JP2003523446A - シンチレータ結晶、その製造方法及びその適用 - Google Patents
シンチレータ結晶、その製造方法及びその適用Info
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Abstract
Description
特にγ線及び/又はx線検知でのその使用に関する。
はそれよりも大きいの粒子の検知に関して広く使用されている。
これは入射に対して光パルスの放出によって反応する。
出される光が光検知手段に入り、受け取られた光のパルス数及びそれらの強度に
比例する電気信号をもたらす検知装置を作ることが可能である。そのような検知
装置は特に、厚さ及び重量測定のために産業的に、並びに核医療、物理、化学及
び石油探査の分野において特に使用されている。
要素化ナトリウムTl:NaIタイプのものである。1948年にRobert
Hofstadterによって発見され、近代のシンチレータの基礎となった
このシンチレーション物質は、この物質の発見から50年を経過しているにもか
かわらず、この分野における主要な物質である。しかしながら、これらの結晶の
シンチレーション遅延はあまり早くない。
タリウム(Tl)又はナトリウム(Na)によってドープされていてもよい。
ビスマス(BGO)タイプのものである。BGOタイプの結晶は、遅延時間定数
が大きく、このことは、これらの結晶の用途を低計測速度のものに限定する。
れらはセリウム活性化ルテチウムオキシオルトシリケートCe:LSOタイプの
ものである。しかしながらこれらの結晶は非常に不均一であり、融点が非常に高
い(約2,200℃)。
である。
ことによる。核放射検知器のエネルギー分解能は実際に、核放射検知装置が、非
常に近い放射エネルギーを区別する能力を決定する。通常、所定のエネルギーで
所定の検知器について、例えばピークの平均エネルギーに対して、検知器で得ら
れるエネルギースペクトルにおける対象ピークの中間高さ幅を決定する。(特に
G.F.Knollの「Radiation Detection and M
easurement」、John Wiley and Sons社、第2版
、p.114を参照)。本明細書の記載及び行った全ての測定において、分解能
は、137Csの主γ線放射エネルギーである662keVで測定した。
ことを意味する。エネルギー分解能が約7%である場合には良好な結果が得られ
ると考えられる。しかしながらやはり、分解能の値が比較的小さいことはかなり
有益である。
エネルギー分解能は、これらの同位体の改良された識別を可能にする。
線カメラ又は陽電子放出断層撮影(PET)タイプの装置で特に有利である。こ
れは、エネルギー分解能の増加が、画像の質及びコントラストをかなり改良し、
腫瘍のより正確で早期の検知が可能になることによる。
パラメータは通常、「スタートストップ(Start Stop)」又は「マル
チヒット(Multi−hit)」法によって測定する(W.W.Moses(
Nucl.Instr and Meth.A336(1993年)253)に
よって説明されている)。
。核医療画像の分野においては、これは例えば、検査時間をかなり短くすること
を可能にする。あまり大きくない遅延時間定数は、瞬時に起こる現象を検知する
装置の瞬間的な分解能を改良することも可能にする。これは、陽電子放出断層撮
影(PET)の場合にあてはまり、ここではシンチレータ遅延時間定数の減少が
、より正確に、瞬時に起こるものではない現象を除くことによって画像を有意に
改良することが可能になる。
が遅延時間定数によって特徴付けられる指数関数の合計であるということができ
る。
間定数の両方を得ることはできない。
%と良好であるが、遅延時間定数が約230ナノ秒と大きいことによる。同様に
、Tl:CsI及びNa:CsIは、遅延時間定数が大きく、特に500ナノ秒
超である。
であるが、この物質の662keVのγ線励起でのエネルギー分解能は、一般に
10%よりも大きい。
示されている(「Optical and scintillation pr
operties of cerium doped LaCl3,LuBr3
and LuCl3」、Journal of Luminescence 8
5(1999年) 21〜35)。この文献は、セリウムでドープした化合物、
例えば0.57mol%のCeでドープしたLaCl3;0.021mol%、
0.46mol%及び0.76mol%のCeでドープしたLuBr3;0.4
5mol%のCeでドープしたLuCl3のシンチレーション性質を示している
。これらのシンチレーション物質は、7%程度の非常に有益なエネルギー分解能
を有し、早いシンチレーション成分の遅延時間定数が非常に小さく、特に25〜
50ナノ秒である。しかしながらこれらの物質の早い成分の強度は小さく、特に
1,000〜2,000光子/MeV程度である。このことは、高性能検知器の
部品としてはこれらを使用できないことを意味する。
遅延時間定数を有することができる物質に関する。ここでは、早いシンチレーシ
ョン成分の強度は、高性能の検知器を作るために適当なものであり、特に4,0
00ph/MeV(光子/MeV)超、特に8,000ph/MeV(光子/M
eV)超であり、また好ましい態様では、エネルギー分解能が良好であり、特に
少なくともTl:NaIと同じぐらいエネルギー分解能が良好である。
の目的を達成する。ここでMは、La、Gd、Yの群のランタニド又はランタニ
ドの混合から選択され、特にLa、Gdの群のランタニド又はランタニドの混合
から選択される。またxは、セリウムによるMの置換の程度であり、「セリウム
含有率」として言及する。ここでxは、0.01mol%又はそれよりも大きく
、厳密に100mol%未満である。
番号57〜71の遷移金属及びイットリウム(Y)に言及している。
おり、本発明の技術分野で一般的な不純物を含有していてもよい。一般的な不純
物質は、原料に起因する不純物であり、その含有率は特に0.1%未満、より特
に0.01%未満であり、及び/又は望ましくない相であり、その堆積分率は特
に1%未満である。
物がかなりの性質を有することを示す方法を知っている。本発明の物質のシンチ
レーション放出は、強い早い成分(少なくとも10,000ph/MeV)と、
20〜40ナノ秒程度の小さい遅延時間定数とを有する。
同時に662keVにおけるエネルギー分解能が良好であり、特に5%未満、よ
り特に4%未満のエネルギー分解能を有する。
ギー分解能が5%未満である。
ナノ秒未満の小さい遅延時間定数を有する。
満のエネルギー分解能と、40ナノ秒未満、特に30ナノ秒未満の小さい遅延時
間定数の両方を有する。
l%〜90mol%、より特に2mol%又はそれよりも大きく、また更により
特に4mol%又はそれよりも大きく、及び/又は好ましくは50mol%又は
それよりも小さく、特に30mol%又はそれよりも小さい。
なくとも0.1mol%、より特に少なくとも0.2mol%である。好ましい
態様では、セリウム含有率は、実質的に0.5mol%に等しい。
ーを含む検知する放射を効果的に停止し且つ検知するのに十分な大きさの部品を
得ることを可能にする単結晶である。これらの単結晶の体積は特に、10mm3
程度、特に1cm3超、より特に10cm3超である。
ばゾル−ゲルの形のバインダー等と混合された粉末状のものである。
圧シールされた石英アンプル中において、ブリッジマン(Bridgman)成
長法によって、単結晶の上述のシンチレーション物質M1-xCexBr3を得る方
法に関する。
の、上述のシンチレーション物質の使用に関する。
に応じて電気的な信号を与えるために、シンチレータと光学的に組み合わされた
光検知器を有する。
サーでよい。
たこの系は、α及びβ放射並びに電子を検知することができる。また本発明は、
核医療装置、特にアンガータイプのγ線カメラ及び陽電子放出断層撮影スキャナ
での上述の検知器の使用に関する(例えばC.W.E. Van Eijk、「
Inorganic Scintillator for Medical I
maging」、International Seminar New Ty
pes of Detectors、1995年5月15〜19日、フランス国
Archamp、「Physica Medica」、Vol.XII、補遺1
、6月96を参照)。
関する(例えば「Photomultiplier tube, princi
ple and application」、第7章、Philipsの「Ap
plications of scintillation counting
and analysis」)。
る試料でのデータに関する下記の説明から明らかになる。
ンチレーションを示している。
llot−Noeelによる文献で特定されている。
している。
レーション強度(光子/MeV)によって特徴付けられている。シンチレーショ
ン強度は、シンチレータによって放出される光子の全数に対するこの成分の寄与
を示している。
料1〜5)の全てで、早い蛍光成分の遅延時間定数が20〜40ナノ秒で有利で
あり、この早い成分のシンチレーション強度はかなりのものであり、10,00
0ph/MeVよりもかなり大きいことが分かる。実際にこれは、約40,00
0ph/MeVに達している。
であり、3〜4%という予想外の性質を有している。これは、Tl:NaIと比
較してかなりの改良である。
レーション性質を持たないことによる。例えばセリウムでドープした臭素化ルテ
チウム(例B及びC)は、良好な分解能(R%)を有するが、早い成分の強度が
小さく、実質的に4,000ph/MeV未満である。既知のフッ素化ランタニ
ド(例D、E、F、G)では、放射エネルギー強度が非常に小さい。
の早い放出成分の強度がかなり増加することを見出した。
ネルギー分解能、瞬時の分解能及び計測速度に関して、検知器の性能を向上させ
るために特に適当な性質を有する。
Claims (10)
- 【請求項1】 一般式M1-xCexBr3の無機シンチレーション物質(Mは
、La、Gd、Yの群のランタニド又はランタニドの混合から選択され、特にL
a、Gdの群のランタニド又はランタニドの混合から選択され、またxは、セリ
ウムによるMの置換の程度であり、0.01mol%又はそれよりも大きく、厳
密に100mol%未満)。 - 【請求項2】 Mがランタン(La)であることを特徴とする、請求項1に
記載のシンチレーション物質。 - 【請求項3】 xが1mol%超、及び/又は90mol%若しくはそれ未
満、特に50mol%若しくはそれ未満、より特に30mol%若しくはそれ未
満であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のシンチレーション物質。 - 【請求項4】 xが2mol%以上30mol%以下であることを特徴とす
る、請求項3に記載のシンチレーション物質。 - 【請求項5】 xが0.01mol%以上1mol%以下、特に0.1mo
l%又はそれ未満、より特に実質的に0.5mol%であることを特徴とする、
請求項1又は2に記載のシンチレーション物質。 - 【請求項6】 前記シンチレーション物質が単結晶で、特に10mm3超、
より特に1cm3超であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の
シンチレーション物質。 - 【請求項7】 前記シンチレーション物質が粉末又は多結晶であることを特
徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のシンチレーション物質。 - 【請求項8】 請求項6に記載の単結晶シンチレーション物質を成長させる
方法であって、前記単結晶を、ブリッジマン成長法、特に減圧シールされた石英
アンプル中における、例えばMBr3及びCeBr3粉末の混合物から得ることを
特徴とする、請求項6に記載の単結晶シンチレーション物質を成長させる方法。 - 【請求項9】 シンチレーション検知器、特に産業、医療及び/又は原油掘
削探知の用途のためのシンチレーション検知器の部品としての、請求項1〜7の
いずれかに記載のシンチレーション物質の使用。 - 【請求項10】 アンガータイプのγ線カメラ又は陽電子放出断層撮影スキ
ャナの構成要素としての、請求項9に記載のシンチレーション検知器の使用。
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