JP2015054931A - シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 - Google Patents
シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015054931A JP2015054931A JP2013189357A JP2013189357A JP2015054931A JP 2015054931 A JP2015054931 A JP 2015054931A JP 2013189357 A JP2013189357 A JP 2013189357A JP 2013189357 A JP2013189357 A JP 2013189357A JP 2015054931 A JP2015054931 A JP 2015054931A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rare earth
- scintillator material
- scintillator
- light
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
(Ln1-x-yPrxCey)2O2S:(X)
(但し、LnはGd、La及びYからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を表し、XはF及びClからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を表し、xは3×10-6≦x≦0.2の範囲の値、yは1×10-6≦x≦5×10-3の範囲の値、Xの量は2乃至1000ppmの範囲である)で表わされる粉末に焼結助剤を加えて、金属製の容器に詰めて真空封止して、熱間静水圧加圧し、更にアニールしてなる透光性焼結体シンチレータと、該シンチレータの発光を検知する光検出器とからなることを特徴とする放射線検出器が開示されており、発光効率の高いシンチレータ材料が得られている。
「[請求項1]
焼鈍の前に、式A3B2C3O12を有するガーネットを備えた焼結及び焼鈍を施したシンチレータ組成物であって、式中、AはTb、Ce及びLuからなる群の少なくとも一つの要素又はこれらの組み合わせを有する位置であり、Bは八面体位(Al)であり、Cは四面体位(やはりAl)であり、前記ガーネットは、
(1)前記式において、前記八面体位Bの0.05原子〜2原子までのAlをScで置き換えたもの、
(2)前記式において、0.005原子〜2原子までの酸素をフッ素で置き換え、且つ前記A位において同数のCa原子を置き換えたもの、
(3)前記式において、B位の0.005原子〜2原子をMgで置き換え、且つ同数の酸素原子をフッ素で置き換えたもの、
(4)前記式において、B位の0.005原子〜2原子までをMg/Si、Mg/Zr、Mg/Ti及びMg/Hfからなる群から選択される少なくとも一つの組み合わせの原子で置き換えたもの、
(5)前記式において、B位の0.005原子〜2原子までをLi/Nb、Li/Taからなる群から選択される少なくとも一つの組み合わせの原子で置き換えたもの、並びに
(6)前記式において、前記A位の0.005原子〜2原子までをCaで置き換え、且つ等しい数のB位又はC位をケイ素で置き換えたもの、
から成る群から選択される少なくとも一つの置換を有する、
シンチレータ組成物。」
が開示されており、公知のシンチレータ組成物よりも短い減衰時間と高エネルギー線での曝射時の損傷を低減することができるとされている。
最新のX線CT装置のフラッグシップ機種で、こうしたシンチレータ材料の搭載が進んでいる模様である。
また、前記特許文献2、3に開示されている(Gd1-x-yPrxCey)2O2S系のシンチレータ材料は、単斜晶のためシンチレート光の透過率が30%程度と低い点、及び高エネルギー線での曝射時の損傷が比較的大きい点が問題となっていた。
他方、前記特許文献4、5、6に開示されている(Tb1-x-yLuxCey)3(Al1-zScz)2Al3O12系のシンチレータ材料は、減衰時間も短く、立方晶のためシンチレート光の透過率も80%以上と高く、高エネルギー線での曝射時の損傷も非常に小さい特徴を持ち、X線CT装置用のシンチレータ材料としては極めて好適な物質である。但し、非常に複雑な組成の複合酸化物を高温で処理・作製しなくてはならないため、極めて高価になるという問題があった。あるいは、組成によっては、焼結処理温度を下げられる実施例も開示されているが、構成元素の種類が多いため、所望の組成で製造しようとすると、かなり歩留りが下がるという問題もあった。
〔1〕 下記式(1)で表わされる希土類酸化物を主成分として含む透光性セラミックス又は下記式(1)で表わされる希土類酸化物の単結晶からなることを特徴とするシンチレータ材料。
(TbxR1-x-yCey)2O3 (1)
(式中、xは0.2以上0.6以下の範囲、yは0.00001以上0.01以下の範囲、Rはイットリウム、ルテチウム、ガドリニウム、ホルミウム、スカンジウム、イッテルビウム、ツリウム、ユーロピウム、ディスプロシウムよりなる群から選択された少なくとも1つの希土類元素である(ただし、ガドリニウム単独である場合を除く)。)
〔2〕 密度が6.7g/cm3以上であることを特徴とする〔1〕記載のシンチレータ材料。
〔3〕 X線で励起した場合に、530〜570nmの波長範囲に最強の発光ピークを有する〔1〕又は〔2〕記載のシンチレータ材料。
〔4〕 厚み1mmでの波長633nmの光の透過率が70%以上であることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のシンチレータ材料。
〔5〕 〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のシンチレータ材料を搭載したことを特徴とする放射線検出器。
〔6〕 〔5〕記載の放射線検出器を搭載したことを特徴とする放射線検査装置。
以下、本発明に係るシンチレータ材料について説明する。
本発明に係るシンチレータ材料は、下記式(1)で表わされる希土類酸化物を主成分として含む透光性セラミックス又は下記式(1)で表わされる希土類酸化物の単結晶からなる。
(TbxR1-x-yCey)2O3 (1)
(式中、xは0.2以上0.6以下の範囲、yは0.00001以上0.01以下の範囲、Rはイットリウム、ルテチウム、ガドリニウム、ホルミウム、スカンジウム、イッテルビウム、ツリウム、ユーロピウム、ディスプロシウムよりなる群から選択された少なくとも1つの希土類元素である(ただし、ガドリニウム単独である場合を除く)。)
その他の元素の含有量は、Rの全量を100としたとき、10以下であることが好ましく、0.1以下であることが更に好ましく、0.001以下(実質的にゼロ)であることが特に好ましい。
一般的に例示される、その他の副成分としては、単結晶育成の際にドープされるドーパント、フラックス、セラミック製造の際に添加される焼結助剤等がある。
[原料]
本発明で用いる原料としては、テルビウム及びセリウム、並びに希土類元素R(Rはイットリウム、ルテチウム、ガドリニウム、ホルミウム、スカンジウム、イッテルビウム、ツリウム、ユーロピウム、ディスプロシウムよりなる群から選択された少なくとも1つの希土類元素である(ただし、ガドリニウム単独である場合を除く))からなる本発明のシンチレータ材料の構成元素となる希土類金属粉末、ないしは硝酸、硫酸、尿酸等の水溶液、あるいは上記希土類元素の酸化物粉末等が好適に利用できる。特に、上記希土類元素の酸化物粉末は安定で安全なため取扱いが容易となるため好ましい。なお、これら原料の純度は99.9質量%以上が好ましい。
本発明では、上記原料粉末を用いて、所定形状にプレス成形した後に脱脂を行い、次いで焼結して、相対密度が最低でも92%以上に緻密化した焼結体を作製する。その後工程として熱間等方圧プレス(HIP)処理を行うことが好ましい。
本発明の製造方法においては、通常のプレス成形工程を好適に利用できる。即ち、ごく一般的な、型に充填して一定方向から加圧するプレス工程や変形可能な防水容器に密閉収納して静水圧で加圧するCIP(Cold Isostatic Press)工程が利用できる。なお、印加圧力は得られる成形体の相対密度を確認しながら適宜調整すればよく、特に制限されないが、例えば市販のCIP装置で対応可能な300MPa以下程度の圧力範囲で管理すると製造コストが抑えられてよい。あるいはまた、成形時に成形工程のみでなく一気に焼結まで実施してしまうホットプレス工程や放電プラズマ焼結工程、マイクロ波加熱工程なども好適に利用できる。
本発明の製造方法においては、通常の脱脂工程を好適に利用できる。即ち、加熱炉による昇温脱脂工程を経ることが可能である。また、この時の雰囲気ガスの種類も特に制限はなく、空気、酸素、水素等が好適に利用できる。脱脂温度も特に制限はないが、もしも有機添加剤が混合されている原料を用いる場合には、その有機成分が分解消去できる温度まで昇温することが好ましい。
本発明の製造方法においては、一般的な焼結工程を好適に利用できる。即ち、抵抗加熱方式、誘導加熱方式等の加熱焼結工程を好適に利用できる。この時の雰囲気は特に制限されないが、不活性ガス、酸素、水素、真空等が好適に利用できる。
本発明の製造方法においては、焼結工程を経た後に更に追加で熱間等方圧プレス(HIP(Hot Isostatic Press))処理を行う工程を設けることができる。
本発明の製造方法においては、上記一連の製造工程を経た透光性希土類酸化物焼結体(透光性セラミックス)について、その光学的に利用する軸上にある両端面を光学研磨することが好ましい。このときの光学面精度は測定波長λ=633nmの場合、λ/4以下が好ましく、λ/8以下が特に好ましい。なお、光学研磨された面に適宜反射防止膜を成膜することで光学損失をさらに低減させることも可能である。
本発明のシンチレータ材料は、X線CT装置用途に好適であり、該装置内にアレイ状に多数配置されて、X線照射により励起される放射線検出器用として好適である。なお、本発明で想定しているX線としては、例えばタングステン又はタングステン合金(Re−W合金)からなる電子線照射面を有するターゲットを用いたX線管で発生するX線が挙げられる。
テルビウムとセリウム以外の希土類元素としてイットリウム、ルテチウム、イッテルビウムを主骨格材的に利用した例、並びに前記希土類元素に、更にガドリニウム、スカンジウムを合せて選定した例、また更に、ツリウム、ディスプロシウム、ホルミウム、ユーロピウムを少量添加した例についてまとめて説明する。
次いで、得られた脱脂済み成形体を真空加熱炉に仕込み、100℃/hの昇温レートで1500℃〜1700℃まで昇温し、3時間保持してから600℃/hの降温レートで冷却して焼結体を得た。この際、サンプルの焼結相対密度が92%以上となるよう焼結温度や保持時間を調整した。
更に、上記焼結体について、加圧媒体としてArガスを用いて、HIP熱処理温度1500℃〜1700℃、圧力190MPaで保持時間3時間のHIP処理を行った。
得られた各シンチレータプレートについてHeNeレーザ(波長633nm)を用いて以下の要領で透過率を測定した。この際、レーザがシンチレータプレートとシンチレータプレートとの間の反射材に当らないよう注意した。
透過率は、波長633nmの光を透過させたときの光の強度により測定され、以下の式に基づいて求めた。
透過率=I/Io×100
(式中、Iは透過光強度(厚み1mmのサンプルを透過した光の強度)、Ioは入射光強度を示す。)
前記X線照射評価系で光出力を評価する前に、蛍光寿命測定装置(浜松ホトニクス(株)製)でフォトルミネッセンス(PL)測定し、その結果から発光波長を求めた。即ち、励起波長280nmの光で励起して、出てきた蛍光をグレーティングによる分光を経て、CCDカメラで蛍光波長スペクトルを検出し、蛍光出力が最大となった波長をX線照射時の発光波長とみなした。なお、励起波長280nmの光は、蛍光寿命測定装置で入射可能な最短波長の、つまり最大のエネルギーを持つ紫外線であり、X線照射時のような骨格材の振動を起こさないが、シンチレータプレートを励起させた場合に順次緩和してきた励起エネルギーが最後に発光する波長を確認するには十分な励起波長であり、X線照射時の発光波長の測定のためのX線の代用の励起光として用いることができる。
(光出力の測定方法)
ここでは、比較を容易にする目的で、別途入手したCdWO4単結晶シンチレータをシンチレータプレート11の代わりに配置し、前記評価法によりこの場合の光出力を求め、その値を「1」とした場合のサンプルの光出力の比率(対CWO比)を各サンプルの光出力の値として示した。
(減衰時間の測定方法)
各サンプルの光出力が安定した状態を100%とし、次いでX線照射を停止し、停止してから各サンプルの光出力強度が安定状態の5%に減衰するまでの時間を測定した。
以上の一連の評価結果をまとめて表2に示す。
なお、比較例1−1の組成では、波長633nmにおける厚み1mmでの光透過率が低下してしまうため、光出力も低下し、低被曝線量の放射線検査装置に仕上げることが困難となる。比較例1−2の組成では、X線で励起した場合の最強の発光ピーク波長が短波長側にシフトしてしまうため、Siフォトダイオードで光電変換効率が低下してしまう。比較例3の組成では、活性剤であるセリウムの濃度が高すぎるため、濃度消光現象が起こってしまっている。比較例4の組成では、結晶系が斜方晶となり、波長633nmにおける厚み1mmでの光透過率が落ちてしまうため、光出力も低下し、低被曝線量の放射線検査装置に仕上げることが困難となる。
11 シンチレータプレート
12 反射材
13 Siフォトダイオード
14 容器
Claims (6)
- 下記式(1)で表わされる希土類酸化物を主成分として含む透光性セラミックス又は下記式(1)で表わされる希土類酸化物の単結晶からなることを特徴とするシンチレータ材料。
(TbxR1-x-yCey)2O3 (1)
(式中、xは0.2以上0.6以下の範囲、yは0.00001以上0.01以下の範囲、Rはイットリウム、ルテチウム、ガドリニウム、ホルミウム、スカンジウム、イッテルビウム、ツリウム、ユーロピウム、ディスプロシウムよりなる群から選択された少なくとも1つの希土類元素である(ただし、ガドリニウム単独である場合を除く)。) - 密度が6.7g/cm3以上であることを特徴とする請求項1記載のシンチレータ材料。
- X線で励起した場合に、530〜570nmの波長範囲に最強の発光ピークを有する請求項1又は2記載のシンチレータ材料。
- 厚み1mmでの波長633nmの光の透過率が70%以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のシンチレータ材料。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載のシンチレータ材料を搭載したことを特徴とする放射線検出器。
- 請求項5記載の放射線検出器を搭載したことを特徴とする放射線検査装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013189357A JP5962619B2 (ja) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013189357A JP5962619B2 (ja) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015054931A true JP2015054931A (ja) | 2015-03-23 |
JP5962619B2 JP5962619B2 (ja) | 2016-08-03 |
Family
ID=52819559
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013189357A Active JP5962619B2 (ja) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5962619B2 (ja) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5930882A (ja) * | 1982-06-18 | 1984-02-18 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | 希土類添加イツトリア−ガドリニアセラミツクシンチレ−タおよびその製法 |
US4747973A (en) * | 1982-06-18 | 1988-05-31 | General Electric Company | Rare-earth-doped yttria-gadolina ceramic scintillators |
JP2002507630A (ja) * | 1999-02-09 | 2002-03-12 | アイシス・イノベーション・リミテッド | 自己活性化希土類酸化物ナノ粒子 |
JP2002322472A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-08 | Kasei Optonix Co Ltd | 蛍光体及びその製造方法 |
JP2003003166A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-08 | Sumitomo Chem Co Ltd | 真空紫外線励起発光素子用蛍光体及びその製造方法 |
JP2003130959A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-08 | Konica Corp | 放射線画像検出器 |
JP2007292583A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | シンチレータプレート |
JP2007292584A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | シンチレータプレート |
JP2007292582A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | シンチレータプレート |
JP2010285299A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 酸化物及び磁気光学デバイス |
JP2011121837A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Oxide Corp | 磁気光学素子用透光性酸化テルビウム焼結体 |
JP2011121840A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Oxide Corp | 磁気光学素子用酸化テルビウム結晶 |
-
2013
- 2013-09-12 JP JP2013189357A patent/JP5962619B2/ja active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5930882A (ja) * | 1982-06-18 | 1984-02-18 | ゼネラル・エレクトリツク・カンパニイ | 希土類添加イツトリア−ガドリニアセラミツクシンチレ−タおよびその製法 |
US4747973A (en) * | 1982-06-18 | 1988-05-31 | General Electric Company | Rare-earth-doped yttria-gadolina ceramic scintillators |
JP2002507630A (ja) * | 1999-02-09 | 2002-03-12 | アイシス・イノベーション・リミテッド | 自己活性化希土類酸化物ナノ粒子 |
JP2002322472A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-08 | Kasei Optonix Co Ltd | 蛍光体及びその製造方法 |
JP2003003166A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-08 | Sumitomo Chem Co Ltd | 真空紫外線励起発光素子用蛍光体及びその製造方法 |
JP2003130959A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-08 | Konica Corp | 放射線画像検出器 |
JP2007292583A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | シンチレータプレート |
JP2007292584A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | シンチレータプレート |
JP2007292582A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | シンチレータプレート |
JP2010285299A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 酸化物及び磁気光学デバイス |
JP2011121837A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Oxide Corp | 磁気光学素子用透光性酸化テルビウム焼結体 |
JP2011121840A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Oxide Corp | 磁気光学素子用酸化テルビウム結晶 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5962619B2 (ja) | 2016-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5212115B2 (ja) | 蛍光材料およびそれを用いたシンチレータ並びに放射線検出器 | |
JP6037025B2 (ja) | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 | |
US5296163A (en) | Method for producing a scintillator ceramic | |
JP5729352B2 (ja) | 蛍光材料およびその製造方法、蛍光材料を用いた放射線検出器、並びにx線ct装置 | |
Duclos et al. | Development of the HiLightTM scintillator for computed tomography medical imaging | |
JP5521412B2 (ja) | 蛍光材料およびそれを用いたシンチレータ並びに放射線検出器 | |
JP5035660B2 (ja) | 蛍光材料およびそれを用いた放射線検出器 | |
EP2826835B1 (en) | Solid scintillator, radiation detector and radiographic examination device | |
JP5686724B2 (ja) | 固体シンチレータ、放射線検出器およびx線断層写真撮影装置 | |
JP5633573B2 (ja) | 軟x線検出用多結晶シンチレータ | |
JPS6359436B2 (ja) | ||
JP2007169647A (ja) | シンチレータ物質及びシンチレータ物質を含む放射線検出器 | |
JP5505782B2 (ja) | 蛍光材料およびそれを用いたシンチレータ並びに放射線検出器 | |
Lan et al. | Preparation and scintillation properties of Eu2+: CaF2 scintillation ceramics | |
JP2016145310A (ja) | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 | |
Chen et al. | Fabrication of Ce:(Gd2Y)(Ga3Al2) O12 scintillator ceramic by oxygen-atmosphere sintering and hot isostatic pressing | |
Kim et al. | Effect of yttria substitution on the light output of (Gd, Y) 2O3: Eu ceramic scintillator | |
JP4692890B2 (ja) | 蛍光材料およびそれを用いた放射線検出器 | |
JP2016160297A (ja) | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 | |
EP0097295B1 (en) | Rare earth doped yttria-gadolinia ceramic scintillators and methods for making | |
JP5962619B2 (ja) | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 | |
JP2016164210A (ja) | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 | |
JP2016164208A (ja) | シンチレータ材料、放射線検出器及び放射線検査装置 | |
US20190002762A1 (en) | Dosimeter Using Magnesium Oxide and Radiation Dose Measuring Method | |
JP2009046610A (ja) | シンチレータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150827 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160425 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160531 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160613 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5962619 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |