JP2013002882A - 放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い光透過率および高い発光量を有するシンチレータアレイを提供するとともに、当該シンチレータアレイを用いた検出感度の高い放射線検出器を提供すること。
【解決手段】本発明によれば、放射線を吸収して発光する複数の柱状のシンチレータからなるシンチレータアレイと、前記シンチレータの発光を検知する受光器とを備える放射線検出器であって、前記複数の柱状のシンチレータは、その長手方向に前記放射線が入射するように、複数の行・列に二次元配列され、前記シンチレータは、Gd、Al、O、およびCe、ならびにGa、Sc、Y、YbおよびLuから選択される少なくとも1種を含むガーネット型シンチレータ結晶であり、前記シンチレータは、550nmの波長の光に対する吸光係数が0.005mm−1以下である、放射線検出器が提供される。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明に係る放射線検出器を示す。放射線検出器100は、シンチレータアレイ111と、シンチレータアレイ111の発光を検知する受光器112とを備える。
シンチレータアレイ111は、柱状の細長形状の複数のシンチレータ111aから構成される。柱状のシンチレータ111aの形状としては、例えば、角柱状、円柱状等が挙げられる。本実施形態において、シンチレータ111aは、細長形状の直方体であり、その長手方向に放射線が入射するように、複数の行・列の二次元配列されている。すなわち、シンチレータは、放射線の入射方向に対して長手方向と直交する方向に二次元状に配列されている。シンチレータアレイ111を構成するシンチレータ111aは、複数列のマトリクス状に配置されることが好ましい。シンチレータ111aは、放射線の入射に伴って発光し、放射線を光に変換する。放射線検出器100は、シンチレータ111aの発光を検知する受光器112を備える。受光器112としては、当該分野で通常使用される光検出素子を使用することができ、例としては、フォトダイオード(PD)、シリコンフォトマルチプライヤー(Si−PM)、および光電子増倍管(PMT)等が挙げられる。本発明の放射線検出器は、受光器112に接続され、受光器112から出力された電気信号に基づいて、放射線検出器100における放射線吸収位置等を求める演算処理を行う処理ユニット(不図示)をさらに備え得る。
T=(1−R)2e−2αL/(1−R2e−2αL)・・・(2)
〔式(2)中、αが吸光係数(mm−1)であり、Tが波長550nmの光に対する透過率(%)であり、Rが反射率であり、Lが試料の厚さ(mm)である。〕
Gd3−x−yCexREyAl5−zMzO12 (1)
マイクロ引下げ法により、Gd2.37Y0.6Ce0.03Ga1Al4O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.37Y0.6Ce0.03Ga2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.37Y0.6Ce0.03Ga3Al2O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.37Y0.6Ce0.03Ga4Al1O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.57Y2.4Ce0.03Al5O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.57Y2.4Ce0.03Ga1Al4O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.57Y2.4Ce0.03Ga2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.57Y2.4Ce0.03Ga3Al2O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd1.97Lu1Ce0.03Al5O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd1.97Lu1Ce0.03Ga1Al4O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd1.97Lu1Ce0.03Ga2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd1.97Lu1Ce0.03Ga3Al2O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.27Lu2.7Ce0.03Al5O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.27Lu2.7Ce0.03Ga1Al4O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.27Lu2.7Ce0.03Ga2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.27Lu2.7Ce0.03Ga3Al2O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.37Y0.6Ce0.03Sc2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.27Lu2.7Ce0.03Sc0.5Al4.5O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.27Lu2.7Ce0.03Sc2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.297Lu2.7Ce0.003Ga2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd0.297Lu2.55Ce0.15Ga2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.97Ce0.03Ga2Al3O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.995Ce0.005Ga3Al2O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.97Ce0.03Ga3Al2O12の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
熱間静水圧プレス燒結法により、Gd2.97Ce0.03Ga3Al2O12の組成で表される透明セラミックスを作製した。
なお、熱間静水圧プレス燒結法を用いた透明セラミックスの作製方法は以下の通りである。はじめに、各粉末原料をアルミナ坩堝に入れ、アルミナの蓋をした後、1500℃で2時間仮焼した。冷却後、純水で洗浄し乾燥したシンチレータ粉末を、24時間ボールミル粉砕し、粒径1〜2μmのシンチレータ粉砕粉を得る。ついで、この粉砕紛に、純水を5重量%添加し、500kg/cm2の圧力で一軸プレス成形し、その後、加圧力3ton/cm2で冷間静水圧プレスを行って、理論密度に対し64%程度の成形体を得た。その後、得られた成形体をこう鉢に入れ、フタをして、1750℃、3時間の一次燒結を行い、理論密度に対し、98.5%以上の燒結体を得た。
マイクロ引下げ法により、Gd2.97Ce0.03Al5O12結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.67Y0.3Ce0.03Al5O12結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
マイクロ引下げ法により、Gd2.67Y0.3Ce0.03Sc1Al4O12結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
マイクロ引下げ法により、Lu2.67Gd0.3Ce0.03Sc3Al2O12結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
1.透過率(T)
実施例1〜24、比較例1〜6で得られた結晶をφ3mm×5mmサイズに加工し、φ3mm面を両面光学研磨し、分光光度計(U4000、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて550nmにおける透過率を測定した。
2.吸光係数(α)
実施例1〜24、比較例1〜6で得られた結晶について、φ3×1mmサイズ及びφ3mm×15mmサイズに加工研磨したものも用意し、発光ピーク波長における透過率をそれぞれ測定し、上記式(2)を用いて、吸光係数α(mm−1)を求めた。
3.励起・発光スペクトル測定
分光蛍光光度計(F−7000、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、フォトルミネセンス法(X線励起:CuKα)により励起・発光スペクトルを測定した。
4.γ線励起発光量、エネルギー分解能
図2に示す装置を用いて、φ3×2mmサイズに加工研磨した結晶に137Csからのγ線を照射し発光量を測定した。光電子倍増管として、浜松ホトニクス社製のPMT−R7600Uを用いた。得られたエネルギースペクトル中の光電吸収ピークの位置を既知のシンチレータであるCe:LYSO(発光量:33000photon/MeV)と比較し、光電子増倍管の波長感度をそれぞれ考慮し、発光量を算出した。測定温度は25℃とした。エネルギー分解能(ΔE/E)は、662keV(E)を基準とした反値幅(FWHM、ΔE)から算出した。
5.紫外線蛍光寿命測定
250nm紫外線励起(X線励起:CuKα)して生じた発光波長530nmの蛍光成分の蛍光減衰時間を測定した。
6.γ線蛍光寿命測定
図2に示す装置を用いて、137Csからのγ線を照射し蛍光減衰時間を測定した。光電子倍増管として、浜松ホトニクス社製のPMT−R7600Uを用いた。測定温度は25℃とした。
実施例24で得られたガーネット型シンチレータ単結晶を、2.1mm×2.1mm×15mmのサイズに切削・研磨して、直方体のシンチレータを得た。得られたシンチレータ100個を、図1に示すように、長手方向に直行する方向に配列し、硫酸バリウム反射材を用いてシンチレータアレイを作製した。シンチレータアレイの写真を図12に示す。このシンチレータアレイを、位置分解型光電子倍増管H8500上に接着し、137Csγ線を照射して、二次元マップを測定した。二次元マップを測定した図を、図13に示す。二次元マップ測定では、シンチレータアレイの各ピクセル(シンチレータ)に、γ線が入射した場合に各ピクセルに対応するスポットが観察される。このスポットの径が小さくかつスポット間の幅が大きいほど、シンチレータアレイの位置分解能が高いことを示す。実施例24で得られたガーネット型シンチレータ単結晶を用いた本実施例では、シンチレータアレイの各ピクセルにγ線が入射したことを示すスポットの径が小さく、スポットの幅が大きい。また、本実施例のシンチレータアレイに、137Csγ線を照射し、その際のエネルギースペクトルを測定した。結果を図16に示す。
比較例1で得られた透明セラミックスを用いて、実施例25に記載の方法と同様にして、シンチレータアレイを作製した。シンチレータアレイの写真を図14に示す。このシンチレータアレイを、位置分解型光電子倍増管H8500上に接着し、137Csγ線を照射して、二次元マップを測定した。二次元マップを測定した図を、図15に示す。二次元マップ測定では、スポットの径が大きく、スポット間の幅が小さいことがわかる。また、本比較例のシンチレータアレイに、137Csγ線を照射し、その際のエネルギースペクトルを測定した。結果を図16に示す。
11 Cs137γ線源
12 シンチレータ
13 テフロン(登録商標)テープ
14 光電子増倍管
15 前置増幅器
16 波形整形増幅器
17 マルチチャンネルアナライザ
18 パーソナルコンピュータ
19 デジタルオシロスコープ
100 放射線検出器
111 シンチレータアレイ
111a シンチレータ
112 受光器
Claims (16)
- 放射線を吸収して発光する複数の柱状のシンチレータからなるシンチレータアレイと、前記シンチレータの発光を検知する受光器とを備える放射線検出器であって、
前記複数の柱状のシンチレータは、その長手方向に前記放射線が入射するように、複数の行・列に二次元配列され、
前記シンチレータは、Gd、Al、O、およびCe、ならびにGa、Sc、Y、YbおよびLuから選択される少なくとも1種を含むガーネット型シンチレータ結晶であり、
前記シンチレータは、550nmの波長の光に対する吸光係数が0.005mm−1以下である、放射線検出器。 - 前記シンチレータの長手方向の寸法が、15mm以上である、請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記シンチレータの長手方向の波長550nmの光に対する透過率が70%以上である、請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記シンチレータが、蛍光寿命100ナノ秒以下の蛍光成分を有する、請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記蛍光成分の発光ピーク波長が、460nm以上、700nm以下である、請求項4に記載の放射線検出器。
- 前記ガーネット型シンチレータ結晶が、式(1):
Gd3−x−yCexREyAl5−zMzO12 (1)
(式(1)中、0.0001≦x≦0.15、0≦y≦2.9、0≦z≦4.8であり、MはGa及びScから選択される少なくとも1種であり、REはY、Yb及びLuから選択される少なくとも1種である)で表される組成を有する、請求項1に記載の放射線検出器。 - 前記式(1)において、0.006≦x≦0.15、0≦y≦2.7、1.5≦z≦3.5であり、REがYであり、MがGaである、請求項6に記載の放射線検出器。
- 前記式(1)において、0.006≦x≦0.15、0.3≦y≦2.7、1.5≦z≦3.5であり、REがLuであり、MがGaである、請求項6に記載の放射線検出器。
- 前記式(1)において、0.006≦x≦0.15、0.3≦y≦2.9、0.5≦z≦3であり、REがYであり、MがScである、請求項6に記載の放射線検出器。
- 前記式(1)において、0.006≦x≦0.15、0.3≦y≦2.9、0.5≦z≦2.5であり、REがLuであり、MがScである、請求項6に記載の放射線検出器。
- 前記式(1)において、0.001≦x≦0.15、0≦y≦0.1、2.0≦z≦3.5であり、REがY、Luである、請求項6に記載の放射線検出器。
- 前記シンチレータの発光量が20000photon/Me以上である、請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記ガーネット型シンチレータ結晶が、単結晶である、請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記シンチレータが直方体である、請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記シンチレータは、複数列のマトリクス状に配置される、請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記シンチレータアレイが直方体である、請求項1に記載の放射線検出器。
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