JP2018203586A - Production method and apparatus of thallium bromide product - Google Patents

Production method and apparatus of thallium bromide product Download PDF

Info

Publication number
JP2018203586A
JP2018203586A JP2017112920A JP2017112920A JP2018203586A JP 2018203586 A JP2018203586 A JP 2018203586A JP 2017112920 A JP2017112920 A JP 2017112920A JP 2017112920 A JP2017112920 A JP 2017112920A JP 2018203586 A JP2018203586 A JP 2018203586A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thallium bromide
thallium
manufacturing
intermediate material
crucible
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.)
Pending
Application number
JP2017112920A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
信也 小南
Shinya Kominami
信也 小南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2017112920A priority Critical patent/JP2018203586A/en
Publication of JP2018203586A publication Critical patent/JP2018203586A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

To provide a production method that prevents a quartz glass vessel from breaking in production of a thallium bromide product of high purity to be used as a semiconductor for radiation detection.SOLUTION: In a first production step, a thallium bromide raw material is purified and crystallized by a Bridgeman process to produce a thallium bromide intermediate material. The thallium bromide intermediate material is divided to a plurality of pellets which are loaded in a quartz glass vessel to be used in a second production step. In the second production step, the thallium bromide intermediate material is repurified and recrystallized by a zone purification process to produce a thallium bromide product (thallium bromide single crystal). The first production step includes a reduction step and a drying step as pretreatment steps for preventing the quartz glass vessel from breaking.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は臭化タリウム製品製造方法及び装置に関し、特に、高い純度をもった臭化タリウム結晶の製造技術に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for producing thallium bromide products, and more particularly to a technique for producing thallium bromide crystals having high purity.

様々な分野で、放射線検出器、特にγ線検出器が利用されている。例えば、対象物からの放射線や環境放射線を検出するサーベイメータにはγ線検出器が搭載されている。核医学診断装置には、多数のγ線検出器が搭載されている。そのような核医学診断装置として、ガンマカメラ装置、単光子放射断層撮像装置(SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)撮像装置)、陽電子放出型断層撮像装置(PET(Positron Emission Tomography)撮像装置)等が知られている。   In various fields, radiation detectors, particularly γ-ray detectors are used. For example, a survey meter that detects radiation from an object and environmental radiation is equipped with a γ-ray detector. Numerous γ-ray detectors are mounted on the nuclear medicine diagnostic apparatus. As such a nuclear medicine diagnostic apparatus, a gamma camera apparatus, a single photon emission tomography imaging apparatus (SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) imaging apparatus), a positron emission tomography imaging apparatus (PET (Positron Emission Tomography) imaging apparatus), etc. Are known.

代表的なγ線検出器として半導体放射線検出器があげられる。半導体放射線検出器は、放射線と半導体結晶との間での相互作用で生じる電荷を電気信号に変換するものである。半導体結晶のうち、臭化タリウム、テルル化カドミウム、カドミウム・亜鉛・テルル、ガリウム砒素等の結晶は、他の半導体結晶に比べて、光電効果による線減衰係数が大きく、薄い結晶で他の半導体結晶と同等のガンマ線感度を得ることができる。よって、それらの半導体結晶を利用して放射線検出器を構成すれば、放射線検出器を小型化することが可能である。特に、臭化タリウムは、一般に、テルル化カドミウム、カドミウム・亜鉛・テルル、ガリウム砒素等の他の半導体結晶に比べて安価である。   A semiconductor radiation detector is a typical γ-ray detector. The semiconductor radiation detector converts electric charges generated by the interaction between radiation and a semiconductor crystal into an electric signal. Among semiconductor crystals, thallium bromide, cadmium telluride, cadmium / zinc / tellurium, gallium arsenide, etc. have a larger linear attenuation coefficient due to the photoelectric effect than other semiconductor crystals, and are thin crystals. Can be obtained. Therefore, if a radiation detector is constructed using these semiconductor crystals, the radiation detector can be reduced in size. In particular, thallium bromide is generally less expensive than other semiconductor crystals such as cadmium telluride, cadmium / zinc / tellurium, and gallium arsenide.

半導体放射線検出器に用いる半導体結晶においては、その結晶内に不純物が少ないことが求められる。不純物が少なければエネルギー分解能を高められるからである。例えば、特許文献1には、不純物としての鉛の濃度が0.1ppm未満である臭化タリウム単結晶を用いて半導体放射線検出器を構成することにより、122keVで8%以下のエネルギー分解能が得られる旨が記載されている。   A semiconductor crystal used for a semiconductor radiation detector is required to have few impurities in the crystal. This is because if there are few impurities, the energy resolution can be increased. For example, Patent Document 1 discloses that an energy resolution of 8% or less can be obtained at 122 keV by configuring a semiconductor radiation detector using a thallium bromide single crystal having a lead concentration of less than 0.1 ppm as an impurity. Is described.

不純物の少ない半導体結晶を得る方法として、帯域精製法による純化方法が知られている。非特許文献1に開示された方法では、純度99.99%の市販の臭化タリウム粉末に対して1〜300回の帯域精製による純化の後に、帯溶融をゆっくり1回行うことによって、臭化タリウム結晶が生成されている。非特許文献2には、エネルギー分解能の高い検出器を得るために帯域精製を繰り返すことが記載されている。   As a method for obtaining a semiconductor crystal with few impurities, a purification method by a zone purification method is known. In the method disclosed in Non-Patent Document 1, thallium bromide crystals are obtained by performing zone melting slowly once after purification by zone purification for 1 to 300 times for a commercially available thallium bromide powder having a purity of 99.99%. Has been generated. Non-Patent Document 2 describes that band purification is repeated in order to obtain a detector with high energy resolution.

従来から、高い純度をもった、しかも比較的に多量の臭化タリウム製品を一度に製造することが求められているが、従来において、そのような要請に十分に応える技術、しかも比較的簡便に実施できる技術は未だ実現されていない。   Conventionally, it has been required to produce a high-purity and relatively large amount of thallium bromide products at the same time. The technology that can be implemented has not yet been realized.

例えば、SPECT撮像装置を製造するためには、少なくとも数万個の半導体放射線検出器が必要であり、つまりSPECT撮像装置1台当たり、例えば数百グラム〜1キログラムにも及ぶ均質な臭化タリウム結晶を製造する必要がある。帯域精製法において、数百グラム以上の大量の臭化タリウムを1バッチで処理するためには、例えば、内径5cm程度の石英ガラス管を帯域精製用容器として使用する必要がある。   For example, in order to produce a SPECT imaging device, at least tens of thousands of semiconductor radiation detectors are required, i.e., homogeneous thallium bromide crystals ranging from several hundred grams to 1 kilogram per SPECT imaging device, for example. Need to manufacture. In the zone purification method, in order to process a large amount of thallium bromide of several hundred grams or more in one batch, for example, a quartz glass tube having an inner diameter of about 5 cm needs to be used as a zone purification vessel.

しかしながら、本発明者らが、内径5cmの石英管を帯域精製用容器として用い、純度99.99%の市販の臭化タリウム粉末500gを原材料として、20回の帯域精製による純化を試みたところ、しばしば、純化途中で石英ガラス管に割れが発生した。市販の臭化タリウムの純度は、金属元素について規定されたものであり、酸素や水分については規定されていない。市販の臭化タリウムの中には、タリウム酸化物及び水分が含まれていると考えられる。20回の帯域精製の過程で、帯域精製用容器の加熱及び冷却を繰返したため、原材料である市販の臭化タリウム中に含まれる水分が臭化タリウムと反応してタリウムの酸化物や水酸化物が生成され、それらが石英ガラスと反応し、また、臭化タリウム中にもともと含まれていたタリウム酸化物が石英ガラスと反応し、その結果、石英ガラス管に割れが生じた、と考えられる。   However, when the present inventors tried using a quartz tube having an inner diameter of 5 cm as a zone refining vessel and purified by 20 times of zone refining using 500 g of commercially available thallium bromide powder having a purity of 99.99% as a raw material, Cracks occurred in the quartz glass tube during purification. The purity of commercially available thallium bromide is specified for metal elements, and is not specified for oxygen and moisture. Commercially available thallium bromide is considered to contain thallium oxide and moisture. In the process of zone purification 20 times, the zone purification vessel was repeatedly heated and cooled, so that the water contained in commercially available thallium bromide, the raw material, reacted with thallium bromide, and thallium oxide and hydroxide. It is considered that they reacted with quartz glass, and thallium oxide originally contained in thallium bromide reacted with quartz glass, resulting in cracks in the quartz glass tube.

なお、特許文献2及び特許文献3には臭化タリウム製品の製造方法が開示されている。いずれの特許文献及びいずれの非特許文献にも、2回以上の回数にわたって、純化結晶化プロセスを実行することについては記載されていない。   Patent Documents 2 and 3 disclose a method for producing a thallium bromide product. None of the patent literatures and any non-patent literatures describe the execution of the purification crystallization process over two or more times.

特許第6049166号公報Japanese Patent No. 6049166 国際公開WO/088640号公報International Publication WO / 088640 Publication 特開2015-160771号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-160771

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section-A, Vol. 428(1999), pp.372-378.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section-A, Vol. 428 (1999), pp.372-378. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section-A, Vol. 579(2007), pp.153-156.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section-A, Vol. 579 (2007), pp.153-156.

本発明の目的は、高い純度をもった臭化タリウム製品を製造することにある。あるいは、本発明の目的は、高い純度をもった、しかも比較的に大量の臭化タリウム製品を一度に製造することにある。あるいは、本発明の目的は、臭化タリウムの帯域精製過程において臭化タリウムを収容した容器の破損を防止することにある。   The object of the present invention is to produce thallium bromide products with high purity. Alternatively, it is an object of the present invention to produce a high purity and relatively large amount of thallium bromide product at once. Alternatively, an object of the present invention is to prevent breakage of a container containing thallium bromide in the thallium bromide zone purification process.

実施形態に係る臭化タリウム製品製造方法は、臭化タリウム原材料の純化及び結晶化により、当該臭化タリウム原材料から臭化タリウム中間材料を製造する第1製造工程と、前記臭化タリウム中間材料の再純化及び再結晶化により、当該臭化タリウム中間材料から臭化タリウム製品を製造する第2製造工程と、を含む。   The thallium bromide product manufacturing method according to the embodiment includes a first manufacturing step of manufacturing a thallium bromide intermediate material from the thallium bromide raw material by purification and crystallization of the thallium bromide raw material, A second manufacturing step of manufacturing a thallium bromide product from the thallium bromide intermediate material by repurification and recrystallization.

上記構成によれば、少なくとも2回の純化結晶化プロセスを経て、高い純度をもった臭化タリウム製品を製造できる。このように製造された臭化タリウム製品を利用して、小型かつ高性能の半導体放射線検出器を製造することが可能となる。第1製造工程で用いる純化結晶化法と第2製造工程で用いる純化結晶化法とを異ならせるのが望ましく、特に、第2製造工程での純化結晶化法として帯域精製法を利用する場合には、第1製造工程において、帯域精製法に適合する純化結晶化法を採用するのが望ましい。第2製造工程を適切に実行するための前処理を第1製造工程に含めてもよい。純化結晶化プロセスを3回以上繰り返すようにしてもよい。   According to the above configuration, a thallium bromide product having high purity can be manufactured through at least two purification crystallization processes. By using the thallium bromide product thus manufactured, a small and high performance semiconductor radiation detector can be manufactured. It is desirable to make the purification crystallization method used in the first manufacturing process different from the purification crystallization method used in the second manufacturing process, particularly when the zone purification method is used as the purification crystallization method in the second manufacturing process. In the first manufacturing process, it is desirable to employ a purified crystallization method suitable for the zone purification method. A pre-process for appropriately executing the second manufacturing process may be included in the first manufacturing process. The purification crystallization process may be repeated three or more times.

実施形態において、前記第1製造工程には、前記臭化タリウム原材料に含有されたタリウム酸化物を除外又は低減する還元工程が含まれ、前記還元工程は、前記第2製造工程において用いられる容器の破損を防止するための前処理工程に相当する。実施形態において、前記第1製造工程には、前記臭化タリウム原材料に含有された水分を除外又は低減する乾燥工程が含まれ、前記乾燥工程は、前記第2製造工程において用いられる容器の破損を防止するための前処理工程に相当する。前処理工程を設けることにより、第2製造工程において容器(例えば石英ガラス容器)の破損を防止できる。   In the embodiment, the first manufacturing process includes a reduction process for excluding or reducing thallium oxide contained in the thallium bromide raw material, and the reduction process includes a container used in the second manufacturing process. This corresponds to a pretreatment process for preventing breakage. In an embodiment, the first manufacturing process includes a drying process that excludes or reduces moisture contained in the thallium bromide raw material, and the drying process includes damage to a container used in the second manufacturing process. This corresponds to a pretreatment process for preventing this. By providing the pretreatment process, it is possible to prevent breakage of the container (for example, a quartz glass container) in the second manufacturing process.

実施形態において、前記第1製造工程と前記第2製造工程との間に、前記臭化タリウム中間材料を加工する加工工程が設けられ、前記加工後の臭化タリウム中間材料が前記第2の製造工程において用いられる容器内へ投入される。この構成によれば、第2製造工程で使用する容器の形態等に合わせて臭化タリウム中間材料が加工される。もっとも、第1製造工程で製造された臭化タリウム中間材料をそのまま第2製造工程用容器内に配置することが可能な場合には加工工程を実施する必要がなくなる。   In an embodiment, a processing step of processing the thallium bromide intermediate material is provided between the first manufacturing step and the second manufacturing step, and the processed thallium bromide intermediate material is the second manufacturing step. It is put into a container used in the process. According to this configuration, the thallium bromide intermediate material is processed in accordance with the shape of the container used in the second manufacturing process. However, when the thallium bromide intermediate material manufactured in the first manufacturing process can be placed in the second manufacturing process container as it is, it is not necessary to perform the processing process.

実施形態において、前記加工工程では、前記臭化タリウム中間材料における純化部分が前記複数の小塊に分断される。この構成によれば、第1製造工程で凝集した不純物が第2製造工程での処理対象になってしまうことを防止又は軽減できる。また、複数の小塊に加工すれば第2製造工程用容器へ臭化タリウム中間材料を容易に投入できる。   In the embodiment, in the processing step, a purified portion in the thallium bromide intermediate material is divided into the plurality of small lumps. According to this configuration, it is possible to prevent or reduce the impurities aggregated in the first manufacturing process from being processed in the second manufacturing process. Moreover, if it processes into a several small lump, the thallium bromide intermediate material can be easily thrown into the container for 2nd manufacturing processes.

実施形態において、前記第1製造工程では、前記臭化タリウム中間材料として、臭化タリウム多結晶又は臭化タリウム単結晶が製造され、前記第2製造工程では、前記臭化タリウム製品として、臭化タリウム単結晶が製造される。実施形態において、前記臭化タリウム製品は放射線検出用の半導体として利用される。   In the embodiment, in the first manufacturing step, a thallium bromide polycrystal or a thallium bromide single crystal is manufactured as the thallium bromide intermediate material, and in the second manufacturing step, bromide bromide is used as the thallium bromide product. A thallium single crystal is produced. In an embodiment, the thallium bromide product is used as a semiconductor for radiation detection.

実施形態に係る臭化タリウム製品製造装置は、臭化タリウム原材料の純化及び結晶化により、当該臭化タリウム原材料から臭化タリウム中間材料を製造する第1製造設備と、前記臭化タリウム中間材料の再純化及び再結晶化により、当該臭化タリウム中間材料から臭化タリウム製品を製造する第2製造設備と、を含む。   The thallium bromide product manufacturing apparatus according to the embodiment includes a first manufacturing facility for manufacturing a thallium bromide intermediate material from the thallium bromide raw material by purification and crystallization of the thallium bromide raw material, and the thallium bromide intermediate material. And a second production facility for producing thallium bromide products from the thallium bromide intermediate material by repurification and recrystallization.

第1製造設備への臭化タリウム原材料の投入、第1製造設備からの臭化タリウム中間材料の取り出し、第2製造設備への臭化タリウム中間材料の投入、第2製造設備からの臭化タリウム製品の取り出し等は例えば手作業によって行われる。それらが自動化されてもよい。第1製造設備から取り出した臭化タリウム中間材料を複数の小塊に加工する分断を行った上で、複数の小塊が第2製造設備に投入されてもよい。分断は手作業により行われてもよいが、それを自動化してもよい。なお、臭化タリウム以外の半導体材料に対して上記の製造方法又は製造装置を適用することも考えられる。   Input of thallium bromide raw material to the first manufacturing facility, extraction of thallium bromide intermediate material from the first manufacturing facility, input of thallium bromide intermediate material to the second manufacturing facility, thallium bromide from the second manufacturing facility The product is taken out manually, for example. They may be automated. After dividing the thallium bromide intermediate material taken out from the first manufacturing facility into a plurality of small lumps, the plurality of small lumps may be input to the second manufacturing facility. The division may be performed manually, but it may be automated. It is also conceivable to apply the above manufacturing method or manufacturing apparatus to semiconductor materials other than thallium bromide.

本発明によれば、純度の高い臭化タリウム製品を製造できる。あるいは、本発明によれば、高い純度をもった、しかも比較的に大量の臭化タリウム製品を一度に製造できる。あるいは、本発明の目的は、臭化タリウムの帯域精製過程において臭化タリウムを収容した容器の破損を防止できる。   According to the present invention, a thallium bromide product with high purity can be produced. Alternatively, according to the present invention, a relatively large amount of thallium bromide product having a high purity can be produced at a time. Alternatively, the object of the present invention is to prevent damage to the container containing thallium bromide in the thallium bromide zone purification process.

実施形態に係る製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method which concerns on embodiment. 第1実施例における第1製造工程で用いられる設備を示す図である。It is a figure which shows the installation used at the 1st manufacturing process in 1st Example. 第1実施例における第1製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st manufacturing process in 1st Example. 第1実施例における第1製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st manufacturing process in 1st Example. 第1実施例における第2製造工程で用いられる設備を示す図である。It is a figure which shows the installation used at the 2nd manufacturing process in 1st Example. 第2実施例における第1製造工程で用いられる設備を示す図である。It is a figure which shows the installation used at the 1st manufacturing process in 2nd Example. 図6に示した設備の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of installation shown in FIG. 第2実施例における第1製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st manufacturing process in 2nd Example. 第2実施例における第1製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st manufacturing process in 2nd Example.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

高いエネルギー分解能を有する複数の半導体放射線検出器を一度に大量に製造するため、比較的多量の臭化タリウムに対して20回以上の帯域精製を繰り返し、これにより臭化タリウムを高純化する試験を繰り返し行った。その過程において、しばしば、帯域精製用容器としての石英ガラス管が破損してしまうという問題が生じた。原材料となる市販の臭化タリウム粉末中に含まれるタリウム酸化物と水分が石英ガラスと反応してしまうことがその原因であると推認された。そこで、原材料中のタリウム酸化物と水分を少なくするために、還元工程及び乾燥工程を含む第1製造工程を先行実施した上で、第2製造工程として帯域精製法を実施するようにした。これにより、帯域精製中に石英ガラス管が破損することがなくなり、市販の臭化タリウム粉末を原材料として用いても高純度の臭化タリウム単結晶を製造できることを確認できた。本実施形態に係る臭化タリウム製品製造方法は、上記知見に基づくものであり、あるいは、上記知見を更に発展させたものである。   In order to manufacture a large number of semiconductor radiation detectors with high energy resolution at once, a test for purifying thallium bromide by repeating the band purification over 20 times for a relatively large amount of thallium bromide. Repeatedly. In the process, there was often a problem that the quartz glass tube as the zone purification vessel was broken. It was presumed that the cause was that thallium oxide and water contained in the commercially available thallium bromide powder as a raw material reacted with quartz glass. Therefore, in order to reduce the thallium oxide and moisture in the raw material, the first purification process including the reduction process and the drying process is performed in advance, and then the zone purification method is performed as the second manufacturing process. As a result, it was confirmed that the quartz glass tube was not damaged during the zone refining, and a high-purity thallium bromide single crystal could be produced even when a commercially available thallium bromide powder was used as a raw material. The method for producing a thallium bromide product according to the present embodiment is based on the above knowledge or further developed from the above knowledge.

上記の第1製造工程は1回目の純化結晶化工程であり、上記の第2製造工程は2回目の純化結晶化工程である。そのような観点から見て、本実施形態に係る製造方法は、純化結晶化プロセスを二段階で繰り返すことにより、高純度の臭化タリウム製品を製造する方法であるといえる。   The first manufacturing process is a first purification crystallization process, and the second manufacturing process is a second purification crystallization process. From such a viewpoint, it can be said that the manufacturing method according to the present embodiment is a method of manufacturing a high-purity thallium bromide product by repeating the purification crystallization process in two stages.

上記の第1製造工程において、臭化水素による還元工程の後に、ブリッジマン法又は蒸留法による純化結晶化プロセスを経ることによって、次の第2製造工程を実施する前の段階で、臭化タリウム中において、不純物としての鉛の濃度が低くなる。これにより、さらに高いエネルギー分解能を有する半導体検出器を製造することが可能となる。   In the first manufacturing process, after the reduction process using hydrogen bromide, the thallium bromide is used in a stage before the next second manufacturing process is performed by performing a purification crystallization process using a Bridgman method or a distillation method. Inside, the concentration of lead as an impurity is lowered. This makes it possible to manufacture a semiconductor detector having higher energy resolution.

図1には、実施形態に係る臭化タリウム製品製造方法がフローチャートとして示されている。S200では第1製造工程が実施される。第1製造工程は、後述する実施例1においてブリッジマン法に従う製造工程であり、後述する実施例2において蒸留法に従う製造工程である。第1製造工程において、臭化タリウム原材料(市販の臭化タリウム粉末)を純化及び結晶化することにより、臭化タリウム中間材料(多結晶又は単結晶)が製造される。第1製造工程には還元工程及び乾燥工程が含まれる。それらの工程は、いずれも、後の第2製造工程から見て、容器破損防止のための前処理工程と言えるものである。   FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing a thallium bromide product according to the embodiment. In S200, the first manufacturing process is performed. A 1st manufacturing process is a manufacturing process according to the Bridgman method in Example 1 mentioned later, and is a manufacturing process according to the distillation method in Example 2 mentioned later. In the first production process, thallium bromide raw material (commercially available thallium bromide powder) is purified and crystallized to produce a thallium bromide intermediate material (polycrystalline or single crystal). The first manufacturing process includes a reduction process and a drying process. Any of these processes can be said to be a pretreatment process for preventing damage to the container as viewed from the second manufacturing process later.

S202では、第1製造工程により製造された臭化タリウム中間材料が加工される。具体的には、臭化タリウム中間材料における純化部分(不純物凝集部分以外の部分)が複数の小塊に分断される。この分断は手作業又は分断装置によって実施される。この分断により、臭化タリウム中間材料を、第2製造工程で使用する石英ガラス容器の開口からその内部に投入することが可能となる。第2製造工程を適切に実施するために他の加工方法が採用されてもよい。   In S202, the thallium bromide intermediate material manufactured by the first manufacturing process is processed. Specifically, the purified portion (portion other than the impurity aggregation portion) in the thallium bromide intermediate material is divided into a plurality of small blocks. This cutting is performed manually or by a cutting device. By this division, the thallium bromide intermediate material can be introduced into the quartz glass container used in the second manufacturing process. Other processing methods may be employed to appropriately perform the second manufacturing process.

なお、第1製造工程で製造された臭化タリウム中間材料(インゴット)の純化部分をそのまま第2製造工程用の容器内に収容できる場合には、S202の工程は不要となる。その場合、不純物凝集部分の除外処理(純化部分の切り出し処理)だけを行うようにしてもよい。臭化タリウム中間材料は比較的に柔らかく、それを複数の小塊に分断する作業は比較的容易である。   When the purified portion of the thallium bromide intermediate material (ingot) manufactured in the first manufacturing process can be accommodated in the container for the second manufacturing process as it is, the process of S202 becomes unnecessary. In this case, only the impurity aggregation part exclusion process (purification part cut-out process) may be performed. The thallium bromide intermediate material is relatively soft and the work of dividing it into a plurality of blobs is relatively easy.

S204では、第2製造工程が実施される。第2製造工程は実施形態において帯域精製法に従う製造工程である。第2製造工程において、臭化タリウム中間材料を再純化及び再結晶化することにより、臭化タリウム製品(臭化タリウム単結晶)が製造される。その臭化タリウム製品の純度は極めて高く、半導体放射線検出器用の半導体として好適なものである。   In S204, the second manufacturing process is performed. The second manufacturing process is a manufacturing process according to the zone purification method in the embodiment. In the second production process, a thallium bromide product (thallium bromide single crystal) is produced by repurifying and recrystallizing the thallium bromide intermediate material. The thallium bromide product has a very high purity and is suitable as a semiconductor for semiconductor radiation detectors.

以下、実施形態に係る臭化タリウム製品製造方法についての実施例1及び実施例2を説明する。最初に実施例1について説明する。   Hereinafter, Example 1 and Example 2 about the thallium bromide product manufacturing method according to the embodiment will be described. First, Example 1 will be described.

図2は、実施例1における第1製造工程で使用される設備の概略を示す図である。設備1は、市販の臭化タリウム粉末を純化及び結晶化することにより、臭化タリウム中間材料を製造するものである。なお、臭化タリウム中間材料は、次の第2製造工程の原材料となるものである。   FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of equipment used in the first manufacturing process in the first embodiment. The equipment 1 is for producing a thallium bromide intermediate material by purifying and crystallizing commercially available thallium bromide powder. The thallium bromide intermediate material is a raw material for the next second manufacturing process.

図2において、設備1は、電気炉2、るつぼ(坩堝)3、るつぼ3を電気炉2内で回転させながら上下動させるための駆動装置4、るつぼ3内に臭化水素ガスを供給するガスボンベ5、るつぼ3内で生成した不純物を含むガスを捕集するトラップ6、るつぼ3内に臭素ガスを供給する臭素容器10、等を備えている。   In FIG. 2, the facility 1 includes an electric furnace 2, a crucible 3, a driving device 4 for moving the crucible 3 up and down while rotating in the electric furnace 2, and a gas cylinder that supplies hydrogen bromide gas into the crucible 3. 5, a trap 6 for collecting a gas containing impurities generated in the crucible 3, a bromine container 10 for supplying bromine gas into the crucible 3, and the like.

駆動装置4が、るつぼ3を上下方向にのみ移動させる装置であってもよい。電気炉2内においては、上下方向に沿って複数の発熱コイル21が配設されている。電気炉2内における上下方向の温度分布を自在に設定することができるように、各発熱コイル21の発熱量が個別的に調整される。このため、温度制御装置22、温度センサ23、及び、温度測定装置24が設けられている。   The drive device 4 may be a device that moves the crucible 3 only in the vertical direction. In the electric furnace 2, a plurality of heating coils 21 are disposed along the vertical direction. The heat generation amount of each heating coil 21 is individually adjusted so that the vertical temperature distribution in the electric furnace 2 can be freely set. For this reason, a temperature control device 22, a temperature sensor 23, and a temperature measurement device 24 are provided.

るつぼ3の中には、原材料となる市販の臭化タリウム粉末が封入される。るつぼ3は、電気炉2内に配置されている。るつぼ3は、例えば石英ガラスで構成され、その内径は例えば約75mmである。駆動装置4は、電気炉2の上方に配置されている。駆動装置4は、電気炉2内で、るつぼ3を回転させながら、予め設定された一定の速度で、るつぼ3を上下動させる。駆動装置4としては、公知の構成を採用することができる。駆動装置4は、例えば、モータ、変速機等を含む。   A commercially available thallium bromide powder as a raw material is enclosed in the crucible 3. The crucible 3 is disposed in the electric furnace 2. The crucible 3 is made of, for example, quartz glass and has an inner diameter of, for example, about 75 mm. The driving device 4 is disposed above the electric furnace 2. The driving device 4 moves the crucible 3 up and down at a predetermined constant speed while rotating the crucible 3 in the electric furnace 2. As the driving device 4, a known configuration can be adopted. The drive device 4 includes, for example, a motor, a transmission, and the like.

ガスボンベ5には、臭化水素ガスが充填されている。ガスボンベ5は、るつぼ3に対して配管7aを介して接続されている。配管7aに対しては、配管7bを介して圧力計9が接続されており、また、配管7eを介して臭素容器10が接続されている。更に、以下に説明するトラップ6から延びる配管7cが接続されている。なお、配管7a上であって、ガスボンベ5の近傍には、バルブ8aが設けられており、配管7a上であって、るつぼ3の近傍には、バルブ8bが設けられている。配管7b上にはバルブ8cが設けられており、配管7e上にはバルブ8fが設けられており、配管7c上にはバルブ8dが設けられている。   The gas cylinder 5 is filled with hydrogen bromide gas. The gas cylinder 5 is connected to the crucible 3 via a pipe 7a. A pressure gauge 9 is connected to the pipe 7a through a pipe 7b, and a bromine container 10 is connected through a pipe 7e. Further, a pipe 7c extending from the trap 6 described below is connected. A valve 8 a is provided on the pipe 7 a in the vicinity of the gas cylinder 5, and a valve 8 b is provided on the pipe 7 a and in the vicinity of the crucible 3. A valve 8c is provided on the pipe 7b, a valve 8f is provided on the pipe 7e, and a valve 8d is provided on the pipe 7c.

トラップ6は、液体窒素等の冷媒により冷却されるコールドトラップである。トラップ6には、配管7dを介して真空ポンプ61が接続されている。配管7d上には、バルブ8eが設置されている。   The trap 6 is a cold trap cooled by a refrigerant such as liquid nitrogen. A vacuum pump 61 is connected to the trap 6 via a pipe 7d. A valve 8e is installed on the pipe 7d.

次に、図3、図4及び図5を参照しながら、第1実施例における第1製造工程について説明する。第1製造工程は、乾燥工程、臭化水素による還元工程、及び、ブリッジマン法による純化及び結晶化の工程、を含んでいる。   Next, the first manufacturing process in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 5. The first production process includes a drying process, a reduction process using hydrogen bromide, and a purification and crystallization process using the Bridgman method.

(乾燥工程)
図3において、原材料としての純度99.99%の市販の臭化タリウム粉末6kgがるつぼ3内に充填される(ステップS1)。市販の臭化タリウムの純度は、金属元素について規定されたものであり、酸素や水分については規定されていない。この純度99.99%の市販の臭化タリウム粉末には、臭化タリウムの他、タリウム酸化物及び水分等の微量な不純物が含まれている。この市販の臭化タリウム中に含まれる鉛の濃度を、グロー放電質量分析法(GDMS:Glow Discharge Mass Spectrometry)で分析したところ、その濃度は7.4ppmであった。
(Drying process)
In FIG. 3, 6 kg of commercially available thallium bromide powder having a purity of 99.99% as a raw material is filled in the crucible 3 (step S1). The purity of commercially available thallium bromide is specified for metal elements, and is not specified for oxygen and moisture. This commercially available thallium bromide powder having a purity of 99.99% contains a small amount of impurities such as thallium oxide and moisture in addition to thallium bromide. When the concentration of lead contained in this commercially available thallium bromide was analyzed by glow discharge mass spectrometry (GDMS), the concentration was 7.4 ppm.

次に、配管7aとるつぼ3とを接続する(ステップS2)。駆動装置4により、るつぼ3を下降させ、るつぼ3を電気炉2内に配置する。この時、バルブ8a、8b、8c、8d、8e、8fは閉鎖されている。続いて、電気炉2内の温度を120℃程度に設定すると共に、バルブ8b、バルブ8d、及びバルブ8eを開放し、真空ポンプ61を作動させることによって、昇温したるつぼ3内のガスを排気する(ステップS3)。原材料は、このようなステップS1〜S3を経ることによって、乾燥処理される。   Next, the piping 7a and the crucible 3 are connected (step S2). The crucible 3 is lowered by the driving device 4 and the crucible 3 is placed in the electric furnace 2. At this time, the valves 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, and 8f are closed. Subsequently, the temperature in the electric furnace 2 is set to about 120 ° C., the valve 8b, the valve 8d, and the valve 8e are opened, and the vacuum pump 61 is operated to exhaust the gas in the crucible 3 that has been heated. (Step S3). The raw material is dried by going through such steps S1 to S3.

(臭化水素による還元工程)
トラップ6に液体窒素LNを充填する(ステップS4)。液体窒素LNで冷却されたトラップ6により、真空ポンプ61でるつぼ3から吸引した不純物を含むガス(以下、「不純物ガス」という。)を捕集することが可能になる。次に、発熱コイル21に通電することにより、電気炉2内の温度を上げて、るつぼ3を所定の温度まで昇温する(ステップS5)。なお、昇温幅は、後記するステップS5〜S8の工程の繰り返し回数によって適宜に設定することができる。この昇温幅については後記する。
(Reduction process with hydrogen bromide)
The trap 6 is filled with liquid nitrogen LN (step S4). The trap 6 cooled by the liquid nitrogen LN can collect gas containing impurities (hereinafter referred to as “impurity gas”) sucked from the crucible 3 by the vacuum pump 61. Next, the heating coil 21 is energized to raise the temperature in the electric furnace 2 and raise the temperature of the crucible 3 to a predetermined temperature (step S5). Note that the temperature rise width can be appropriately set according to the number of repetitions of steps S5 to S8 described later. This temperature increase range will be described later.

次に、バルブ8d及びバルブ8eが閉鎖されている状態で、バルブ8a、バルブ8b及びバルブ8cを開放することによって、ガスボンベ5の臭化水素ガスを、配管7aを介して、るつぼ3内に充填する(ステップS6)。   Next, with the valves 8d and 8e closed, the crucible 3 is filled with the hydrogen bromide gas in the gas cylinder 5 by opening the valves 8a, 8b and 8c via the pipe 7a. (Step S6).

なお、るつぼ3及び配管7a内は、真空ポンプ61によって予め減圧された状態になっており、バルブ8aを開くと、ガスボンベ5内において液体状態である臭化水素が、気化されてガス状となり、配管7aを通って、るつぼ3内に供給される。この時、圧力計9でるつぼ3内の圧力をモニタリングすることにより、るつぼ3内に充填される臭化水素ガスの量を、ガスボンベ5のレギュレータにより、適宜に調節することができる。   The inside of the crucible 3 and the pipe 7a is in a state of being depressurized in advance by the vacuum pump 61, and when the valve 8a is opened, the hydrogen bromide that is in the liquid state in the gas cylinder 5 is vaporized and becomes gaseous, It is supplied into the crucible 3 through the pipe 7a. At this time, by monitoring the pressure in the crucible 3 with the pressure gauge 9, the amount of hydrogen bromide gas filled in the crucible 3 can be appropriately adjusted by the regulator of the gas cylinder 5.

このようにして、原材料と臭化水素ガスとが所定温度で接触すると、原材料に含まれる不純物としてのタリウム酸化物は、臭化水素ガスと反応して還元される。これにより、不純物ガス、例えば水蒸気が生じる。この状態を維持しながら、所定時間(例えば、4〜5分間)るつぼ3を放置する(ステップS7)。   In this way, when the raw material and the hydrogen bromide gas come into contact with each other at a predetermined temperature, the thallium oxide as an impurity contained in the raw material reacts with the hydrogen bromide gas and is reduced. Thereby, impurity gas, for example, water vapor is generated. While maintaining this state, the crucible 3 is left for a predetermined time (for example, 4 to 5 minutes) (step S7).

次に、バルブ8aを閉鎖すると共に、バルブ8b及びバルブ8cが開放された状態で、バルブ8d及びバルブ8eを開放する。その状態で、真空ポンプ61を作動させることによって、るつぼ3内のガス、つまり、るつぼ3内で生成した不純物ガスや未反応の臭化水素ガスが排気される(ステップS8)。排気されたガスは、トラップ6で捕集される。   Next, the valve 8a is closed, and the valve 8d and the valve 8e are opened with the valve 8b and the valve 8c being opened. In this state, by operating the vacuum pump 61, the gas in the crucible 3, that is, the impurity gas generated in the crucible 3 and the unreacted hydrogen bromide gas are exhausted (step S8). The exhausted gas is collected by the trap 6.

S5〜S8の工程が、予め設定された所定の回数、繰り返される。つまり、ステップS8の工程が終了した段階で、S5〜S8の工程が所定回数以上、繰り返されていなければ(ステップS9での判断がNOの場合)、S5〜S8の工程が更に実行される。一方、S5〜S8の工程が所定回数以上、繰り返されていれば(ステップS9での判断がYESの場合)、ステップS10の判断に移行する。なお、繰り返し回数は例えば5回である。繰り返し回数について特に制限は無く、例えば、4〜20回の範囲内で適宜に設定されればよい。   Steps S5 to S8 are repeated a predetermined number of times set in advance. That is, when the process of step S8 is completed, if the process of S5 to S8 is not repeated a predetermined number of times or more (when the determination in step S9 is NO), the process of S5 to S8 is further executed. On the other hand, if the steps S5 to S8 are repeated a predetermined number of times or more (if the determination in step S9 is YES), the process proceeds to the determination in step S10. The number of repetitions is, for example, 5 times. There is no restriction | limiting in particular about the frequency | count of repetition, For example, what is necessary is just to set suitably in the range of 4-20 times.

ステップS10では、るつぼ3が所定の温度になったか否かが判断される。その所定の温度として300℃が設定されている。るつぼ3が所定の温度、つまり300℃になっていなければ(ステップS10での判断がNOの場合)、ステップS5〜S9の工程が繰り返される。一方、るつぼ3が所定の温度、つまり300℃になっていれば(ステップS10での判断がYESの場合)、次のステップS11の処理に移行する。   In step S10, it is determined whether or not the crucible 3 has reached a predetermined temperature. 300 ° C. is set as the predetermined temperature. If the crucible 3 is not at a predetermined temperature, that is, 300 ° C. (when the determination at step S10 is NO), the steps S5 to S9 are repeated. On the other hand, if the crucible 3 is at a predetermined temperature, that is, 300 ° C. (when the determination in step S10 is YES), the process proceeds to the next step S11.

ここで、ステップS5におけるるつぼ3の昇温幅について説明する。乾燥工程終了時の温度(本実施例では120℃)とステップS10におけるるつぼ3の所定の温度(本実施例では300℃)との差(本実施例では180℃)を、ステップS9における所定の回数(実施例1では5回)で除した温度(本実施例では36℃)を昇温幅として設定すればよい。つまり、るつぼ3の温度が300℃になるまでの間に、ステップS5〜S8の工程が少なくとも5回、実行される。なお、「少なくとも5回」としたのは、予め設定した5回のステップS5〜S8の処理が終了した後、ステップS10におけるるつぼ3の温度が所定の温度(300℃)に満たない場合、さらなるステップS5〜S8の工程の実行を許容する意味である。   Here, the temperature increase width of the crucible 3 in step S5 will be described. The difference (180 ° C. in this embodiment) between the temperature at the end of the drying process (120 ° C. in this embodiment) and the predetermined temperature (300 ° C. in this embodiment) of the crucible 3 in step S10 is determined as the predetermined temperature in step S9. What is necessary is just to set the temperature (36 degrees C in this embodiment) divided by the number of times (5 times in Embodiment 1) as the temperature increase width. That is, steps S5 to S8 are performed at least five times until the temperature of the crucible 3 reaches 300 ° C. Note that “at least 5 times” is set when the temperature of the crucible 3 in step S10 is less than a predetermined temperature (300 ° C.) after the preset five times of steps S5 to S8 are completed. This means that the execution of steps S5 to S8 is permitted.

臭化タリウム原材料中に含まれるタリウム酸化物は、このようなステップS5〜S10を経ることによって、臭化水素によって還元され、それは不純物ガスとして脱気される。   The thallium oxide contained in the thallium bromide raw material is reduced by hydrogen bromide through such steps S5 to S10, and is degassed as an impurity gas.

(臭素充填工程)
実施例1における臭素充填工程はステップS11〜S12を含む。まず、臭素ガスがるつぼ3内に充填される(ステップS11)。詳しくは、バルブ8dが閉じられ、バルブ8fが開かれることによって、臭素容器10から所定量の臭素ガスがるつぼ3内に充填される。所定量は、例えば、99.91〜99.99モル%の臭化タリウムに対して、0.01〜0.09モル%の臭素となるように、定められる。バルブ8a、バルブ8b、バルブ8c、バルブ8d、バルブ8e及びバルブ8fの全てが閉鎖されると共に、配管7aがるつぼ3の近傍で封じ切られることによって、るつぼ3が封止される(ステップS12)。
(Bromine filling process)
The bromine filling process in Example 1 includes steps S11 to S12. First, bromine gas is filled into the crucible 3 (step S11). Specifically, when the valve 8d is closed and the valve 8f is opened, a predetermined amount of bromine gas is filled into the crucible 3 from the bromine container 10. The predetermined amount is determined to be 0.01 to 0.09 mol% bromine with respect to 99.91 to 99.99 mol% thallium bromide, for example. All of the valve 8a, the valve 8b, the valve 8c, the valve 8d, the valve 8e, and the valve 8f are closed, and the crucible 3 is sealed by sealing the pipe 7a in the vicinity of the crucible 3 (step S12). .

(ブリッジマン法による純化及び結晶育成の工程)
電気炉2内において、その上部からその下部にかけて温度を徐々に低下させる温度勾配が形成される(ステップS13)。この温度勾配は、臭化タリウムの融点を中心に、電気炉2内のるつぼ3内において、その上部で当該臭化タリウムの液相が形成され、その下部で当該臭化タリウムの固相が形成されるように、設定される。具体的には、各発熱コイル21の発熱量を制御することによって、電気炉2内において、その上部から下部にかけて、500℃〜150℃の範囲をもった、好ましくは480℃〜150℃の範囲をもった、温度勾配が形成される。その際、温度制御装置22、温度センサ23及び温度測定装置24が機能する。
(Purification and crystal growth process by Bridgman method)
In the electric furnace 2, a temperature gradient is formed to gradually decrease the temperature from the upper part to the lower part (step S13). This temperature gradient is centered on the melting point of thallium bromide, and in the crucible 3 in the electric furnace 2, a liquid phase of the thallium bromide is formed at the upper part, and a solid phase of the thallium bromide is formed at the lower part. To be set. Specifically, by controlling the amount of heat generated by each heating coil 21, the electric furnace 2 has a range from 500 ° C. to 150 ° C., preferably from 480 ° C. to 150 ° C., from the top to the bottom. A temperature gradient is formed. At that time, the temperature control device 22, the temperature sensor 23, and the temperature measurement device 24 function.

次に、駆動装置4によって、るつぼ3を回転させながら、電気炉2内において、るつぼ3を上から下へ一定速度で下降させていく(ステップS14)。その下降速度は、温度勾配を形成した区間の上下長さによって変動するが、例えば、その長さが60cmの場合、2.5mm/h程度でよい。   Next, while the crucible 3 is rotated by the driving device 4, the crucible 3 is lowered from the top to the bottom at a constant speed in the electric furnace 2 (step S14). The descending speed varies depending on the vertical length of the section in which the temperature gradient is formed. For example, when the length is 60 cm, it may be about 2.5 mm / h.

るつぼ3が電気炉2内を下降していく過程で、電気炉2の上部で溶融した臭化タリウムは、徐々に温度を下げながら固化し、これにより結晶が成長して行く。すなわち、ブリッジマン法によって結晶が成長して行く。るつぼ3の内容物が完全に固化していない場合(ステップS15での判断がNOの場合)は、るつぼ3を一定速度で更に下降させ(ステップS14)、一方、当該内容物が完全に固化した場合(ステップS15での判断がYESの場合)に、第1製造工程は終了する。   As the crucible 3 descends in the electric furnace 2, the thallium bromide melted in the upper part of the electric furnace 2 is solidified while gradually lowering the temperature, whereby crystals grow. That is, crystals grow by the Bridgman method. If the contents of the crucible 3 are not completely solidified (if the determination in step S15 is NO), the crucible 3 is further lowered at a constant speed (step S14), while the contents are completely solidified. In the case (when the determination in step S15 is YES), the first manufacturing process ends.

第1製造工程で製造される臭化タリウム中間材料(臭化タリウム結晶としてのインゴット)は、次の第2製造工程での原材料となるものであるので、単結晶である必要はなく、多結晶であってもよい。第1製造工程で製造されたインゴットの直径は、例えば、約75mmであり、その直筒部の長さは、例えば、約130mmである。ブリッジマン法による偏析効果により、不純物がインゴットの上部に凝集する。インゴットの他の部分つまり純化部分において、原材料として用いた純度99.99%の市販の臭化タリウム粉末よりも、不純物としての鉛濃度が削減される。GDMSによって、インゴットの直筒部における最下部分での鉛濃度を分析したところ、2個のインゴットについて、それぞれ0.6ppm、0.9ppmという分析結果を得ている。それらは原材料中の鉛濃度7.4ppmよりも大幅に小さい。   Since the thallium bromide intermediate material (ingot as thallium bromide crystal) produced in the first production process is a raw material in the next second production process, it does not have to be a single crystal and is polycrystalline. It may be. The diameter of the ingot manufactured in the first manufacturing process is, for example, about 75 mm, and the length of the straight tube portion is, for example, about 130 mm. Due to the segregation effect by the Bridgman method, impurities aggregate at the top of the ingot. In the other part of the ingot, that is, the purified part, the lead concentration as an impurity is reduced as compared with the commercially available thallium bromide powder having a purity of 99.99% used as a raw material. When the lead concentration in the lowermost portion of the straight part of the ingot was analyzed by GDMS, analytical results of 0.6 ppm and 0.9 ppm were obtained for the two ingots, respectively. They are much smaller than the lead concentration of 7.4ppm in the raw materials.

(加工工程)
第1製造工程で製造されたインゴットにおける上部(不純物凝集部)以外の純化部分が複数の小塊に分断される。以下に説明する第2製造工程で使用する容器の開口を通じてその容器内にインゴットの純化部分を投入できるように、個々の小塊のサイズが定められる。分断作業に際しては不純物が混入しないようにその作業を行うべきである。第1製造工程で製造されたインゴットを圧延その他の方法で変形するようにしてもよい。いずれにしても第2製造工程を実施するためにインゴットが必要に応じて加工される。なお、るつぼ3からのインゴットの取り出しに際しては、るつぼ3の切断等、公知技術が利用される。
(Processing process)
The purified part other than the upper part (impurity aggregation part) in the ingot manufactured in the first manufacturing process is divided into a plurality of small blocks. The size of each small blob is determined so that the purified portion of the ingot can be put into the container through the opening of the container used in the second manufacturing process described below. In the dividing operation, the operation should be performed so that impurities are not mixed. The ingot manufactured in the first manufacturing process may be deformed by rolling or other methods. In any case, the ingot is processed as necessary to carry out the second manufacturing process. In taking out the ingot from the crucible 3, a known technique such as cutting the crucible 3 is used.

(帯域精製法による純化工程)
図5には、第2製造工程において帯域精製法を実施するための設備(帯域精製装置)200が示されている。容器202は円筒形状をもった石英ガラス管であり、その内径は例えば50mmであり、その長さは例えば350mmである。容器202の一端(図5において右端)は封止されており、容器202の他端(図5において左側)には開口が形成され、その開口には細い円筒形状をもった別の石英ガラス管222が接続されている。石英ガラス管222の内径は例えば10mmである。
(Purification process by zone purification method)
FIG. 5 shows an installation (band purification apparatus) 200 for performing the band purification method in the second manufacturing process. The container 202 is a quartz glass tube having a cylindrical shape, and has an inner diameter of, for example, 50 mm and a length of, for example, 350 mm. One end (right end in FIG. 5) of the container 202 is sealed, an opening is formed in the other end (left side in FIG. 5) of the container 202, and another quartz glass tube having a thin cylindrical shape in the opening. 222 is connected. The inner diameter of the quartz glass tube 222 is, for example, 10 mm.

石英ガラス管222は、第2製造工程での処理対象となる原材料(臭化タリウム中間材料)を受け入れる入口としての役割を果たし、また、封入ガスの入口の役割も果たす。帯域精製用の容器202は、内径65mmの円筒形状の炉心管203の内部に挿入される。ヒータ204は、例えば、通電により発熱する発熱体である。ヒータ204は、ヒータ移動装置205に保持される。ヒータ移動装置205は、ヒータ204を炉心管203の軸方向(図5における左右方向)に沿って移動させる構造を備え、また、ヒータ204を軸方向の任意の位置で静止させる機能を備える。   The quartz glass tube 222 serves as an inlet for receiving a raw material (thallium bromide intermediate material) to be processed in the second manufacturing process, and also serves as an inlet for an enclosed gas. The zone purification vessel 202 is inserted into a cylindrical core tube 203 having an inner diameter of 65 mm. The heater 204 is, for example, a heating element that generates heat when energized. The heater 204 is held by the heater moving device 205. The heater moving device 205 has a structure for moving the heater 204 along the axial direction (left and right direction in FIG. 5) of the core tube 203, and also has a function of stopping the heater 204 at an arbitrary position in the axial direction.

補助ヒータ232が炉心管203の上側に配置されている。補助ヒータ232は、例えば、通電により発熱する発熱体である。補助ヒータ232は、炉心管203全体の温度を上昇させるものである。図示の構成例では、補助ヒータ232が上部のみに配置されているが、それが炉心管203の全体を覆うように設置されてもよい。補助ヒータ232の単位面積当たりの加熱出力はヒータ204よりも小さい。   An auxiliary heater 232 is arranged on the upper side of the core tube 203. The auxiliary heater 232 is a heating element that generates heat when energized, for example. The auxiliary heater 232 increases the temperature of the entire core tube 203. In the illustrated configuration example, the auxiliary heater 232 is disposed only in the upper part, but it may be installed so as to cover the entire core tube 203. The heating output per unit area of the auxiliary heater 232 is smaller than that of the heater 204.

さて、第1製造工程で製造された臭化タリウム(臭化タリウム中間材料)、具体的には、例えば500gの臭化タリウム201が、石英ガラス管222を経て、容器202内に投入される。但し、ブリッジマン法による結晶育成工程で作製された6kgの結晶インゴットのうち、不純物が偏析している上部20mm程度を除外し、残りの結晶インゴット下部から一部を切断したものが投入される。容器202に投入する結晶の体積は例えば約66cm3である。その場合、水平設置された容器202の内部において、投入物は容器202の半分以下の高さとなる。 Now, thallium bromide (thallium bromide intermediate material) manufactured in the first manufacturing process, specifically, for example, 500 g of thallium bromide 201 is introduced into the container 202 through the quartz glass tube 222. However, out of the 6 kg crystal ingot produced in the crystal growth process by the Bridgeman method, the upper 20 mm where the impurities are segregated is excluded, and a part of the remaining crystal ingot is cut from the lower part. The volume of crystals put into the container 202 is about 66 cm 3 , for example. In that case, in the inside of the horizontally installed container 202, the input is less than half the height of the container 202.

次に、補助ヒータ232により炉心管203の上面が加熱される。容器202の下面の温度より容器202の上面の温度が高くなる。これにより、臭化タリウムの気体が容器202の上面で冷やされることにより生じる臭化タリウム結晶の付着が回避される。また、帯域精製が終了した段階で、臭化タリウム201の表面に不純物が付着することが防止される。   Next, the upper surface of the core tube 203 is heated by the auxiliary heater 232. The temperature of the upper surface of the container 202 becomes higher than the temperature of the lower surface of the container 202. This avoids the attachment of thallium bromide crystals caused by cooling the thallium bromide gas on the upper surface of the container 202. Further, impurities are prevented from adhering to the surface of thallium bromide 201 at the stage where the zone purification is completed.

石英ガラス管222が封入ガス供給装置に接続される。その状態で、封入ガスが容器202内に供給され、容器202内が封入ガスで満たされる。その後、ガラス管222がガスバーナーで封じ切られる。本実施例における封入ガスは約0.2気圧の臭化水素ガスである。   A quartz glass tube 222 is connected to the sealed gas supply device. In this state, the sealed gas is supplied into the container 202, and the container 202 is filled with the sealed gas. Thereafter, the glass tube 222 is sealed with a gas burner. The sealed gas in this embodiment is hydrogen bromide gas at about 0.2 atm.

その後、ヒータ移動装置205により、ヒータ204が水平方向(図示の例では左側)に走査される。ヒータ204の通電により、容器202内の臭化タリウム201におけるヒータ204に相対する部分が加熱され、臭化タリウム201が部分的に帯状に融解する。溶解部分がヒータ204の移動に伴って移動する。ヒータ204に相対しなくなった部分は冷却される。その部分は徐々に凝固し結晶化する。臭化タリウム201が加熱されて融解する際、臭化タリウム201中の不純物が液相に放出され、臭化タリウム201が冷却されて結晶化(凝固)する際に不純物が液相に残留する。このため、臭化タリウム201において結晶化(凝固)した部分の純度が向上することになる。ヒータ204の移動速度は、例えば、30mm/h以上60mm/h以下とされる。例えば、ヒータ204が容器202の左端に到達すると、臭化タリウム201中の不純物が容器202の左端側に集められる。このため、臭化タリウム201においては、右端側の純度が高く、左端側の純度が低い状態となる。加熱状態のヒータ204が水平方向左側へ20回、所定速度で走査され、臭化タリウム201の融解と再結晶化が繰り返される。このような過程により臭化タリウムの純度が向上していく。   Thereafter, the heater 204 is scanned in the horizontal direction (left side in the illustrated example) by the heater moving device 205. When the heater 204 is energized, a portion of the thallium bromide 201 in the container 202 facing the heater 204 is heated, and the thallium bromide 201 is partially melted in a band shape. The melting portion moves as the heater 204 moves. The portion that is no longer opposed to the heater 204 is cooled. That part gradually solidifies and crystallizes. When thallium bromide 201 is heated and melted, impurities in thallium bromide 201 are released into the liquid phase, and when thallium bromide 201 is cooled and crystallized (solidifies), the impurities remain in the liquid phase. For this reason, the purity of the crystallized (solidified) portion in the thallium bromide 201 is improved. The moving speed of the heater 204 is, for example, 30 mm / h or more and 60 mm / h or less. For example, when the heater 204 reaches the left end of the container 202, impurities in the thallium bromide 201 are collected on the left end side of the container 202. For this reason, in thallium bromide 201, the purity on the right end side is high and the purity on the left end side is low. The heated heater 204 is scanned 20 times to the left in the horizontal direction at a predetermined speed, and the thallium bromide 201 is repeatedly melted and recrystallized. Such a process improves the purity of thallium bromide.

帯域精製を繰り返しても、処理対象となる臭化タリウムに含まれるタリウム酸化物と水分が事前に大幅に削減されているので、それらを原因として石英ガラス管が破損してしまう問題は生じ難い。   Even if the zone refining is repeated, the thallium oxide and moisture contained in the thallium bromide to be treated have been greatly reduced in advance, so that the problem that the quartz glass tube is damaged due to them is unlikely to occur.

(帯溶融による単結晶育成工程)
必要回数の帯域精製が終了した段階で、臭化タリウム201を単結晶化させるため、加熱状態のヒータ204が右側から左側へ、例えば3mm/h〜6mm/hの低速度で、一度だけゆっくりと走査される。これにより臭化タリウム201の帯状の融解部分(帯溶融)が右側から左側へゆっくりと移動し、最終的に臭化タリウム201の単結晶(インゴット)が生成される。インゴットの内、その左側には不純物が凝集しており、その右側から切り出される部分は高純度部分である。インゴット全体に対して、右側から約8割の体積に相当する部分についてGDMS分析で鉛の濃度を測定したところ、0.1ppm未満であることが確認できている。
(Single crystal growth process by zone melting)
When the required number of zone purification steps have been completed, the heater 204 in the heated state is slowly moved from the right side to the left side, for example, at a low speed of 3 mm / h to 6 mm / h, once in order to single-crystal the thallium bromide 201. Scanned. As a result, the band-shaped melted portion (band melting) of thallium bromide 201 slowly moves from the right side to the left side, and finally a single crystal (ingot) of thallium bromide 201 is generated. Impurities are aggregated on the left side of the ingot, and the portion cut out from the right side is a high purity portion. When the lead concentration was measured by GDMS analysis for a portion corresponding to about 80% of the volume from the right side of the entire ingot, it was confirmed that it was less than 0.1 ppm.

次に、実施例2について説明する。図6は、実施例2における第1製造工程で使用される設備を示す図である。図7は図6に示された設備に含まれる蒸留用るつぼを示す図である。図8及び図9には実施例2における第1製造工程がフローチャートとして示されている。実施例2における第2製造工程では、図5に示した設備が利用され、その設備を利用して複数回の帯域精製(純化)及び単結晶育成(結晶化)が実行される。以下、具体的に説明する。   Next, Example 2 will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating equipment used in the first manufacturing process according to the second embodiment. FIG. 7 is a view showing a crucible for distillation included in the facility shown in FIG. 8 and 9 are flowcharts showing the first manufacturing process in the second embodiment. In the second manufacturing process in the second embodiment, the facility shown in FIG. 5 is used, and a plurality of zone purification (purification) and single crystal growth (crystallization) are performed using the facility. This will be specifically described below.

図7において、蒸留用るつぼ120は、保持部132、直管部133、初留回収部134、本留凝縮部136、結晶育成部138等により構成される。結晶育成部138の内径は例えば約75mmである。直管部133の上端側から、原材料としての純度99.99%の市販の臭化タリウム粉末3kgが保持部132へ充填される(ステップS101)。この市販の臭化タリウム粉末(原材料)に含まれる鉛濃度をGDMSによって分析したところ、7.4ppmであった。原材料140の充填完了後、図6に示すように、蒸留用るつぼ120が結晶育成装置100の電気炉104内に配置される。具体的には、蒸留用るつぼ120がステンレス製のワイヤーを介して昇降装置108に吊られた状態が形成される。   In FIG. 7, the crucible 120 for distillation includes a holding part 132, a straight pipe part 133, an initial distillation collecting part 134, a main distillation condensing part 136, a crystal growing part 138, and the like. The inner diameter of the crystal growing part 138 is about 75 mm, for example. From the upper end side of the straight pipe part 133, 3 kg of commercially available thallium bromide powder having a purity of 99.99% as a raw material is filled into the holding part 132 (step S101). The concentration of lead contained in this commercially available thallium bromide powder (raw material) was analyzed by GDMS and found to be 7.4 ppm. After completion of the filling of the raw material 140, the distillation crucible 120 is placed in the electric furnace 104 of the crystal growing apparatus 100 as shown in FIG. Specifically, a state is formed in which the distillation crucible 120 is suspended from the lifting device 108 via a stainless steel wire.

(乾燥工程)
図6において、直管部133の先端に真空排気管112が接続され、真空排気装置110で、るつぼ120の内部が真空引きされる。そのまま1時間放置することで、常温で揮発する成分が除去される(ステップS102)。水分を除去するために真空引きを続けながら、るつぼ120全体を徐々に120℃まで昇温し(ステップS103)、その後、その状態が1時間保持される。これによって臭化タリウム原材料が乾燥処理される。
(Drying process)
In FIG. 6, a vacuum exhaust pipe 112 is connected to the tip of the straight pipe portion 133, and the inside of the crucible 120 is evacuated by the vacuum exhaust apparatus 110. By leaving it as it is for 1 hour, a component that volatilizes at room temperature is removed (step S102). While continuing to be evacuated to remove moisture, the entire crucible 120 is gradually heated to 120 ° C. (step S103), and then that state is maintained for 1 hour. Thereby, the thallium bromide raw material is dried.

(臭化水素による還元工程)
真空排気装置110に付属したトラップ(不図示)に液体窒素が充填される。トラップは、液体窒素で冷却されることによって、後記するように真空排気装置110でるつぼ120から吸引した不純物を含むガス(以下、「不純物ガス」という。)を捕集することが可能となる。発熱コイル102への通電が行われ、電気炉104内の温度が上げられ、るつぼ120を所定の温度まで昇温させる。これはヒータ制御部106の設定、制御による(ステップS104)。なお、この際の昇温幅は、後記するステップS104〜S107の工程の繰り返し回数によって適宜に設定することができ、この昇温幅については、後記する。
(Reduction process with hydrogen bromide)
A trap (not shown) attached to the vacuum exhaust device 110 is filled with liquid nitrogen. When the trap is cooled with liquid nitrogen, as described later, it becomes possible to collect a gas containing impurities (hereinafter referred to as “impurity gas”) sucked from the crucible 120 by the vacuum exhaust device 110. The heating coil 102 is energized, the temperature in the electric furnace 104 is increased, and the temperature of the crucible 120 is raised to a predetermined temperature. This is due to the setting and control of the heater control unit 106 (step S104). Note that the temperature increase range at this time can be set as appropriate depending on the number of repetitions of steps S104 to S107 described later. This temperature increase range will be described later.

真空排気管112に接続されたガスボンベ(不図示)を用いて、るつぼ120内に臭化水素ガスを充填する(ステップS105)。このようにして、原材料140と臭化水素ガスとが所定温度で接触すると、原材料140に含まれるタリウム酸化物が、臭化水素ガスと反応して還元され、不純物ガス、例えば水蒸気等が生成される。この状態を維持しながら、所定時間(例えば、4〜5分間)、るつぼ120を放置する(ステップS106)。   Using a gas cylinder (not shown) connected to the vacuum exhaust pipe 112, the crucible 120 is filled with hydrogen bromide gas (step S105). Thus, when the raw material 140 and the hydrogen bromide gas come into contact with each other at a predetermined temperature, the thallium oxide contained in the raw material 140 reacts with the hydrogen bromide gas and is reduced, and an impurity gas such as water vapor is generated. The While maintaining this state, the crucible 120 is left for a predetermined time (for example, 4 to 5 minutes) (step S106).

次に、真空排気装置110を作動させることによって、るつぼ120内のガス、つまり、るつぼ120内に生成した不純物ガスや未反応の臭化水素ガスを排気する(ステップS107)。この排気されたガスは、トラップに捕集される。   Next, by operating the vacuum exhaust device 110, the gas in the crucible 120, that is, the impurity gas generated in the crucible 120 and the unreacted hydrogen bromide gas are exhausted (step S107). This exhausted gas is collected in a trap.

このようなS104〜S107の工程は、予め設定された所定の回数、繰り返される。すなわち、ステップS107の工程が終了した後、S104〜S107の工程が所定の回数以上、繰り返されていなければ(ステップS108での判断がNOの場合)、S104〜S107の工程が更に実行される。一方、S104〜S107の工程が所定の回数以上、繰り返されていれば(ステップS108での判断がYESの場合)、次のステップS109の判断に移行する。なお、繰り返し回数を5回に設定したが、この繰り返し回数は、特に制限は無く、例えば、5〜20回の範囲で適宜に設定されればよい。   Such steps S104 to S107 are repeated a predetermined number of times. That is, after the process of step S107 is completed, if the process of S104 to S107 is not repeated a predetermined number of times or more (if the determination in step S108 is NO), the process of S104 to S107 is further executed. On the other hand, if the steps S104 to S107 are repeated a predetermined number of times or more (if the determination in step S108 is YES), the process proceeds to the next determination in step S109. Although the number of repetitions is set to 5, the number of repetitions is not particularly limited, and may be set as appropriate within a range of 5 to 20 times, for example.

次に、ステップS109では、るつぼ120が所定の温度になったか否かが判断される。所定の温度として300℃が設定されている。るつぼ120が所定の温度、つまり300℃になっていなければ(ステップS109での判断がNOの場合)、ステップS104〜S108の工程が繰り返される。一方、るつぼ120が所定の温度、つまり300℃になっていれば(ステップS109での判断がYESの場合)、次のステップS110の処理に移行する。   Next, in step S109, it is determined whether or not the crucible 120 has reached a predetermined temperature. 300 ° C. is set as the predetermined temperature. If the crucible 120 is not at the predetermined temperature, that is, 300 ° C. (when the determination in step S109 is NO), the steps S104 to S108 are repeated. On the other hand, if crucible 120 is at a predetermined temperature, that is, 300 ° C. (when the determination in step S109 is YES), the process proceeds to the next step S110.

ステップS104におけるるつぼ120の昇温幅について説明する。乾燥工程終了時の温度(本実施例では120℃)とステップS109におけるるつぼ120の所定の温度(本実施例では300℃)との差(本実施例では180℃)を、ステップS108における所定の回数(本実施例では5回)で除した温度(本実施例では36℃)を昇温幅に設定すればよい。つまり、実施例2では、るつぼ120の温度が300℃になるまでの間に、ステップS104〜S107の工程が少なくとも5回、実行されることになる。   The temperature increase width of the crucible 120 in step S104 will be described. The difference (180 ° C. in this embodiment) between the temperature at the end of the drying process (120 ° C. in this embodiment) and the predetermined temperature of the crucible 120 in step S109 (300 ° C. in this embodiment) is determined by the predetermined temperature in step S108. The temperature (36 ° C. in this embodiment) divided by the number of times (5 in this embodiment) may be set as the temperature increase range. That is, in Example 2, the processes of steps S104 to S107 are executed at least five times until the temperature of the crucible 120 reaches 300 ° C.

なお、臭化タリウム原材料中に含まれるタリウム酸化物は、このようなステップS104〜S109を経ることによって、臭化水素によって還元され、不純物ガスとして脱気される。   The thallium oxide contained in the thallium bromide raw material is reduced by hydrogen bromide through such steps S104 to S109 and degassed as an impurity gas.

(蒸留法による純化及び結晶育成の工程)
次に、バーナーを用いて、るつぼ120の先端付近が溶封される(ステップS110)。その上で、蒸発しやすい不純物が多く含まれる初留を除去するための初留回収工程に移行する。まず、図5において、結晶育成部138、保持部132、本留凝縮部136の各温度を、初留回収部134の温度以上に設定する。具体的には、結晶育成部138と保持部132と本留凝縮部136が600℃、初留回収部134が480℃となるように、ヒータ制御部106を設定し、この温度状態を30分間保持する(ステップS111)。
(Purification and crystal growth process by distillation method)
Next, the vicinity of the tip of the crucible 120 is sealed using a burner (step S110). Then, the process proceeds to an initial distillation recovery process for removing the initial distillation containing a large amount of impurities that are easily evaporated. First, in FIG. 5, the temperatures of the crystal growing unit 138, the holding unit 132, and the main distillation condensing unit 136 are set to be equal to or higher than the temperature of the initial distillation collecting unit 134. Specifically, the heater control unit 106 is set so that the crystal growing unit 138, the holding unit 132, and the main distillation condensing unit 136 are 600 ° C., and the initial distillation collecting unit 134 is 480 ° C., and this temperature state is maintained for 30 minutes. Hold (step S111).

初留回収部134を、結晶育成部138、保持部132、本留凝縮部136よりも低温にしたことによって生じる温度勾配により、原材料140に含まれる蒸発しやすい成分と臭化タリウムの一部が、初留回収部134へと向かい、初留回収部134にて凝縮して液体または固体となる。   Due to the temperature gradient generated by lowering the initial distillation collecting unit 134 at a temperature lower than that of the crystal growing unit 138, the holding unit 132, and the main distillation condensing unit 136, the component 140 and the thallium bromide contained in the raw material 140 are easily evaporated. Then, it goes to the initial distillation collecting unit 134 and is condensed in the initial distillation collecting unit 134 to become a liquid or a solid.

初留の回収工程の後、不純物の少ない本留を結晶育成部138へと導く本留の回収工程に移行する。まず、結晶育成部138と本留凝縮部136の温度を、原材料140の融点付近まで下げる。具体的には、結晶育成部138と本留凝縮部136が480℃、保持部132が600℃、初留回収部134が300℃となるように、ヒータ制御部106を設定し、この状態を5時間保持する(ステップS113)。   After the initial distillation recovery step, the process shifts to a main distillation recovery step in which the main distillation with less impurities is led to the crystal growth unit 138. First, the temperature of the crystal growing unit 138 and the main distillation condensing unit 136 is lowered to the vicinity of the melting point of the raw material 140. Specifically, the heater control unit 106 is set so that the crystal growth unit 138 and the main distillation condensing unit 136 are 480 ° C., the holding unit 132 is 600 ° C., and the initial distillation collecting unit 134 is 300 ° C. Hold for 5 hours (step S113).

ステップS113では、原料から発生する蒸気は、初留回収部134へ到達する前に、本留凝縮部136において、遅くとも管部135において、凝縮して液体となり、るつぼ120の本留凝縮部136内部側の管壁に付着する。付着した凝縮液体は、本留凝縮部136における下向きに突出した壁面を伝わって中央へと移動し、最終的に液滴となって落下し、管部137を通じて、結晶育成部138へと導かれる。これにより、不純物が最も少ない本留が結晶育成部138で回収される。   In step S113, before the steam generated from the raw material reaches the initial distillation recovery unit 134, the steam condenses into a liquid at the tube 135 at the latest in the main distillation condensing unit 136, and the inside of the main condensing unit 136 of the crucible 120 Adhere to the side tube wall. The adhering condensed liquid travels down the wall surface projecting downward in the main distillation condensing unit 136 and moves to the center, finally falls as a droplet, and is guided to the crystal growing unit 138 through the tube unit 137. . As a result, the main tail having the least amount of impurities is recovered by the crystal growth unit 138.

本留の回収を続けていくと、保持部132の原材料140には、蒸発し難い不純物が蓄積していくため、本留の回収量が増すほど、本留の純度が低下していくことになる。このため、保持部132に原材料140がある程度残った状態で、保持部132の温度が、蒸発が殆ど生じない温度、具体的には480℃まで下がるように、ヒータ制御部106を設定し、本留の回収を終了する(ステップS114)。   If collection of the main distillation is continued, impurities that are difficult to evaporate accumulate in the raw material 140 of the holding unit 132, so that the purity of the main distillation decreases as the amount of main collection increases. Become. For this reason, the heater control unit 106 is set so that the temperature of the holding unit 132 is reduced to a temperature at which evaporation hardly occurs, specifically, 480 ° C. with the raw material 140 remaining in the holding unit 132 to some extent. The collection of the distillate is terminated (step S114).

次に、図6に示した昇降装置108を用いて、るつぼ120を上昇させる(ステップS115)。初留回収部134は、電気炉104の外へ出て室温付近まで温度が下がり、本留凝縮部136と保持部132は電気炉104内において300℃となる。そのため、これらの部位に残留する原料は、融点以下となって凝固し、他の部位へ移動する恐れはなくなる。   Next, the crucible 120 is raised using the lifting device 108 shown in FIG. 6 (step S115). The initial distillation collecting unit 134 goes out of the electric furnace 104 and decreases to near room temperature, and the main distillation condensing unit 136 and the holding unit 132 reach 300 ° C. in the electric furnace 104. Therefore, the raw material remaining in these parts is solidified below the melting point, and there is no possibility of moving to other parts.

(結晶育成)
続いて、るつぼ120を上昇させたことで生じた結晶育成部138より下側の空間が370℃、結晶育成部138が480℃となるように、ヒータ制御部106を設定する(ステップS116)。この温度差を利用し、結晶育成部138において結晶の育成を開始する。結晶育成工程への移行のため、昇降装置108を用いて、るつぼ120を下降させ、液体状の本留を、るつぼ120の下部側から冷却し、凝固させる(ステップS117)。この時のるつぼ120の下降速度は、例えば2.5mm/h程度でよい。
(Crystal growth)
Subsequently, the heater control unit 106 is set so that the space below the crystal growth unit 138 generated by raising the crucible 120 is 370 ° C. and the crystal growth unit 138 is 480 ° C. (step S116). Using this temperature difference, crystal growth is started in the crystal growth unit 138. In order to shift to the crystal growth step, the crucible 120 is lowered using the lifting device 108, and the liquid main stream is cooled from the lower side of the crucible 120 and solidified (step S117). The descending speed of the crucible 120 at this time may be about 2.5 mm / h, for example.

本留が完全に固化した後、成長した結晶(インゴット)をるつぼ120から取り出す(ステップS118)。その結晶は、帯域精製の原材料として用いるものであるので、単結晶である必要はなく、多結晶であってもよい。インゴットの直径は例えば約75mm、それに含まれる直筒部の長さは例えば約45mmである。インゴットは、蒸留法による純化を経て育成しているので、蒸留の効果により、原材料として用いた純度99.99%の市販の臭化タリウム粉末よりも、特に不純物としての鉛濃度が低減されている。GDMSによって、当該インゴットの鉛濃度を分析したところ、直筒部最下部で0.2ppm未満、直筒部最下部からの高さ20mmの位置で0.5ppmであった。それらの数値は、前述の原料中の鉛濃度7.4ppmよりも大幅に小さい。   After the main distillation is completely solidified, the grown crystal (ingot) is taken out from the crucible 120 (step S118). Since the crystal is used as a raw material for zone purification, it does not have to be a single crystal and may be a polycrystal. The diameter of the ingot is about 75 mm, for example, and the length of the straight tube portion included in the ingot is about 45 mm, for example. Since ingots are grown through purification by a distillation method, the concentration of lead as an impurity is particularly reduced due to the effect of distillation, compared to commercially available thallium bromide powder having a purity of 99.99% used as a raw material. When the lead concentration of the ingot was analyzed by GDMS, it was less than 0.2 ppm at the bottom of the straight tube portion and 0.5 ppm at a position 20 mm from the bottom of the straight tube portion. Those values are significantly smaller than the lead concentration of 7.4 ppm in the raw material.

(インゴット加工)
以上の第1製造工程が終了した後、臭化タリウム中間材料としてのインゴットが必要に応じて加工される。例えば、インゴットが複数の小塊に分断される。これは以下の第2製造工程において容器内にインゴットを投入するための処理である。
(Ingot processing)
After the first manufacturing process is completed, an ingot as a thallium bromide intermediate material is processed as necessary. For example, the ingot is divided into a plurality of small blobs. This is a process for charging the ingot into the container in the following second manufacturing process.

(再純化及び再結晶化)
臭化タリウム中間材料としてのインゴット中、例えば500gが、図5に示した帯域精製装置の容器内に投入される。その上で、実施例1と同様に、20回の帯域精製による純化を経た後、ゆっくりとした速度で一度だけ帯溶融させて単結晶が育成されるようにする。
(Repurification and recrystallization)
For example, 500 g of the ingot as the thallium bromide intermediate material is put into the container of the zone purification apparatus shown in FIG. Then, as in Example 1, after 20 purifications by zone purification, the zone is melted only once at a slow rate so that a single crystal is grown.

実施例2においても、第1製造工程に乾燥工程と還元工程とが含まれているので、つまり、第2製造工程に先立って、臭化タリウム中間材料に含まれる、不純物としてのタリウム酸化物と水分が大幅に削減されているので、帯域精製用容器がそれらの不純物によって破損してしまう問題が生じることを回避できる。特に、最終的に得られる臭化タリウム単結晶(インゴット)においては、鉛の濃度が大幅に低減されているので、それを用いて半導体放射線検出器を構成すれば、エネルギー分解能を良好にすることが可能となる。   Also in Example 2, since the drying process and the reduction process are included in the first manufacturing process, that is, prior to the second manufacturing process, the thallium oxide as an impurity contained in the thallium bromide intermediate material and Since the moisture is greatly reduced, it is possible to avoid the problem that the zone refining vessel is damaged by those impurities. In particular, in the final thallium bromide single crystal (ingot) obtained, the lead concentration is greatly reduced, so if a semiconductor radiation detector is constructed using it, the energy resolution will be improved. Is possible.

実施例1及び実施例2のいずれにおいても、第1製造工程と第2製造工程とを組み合わせて実施するものである。換言すれば、純化結晶化プロセスを2回繰り返すものである。第2製造工程では帯域精製法が利用されており、帯域精製の回数を増加させて純度をより高めることも容易である。よって、高い純度をもった臭化タリウム製品を製造できる。また、第1製造工程には乾燥工程及び還元工程が含まれているので、第2製造工程において容器破損という問題が生じることを回避できる。大きな容器を利用して一度の製造過程で比較的に多量の臭化タリウム製品を製造することが可能である。これは均質で多数の半導体放射線検出器を一括製造できるという利点をもたらすものである。なお、上記実施形態に係る製造方法を他の半導体材料に対して適用するようにしてもよい。   In both Example 1 and Example 2, the first manufacturing process and the second manufacturing process are performed in combination. In other words, the purification crystallization process is repeated twice. In the second manufacturing process, a zone purification method is used, and it is easy to increase the purity by increasing the number of zone purification. Therefore, a thallium bromide product with high purity can be manufactured. Moreover, since the drying process and the reduction process are included in the first manufacturing process, it is possible to avoid the problem of container breakage in the second manufacturing process. It is possible to produce a relatively large amount of thallium bromide product in a single production process using a large container. This has the advantage that a large number of semiconductor radiation detectors can be manufactured in a batch. In addition, you may make it apply the manufacturing method which concerns on the said embodiment with respect to another semiconductor material.

S200 第1製造工程、S202 加工工程、S204 第2製造工程。
S200 1st manufacturing process, S202 processing process, S204 2nd manufacturing process.

Claims (9)

臭化タリウム原材料の純化及び結晶化により、当該臭化タリウム原材料から臭化タリウム中間材料を製造する第1製造工程と、
前記臭化タリウム中間材料の再純化及び再結晶化により、当該臭化タリウム中間材料から臭化タリウム製品を製造する第2製造工程と、
を含むことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
A first production process for producing a thallium bromide intermediate material from the thallium bromide raw material by purification and crystallization of the thallium bromide raw material;
A second manufacturing step of manufacturing a thallium bromide product from the thallium bromide intermediate material by repurification and recrystallization of the thallium bromide intermediate material;
A method for producing a thallium bromide product, comprising:
請求項1記載の製造方法において、
前記第2製造工程は帯域精製法に従う工程であり、
前記第2製造工程では複数回の帯域精製が実施される、
ことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1,
The second manufacturing process is a process according to a zone purification method,
In the second manufacturing process, zone purification is performed a plurality of times.
A method for producing a thallium bromide product.
請求項1記載の製造方法において、
前記第1製造工程には、前記臭化タリウム原材料に含有されたタリウム酸化物を除外又は低減する還元工程が含まれ、
前記還元工程は、前記第2製造工程において用いられる容器の破損を防止するための前処理工程に相当する、
ことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1,
The first manufacturing step includes a reduction step of excluding or reducing thallium oxide contained in the thallium bromide raw material,
The reduction step corresponds to a pretreatment step for preventing breakage of the container used in the second manufacturing step.
A method for producing a thallium bromide product.
請求項1記載の製造方法において、
前記第1製造工程には、前記臭化タリウム原材料に含有された水分を除外又は低減する乾燥工程が含まれ、
前記乾燥工程は、前記第2製造工程において用いられる容器の破損を防止するための前処理工程に相当する、
ことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1,
The first manufacturing process includes a drying process for excluding or reducing moisture contained in the thallium bromide raw material,
The drying step corresponds to a pretreatment step for preventing breakage of the container used in the second manufacturing step.
A method for producing a thallium bromide product.
請求項1記載の製造方法において、
前記第1製造工程と前記第2製造工程との間に、前記臭化タリウム中間材料を加工する加工工程が設けられ、
前記加工後の臭化タリウム中間材料が前記第2製造工程において用いられる容器内へ投入される、
ことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1,
A processing step for processing the thallium bromide intermediate material is provided between the first manufacturing step and the second manufacturing step,
The processed thallium bromide intermediate material is put into a container used in the second manufacturing step,
A method for producing a thallium bromide product.
請求項5記載の製造方法において、
前記加工工程では、前記臭化タリウム中間材料における純化部分が複数の小塊に分断される、
ことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
In the manufacturing method of Claim 5,
In the processing step, the purified portion in the thallium bromide intermediate material is divided into a plurality of small lumps,
A method for producing a thallium bromide product.
請求項1記載の製造方法において、
前記第1製造工程では、前記臭化タリウム中間材料として、臭化タリウム多結晶又は臭化タリウム単結晶が製造され、
前記第2製造工程では、前記臭化タリウム製品として、臭化タリウム単結晶が製造される、
ことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1,
In the first production step, as the thallium bromide intermediate material, a thallium bromide polycrystal or a thallium bromide single crystal is produced,
In the second production step, a thallium bromide single crystal is produced as the thallium bromide product.
A method for producing a thallium bromide product.
請求項1記載の製造方法において、
前記臭化タリウム製品は放射線検出用の半導体として利用されるものである、
ことを特徴とする臭化タリウム製品製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1,
The thallium bromide product is used as a semiconductor for radiation detection.
A method for producing a thallium bromide product.
臭化タリウム原材料の純化及び結晶化により、当該臭化タリウム原材料から臭化タリウム中間材料を製造する第1製造設備と、
前記臭化タリウム中間材料の再純化及び再結晶化により、当該臭化タリウム中間材料から臭化タリウム製品を製造する第2製造設備と、
を含むことを特徴とする臭化タリウム製品製造装置。
A first production facility for producing a thallium bromide intermediate material from the thallium bromide raw material by purification and crystallization of the thallium bromide raw material;
A second production facility for producing a thallium bromide product from the thallium bromide intermediate material by repurification and recrystallization of the thallium bromide intermediate material;
An apparatus for producing thallium bromide products, comprising:
JP2017112920A 2017-06-07 2017-06-07 Production method and apparatus of thallium bromide product Pending JP2018203586A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017112920A JP2018203586A (en) 2017-06-07 2017-06-07 Production method and apparatus of thallium bromide product

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017112920A JP2018203586A (en) 2017-06-07 2017-06-07 Production method and apparatus of thallium bromide product

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018203586A true JP2018203586A (en) 2018-12-27

Family

ID=64956325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017112920A Pending JP2018203586A (en) 2017-06-07 2017-06-07 Production method and apparatus of thallium bromide product

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018203586A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI558863B (en) Polycrystalline silicon rods
JP3724571B2 (en) Silicon single crystal manufacturing method and silicon single crystal manufacturing apparatus
JPH11157982A (en) Production of calcium difluoride crystal and treatment of raw material
JP4083449B2 (en) CdTe single crystal manufacturing method
US10663605B2 (en) High transmittance single crystal YAP scintillators
CN109402724B (en) Non-doped and Eu2+Directional zone-melting growth device and method for doped strontium iodide crystal
JP6162625B2 (en) Crystal growth crucible, crystal growth apparatus and crystal growth method provided therewith
JP2018203586A (en) Production method and apparatus of thallium bromide product
Tonn et al. Removal of oxidic impurities for the growth of high purity lead iodide single crystals
JP5637778B2 (en) Method for producing polycrystalline gallium arsenide compound semiconductor
CN105723019A (en) Method of growing germanium crystals
CN100408731C (en) Method and appts. of using molten lead iodide to grow monocrystal
CN106757306A (en) Crucible and growing method for preparing heavy in section crystal of lead tungstate
CN113403689A (en) Preparation method and device of low-defect tellurium-zinc-cadmium crystal
Datta et al. Advanced crystal growth techniques for thallium bromide semiconductor radiation detectors
KR102259092B1 (en) Process for preparing polycrystalline silicon
Hayashi et al. Growth of ultra‐high purity PbI2 single crystal:(1) Preparation of high purity PbI2
Yoshikawa et al. Development and melt growth of novel scintillating halide crystals
JP5061728B2 (en) Method for growing silicon single crystal
Roy et al. Macro-and microscopic growth interface study of CdZnTe ingots by THM technique
JP5088966B2 (en) Method for producing polycrystalline silicon and reactor for producing polycrystalline silicon
JP2017186211A (en) Crucible for crystal growth, crystal growth apparatus including the same and crystal growth method
JP2009256119A (en) Instrument for distilling raw material and production method of crystal for scintillator
WO2020204141A1 (en) Polycrystalline silicon material
Taranyuk Skull method—an alternative scintillation crystals growth technique for laboratory and industrial production