesinterte Körper weist eine Struktur auf, in der Grobkörner von unregelmäßigen Polyedern und schlanke Feinkörner durchmischt sind. Die Grobkörner weisen eine Form von z. B. einer Dimension (Durchschnittswert) im Bereich von 50 bis 100 _m auf, die Feinkörner weisen eine Form auf, in der die durchschnittliche Kurzachse im Bereich von 2 bis 5 _m liegt und die durchschnittliche Langachse im Bereich von 5 bis 100 _m liegt. Das Flächenverhältnis der Grobkörner zu den Feinkörnern liegt im Bereich von 10 : 90 bis 60 : 40. Ein solches keramisches Szintillatormaterial weist zusätzlich zu der hervorragenden Lichtausgabe (hohe Empfindlichkeit) eine mechanische Stärke auf, die für die Verkleinerung eines Detektors geeignet ist. Weiterhin kann die Ungleichförmigkeit in der Empfindlichkeit, die Artefakte bewirkt, vermindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein keramisches Szintillatormaterial, das Strahlung, wie z. B. Röntgenstrahlen, in sichtbares Licht umwandelt, und ein Herstellungsverfahren hierfür, einen Strahlungsdetektor hiermit und eine Strahlungsprüfvorrichtung hiermit.

Auf dem Gebiet der medizinischen Diagnose und der industriellen zerstörungsfreien Prüfung werden Prüfungen unter Verwendung einer Strahlungsprüfvorrichtung, wie z. B. einer Röntgen-Computertomografie-Vorrichtung (hiernach als Röntgen-CT-Vorrichtung bezeichnet). Eine Röntgen-CT- Vorrichtung ist aufgebaut aus einer Röntgenröhre (Röntgenstrahlenquelle), die ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel emittiert, und einem Röntgenstrahlendetektor, in dem mehrere Röntgenstrahlen- Detektionselemente angeordnet sind, die gegenüberliegend mit einer Schnittebene eines Objekts als Zentrum angeordnet sind. In einer Röntgen-CT-Vorrichtung wird ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel aus einer Röntgenröhre auf das Objekt gestrahlt, während die Röntgenröhre in bezug auf das Objekt zirkuliert, und die von dem Objekt durchgelassenen Röntgenstrahlen werden durch den Röntgenstrahlendetektor detektiert, wobei die Röntgenstrahlen-Absorptionsdaten erhalten werden. Hiernach analysiert ein Computer die Röntgenstrahlen- Absorptionsdaten, um ein Tomogramm zu rekonstruieren.

Für einen Strahlungsdetektor der zuvor erwähnten Röntgen- CT-Vorrichtung werden häufig Detektorelemente, wie z. B. Festkörperszintillatoren, verwendet. In dem Strahlungsdetektor unter Verwendung von Festkörperszintillatoren kann aufgrund der Leichtigkeit, die Detektorelemente zu verkleinern, um die Anzahl der Kanäle zu erhöhen, die Auflösung der Röntgen-CT- Vorrichtung leicht verbessert werden.

Der Szintillator emittiert elektromagnetische Wellen in dem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes oder nahen sichtbaren Lichtes, wenn er durch Strahlung, wie z. B. Röntgenstrahlen, angeregt wird. Als Festkörpermaterialien mit solchen Szintillationseigenschaften sind Einkristalle, wie z. B. NaI, CsI und CdWO₄, polykristalline Materialien (Keramiken), wie z. B. BaFCl: Eu, LaOBr: Tb, CsI: Tl, CaWO₄ und CdWO₄ (siehe JP-AS Sho 59-45022), polykristalline Materialien (Keramiken) von Seltenerdoxiden mit kubischer Kristallstruktur, wie z. B. (Gd, Y,)₂O₃: Eu (siehe JP-OS Sho 59-27283) und polykristalline Materialien (Keramiken) von Seltenerdoxysulfiden, wie z. B. Gd₂O₂S: Pr (siehe JP-OS Sho 58-204088), bekannt.

Von den verschiedenen oben erwähnten Arten von Festkörperszintillatoren sind Keramiken von Seltenerdoxysulfidphosphor, die eine hohe Emissionseffizienz aufweisen, insbesondere für Szintillatoren geeignet. Dementsprechend kommt eine Kombination eines keramischen Seltenerdoxysulfid- Szintillators und einer Fotodiode breite Anwendung als Strahlungsdetektor zu.

Keramische Szintillatormaterialien (Phosphorkeramiken) wie diese können durch Formen von Seltenerdoxysulfidpulver in eine geeignete Form und anschliessendes Sintern erhalten werden. Aus dem erhaltenen gesinterten Körper werden zuerst ebene Platten in Form runder oder rechteckiger Scheiben ausgeschnitten. Dann werden Szintillatorchips in Form rechteckiger Stangen aus den Platten ausgeschnitten, die anschliessend in eine Vielzahl von Segmenten geschnitten werden. Ein Detektorelement ist aus einem Szintillatorblock aufgebaut, in dem z. B. eine Vielzahl von Segmenten integriert ist.

Nun sind bezüglich der Seltenerdoxysulfidphosphorkeramiken verschiedene Arten von Erfindungen vorgeschlagen worden, um die Transparenz (Lichtdurchlässigkeit), die Sintereigenschaften oder dergleichen zu verbessern. Zum Beispiel offenbart JP-OS Hei 7-188655, dass durch Vermindern des Verunreinigungsgehalts in den Phosphorkeramiken, wie z. B. Gd₂O₂S : Pr oder dergleichen, insbesondere durch Vermindern des Gehalts an Phosphatgruppen (PO₄) auf 100 ppm oder weniger, die Lichtausbeute des Szintillators verbessert werden kann.

Weiterhin wird in JP-AS Hei 5-16756 ein Seltenerdoxysulfidpulver mit Fluoriden, wie z. B. LiF, Li₂GeF₆ und NaBF₄, als Sinterhilfe gemischt, und anschliessend wird die Mischung mit einer heissen isostatischen Presse (HIP) gesintert, wodurch hochverdichtete Phosphorkeramiken erhalten werden. Hier wird die Lichtausbeute des Szintillators durch die Verdichtung der Phosphorkeramiken verbessert.

Wie oben erwähnt, sind bezüglich der Transparenz und der Sintereigenschaften der Seltenerdoxysulfidphosphorkeramiken verschiedene Vorschläge gemacht worden. Jedoch wird in den neuesten Röntgen-CT-Vorrichtungen eine Verkleinerung der Detektorelemente aufgrund höherer Auflösung (Mehrkanal) verlangt, und Verkleinerung/Verlängerung der Detektorelemente wird weiterhin im Hinblick auf die Mehrschichttomografie verlangt. Hierdurch entstehen neue Probleme.

Aufgrund der Tendenz zur Verkleinerung der Detektorelemente ist es notwendig geworden, die durch den Sinterschritt erhaltenen Phosphorkeramiken zu Szintillatorchips einer Grösse von z. B. einer Breite von 1 mm oder weniger, einer Länge von 20 bis 40 mm und einer Tiefe von 2 bis 3 mm zu verarbeiten. Die Szintillatorchips einer solchen Grösse brechen und biegen leicht während der Verarbeitung und des Zusammenbaus der Detektoren, da die Phosphorkeramiken polykristalline Körper sind. Hierdurch wird die Ausbeute an keramischen Szintillatoren verschlechtert.

Bezüglich dieser Punkte ist, wie beispielsweise in JP-AS Hei 5-16756 beschrieben, die Verdichtung der Phosphorkeramiken bis zu einem bestimmten Grad wirksam. Jedoch verbleibt in den in der zuvor genannten Patentschrift offenbarten Phosphorkeramiken aufgrund der Zugabe von Fluorid als Sinterhilfe die Sinterhilfe als Verunreinigung in den Phosphorkeramiken, was in einer Verschlechterung der Emissionseigenschaften resultiert. Dies vermindert die Empfindlichkeit des keramischen Szintillators. Weiterhin wachsen Teile der Körner aufgrund der Aktivität der Sinterhilfe in Säulen. Jedoch kann eine ausreichende Stärke in den Phosphorkeramiken mit einer solchen gesinterten Struktur aufgrund der kleineren Korngrösse der Körner, die keine Säulenform aufweisen, nicht erhalten werden. Zudem ist auch die Lichtausgabe (Empfindlichkeit) nachteilig.

Weiterhin würde in einem Trend zu höherer Auflösung der Röntgen-CT-Vorrichtung das Auftreten von Artefakten (Pseudobilder) bei der Rekonstruktion eines Querschnittsbildes durch Computerverarbeitung der Röntgenstrahlendichten nach Transmission eines Objekts zu ernsten Problemen führen. Diese Artefakte entstehen häufig durch lokale Ungleichförmigkeiten der Empfindlichkeit der keramischen Szintillatoren. Da das Auftreten von Artefakten für die medizinische Diagnose und die zerstörungsfreie Prüfung schädlich ist, besteht eine Nachfrage nach keramischen Szintillatoren, die weiterhin eine gleichförmige Empfindlichkeitsverteilung aufweisen, um mit dem Trend zu höherer Auflösung der CT-Vorrichtung fertig zu werden.

Bei dem Gleichförmigmachen der Empfindlichkeit des keramischen Szintillators ist es zusätzlich zum Gleichförmigmachen der einzelnen Szintillatorchips wirksam, einen Kanal mit einer Vielzahl von Segmenten aufzubauen, die aus einem Szintillatorchip ausgeschnitten werden. Die bestehenden Phosphorkeramiken brechen und biegen sich jedoch leicht bei der Verarbeitung in Chips. Dementsprechend besteht eine Grenze bezüglich der Länge eines Szintillatorchips. Das heisst, obwohl eine Nachfrage nach längeren Szintillatorchips besteht, existiert eine Grenze bezüglich der Verlängerung bestehender Szintillatorchips.

Insbesondere ist in der Röntgen-CT-Vorrichtung für die Mehrschichttomografie ein Kanal aus einer Vielzahl von Segmenten aufgebaut. Dementsprechend muss die Anzahl von Segmenten, die aus einem Szintillatorchip ausgeschnitten werden, erhöht werden. Da jedoch der Szintillatorchip, der aus den bestehenden Phosphorkeramiken ausgeschnitten wird, einer solchen Anforderung nicht gerecht werden kann, wird ein Kanal aus Segmenten aufgebaut, die aus einer Vielzahl von Szintillatorchips ausgeschnitten wurden.

Dementsprechend ist es ein erfindungsgemässes Ziel, ein keramisches Szintillatormaterial bereitzustellen, das bei hervorragender Lichtausbeute eine ausreichende mechanische Stärke aufweist, die für die Verkleinerung eines Detektors ausreichend ist, und ein Verfahren zur Herstellung hiervon bereitzustellen. Genauer gesagt ist es das erfindungsgemässe Ziel, ein keramisches Szintillatormaterial mit einer mechanischen Stärke bereitzustellen, das einen langen Szintillatorchip praktisch anwendbar machen kann. Ein weiteres erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung eines keramischen Szintillatormaterials, in dem die Empfindlichkeitsungleichmässigkeit, die Artefakte bewirkt, vermindert ist, und ein Verfahren zur Herstellung hiervon bereitzustellen. Ein weiteres erfindungsgemässes Ziel ist durch Verwenden des keramischen Szintillatormaterials, um die Auflösung und Bildgenauigkeit zu verbessern, einen Strahlungsdetektor und eine Strahlungsprüfvorrichtung bereitzustellen, in denen die Fähigkeit zur medizinischen Diagnose und die Präzision der zerstörungsfreien Prüfung verbessert sind.

Die Erfinder haben die Beziehung zwischen der gesinterten Struktur von Seltenerdoxysulfidphosphorkeramiken und der Empfindlichkeit und mechanischen Stärke hiervon verschiedentlich untersucht. Als Ergebnis haben die Erfinder gefunden, dass in Phosphorkeramiken, in denen die Empfindlichkeit aufgrund der Reinigung der Phosphor- Ausgangsmaterialien verbessert ist, durch Durchmischen von Körnern in Form von relativ grossen, unregelmässigen Polyedern (hiernach als Grobkörner bezeichnet) und relativ kleinen, schlanken Körnern (hiernach als Feinkörner bezeichnet), um eine gesinterte Struktur zu bilden, zusätzlich zur Verbesserung der Stärke, die Empfindlichkeit weiter verbessert werden kann. Weiterhin kann das Auftreten von Artefakten wirksam aufgrund der Überlegenheit der Gleichförmigkeit der Empfindlichkeit der Phosphorkeramiken, die die zuvor erwähnte durchgemischte Struktur aufweisen, unterdrückt werden.

Die Erfindung beruht auf den oben erwähnten Erkenntnissen. Das heisst, ein erfindungsgemässes keramisches Szintillatormaterial ist ein keramisches Szintillatormaterial, umfassend einen gesinterten Körper eines Seltenerdoxysulfidphosphors, der Praseodym als primären Aktivator enthält, wobei der gesinterte Körper eine Struktur aufweist, in der Grobkörner unregelmässiger Polyeder und schlanke Feinkörner durchgemischt sind.

In dem erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterial weisen die Grobkörner, die die gesinterte Körperstruktur aufbauen, vorzugsweise eine durchschnittliche Korngrösse im Bereich von 50 bis 100 µm auf, die schlanken Feinkörner weisen vorzugsweise eine durchschnittliche Kurzachse im Bereich von 2 bis 5 µm, und eine durchschnittliche Langachse im Bereich von 5 bis 100 µm auf. Weiterhin ist das Verhältnis eines Querschnitts des gesinterten Körpers einer Fläche (S₁), die die Grobkörner einnehmen, zu einer Fläche (S₂), die die Feinkörner einnehmen, vorzugsweise im Bereich von S₁ : S₂ = 10 : 90 bis 60 : 40.

Das erfindungsgemässe keramische Szintillatormaterial kann verschiedene Formen gemäss dem Verwendungsmodus oder dem Verwendungsschritt aufweisen. Als spezifische Formen des keramischen Materials können ebene Szintillatortafeln und rechteckige Stangen von Szintillatorchips erwähnt werden. Aufgrund der höheren Stärke des keramischen Szintillatormaterials können für die Szintillatortafel eine runde Scheibe eines Durchmessers von 20 mm oder mehr einer Dicke von 0,5 mm oder mehr, oder eine rechteckige Platte einer Länge von 20 mm oder mehr an der kurzen Seite, 110 bis 500 mm an der langen Seite und einer Dicke von 0,5 mm oder mehr bereitgestellt werden. Bezüglich des Szintillatorchips kann eine Form einer Länge von 20 mm oder mehr, einer Breite von 0,5 bis 2 mm und einer Dicke von 0,5 bis 3 mm bereitgestellt werden.

Ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Szintillators ist eines zur Herstellung eines keramischen Szintillatormaterials, umfassend einen gesinterten Körper eines Seltenerdoxysulfidphosphors, enthaltend Praseodym als primären Aktivator. Hierbei sind die Wärmebehandlungsbedingungen und/oder Druckbedingungen während der Herstellung des gesinterten Körpers dadurch gekennzeichnet, dass sie so kontrolliert werden, dass die Struktur des gesinterten Körpers eine wird, in der die Grobkörner der unregelmässigen Polyeder und die schlanken Feinkörner miteinander durchmischt sind. Bezüglich konkreter Bedingungen können z. B. die Bedingungen des HIP- Verfahrens erwähnt werden.

Ein erfindungsgemässer Strahlungsdetektor, umfassend das erfindungsgemässe keramische Szintillatormaterial, umfasst Mittel zum Generieren von Lumineszenz aus dem keramischen Szintillatormaterial gemäss einfallender Strahlung und Mittel zur photoelektrischen Umwandlung zur Aufnahme der generierten Lumineszenz von dem lumineszenzgenerierenden Mittel, um die Lichtausgabe in einen elektrischen Strom umzuwandeln.

Ein erfindungsgemässer Strahlungsdetektor ist insbesondere in einer Struktur wirksam, in der das lumineszenzgenerierende Mittel eine Vielzahl von Kanälen umfasst. In diesem Fall sind die jeweiligen Kanäle in dem lumineszenzgenerierenden Mittel aus einer Vielzahl von Segmenten aufgebaut, die durch Schneiden eines Szintillatorchips einer rechteckigen Stange, bestehend aus dem erfindungsgemässen Szintillatormaterial, hergestellt werden, die in einer ungefähr orthogonalen Richtung zu der Richtung der Anordnung der Mehrzahl der Kanäle integriert werden.

Eine erfindungsgemässe Strahlungsprüfvorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle, die Strahlung auf ein Objekt emittiert, und den erfindungsgemässen Strahlungsdetektor, der durch das Objekt durchgelassene Strahlung detektiert. Die erfindungsgemässe Strahlungsprüfvorrichtung ist in einer Röntgen-CT-Vorrichtung höherer Auflösung und höherer Präzision wirksam, was weiterhin zur praktischen Realisierung einer Röntgen-CT-Vorrichtung für die Mehrschichttomografie beiträgt.

Fig. 1A, 1B, 1C sind Fotografien, die Vergrösserungsbereiche der Strukturen der gesinterten Körper zeigen, die Wachstumsschritte der Körner des gesinterten Körpers, der ein keramisches Szintillatormaterial aufbaut, zeigt, wobei Fig. 1A eine Querschnittsfotografie ist, die in Vergrösserung eine gesinterte Struktur, bestehend aus Agglomeraten von Feinkörnern, zeigt, Fig. 1B eine Querschnittsfotografie ist, die in Vergrösserung eine gesinterte Struktur, bestehend aus dem erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterial zeigt, Fig. 1C eine Querschnittsfotografie ist, die in Vergrösserung eine gesinterte Struktur, bestehend aus Agglomeraten von Grobkörnern von unregelmässigen Polyedern zeigt;

Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erklärung einer Grösse eines Grobkorns eines unregelmässigen Polyeders;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erklärung der Kurzachse und der Längsachse eines schlanken Feinkorns;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Röntgenstrahlendetektors als eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Strahlungsdetektors zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das einen Szintillatorblock zeigt, der in dem in Fig. 4 gezeigten Röntgenstrahlendetektor gezeigt wird;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Röntgen-CT-Vorrichtung als eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Strahlungsprüfvorrichtung zeigt;

Fig. 7A, 7B, 7C sind Querschnittsfotografien, die in Vergrösserung die gesinterte Struktur eines keramischen Szintillatormaterials gemäss der erfindungsgemässen Ausführungsform (1) zeigen.

Im folgenden werden Arten zur erfindungsgemässen Ausführung erklärt.

Ein erfindungsgemässes keramisches Szintillatormaterial setzt sich aus einem gesinterten Körper (Phosphorkeramik) eines Seltenerdoxysulfidphosphors, enthaltend Praseodym (Pr) als einen Aktivator, zusammen. Als Seltenerdoxysulfidphosphor können z. B. Oxysulfide von Seltenerdelementen, wie z. B. Yttrium (Y), Gadolinium (Gd), Lanthan (La) und Lutetium (Lu) erwähnt werden.

In dem erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterial ist es bevorzugt, ein Phosphormaterial mit einer Zusammensetzung zu verwenden, die im wesentlichen ausgedrückt wird durch die allgemeine Formel:

RE₂O₂S: Pr (1)

In der Formel bezeichnet RE mindestens einen Vertreter eines Elements, ausgewählt aus Y, Gd, La und Lu.

Von den zuvor erwähnten Seltenerdelementen weist Gd einen besonders grossen Röntgenstrahlen-Absorptionskoeffizienten auf, was zu einer Verbesserung der Lichtausgabe der Phosphorkeramiken beiträgt. Dementsprechend ist es erfindungsgemäss bevorzugt, Gd₂O₂S : Pr-Phosphor zu verwenden. Ein Teil des Gd kann durch ein anderes Seltenerdelement ersetzt werden. In diesem Fall beträgt die Ersatzmenge durch ein anderes Seltenerdelement vorzugsweise 10 mol-% oder weniger.

Das heisst, in dem erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterial wird insbesondere ein Phosphormaterial bevorzugt, das im wesentlichen durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

(Gd_1-x, RE'_x)₂O₂S: Pr (2)

In der Formel bezeichnet RE' mindestens einen Vertreter von Elementen, ausgewählt aus Y, La und Lu, x ist eine Zahl, die der Gleichung 0 ≦ x ≦ 0,1 genügt.

Erfindungsgemäss wird als Aktivator, der zum Erhalt einer hohen Lichtausgabe von dem Seltenerdoxysulfidphosphor wirksam ist, Praseodym (Pr) verwendet. Pr kann im Vergleich mit anderen Aktivatoren die Menge des Nachglühens vermindern. Dementsprechend ist das Seltenerdoxysulfidphosphor, enthaltend Pr als Aktivator, als lumineszenzgenerierendes Mittel eines Strahlungsdetektors wirksam.

Der Gehalt an Pr liegt vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 10 mol-% in bezug auf den Phosphorwirt (z. B. Gd₂O₂S). Wenn der Gehalt an Pr 10 mol-% übersteigt, wird die Lichtausgabe vermindert. Wenn andererseits der Gehalt an Pr weniger als 0,001 mol-% beträgt, kann Pr nicht ausreichend als primärer Aktivator agieren. Dementsprechend ist Pr noch bevorzugter im Bereich von 0,01 bis 1 mol-% enthalten.

Erfindungsgemäss kann zusätzlich zu Pr als primärem Aktivator eine geringe Menge mindestens eines Vertreters, ausgewählt aus Ce, Zr und P, als Co-Aktivator in dem Seltenerdoxysulfidphosphor enthalten sein. Diese jeweiligen Elemente sind wirksam bei der Unterdrückung der Empfindlichkeitsverschlechterung, die durch Langzeit- Röntgenbestrahlung, Nachglühen oder dergleichen bewirkt wird. Der Gesamtgehalt dieser Co-Aktivatoren liegt vorzugsweise im Bereich von 0,00001 bis 0,1 mol-%, in bezug auf den Phosphorwirt.

Weiterhin besteht ein gesinterter Körper, der das erfindungsgemässe keramische Szintillatormaterial aufbaut, vorzugsweise aus einem hochreihen Phosphormaterial. Verunreinigungen, die der Grund für die Verschlechterung der Empfindlichkeit des Szintillators sind, werden vorzugsweise soweit wie möglich vermindert. Insbesondere ist die Phosphatgruppe (PO₄), die ein Grund für die Verschlechterung der Empfindlichkeit ist, vorzugsweise zu 150 ppm oder weniger enthalten. Wie in JP-AS Hei 5-16756 offenbart, verbleibt, wenn eine hohe Verdichtung aufgrund der Verwendung einer Sinterhilfe, wie z. B. Fluorid, wie oben erwähnt, erhalten wird, die Sinterhilfe als Verunreinigung, was in einer Verschlechterung der Empfindlichkeit bei Langzeit-Röntgenbestrahlung resultiert.

Das erfindungsgemässe keramische Szintillatormaterial setzt sich aus einem gesinterten Körper des zuvor erwähnten Seltenerdoxysulfidphosphors zusammen. Wenn ein Querschnitt hiervon betrachtet wird, wird gefunden, dass Grobkörner relativ grosser unregelmässiger Polyeder und relativ kleine und lange, feine Körner miteinander vermischt sind, um eine gesinterte Struktur zu bilden.

Hochreines Seltenerdoxysulfidphosphorpulver wird in eine geeignete Form durch Verwendung einer isostatischen Krümelpresse geformt, der geformte Körper wird in eine Metallkapsel eingekapselt und verschlossen, und anschliessend durch isostatisches Heisspressen (HIP) unter hohen Temperatur- und hohen Druckbedingungen gesintert. Während des HIP-Sinterns wachsen die Körner gemäss den Wachstumsschritten, wie im folgenden gezeigt. Die Wachstumsschritte der Körner des gesinterten Seltenerdoxysulfidphosphorkörpers werden unter Bezugnahme auf die vergrösserten Querschnittsfotografien des gesinterten Körpers, die in Fig. 1A, Fig. 1B und Fig. 1C gezeigt sind, erklärt.

Bei Fortschreiten des HIP-Sinterns, wie in Fig. 1A gezeigt, werden zuerst gesinterte Agglomerate von Primärphosphorteilchen beobachtet. Dann, wie in Fig. 1B gezeigt, wird eine Struktur, in der die schlanken, stangenförmigen Körner relativ kleiner Korngrösse und die relativ grossen Körner unregelmässiger Polyeder durchmischt sind, beobachtet. Bei weiterem Fortschreiten des HIP-Sinterns, wie in Fig. 1C gezeigt, wächst der gesinterte Körper insgesamt in Grobkörner von unregelmässigen Polyedern.

Von jeder der gesinterten Strukturen des zuvor erwähnten Seltenerdoxysulfidphosphors werden die Biegestärke, die Empfindlichkeit und die Empfindlichkeitsverteilung gemessen. Es wird gefunden, dass, wenn, wie in Fig. 1B gezeigt, die Grobkörner der unregelmässigen Polyeder und die schlanken Feinkörner durchmischt sind, um eine Struktur zu bilden, eine hohe mechanische Stärke erreicht wird, und die Empfindlichkeit und die Gleichförmigkeit hiervon hervorragend sind. Die Beziehung zwischen den zuvor erwähnten Wachstumsschritten der Körner eines Seltenerdoxysulfidphosphors und der Stärke und darauf beruhenden Empfindlichkeitseigenschaften wurde zum ersten Mal durch die Beobachtung der Kornstrukturen und die Messung der Biegestärken und Empfindlichkeit und Empfindlichkeitsverteilung vieler Proben, die unter verschiedenen HIP-Bedingungen hergestellt wurden, durch die Erfinder gefunden wurden.

Gemäss dem gesunden Menschenverstand sind in der bestehenden Keramiktechnologie im Hinblick auf die optischen Eigenschaften und die Gleichförmigkeit der mechanischen Stärke Phosphorkeramiken mit einer gleichförmigen Kornstruktur, wie in Fig. 1C gezeigt, als solche mit hervorragenden Eigenschaften erachtet worden. Die Erfinder haben jedoch, wie in Fig. 1B gezeigt, aus vielen experimentellen Ergebnissen gefunden, dass, wenn ein gesinterter Körper eine Mischstruktur von Grobkörnern von unregelmässigen Polyedern und schlanken Feinkörnern aufweist, ein Szintillatormaterial, das bezüglich der Stärke, der Empfindlichkeit und der Gleichförmigkeit der Empfindlichkeitsverteilung hervorragend ist, erhalten werden kann. Das heisst, ein gesinterter Körper, der eine Mischstruktur aufweist, zeigt optimale Eigenschaften als Szintillatormaterial.

Die gesinterte Struktur, wie in Fig. 1B gezeigt, die auf dem Mischen der Grobkörner von unregelmässigen Polyedern und der schlanken Feinkörner beruht, trägt weitgehend zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des keramischen Szintillatormaterials bei. Durch Stärkermachen des keramischen Szintillatormaterials (des gesinterten Körpers) kann bei der Bearbeitung einer Form von z. B. einer Länge von 20 mm oder mehr, einer Breite von 0,5 mm oder mehr und einer Dicke von 0,5 mm oder mehr ein Brechen oder Biegen des keramischen Szintillatormaterials weitgehend unterdrückt werden. Ähnlich kann auch beim Einbau des Szintillatorchips in einen Detektor das Brechen oder Biegen des Szintillatorchips unterdrückt werden.

Weiterhin kann in dem gesinterten Körper mit durchmischter Struktur, wie in Fig. 1B gezeigt, aufgrund einer spannungsfreigebenden Wirkung der Feinkörner, die um die Grobkörner herum vorliegen, die Empfindlichkeit des keramischen Szintillatormaterials weiter verbessert werden. Zusätzlich kann aufgrund der hervorragenden Gleichförmigkeit der Empfindlichkeitsverteilung das Auftreten von Artefakten oder dergleichen wirksam unterdrückt werden. Dies trägt weitgehend zur Realisierung der Verkleinerung und höheren Auflösung eines Strahlungsdetektors bei.

Andererseits, wenn eine gesinterte Struktur aufgrund des HIP-Verfahrens eine wie in Fig. 1A ist, erfährt unter Röntgenbestrahlung emittiertes Licht eine mehrfache Streuung in dem gesinterten Körper, was in einer geringeren Menge an Emission aus dem gesinterten Körper resultiert. Dementsprechend wird die Empfindlichkeit geringer. Da Phosphorteilchen weniger stark aneinander binden, wodurch der gesinterte Körper spröde wird, kann weiterhin der gesinterte Körper während der Bearbeitung des gesinterten Körpers und des Zusammenbaus eines Detektors häufig brechen und biegen.

Wenn, wie in Fig. 1C gezeigt, ein gesinterter Körper insgesamt zu Körnern statistischer und unregelmässiger Polyeder wächst, wird die Stärke niedriger als die der in Fig. 1B gezeigten durchmischten Struktur. Weiterhin wird die Empfindlichkeit aufgrund einer Erhöhung der Spannung in den Körpern vermindert. Zusätzlich wird auch die Empfindlichkeitsverteilungsbreite grösser. Als Ergebnis ist das Auftreten von Artefakten wahrscheinlich, wenn solche Phosphorkeramiken (Szintillatormaterial) bei einem Strahlungsdetektor angewendet werden.

Das Phänomen, dass in dem Wachstumsprozess der Körner die schlanken Körner, wie in Fig. 1B gezeigt, auftreten, ist charakteristisch für Seltenerdoxysulfidphosphor, wie z. B. Gd₂O₂S-Phosphor. Obwohl der Mechanismus des Wachstums der schlanken Körner nicht ausreichend geklärt ist, wird angenommen, dass die anisotrope hexagonale Kristallstruktur des Seltenerdoxysulfidphosphors diese bewirkt.

In der Feinstruktur des erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterials weisen die Grobkörner der unregelmässigen Polyeder vorzugsweise eine Form auf, bei der die durchschnittliche Korngrösse im Bereich von 50 bis 100 µm liegt. Andererseits weisen die schlanken Feinteilchen vorzugsweise eine Form auf, bei der die durchschnittliche Kurzachse im Bereich von 2 bis 5 µm und die durchschnittliche Langachse im Bereich von 5 bis 100 µm liegt. Wenn die Grobkörner der unregelmässigen Polyeder und die schlanken Feinkörner solche Formen aufweisen, können die Stärke, die Empfindlichkeit und die Gleichförmigkeit der Empfindlichkeitsverteilung mit weiterer Reproduzierbarkeit verbessert werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, bezeichnet hier die Grösse eines Grobkorns (G₁) eines unregelmässigen Polyeders einen Durchmesser (D) des kleinsten Kreises, der es vollständig umschliesst. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind zusätzlich die Langachse und die Kurzachse eines schlanken Feinkorns (G₂) wie folgt definiert. Bei Umschliessen des Feinkorns (G₂) mit zwei Paaren gerader Linien bezeichnen die Länge einer Langseite (L₁) und die Länge einer Kurzseite (L₂) eines umschliessenden Rechtecks, das durch diese geraden Linien gebildet wird, jeweils die Langachse und die Kurzachse.

In einem Querschnitt eines gesinterten Körpers liegt das Verhältnis einer Fläche (S₁), die die Grobkörner einnehmen, zu der (S₂), die die Feinkörner einnehmen, d. h. S₁ : S₂, vorzugsweise im Bereich von 10 : 90 bis 60 : 40. Wenn das Verhältnis der Fläche (S₁), die die Grobkörner einnehmen, weniger als 10% beträgt, ist die Lichtausgabe (Empfindlichkeit) leicht gering. Wenn das Verhältnis der Fläche (S₁), die die Grobkörner einnehmen, 60% überschreitet, kann im Gegensatz hierzu die Stärke nicht ausreichend verbessert sein und die Empfindlichkeit zeigt leicht Schwankungen. Dementsprechend liegt das zuvor erwähnte Flächenverhältnis S₁ : S₂ besonders bevorzugt im Bereich von 20 : 80 bis 50 : 50.

Erfindungsgemäss werden die Durchschnittsformen der Grobkörner und der Feinkörner folgendermassen gemessen. Zunächst wird eine Oberfläche eines gesinterten Körpers spiegelpoliert und anschliessend mit einer Ätzlösung einer Zusammensetzung von Salzsäure : Wasser : Wasserstoffperoxid = 1 : 1 : 1 geätzt. Nach Trocknen wird eine beliebige Oberfläche hiervon mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet. Von den vergrösserten Fotografien, die Körner zeigen, werden zuerst mit denen einer 100-fachen Vergrösserung die Grobkörner und die Feinkörner klassifiziert. Dann werden beliebige Körner ausgewählt, um sie unter hoher Vergrösserung, z. B. 350-fach, 750-fach, zu beobachten, und die Formen der jeweiligen Körner werden gemessen. Die Formen der jeweiligen Körner sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Mehr als 10 Stück der Körner eines jeden Typs werden beobachtet, um Durchschnittswerte zu erhalten. Diese Werte zeigen Durchschnittsformen der Grobkörner und der Feinkörner.

Ähnlich wird das Verhältnis der Fläche (S₁), die die Grobkörner einnehmen, zu der Fläche (S₂), die die Feinkörner einnehmen, folgendermassen erhalten. Die Fläche, die die Grobkörner in der vergrösserten Fotografie (REM-Fotografie) bei 100-facher Vergrösserung einnehmen, wird auf ein Transparentpapier transferiert, um die Fläche (S₁) zu erhalten, und (S₂) wird als Gesamtfläche unter Ausnahme von (S₁) erhalten. Aus diesen Werten kann das Verhältnis hiervon erhalten werden.

Das erfindungsgemässe Szintillatormaterial, bestehend aus dem gesinterten Körper des Seltenerdoxysulfidphosphors, wie oben erwähnt, kann durch Anwenden z. B. der folgenden Herstellungsverfahren erhalten werden. Bei der Herstellung des erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterials (gesinterten Körpers) wird z. B. ein HIP-Verfahren angewendet. Die Struktur, bei der die Grobkörner und die Feinkörner durchmischt sind, wie in Fig. 1B gezeigt, kann ein Übergangszustand im Wachstumsprozess der Körner sein. Dementsprechend ist es wichtig, die Bedingungen des HIP- Verfahrens zu kontrollieren.

Zunächst werden die vorgeschriebenen Mengen der Verbindungen eines jeden Seltenerdelements, wie z. B. Gd, Pr, gemessen, und anschliessend wird ausreichend gemischt. In diesem Fall kann für jedes Ausgangsmaterial ein Oxid, wie z. B. Gadoliniumoxid und Praseodymoxid, verwendet werden. Für eine Mischung der jeweiligen Ausgangsmaterialien ist es bevorzugt, ein homogenes Mischoxid zu verwenden, wie im folgenden beschrieben. Die jeweiligen Seltenerdoxide werden in Salpetersäure gelöst und anschliessend unter Verwendung von Oxalsäure copräzipitiert. Die copräzipitierte Mischsubstanz, enthaltend die jeweiligen Seltenerdelemente, wird auf eine Temperatur von 900 bis 1.000°C erhitzt, wobei ein homogenes Mischoxid erhalten wird.

Dann wird das zuvor erwähnte Mischoxid der Seltenerdelemente, d. h. Gd₂O₃-Pulver, enthaltend Pr₂O₃, zu beispielsweise 5 × 10^-2 mol, Schwefelmittel, wie z. B. Schwefel (S), und Flussmittel, wie z. B. A₃PO₄ und A₂CO₃ (A bezeichnet mindestens einen Vertreter, ausgewählt aus Li, Na, K, Rb und Cs), gründlich vermischt. Eine solche Pulvermischung wird bei einer Temperatur von 1.100 bis 1.300°C 5 bis 10 Stunden lang erhitzt und anschliessend mit Säure und Wasser gewaschen, wobei ein Seltenerdoxysulfidphosphorpulver erhalten wird.

Das so erhaltene Seltenerdoxysulfidpulver wird als Ausgangsmaterial für die Phosphorkeramiken (gesinterten Körper) verwendet. Das verwendete Seltenerdoxysulfidpulver weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser im Bereich von 2 bis 20 µm auf. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Seltenerdoxysulfidpulvers weniger als 2 µm beträgt, wird bei dem Formen unter Verwendung z. B. einer kalten isostatischen Presse die Packungsdichte niedriger. Als Ergebnis wird in einem folgenden HIP-Verfahren zum Durchführen einer Hochdruckkompression die Kontraktion gross. Dementsprechend kann aufgrund einer Erhöhung der Kontraktion die Metallkapsel leicht beschädigt werden. Wenn andererseits der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Seltenerdoxysulfidpulvers 20 µm übersteigt, wird in dem HIP-Verfahren eine höhere Temperatur benötigt, wodurch die Stärke, die Empfindlichkeit und die Empfindlichkeitsverteilung leicht verschlechtert werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Seltenerdoxysulfidpulvers liegt besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 µm.

Das Seltenerdoxysulfidpulver, wie oben erwähnt, wird nach dem Formen in eine geeignete Form unter Verwendung einer kalten isostatischen Presse in eine Metallkapsel gepackt und verschlossen, und dann wird das HIP-Verfahren durchgeführt. Die Bedingungen in dem HIP-Verfahren sind erfindungsgemäss besonders wichtig. Das heisst, die HIP- Temperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 1.400 bis 1.600°C. Wenn die HIP-Temperatur unter 1.400°C liegt, kann das Kornwachstum nicht ausreichend gefördert werden. Wenn andererseits die HIP-Temperatur 1.600°C übersteigt, verläuft das Kornwachstum schnell, wodurch es erschwert wird, die durchmischte Struktur, die charakteristisch für die Erfindung ist, zu erhalten. Dementsprechend liegt die HIP-Temperatur besonders bevorzugt im Bereich von 1.450 bis 1.550°C.

Der HIP-Druck wird auf 98 MPa oder mehr eingestellt. Wenn der HIP-Druck weniger als 98 MPa beträgt, kann eine ausreichende HIP-Wirkung nicht erhalten werden. Die HIP- Zeit, obwohl diese von der HIP-Temperatur und dem HIP- Druck abhängt, liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 7 Stunden, wenn die HIP-Temperatur 1.400 bis 1.600°C beträgt und der HIP-Druck mehr als 98 MPa beträgt. Durch Unterwerfen des Seltenerdoxysulfidpulvers einem HIP- Verfahren unter solchen Bedingungen kann die gesinterte Struktur so kontrolliert werden, dass die Grobkörner von unregelmässigen Polyedern und die schlanken Feinkörner durchmischt sind. Das heisst, das erfindungsgemässe Szintillatormaterial kann mit guter Reproduzierbarkeit erhalten werden.

Wenn die HIP-Temperatur weniger als die zuvor erwähnte Temperatur beträgt oder die HIP-Zeit kürzer als die zuvor erwähnte Zeit ist, kann leicht ein gesinterter Körper mit einer Agglomeratstruktur von Primärteilchen, wie in Fig. 1A gezeigt, gebildet werden. Wenn weiterhin die HIP- Temperatur die zuvor erwähnte Temperatur übersteigt und die HIP-Zeit länger als die zuvor erwähnte Zeit ist, wird leicht ein gesinterter Körper erhalten, in dem die Körner in statistischen unregelmässigen Polyedern wachsen, wie in Fig. 1C gezeigt.

Gemäss einem Herstellungsverfahren eines gesinterten Körpers kann, wenn das zuvor erwähnte HIP-Verfahren angewendet wird, ein hochdichter gesinterter Körper des Seltenerdoxysulfidphosphors erhalten werden. Wenn ein solcher gesinterter Körper als keramischer Szintillator verwendet wird, wird eine Szintillatortafel in Form einer runden Scheibe oder einer rechteckigen Platte aus dem gesinterten Körper ausgeschnitten. Die Form der Szintillatorplatte kann z. B. für eine runde Scheibe einen Durchmesser von 20 mm oder mehr und eine Dicke von 0,5 mm oder mehr aufweisen, und für eine rechteckige Platte eine Länge der Kurzachse von 20 mm oder mehr, der der Langachse von 110 bis 500 mm und eine Dicke von 0,5 mm oder mehr aufweisen. Wenn die Dicke der Szintillatorplatte weniger als 0,5 mm beträgt, werden die Stoppleistung der Röntgenstrahlen und die Stärke des anschliessend hergestellten Szintillatorchips unzureichend. Die bevorzugte Dicke beträgt 1 mm oder mehr. Um der Nachfrage nach längeren Längen des anschliessend hergestellten Szintillatorchips zu genügen, beträgt der Durchmesser der scheibenförmigen Synthesezwischenprodukt vorzugsweise 90 mm oder mehr. Besonders bevorzugt beträgt er 300 mm oder mehr. Die Länge der Kurzachse der rechteckigen Szintillatorplatte beträgt aus gleichem Grunde vorzugsweise 90 mm oder mehr, besonders bevorzugt 300 mm oder mehr.

Da der gesinterte Körper des Seltenerdoxysulfidphosphors aufgrund der Erfindung eine hohe Stärke und hervorragende Gleichförmigkeit aufweist, kann selbst eine solche grosse Szintillatortafel wie oben erwähnt, mit Stabilität erhalten werden. Weiterhin können die Eigenschaften hiervon hervorragend beibehalten werden, und die Schwankung der Eigenschaften kann weitgehend vermindert werden.

Weiterhin können durch Bearbeiten der Szintillatorplatte, wie oben erwähnt, Szintillatorchips in Form rechteckiger Stangen hergestellt werden. Die Szintillatorchips werden in einem Strahlungsdetektor als Festkörperszintillator verwendet. Eine Form des Szintillatorchips kann z. B. eine Länge von 20 mm oder mehr, eine Breite von 0,5 bis 2 mm und eine Dicke von 0,5 bis 3 mm aufweisen. Aufgrund der Eigenschaft der hohen Stärke, die der erfindungsgemässe gesinterte Körper des Seltenerdoxysulfidphosphors aufweist, können selbst Szintillatorchips der zuvor erwähnten Dimension mit hoher Ausbeute erhalten werden. Bei der Bearbeitung in Szintillatorchips einer Länge von 20 mm oder mehr, selbst von 90 mm oder mehr, gar von 300 mm oder mehr, kann das Brechen oder Biegen der Szintillatortafel weitgehend unterdrückt werden. Insbesondere während des HIP-Verfahrens kann ein Brechen des gesinterten Körpers unterdrückt werden.

Das erfindungsgemässe keramische Szintillatormaterial ist, wie oben erwähnt, bezüglich der Empfindlichkeitseigenschaften und der Gleichförmigkeit der Empfindlichkeitsverteilung hervorragend. Durch Verwendung der Szintillatorchips mit der zuvor erwähnten Form als lumineszenzgenerierendes Mittel können die Verkleinerung der Detektorelemente, eine Verbesserung der Detektionsempfindlichkeit der Strahlung und eine Unterdrückung von Artefakten realisiert werden. Dies trägt weitgehend zur Verkleinerung und höheren Auflösung eines Strahlungsdetektors bei.

Der Szintillatorchip soll, um eine Erhöhung der Anzahl der Segmente pro Kanal eines Strahlungsdetektors zu erreichen, länger als je zuvor sein. Gemäss dem erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterial kann ein Szintillatorchips einer Länge im Bereich von z. B. 40 mm oder mehr, 90 mm oder mehr, 300 mm oder mehr, realisiert werden. Ein Szintillatorchip, in dem das erfindungsgemässe Material so angewendet wird, hat eine solch hohe Stärke, dass die Biegestärke, gemessen durch ein Dreipunkt- Biegetestverfahren, 80 MPa oder mehr beträgt.

Gemäss dem zuvor erwähnten Szintillator grösserer Länge kann ein Kanal mit einer Vielzahl von Segmenten, die aus einem Chip ausgeschnitten werden, aufgebaut werden. Das heisst, die Eigenschaften der jeweiligen Kanäle eines Strahlungsdetektors können gleichförmig gemacht werden. Zum Beispiel wird in einer Röntgen-CT-Vorrichtung für die Mehrschichttomografie ein Kanal aus vielen Segmenten aufgebaut. Die erfindungsgemässen Szintillatorchips sind für solche Anwendungen geeignet.

Im folgenden werden die Implementierungsarten des erfindungsgemässen Strahlungsdetektors und der Strahlungsprüfvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 4, 5 und 6 erklärt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Konfiguration einer Ausführungsform eines Röntgenstrahlendetektors, in dem die Erfindung angewendet wird. Ein in der gleichen Figur gezeigter Röntgenstrahlendetektor (1) umfasst einen Szintillatorblock (2) als lumineszenzgenerierendes Mittel. Der Szintillatorblock (2), wie in Fig. 5 gezeigt, wird durch Integration einer Vielzahl von Segmenten (3), die aus dem zuvor erwähnten, erfindungsgemässen Szintillatorchip ausgeschnitten werden, in der Länge und in der Breite aufgebaut.

In dem Szintillatorblock (2) wird für jeden Kanal (2a, 2a, . . .) eine Mehrzahl an Segmenten (3), die aus einem Stück eines Szintillatorchips ausgeschnitten wurden, verwendet. Durch Anordnen der Mehrzahl der Segmente (3), die aus einem Stück eines Szintillatorchips ausgeschnitten wurden, in Längsrichtung, werden die jeweiligen Kanäle (2a, 2a, . . .) aufgebaut. In dem Szintillatorblock (2) sind zwischen den jeweiligen Kanälen (2a, 2a, . . .) Schichten mit lichtreflektierendem Material zwischengelegt.

Auf der Vorderseite der jeweiligen Kanäle (2a, 2a, . . .) des Szintillatorblocks (2) werden Collimatorplatten gelegt, um die Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen zu beschränken, wodurch Röntgenstrahlen, die aus einer schrägen Richtung einfallen, abgeschnitten werden, um nur Röntgenstrahlen, die senkrecht auf den Szintillatorblock (2) einfallen, zuzuführen. Auf der Rückseite des Szintillatorblocks (2) wird ein fotoelektrisches Umwandlungsteil (6) vorgesehen. Das fotoelektrische Umwandlungsteil (6) umfasst eine Mehrzahl an Fotodioden (7), die entsprechend den jeweiligen Segmenten (3, 3, . . .) des Szintillatorblocks (2) vorgesehen sind.

In dem zuvor erwähnten Röntgenstrahlendetektor (1) treten Röntgenstrahlen in den Szintillatorblock (2) ein, und die jeweiligen Segmente (3) des Szintillatorblocks (2) emittieren Licht gemäss der Menge an hierauf einfallenden Röntgenstrahlen. Das von den jeweiligen Segmenten (3) emittierte Licht wird durch die jeweiligen entsprechenden Fotodioden (7) detektiert. Das heisst, die gemäss der einfallenden Menge an Röntgenstrahlen emittierte Lichtausgabe wird in eine elektrische Ausgabe durch die Fotodioden (7) umgewandelt, wodurch die Menge der einfallenden Röntgenstrahlen gemessen wird.

In einem solchen Röntgenstrahlendetektor (1) kann die Detektionsempfindlichkeit der Röntgenstrahlen verbessert werden und die Gleichförmigkeit der Empfindlichkeit (Ausgabe) jedes Kanals (2a, 2a, . . .) kann erhöht werden, da die Kanäle (2a) des Szintillatorblocks (2) aus einer Mehrzahl von Segmenten aufgebaut sind, die aus dem erfindungsgemässen Szintillatorchips ausgeschnitten werden. Hierdurch können die Eigenschaften und die Präzision des Röntgenstrahlendetektors (1) stark verbessert werden. Der Röntgenstrahlendetektor (1) kann geeigneterweise in einer Röntgen-CT-Vorrichtung für die Mehrschichttomografie verwendet werden. Zusätzlich können solche Röntgenstrahlendetektoren mit hoher Präzision und hoher Ausbeute hergestellt werden.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Ausführungsform einer Röntgen-CT- Vorrichtung zeigt, in der die Erfindung angewendet wird. Eine Röntgen-CT-Vorrichtung (10), die in der gleichen Figur gezeigt wird, umfasst einen Röntgenstrahlendetektor (1) der zuvor erwähnten Ausführungsform. Die Röntgenstrahlendetektoren (1) werden in eine zylinderartige innere Wand einer Röntgenstrahlensignal- Umwandlungseinheit der CT-Vorrichtung gesteckt. Ungefähr im Zentrum des Bogens, in das die Röntgenstrahlendetektoren (1) gesteckt sind, wird eine Röntgenstrahlenröhre (11), die Röntgenstrahlen emittiert, vorgesehen. Zwischen den Röntgenstrahlendetektoren (1) und der Röntgenstrahlenröhre (11) wird ein fixiertes Objekt (12) angeordnet. Der Röntgenstrahlendetektor (1) und die Röntgenstrahlenröhre (11) rotieren zusammen um das fixierte Objekt (12) als Zentrum in der Richtung eines bogenförmigen Pfeils, so dass der Röntgenstrahlendetektor (1) Röntgenstrahlen verschiedener Intensitäten von unterschiedlichen Winkeln nach Transmission des Objekts (12) aufnehmen kann. So wird die Bildinformation des Objekts (12) dreidimensional aus verschiedenen Winkeln gesammelt.

Ein Computer (13) bearbeitet durch den Detektor erhaltene Signale, um auf einer Anzeige (14) ein Objektbild (15) zu zeigen. Das Objektbild (15) ist z. B. eine Querschnittsradiografie die Objekts (15). In der Röntgen- CT-Vorrichtung der Mehrschichttomografie wird eine Vielzahl von Querschnittsbildern des Objekts (12) gleichzeitig aufgenommen. Gemäss einer solchen Röntgen-CT- Vorrichtung für die Mehrschichttomografie können Ergebnisse der Bildaufnahme dreidimensional dargestellt werden.

In einer solchen Röntgen-CT-Vorrichtung (10) kann das Auftreten von Artefakten (Pseudobildern) wirksam unterdrückt werden, aufgrund der Verwendung der erfindungsgemässen Szintillatorchips, die bezüglich der Gleichförmigkeit der Empfindlichkeitsverteilung hervorragend sind. Weiterhin kann die Auflösung verbessert werden aufgrund der hohen Lichtausgabe aus den jeweiligen Szintillatoren. Hiermit können die Fähigkeiten zur medizinischen Diagnose aufgrund der Verwendung einer Röntgen-CT-Vorrichtung (10) stark verbessert werden.

Die erfindungsgemässe Strahlungsprüfvorrichtung kann ohne Beschränkung auf die Röntgenstrahlen-Prüfvorrichtung für die medizinische Diagnose selbst bei einer zerstörungsfreien Röntgenstrahlen-Prüfvorrichtung für die industrielle Verwendung angewendet werden. Die Erfindung trägt zur Verbesserung der Prüfpräzision aufgrund einer zerstörungsfreien Röntgenstrahlen-Prüfvorrichtung bei.

Im folgenden werden konkrete erfindungsgemässe 3 Ausführungsformen beschrieben.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Zuerst wird Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm unter Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.500°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein zylindrischer gesinterter Körper (Phosphorkeramik) eines Durchmessers von etwa 80 mm × einer Höhe von etwa 120 mm hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Auswertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 10 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.550°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 3 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.400°C und einem Zeitraum von 6 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 4

Gd₂O₂S: Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 12 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.580°C und einem Zeitraum von 7 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 5

Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 20 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.600°C und einem Zeitraum von 6 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 6

(Gd_0,9La_0,1)₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.500°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 7

(Gd_0,9Y_0,1)₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.500°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 8

(Gd_0,9Lu_0,1)₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 12 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.580°C und einem Zeitraum von 6 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 9

Gd₂O₂S : Pr, Ce (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%, Ce- Konzentration 0,0005 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP-Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP- Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.500°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 10

Gd₂O₂S : Pr, Zr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%, Zr- Konzentration 0,02 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP-Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP- Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.550°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 11

Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,1 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.500°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 12

Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,2 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.500°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.250°C und einem Zeitraum von 5 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 30 µm wird durch Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP- Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.650°C und einem Zeitraum von 2 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Zu Gd₂O₂S : Pr (Pr-Konzentration beträgt 0,05 mol-%) Phosphorpulver eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 6 µm wird LiF zu 0,08 Massen-% als Sinterhilfe hinzugefügt und anschliessend wird ausreichend gemischt. Die Mischung wird unter Verwendung einer kalten isostatischen Presse geformt. Der geformte Körper wird nach Verschliessen in eine Ta-Kapsel in eine HIP-Bearbeitungsvorrichtung eingebracht. Nach Einleiten von Ar-Gas in die HIP-Bearbeitungsvorrichtung als Druckmedium wird der verschlossene Körper unter Bedingungen eines Drucks von 147 MPa, einer Temperatur von 1.300°C und einem Zeitraum von 3 Stunden bearbeitet. So wird ein gesinterter Körper (Phosphorkeramik) von etwa der gleichen Form wie der in Ausführungsform 1 hergestellt. Der gesinterte Körper wird für die Bewertung der Eigenschaften bereitgestellt, die später beschrieben wird.

Aus jedem der gesinterten Körper (Phosphorkeramiken) der zuvor erwähnten Ausführungsformen 1 bis 12 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wird eine Szintillatortafel einer rechteckigen Platte der Grösse 1 × 80 × 30 mm ausgeschnitten. Dann werden aus jeder Szintillatortafel Szintillatorchips in Form rechteckiger Stangen der Grösse 1 × 2 × 30 mm ausgeschnitten. Die Ausbeute während der Verarbeitung zu Szintillatorchips wird bewertet. Mit diesen Szintillatorchips werden die Eigenschaften jeweils wie folgt bewertet.

Zuerst wird eine Schnittfläche eines jeden Szintillatorchips leicht mit anorganischer Säure oder dergleichen geätzt. Die geätzte Oberfläche wird mit einem Elektronenmikroskop (REM) beobachtet. Die Fig. 7A, 7B und 7C sind REM-Fotografien, die in Vergrösserung die geätzten Oberflächen der Szintillatorchips gemäss Ausführungsform 1 zeigen. Fig. 7B ist eine REM-Fotografie, die in weiterer Vergrösserung einen Teil der Fig. 7A zeigt, Fig. 7C ist eine REM-Fotografie, die in weiterer Vergrösserung einen Teil der Fig. 7B zeigt. Aus solchen REM-Beobachtungen wird eine Verteilung der Korngrösse erhalten. Eine konkrete Messmethode der Körner ist eine solche, wie sie zuvor beschrieben wurde. Weiterhin wird gemäss JIS R 1604, das den Dreipunkt-Biegetest zur Bewertung der Biegestärke von Feinkeramiken definiert, die Stärke der jeweiligen Szintillatorchips gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Anschliessend werden Röntgenstrahlen (120 kVp, 300 mA) auf eine der 1 × 30 mm-Oberflächen jedes Szintillatorchips gestrahlt, um einen elektrischen Strom zu messen, der auf einer Si-Fotodiode, die auf der anderen 1 × 30 mm- Oberfläche angeordnet ist, induziert wird. Dieser Wert des Stroms bezeichnet die Empfindlichkeit des Szintillatorchips. Bei der Messung der Empfindlichkeitsverteilung werden Röntgenstrahlen anstatt auf die gesamte Oberfläche des Szintillatorchips auf die Probe durch einen Schlitz einer Breite von 1 mm bestrahlt, während die Bestrahlungsfläche von einem Ende des Szintillatorchips nach und nach verrückt wird. Aus den jeweiligen Stromwerten wird die Empfindlichkeitsverteilung entlang der Chiplänge erhalten. Als eine Referenz für die Empfindlichkeitsmessung wird eine Probe eines CdWO₄- Einkristalls der gleichen Dimension für die Verwendung ausgeschnitten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

TABELLE 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt, weisen alle Szintillatorchips, die aus den keramischen Szintillatormaterialien der jeweiligen erfindungsgemässen Ausführungsformen bestehen, eine Struktur auf, in der Grobkörner von unregelmässigen Polyedern und schlanke Feinkörner durchmischt sind. Wie aus den Fig. 7A, 7B und 7C ersichtlich, füllen die schlanken Feinkörner in der Umgebung der Grobkörner der unregelmässigen Polyeder Hohlräume. In den Szintillatorchips gemäss den jeweiligen Ausführungsformen liegt das Verhältnis einer Fläche, die die Grobkörner einnehmen, zu einer Fläche, die die Feinkörner einnehmen, im Bereich von 10 : 90 bis 60 : 40. Die Szintillatorchips, bestehend aus dem gesinterten Körper mit einer solchen Feinstruktur, sind bezüglich der Empfindlichkeitseigenschaften und der Verteilung hiervon hervorragend und weisen eine gute mechanische Stärke auf.

Andererseits ist in Vergleichsbeispiel 1 mit einer Agglomeratstruktur der Feinkörner die Empfindlichkeit gering und auch die Stärke schlecht. Vergleichsbeispiel 2, das eine Struktur aufweist, die nur aus Grobkörnern von statistischen unregelmässigen Polyedern besteht, ist bezüglich der Stärke schlecht und etwas geringer in der Empfindlichkeit und weist eine grössere Schwankung in der Empfindlichkeitsverteilung auf. Vergleichsbeispiel 3, in dem eine Sinterhilfe verwendet wird, ist bezüglich der Empfindlichkeit und der Stärke schlecht.

Weiterhin zeigte jeder der gesinterten Körper gemäss den Ausführungsformen 1 bis 12 eine hohe Ausbeute von 80 bis 100% bei der Verarbeitung zu Szintillatorchips in Form rechteckiger Stangen der Grösse 1 × 2 × 30 mm.

Andererseits betrugen in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 alle Ausbeuten weniger als 60%, was unzureichend für die praktische Anwendung ist. Somit können die erfindungsgemässen keramischen Szintillatormaterialien die Herstellung längerer Szintillatorchips ermöglichen.

AUSFÜHRUNGSFORMEN 13 UND 14

Aus jedem der gesinterten Körper, die in identischer Weise mit den Ausführungsformen 1 und 9 hergestellt wurden, wird zuerst eine Szintillatortafel als rechteckige Platte ausgeschnitten. Dann werden von jeder Szintillatortafel Szintillatorchips in Form rechteckiger Stangen der Grösse 0,5 × 0,5 × 100 mm ausgeschnitten. Die Ausbeuten während der Bearbeitung in Szintillatorchips werden bewertet. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

VERGLEICHSBEISPIELE 4 UND 5

Aus jedem der gesinterten Körper, die in identischer Weise mit den Vergleichsbeispielen 1 und 3 hergestellt wurden, wird zuerst eine Szintillatortafel als rechteckige Platte ausgeschnitten. Dann werden von jeder Szintillatortafel Szintillatorchips in Form rechteckiger Stangen der Grösse 0,5 × 0,5 × 100 mm ausgeschnitten. Die Ausbeuten während der Bearbeitung in Szintillatorchips werden bewertet. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

TABELLE 2

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, kann gemäss den erfindungsgemässen gesinterten Körpern (keramisches Szintillatormaterial) eine höhere Ausbeute erhalten werden, selbst wenn sie in längere Szintillatorchips, wie z. B. 0,5 × 0,5 × 100 mm, verarbeitet werden. Selbst bei der Verarbeitung in Szintillatorchips einer Länge von 330 mm können ähnliche Effekte erhalten werden. Somit kann das erfindungsgemässe keramische Szintillatormaterial ausreichend die Anforderung an längere Szintillatorchips erfüllen.

Wie aus dem obigen ersichtlich, weist das erfindungsgemässe keramische Szintillatormaterial zusätzlich zu einer hervorragenden Lichtausgabe (Empfindlichkeitseigenschaft) eine mechanische Stärke auf, die z. B. für die Verkleinerung eines Detektors ausreichend ist, und ist weiterhin hervorragend bezüglich der Gleichförmigkeit der Empfindlichkeitsverteilung. Gemäss dem erfindungsgemässen Strahlungsdetektor und der Strahlungsprüfvorrichtung unter Verwendung eines solchen keramischen Szintillatormaterials können die Auflösung und die Bildgenauigkeit verbessert werden.

Während in der vorhergehenden Beschreibung diese Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist und viele Details zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung zusätzlichen Ausführungsformen zugänglich ist und dass bestimmte, hier beschriebene Details beträchtlich verändert werden können, ohne von den grundlegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Keramisches Szintillatormaterial, umfassend einen gesinterten Körper aus Seltenerdoxysulfidphosphor, enthaltend Praseodym als primären Aktivator, wobei der gesinterte Körper eine Struktur umfasst, in der Grobkörner von unregelmässigen Polyedern und schlanke Feinkörner durchmischt sind.

2. Keramisches Szintillatormaterial gemäss Anspruch 1, in dem die Grobkörner eine Form aufweisen, deren durchschnittliche Dimension im Bereich von 50 bis 100 µm liegt, die Feinkörner eine Form aufweisen, deren durchschnittliche Kurzachse im Bereich von 2 bis 5 µm liegt, und deren durchschnittliche Langachse im Bereich von 5 bis 100 µm liegt.

3. Keramisches Szintillatormaterial gemäss Anspruch 2, wobei in einem Querschnitt des gesinterten Körpers das Verhältnis der Fläche, die die Grobkörner einnehmen, zu der Fläche, die die Feinkörner einnehmen, im Bereich von 10 : 90 bis 60 : 40 liegt.

4. Keramisches Szintillatormaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seltenerdoxysulfidphosphor eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen ausgedrückt wird durch die allgemeine Formel:
RE₂O₂S : Pr
wobei in der Formel RE zumindest einen Vertreter eines Elements, ausgewählt aus Y, Gd, La und Lu, bezeichnet.

5. Keramisches Szintillatormaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seltenerdoxysulfidphosphor eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen ausgedrückt wird durch die allgemeine Formel:
(Gd_1-x, RE'_x)₂O₂S : Pr
wobei RE' zumindest einen Vertreter eines Elements, ausgewählt aus Y, La und Lu, bezeichnet, und x eine Zahl ist, die 0 ≦ x ≦ 0,1 genügt.

6. Keramisches Szintillatormaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seltenerdoxysulfidphosphor mindestens einen Vertreter eines Elements, ausgewählt aus Ce, Zr und P als Co- Aktivator enthält.

7. Keramisches Szintillatormaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramische Szintillatormaterial eine ebene Szintillatortafel umfasst.

8. Keramisches Szintillatormaterial gemäss Anspruch 7, wobei die Szintillatortafel eine runde Scheibe eines Durchmessers von 20 mm oder mehr und einer Dicke von 0,5 mm oder mehr ist.

9. Keramisches Szintillatormaterial gemäss Anspruch 7, wobei die Szintillatortafel eine rechteckige Platte mit einer kurzen Seite von 20 mm oder mehr, einer langen Seite von 110 bis 500 mm und einer Dicke von 0,5 mm oder mehr aufweist.

10. Keramisches Szintillatormaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramische Szintillatormaterial einen Szintillatorchip in Form einer rechteckigen Stange umfasst.

11. Keramisches Szintillatormaterial gemäss Anspruch 10, wobei der Szintillatorchips eine Form aufweist, in der die Länge 20 mm oder mehr, die Breite 0,5 bis 2 mm und die Dicke 0,5 bis 3 mm beträgt.

12. Keramisches Szintillatormaterial gemäss Anspruch 11, wobei die Länge des Szintillatorchips im Bereich von 40 mm oder mehr liegt.

13. Keramisches Szintillatormaterial gemäss Anspruch 11, wobei der Szintillatorchips eine Biegestärke gemäss dem Dreipunkt-Biegetest von 80 MPa oder mehr aufweist.

14. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Szintillatormaterials, umfassend einen gesinterten Körper aus Seltenerdoxysulfidphosphor, enthaltend Praseodym als primären Aktivator, wobei die Wärmebehandlungsbedingung und/oder die Druckbedingung während der Herstellung des gesinterten Körpers so kontrolliert wird, dass eine Struktur gebildet wird, in der Grobkörner von unregelmässigen Polyedern und lange Feinkörner durchmischt sind.

15. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Szintillatormaterials gemäss Anspruch 14, umfassend:
einen Schritt der Herstellung des gesinterten Körpers durch ein HIP-Verfahren;
wobei bezüglich der Wärmebehandlungsbedingung und/oder der Druckbedingung die Bedingungen des HIP- Verfahrens kontrolliert werden.

16. Strahlungsdetektor, umfassend:
ein lumineszenzgenerierendes Mittel, das bewirkt, dass das keramische Szintillatormaterial gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13 gemäss der einfallenden Strahlung luminesziert; und
Mittel zur Durchführung einer fotoelektrischen Umwandlung des Lichtes in eine elektrische Ausgabe nach Aufnahme des Lichtes von dem lumineszenzgenerierenden Mittel.

17. Strahlungsdetektor gemäss Anspruch 16, wobei das lumineszenzgenerierende Mittel ein Strahlungsdetektor, umfassend einen Szintillatorblock, ist, in dem mehrere Szintillatorsegmente, die durch Schneiden eines Szintillatorchips, bestehend aus dem keramischen Szintillatormaterial, hergestellt werden, in Längs- und Querrichtung integriert werden.

18. Strahlungsdetektor gemäss Anspruch 17, wobei das lumineszenzgenerierende Mittel eine Mehrzahl von jeweiligen Kanälen umfasst, wobei die jeweiligen Kanäle eine Konfiguration aufweisen, in der eine Mehrzahl von Segmenten, die durch Schneiden des Szintillatorchips hergestellt werden, in einer Richtung integriert werden, die ungefähr senkrecht zu der Richtung der Anordnung der Mehrzahl der Kanäle ist.

19. Strahlungsprüfvorrichtung, umfassend:
eine Strahlungsquelle, die Strahlung auf ein zu untersuchendes Objekt strahlt; und
einen Strahlungsdetektor gemäss Anspruch 18 zur Detektion der durch das Objekt durchgelassenen Strahlung.

20. Strahlungsprüfvorrichtung gemäss Anspruch 19, wobei die Strahlungsprüfvorrichtung ein Röntgenstrahlentomograph ist.