JP2024048388A - 放射線および／または粒子検出器用ガラス - Google Patents
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Abstract
【課題】放射線および／または粒子検出装置、特に中性子検出装置、ＵＶ検出器またはニュートリノ検出装置のために特に有用であるガラスを提供する。【解決手段】前記の課題は、波長２６０ｎｍで（基準厚さ１．０ｍｍで）少なくとも６５．０％の透過率を有するガラスであって、前記ガラス中のＺｒＯ2の量が１５０ｐｐｍ未満である、前記ガラスによって解決される。【選択図】図２
Description
本開示は放射線検出器、特に中性子検出器、ＵＶ検出器およびニュートリノ検出器用のガラスに関する。本開示はそのようなガラスの製造方法、および放射線および／または粒子検出器における、特に中性子検出器、ＵＶ検出器またはニュートリノ検出器における、そのようなガラスの使用にも関する。
放射線および／または粒子検出器はガラス物品、例えばレンズ、カバー、ガラスファイバなどを含むことが多く、それらは測定と干渉してはならない。
しかしながら、原料ならびに製造プロセスが、特定の放射線および／または粒子と干渉する材料によってガラスを汚染することがある。例えば、ガラス中の特定の成分は中性子吸収能力および／またはＵＶ吸収能力を有する元素を含む。それらのガラスの元素のいくつかは弱い核放射線を示すことすらあり、それは実際の測定にさらなる影響を及ぼしかねない。
例えば、大半の従来のガラスはＺｒ、Ｈｆ、並びに他の汚染物質、例えばＦｅ、Ｔｉおよび／またはＰｔを含む。Ｈｆは少なくともいくつかの同位体においては放射性であり、中性子吸収能力を有する。ＺｒおよびＨｆは化学的に密接に関連しているので、Ｚｒ汚染物質は常にＨｆ汚染物質も含む。Ｐｔ、ＴｉおよびＦｅは例えば、特定の波長のＵＶ光を吸収する。従って、そのような汚染されたガラスは、放射線および／または粒子検出装置、特に中性子検出装置、ＵＶ検出器およびニュートリノ検出装置のために特に有用ではない。
さらに、特定の検出器においては異なる物理的作用が同時に使用され、例えば中性子検出器は中性子吸収によって機能するが、ＵＶ放射線の検出に依存するシンチレーションによっても機能し、ＵＶ放射線の検出はＵＶ吸収によって、並びに残留放射能などによって干渉されるので、汚染物質を有するガラスは放射線および／または粒子検出器といくつかのレベルで干渉し、全ての検出誤差を補正することが困難になる。
従って、従来技術において、放射線および／または粒子検出装置、特に中性子検出装置、ＵＶ検出器またはニュートリノ検出装置のために特に有用であるガラスを提供する必要性がある。
発明の詳細
本開示においては、本質的にＺｒおよびＨｆ（並びに相応の酸化物ＺｒＯ2およびＨｆＯ2）、並びに他の汚染物質、例えばＦｅ、Ｔｉおよび／またはＰｔ不含であり、従って放射線検出装置、特に中性子検出装置、ニュートリノ検出装置、およびＵＶ検出装置のために特に有用である新規のガラス組成物およびその使用が示される。さらに、以下に示されるガラスは優れたＵＶ透過率も示し、それは特にシンチレーション検出器において使用する場合にさらに有益である。
本開示においては、本質的にＺｒおよびＨｆ（並びに相応の酸化物ＺｒＯ2およびＨｆＯ2）、並びに他の汚染物質、例えばＦｅ、Ｔｉおよび／またはＰｔ不含であり、従って放射線検出装置、特に中性子検出装置、ニュートリノ検出装置、およびＵＶ検出装置のために特に有用である新規のガラス組成物およびその使用が示される。さらに、以下に示されるガラスは優れたＵＶ透過率も示し、それは特にシンチレーション検出器において使用する場合にさらに有益である。
本開示の１つの態様において、耐火るつぼのために使用される従来の材料、例えばケイ酸アルミニウムジルコニウム（ＡＺＳ、商品名Ｚｉｒｋｏｓｉｔ（登録商標） Ｓ３２、Ｓ３２ Ｎ、Ｓ３２ ＫＬＰ、Ｓ３２ ＫＬＳ、Ｍ３６、Ｍ３６ Ｎ、Ｍ３６ ＥＬ、Ｍ３６ ＫＬＢ、Ｍ３６ ＫＬＰ、Ｍ３６ ＫＬＳなどで知られる）、またはＡｌ2Ｏ3含有材料（Ａｌ2Ｏ3含有率４５～９５質量％、Ｋｏｒｖｉｓｉｔ（登録商標）ＡＢ、ＡＢ Ｎ、ＡＢ ＫＬＰ、ＡＢ ＫＬＳ、Ａなどとして知られる）は、例えばＦｅ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｇａ、Ｚｒなどの元素（またはそれらの酸化物）でのガラス溶融物の汚染が不可避であることが判明した。これはまた、中性子吸収、ＵＶ吸収および残留放射能を示すガラスをもたらし、放射線検出装置、特に中性子検出装置、ニュートリノ検出装置、およびＵＶ検出装置におけるその有用性を低下させる。
中性子検出
中性子検出は、適切に位置付けられた検出器に入る中性子の有効な検出である。中性子を検出するための現在最も一般的なハードウェアはシンチレーション検出器である。シンチレーション中性子検出器は、液体の有機シンチレータ、結晶、プラスチックおよびシンチレーションファイバを含む。
中性子検出は、適切に位置付けられた検出器に入る中性子の有効な検出である。中性子を検出するための現在最も一般的なハードウェアはシンチレーション検出器である。シンチレーション中性子検出器は、液体の有機シンチレータ、結晶、プラスチックおよびシンチレーションファイバを含む。
中性子検出のためのシンチレーション6Ｌｉガラスは科学文献において１９５７年に初めて報告され、それ以来、重要な進歩があった。シンチレーションガラスファイバは6ＬｉおよびＣｅ3+をガラスのバルク組成物中に組み込むことによって機能する。6Ｌｉは6Ｌｉ（ｎ，α）反応を通じた熱中性子吸収のための高い断面積を有する。中性子吸収はトリチウムイオン、アルファ粒子および運動エネルギーを生成する。アルファ粒子およびトリチウムはガラスマトリックスと相互作用してイオン化をもたらし、それがエネルギーをＣｅ3+イオンに伝達し、励起状態のＣｅ3+イオンが基底状態に戻る際に波長３９０ｎｍ～６００ｎｍを有するフォトンの放出が生じる。
その事象は、吸収された各々の中性子について数千のフォトンの光の閃光をもたらす。シンチレーション光の一部が、導波路として機能するガラスファイバを通じて伝搬する。ファイバ端部は、フォトンのバーストを検出するための一対の光電子増倍管（ＰＭＴ）に光学的に結合されている。検出器を使用して中性子とガンマ線との両方を検出することができ、それらは典型的には波高弁別を使用して区別される。ガンマ線に対するファイバ検出器の感度を低下することにおいて、かなりの努力および進歩がなされてきた。元の検出器は、０．０２ｍＲのガンマ場における偽の中性子に苦しまされた。設計、プロセスおよびアルゴリズムの改善により、今や２０ｍＲ／ｈ（６０Ｃｏ）までのガンマ場における動作が可能になっている。
それらのシンチレーション6Ｌｉファイバのために使用されるガラスは当然、中性子を吸収し、従って信号と干渉し得る元素での汚染物質をできるだけ少なく含有する必要がある。中性子は物質とあまり相互作用しないが、特定の元素、例えばハフニウム（Ｈｆ）は吸収および散乱によって中性子と相互作用する。Ｈｆは熱中性子および熱外中性子の有効な吸収を示し、中性子束における長時間の放射の間に吸収特性が部分的に回復する。例えばＨｆの中性子吸収は、化学的に密接に関連するジルコニウム（Ｚｒ）よりも６００倍高い。
ランタノイド収縮に起因して、ＺｒおよびＨｆは類似した原子サイズおよびイオンサイズを示す。Ｚｒ－Ｈｆはほぼ同一のサイズを有する。それらは同様の数の価電子および同様の特性を有するので、化学的双子と称される。この密接な化学的関係に起因して、Ｚｒが組成物中に存在する場合、Ｈｆも存在する。
しかしながら、本発明のガラスはＺｒ（およびＨｆ）をほとんどまたは全く含まないので、それらで作られたシンチレーションファイバ検出器は優れた感度を有し、速いタイミング（約６０ｎｓ）を有するので、計数率における大きなダイナミックレンジが可能である。前記検出器は、それらが任意の所望の形状に形成されることができ、様々な用途における使用のために非常に大きくまたは非常に小さくすることができるという利点を有する。さらに、それらは3Ｈｅ、または入手可能性が限られている原料には依存しせず、それらは毒性または規制された材料を含有しない。それらの性能は、高圧のガス状3Ｈｅに比して固体ガラス中の中性子吸収種の密度がより高いことに起因して、全中性子計数について3Ｈｅ管の性能と同等または上回る。6Ｌｉの熱中性子断面積は3Ｈｅに比して小さいにもかかわらず（９４０バーン対５３３０バーン）、ファイバ中の6Ｌｉの原子密度は５０倍大きく、約１０：１の有効捕獲密度比において利点をもたらす。
ニュートリノ検出
よく知られているニュートリノ検出器は、一方では放射化学的検出器（例えば米国のホームステイク金鉱における塩素実験、またはイタリアのグラン・サッソトンネルにおけるＧＡＬＬＥＸ検出器）であり、他方ではチェレンコフ効果に基づく検出器であり、ここでサドベリー・ニュートリノ観測所（ＳＮＯ）およびスーパーカミオカンデが最も注目に値する。それらは太陽ニュートリノおよび大気ニュートリノを検出し、ニュートリノ振動の測定を可能にし、ひいてはニュートリノの質量における違いについての結論付けを可能にし、なぜなら太陽内で起きる反応、ひいては太陽のニュートリノ放出はよく知られているからである。ダブルショー実験などの実験、または神岡ニュートリノ観測所におけるカムランド検出器（２００２年から稼働）は、逆ベータ崩壊を介して地球ニュートリノおよび原子炉ニュートリノを検出でき、太陽ニュートリノ検出器がカバーできない範囲からの補足的な情報を提供できる。
よく知られているニュートリノ検出器は、一方では放射化学的検出器（例えば米国のホームステイク金鉱における塩素実験、またはイタリアのグラン・サッソトンネルにおけるＧＡＬＬＥＸ検出器）であり、他方ではチェレンコフ効果に基づく検出器であり、ここでサドベリー・ニュートリノ観測所（ＳＮＯ）およびスーパーカミオカンデが最も注目に値する。それらは太陽ニュートリノおよび大気ニュートリノを検出し、ニュートリノ振動の測定を可能にし、ひいてはニュートリノの質量における違いについての結論付けを可能にし、なぜなら太陽内で起きる反応、ひいては太陽のニュートリノ放出はよく知られているからである。ダブルショー実験などの実験、または神岡ニュートリノ観測所におけるカムランド検出器（２００２年から稼働）は、逆ベータ崩壊を介して地球ニュートリノおよび原子炉ニュートリノを検出でき、太陽ニュートリノ検出器がカバーできない範囲からの補足的な情報を提供できる。
他の起源の放射性崩壊がニュートリノ検出を困難にするか、または不可能にすらすることは明らかであるので、ニュートリノ検出器において使用される材料はそのような元素不含である必要がある。
ＵＶ検出
放射性放出がＵＶ検出器の信号対ノイズ比に影響することも判明している。現在のＵＶ透過ガラスの放射性放出は、大部分がハフニウムの放射性同位体の存在に起因する。ハフニウムの放射性同位体はアルファ線およびガンマ線を放出する。
放射性放出がＵＶ検出器の信号対ノイズ比に影響することも判明している。現在のＵＶ透過ガラスの放射性放出は、大部分がハフニウムの放射性同位体の存在に起因する。ハフニウムの放射性同位体はアルファ線およびガンマ線を放出する。
天然のハフニウムは６つの同位体で構成される： 174Ｈｆ（０．１６％）、176Ｈｆ（５．２６％）、177Ｈｆ（１８．６％）、178Ｈｆ（２７．２８％）、179Ｈｆ（１３．６２％）、180Ｈｆ（３５．０８％）。エネルギー範囲１．０～１００ｋｅＶにおける中性子捕獲断面積についての天然のハフニウムの共鳴積分は１９００～２３００バーンである。バーン（記号： ｂ）は、１０-28ｍ2（１００ｆｍ2）に等しい面積のメートル単位である。それは核物理学において任意の散乱プロセスの断面積を表すために使用され、小さい粒子間の相互作用の確率の尺度として最もよく理解されている。１バーンはほぼウラン核の断面積である。バーンは決してＳＩ単位ではなかったが、ＳＩ標準化団体は素粒子物理学におけるその使用に起因して、第８版のＳＩパンフレット（２０１９年に更新）においてそれを認めた。
ハフニウムは化学的にジルコニウムと似ており、多くのジルコニウム鉱物中に存在する。従って、ガラス組成物のＺｒＯ2での汚染は、必然的にＨｆＯ2での汚染と関連する。
従来のＵＶ透過ガラス組成物は非常に高い溶融温度を有する。従って、ガラスの製造のために非常に耐熱性の耐火材料が必要である。ＵＶ透過ガラスのＺｒＯ2での汚染は主に、ガラスの製造の間にジルコニウムを含有する耐火材料を使用することに基づくことが判明した。そのような耐火材料は例えば、るつぼ、溶融槽、清澄槽、およびガラスの製造の間に使用される他の装置の一部としてガラス溶融物と接触することがある。
本開示はこの問題を、ガラスの製造の間にジルコニウムを含有する耐火材料を回避することによって解決する。そのように得られたガラスは低減された放射性放出を有する。
光電子増倍管およびフォトダイオードは、典型的には真空にされたガラスハウジングと共に構成される検出器である。ガラスからの放射性放出はバックグラウンドノイズの増加をもたらし、なぜなら、検出器は入射するフォトンだけでなく放射性放出に対しても敏感であるので、入射する光と入射する放射能との両方によって電流が生成されるからである。従って、放射能は、増加されたノイズを生成して悪化した信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）をもたらすことによって、対象の光信号の検出を脅かす。
従って、この開示によるガラスは、１グラムあたり４０．１ベクレル未満、１グラムあたり３１．６ベクレル未満、１グラムあたり４．４２ベクレル未満、１グラムあたり２．２１ベクレル未満、１グラムあたり１．１０６ベクレル未満、または１グラムあたり０．５５３ベクレル未満のアルファ粒子の放出を有する。
ニュートリノ検出器は、例えば感光性光電子増倍管によって取り囲まれた水または氷などの大量の透明材料で構成され得る。ニュートリノは原子核と相互作用して荷電レプトンを生成することができ、それが光電子増倍管によって検出され得る放射線を発生させる。光電子増倍管のガラスハウジングからの放射性放出はニュートリノの検出と強く干渉する。
ガラスからの放射性放出の他の欠点は、それがガラスの透過率を低減するソラリゼーションと関連することである。従って、放射能を放出するガラスは、高い透過率、特に高いＵＶ透過率を必要とする用途においては低減された寿命を有する。
１つのさらなる態様において、本開示は波長２６０ｎｍで（基準厚さ１．０ｍｍで）少なくとも６５．０％の透過率を有するガラスに関し、ここで前記ガラス中のＺｒＯ2の量は１５０ｐｐｍ未満、または１４０ｐｐｍ未満、または１３０ｐｐｍ未満、または１２０ｐｐｍ未満、または１１０ｐｐｍ未満、または５０ｐｐｍ未満、または２０ｐｐｍ未満、または１０ｐｐｍ未満、または５ｐｐｍ未満である。好ましくは前記ガラスはＺｒ不含である。
１つのさらなる態様において、本開示はガラス中のＦｅ2Ｏ3、ＭｏＯ3およびＷＯ3の１つ以上の量が１０ｐｐｍ未満、または５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満であるガラスに関する。
１つのさらなる態様において、本開示はガラス中のＴｉＯ2の量が２０ｐｐｍ未満、または１５ｐｐｍ未満、または１０ｐｐｍ未満であるガラスに関する。
１つのさらなる態様において、本開示はガラス中のガリウム、ウラン、トリウム、イットリウムおよびタリウムの１つ以上、並びにそれらの酸化物および同位体の量が最大３００ｐｐｍ、最大２５０ｐｐｍ、最大２００ｐｐｍ、最大１５０ｐｐｍ、最大１００ｐｐｍ、最大５０ｐｐｍ、最大２５ｐｐｍ、最大１０ｐｐｍ、最大５ｐｐｍ、最大３ｐｐｍ、または最大１ｐｐｍであるガラスに関する。
ＵＶ検出器は一般に、ＵＶ光を電流に変換するフォトダイオードまたは光電子増倍管を含む。多くの場合、フォトダイオードの前に追加的な半透明の保護ウインドウがあるか、またはそれは透明な封止材料内に配置されている。ＵＶ検出器の性能を低下させないためには、保護ウインドウまたは封止材料が高いＵＶ透過性を有することが重要である。例えば、このために、ＵＶ透過ガラスをその高いＵＶ透過率ゆえに使用できる。
しかしながら、これに関して生じる１つの問題は、ＵＶ検出器の信号対ノイズ比（ＳＮＲまたはＳ／Ｎ）が、特に信号の減少に起因して、ノイズの増加に起因して、またはその両方の組み合わせに起因して損なわれ得ることである。特に、低い信号を検出しなければならず且つ／または検出精度が特に重要である用途において、特に高いＳ／Ｎを有するＵＶ検出器を得ることが望ましい。しかしながら、高いＳ／Ｎを有するＵＶ検出器を得ることは困難である。例えば、信号の検出を増加できる手段は、ノイズの増加にも関係することが多く、その逆もまた然りである。従って、改善されたＳ／Ｎを有するＵＶ検出器が望まれる。これは特に、フォトダイオードの前に追加的な半透明の保護ウインドウを含むＵＶ検出器について、および透明な封止材料内に配置されているフォトダイオードを有するＵＶ検出器について該当する。
ガラス組成
本開示のガラスは高いＵＶ透過率、特に波長２６０ｎｍで（基準厚さ１．０ｍｍで）少なくとも６５．０％の透過率を有する。
本開示のガラスは高いＵＶ透過率、特に波長２６０ｎｍで（基準厚さ１．０ｍｍで）少なくとも６５．０％の透過率を有する。
好ましくは、本開示のガラスは波長２６０ｎｍで少なくとも６５．０％、例えば少なくとも６６．０％、少なくとも６７．０％、少なくとも６８．０％、少なくとも６９．０％、少なくとも７０．０％、より好ましくは少なくとも７１．０％、より好ましくは少なくとも７２．０％、より好ましくは少なくとも７３．０％、より好ましくは少なくとも７４．０％、より好ましくは少なくとも７５．０％、より好ましくは少なくとも７６．０％、より好ましくは少なくとも７７．０％、より好ましくは少なくとも７８．０％、より好ましくは少なくとも７９．０％、またはより好ましくは少なくとも８０．０％の透過率を有する。本開示における透過率の値は、特段記載されない限り、ガラスの基準厚さ１．０ｍｍに関する。これは、ガラスが必ずしも厚さ１．０ｍｍを有さなければならないことを意味するのではない。むしろ、基準厚さは単にガラスが厚さ１．０ｍｍを有する場合に透過率がどうなるかを示す。ある基準厚さでの透過率は、厚さ１．０ｍｍを有する試料の透過率を測定することによって特定できる。代替的に、厚さ１．０ｍｍでの透過率を、他の試料厚さ、例えば試料厚さ０．７ｍｍでの透過率を測定し、次いで外挿することにより、厚さ１．０ｍｍで透過率がどうなるかを特定することもできる。一般的に言って、厚さｄ１での透過率Ｔ１を厚さｄ２での透過率Ｔ２に外挿することは、以下の式を使用して行うことができる：
Ｔ２＝（（Ｔ１／Ｐ）＾（ｄ２／ｄ１））×Ｐ ［式中、Ｐは波長に依存する反射係数（Ｐ＝Ｐ（λ））であり、「％」の単位で与えられる］。Ｐはセルマイヤーのｎ係数を介して特定できる。
Ｔ２＝（（Ｔ１／Ｐ）＾（ｄ２／ｄ１））×Ｐ ［式中、Ｐは波長に依存する反射係数（Ｐ＝Ｐ（λ））であり、「％」の単位で与えられる］。Ｐはセルマイヤーのｎ係数を介して特定できる。
本開示の実施態様において、波長２６０ｎｍでの透過率は（基準厚さ１．０ｍｍで）最大９９．０％、最大９７．５％、最大９５．０％、最大９４．０％、最大９３．０％、最大９２．０％、最大９１．０％、最大９０．０％、最大８９．０％、最大８８．０％、最大８７．０％、最大８６．０％、最大８５．０％、最大８４．０％、最大８３．０％、最大８２．０％であってよい。波長２６０ｎｍでの透過率は例えば、６５．０％～９９．０％、６６．０％～９７．５％、６７．０％～９５．０％、６８．０％～９４．０％、６９．０％～９３．０％、７０．０％～９２．０％、７１．０％～９１．０％、７２．０％～９０．０％、７３．０％～８９．０％、７４．０％～８８．０％、７５．０％～８７．０％、７６．０％～８６．０％、７７．０％～８５．０％、７８．０％～８４．０％、７９．０％～８３．０％、または８０．０％～８２．０％の範囲であってよい。
本開示のガラスは特に高い耐ソラリゼーション性を特徴とする。耐ソラリゼーション性はガラスをＨＯＫ ４ランプで１４４時間照射し、照射前後で（基準厚さ１．０ｍｍで）波長２６０ｎｍでの透過率を比較することによって特定できる。「ＨＯＫ ４ランプ」との用語は、Ｐｈｉｌｌｉｐｓの高圧水銀ランプＨＯＫ ４／１２０に関する。ＨＯＫ ４ランプの発光スペクトルを図１に示す。ランプの主発光は波長３６５ｎｍである。２００～２８０ｎｍ、距離１ｍでの出力密度は８５０μＷ／ｃｍ2である。本開示の１４４時間の照射のために、ＨＯＫ ４ランプと試料との間の距離は７ｃｍであるように選択される。
照射前後の透過率の間の差が小さいほど、耐ソラリゼーション性は高い。例えば、各々波長２６０ｎｍで（基準厚さ１．０ｍｍで）透過率８０％を有する１つのガラスがあることがある（照射前）。ＨＯＫ ４ランプで１４４時間の照射後、透過率は第１のガラスについては７５％、第２のガラスについては７０％であることがある。従って、ＨＯＫ ４ランプでの照射前の（基準厚さ１．０ｍｍで）波長２６０ｎｍでの透過率と、ＨＯＫ ４ランプで１４４時間の照射後の（基準厚さ１．０ｍｍで）波長２６０ｎｍでの透過率との間の差は、第１のガラスについて５％、第２のガラスについて１０％である。従って、第１のガラスの耐ソラリゼーション性は第２のガラスに比して高く、なぜなら、照射前後での透過率の間の差が、第１のガラスについては第２のガラスに比して少ないからである。高い耐ソラリゼーション性は、低いソラリゼーションと関係し、逆もまた然りである。高いソラリゼーションは高い誘導減光(induced extinction)Ｅｘｔindと相関する。
誘導減光Ｅｘｔindは、ＨＯＫ ４ランプで１４４時間照射した前後の透過率およびガラス試料の厚さに基づき、以下の式を使用して特定できる：
Ｅｘｔindは誘導減光であり、Ｔ後はＨＯＫ ４ランプで１４４時間の照射後の透過率であり、Ｔ前はＨＯＫ ４ランプで１４４時間の照射前の透過率であり、ｄは試料の厚さであり、且つｌｎは自然対数である。特段記載されない限り、試料の厚さｄはｃｍで与えられるので、誘導減光は１／ｃｍで与えられる。特段記載されない限り、ＨＯＫ ４ランプでの照射前後の透過率は波長２６０ｎｍについて与えられる。従って、本開示に記載される誘導減光は、特段記載されない限り、波長２６０ｎｍでの誘導減光に関する。
１つの態様において、波長２６０ｎｍでの誘導減光は、最大３．５／ｃｍ、最大３．２／ｃｍ、最大３．０／ｃｍ、最大２．９／ｃｍ、最大２．８／ｃｍ、最大２．７／ｃｍ、最大２．６／ｃｍ、最大２．５／ｃｍ、最大２．４／ｃｍ、最大２．３／ｃｍ、最大２．２／ｃｍ、最大２．１／ｃｍ、最大２．０／ｃｍ、最大１．９／ｃｍ、最大１．８／ｃｍ、最大１．７／ｃｍ、最大１．６／ｃｍ、最大１．５／ｃｍ、最大１．４／ｃｍ、または最大１．３／ｃｍである。波長２６０ｎｍでの誘導減光は、例えば少なくとも０．０１／ｃｍ、少なくとも０．０２／ｃｍ、少なくとも０．０５／ｃｍ、少なくとも０．１／ｃｍ、少なくとも０．２／ｃｍ、少なくとも０．３／ｃｍ、少なくとも０．４／ｃｍ、少なくとも０．５／ｃｍ、少なくとも０．５５／ｃｍ、少なくとも０．６／ｃｍ、少なくとも０．６５／ｃｍ、少なくとも０．７／ｃｍ、少なくとも０．７５／ｃｍ、少なくとも０．８／ｃｍ、少なくとも０．８５／ｃｍ、少なくとも０．９／ｃｍ、少なくとも０．９５／ｃｍ、少なくとも１．０／ｃｍ、少なくとも１．０５／ｃｍ、または少なくとも１．１／ｃｍであることができる。波長２６０ｎｍでの誘導減光は、例えば０．０１／ｃｍ～３．５／ｃｍ、０．０２／ｃｍ～３．２／ｃｍ、０．０５／ｃｍ～３．０／ｃｍ、０．１／ｃｍ～２．０／ｃｍ、０．２／ｃｍ～２．８／ｃｍ、０．３／ｃｍ～２．７／ｃｍ、０．４／ｃｍ～２．６／ｃｍ、０．５／ｃｍ～２．５／ｃｍ、０．５５／ｃｍ～２．４／ｃｍ、０．６／ｃｍ～２．３／ｃｍ、０．６５／ｃｍ～２．２／ｃｍ、０．７／ｃｍ～２．１／ｃｍ、０．７５／ｃｍ～２．０／ｃｍ、０．８／ｃｍ～１．９／ｃｍ、０．８５／ｃｍ～１．８／ｃｍ、０．９／ｃｍ～１．７／ｃｍ、０．９５／ｃｍ～１．６／ｃｍ、１．０／ｃｍ～１．５／ｃｍ、１．０５／ｃｍ～１．４／ｃｍ、または１．１／ｃｍ～１．３／ｃｍであることができる。
１つの態様において、本開示のガラスは高いＵＶ透過率および低い誘導減光を特徴とする。この組み合わせは、ＨＯＫ ４ランプで１４４時間の照射後の、（基準厚さ１．０ｍｍで）波長２６０ｎｍでの高い透過率と関連する。ＨＯＫ ４ランプで１４４時間の照射後の、（基準厚さ１．０ｍｍで）波長２６０ｎｍでの透過率は、例えば少なくとも５４．０％、少なくとも５５．０％、より好ましくは少なくとも５６．０％、より好ましくは少なくとも５７．０％、より好ましくは少なくとも５８．０％、より好ましくは少なくとも５９．０％、より好ましくは少なくとも６０．０％、より好ましくは少なくとも６１．０％、より好ましくは少なくとも６２．０％、より好ましくは少なくとも６３．０％、より好ましくは少なくとも６４．０％、より好ましくは少なくとも６５．０％、より好ましくは少なくとも６６．０％、より好ましくは少なくとも６７．０％、より好ましくは少なくとも６８．０％、より好ましくは少なくとも６９．０％、より好ましくは少なくとも７０．０％、より好ましくは少なくとも７１．０％、より好ましくは少なくとも７２．０％、より好ましくは少なくとも７３．０％、または好ましくは少なくとも７４．０％であることができる。
ＨＯＫ ４ランプで１４４時間の照射後の、（基準厚さ１．０ｍｍで）波長２６０ｎｍでの透過率は、例えば最大９５．０％、最大９４．０％、最大９３．０％、最大９２．０％、最大９１．０％、最大９０．０％、最大８９．０％、最大８８．０％、最大８７．０％、最大８６．０％、最大８５．０％、最大８４．０％、最大８３．０％、最大８２．０％、最大８１．０％、最大８０．０％、最大７９．０％、最大７８．０％、最大７７．０％、最大７６．０％、または最大７５．０％であることができる。波長２６０ｎｍでの透過率は、例えば５４．０％～９５．０％、５５．０％～９４．０％、５６．０％～９３．０％、５７．０％～９２．０％、５８．０％～９１．０％、５９．０％～９０．０％、６０．０％～８９．０％、６１．０％～８８．０％、６２．０％～８７．０％、６３．０％～８６．０％、６４．０％～８５．０％、６５．０％～８４．０％、６６．０％～８３．０％、６７．０％～８２．０％、６８．０％～８１．０％、６９．０％～８０．０％、７０．０％～７９．０％、７１．０％～７８．０％、７２．０％～７７．０％、７３．０％～７６．０％、または７４．０％～７５．０％の範囲であることができる。
１つの態様において、本開示は以下の成分を含むガラスに関する：
１つの実施態様において、ガラス組成物の総質量に対してＦ-はガラス中に０～３質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-はガラス中に０～１質量％で存在することができる。少なくとも９６質量％、少なくとも９７質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、または１００質量％までのアニオンが酸素であることができる。酸素はそれぞれのカチオンの酸化物として、つまりＲ2ＯまたはＲＯとして、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの形態で存在することができる。
「カチオン％」は、ガラス中のカチオンの総量に対するカチオンの相対的なモル割合に関する「カチオンパーセント」を記述する。もちろん、前記ガラスはアニオンも含有する。
「Ｒ+」は、ガラス中の全てのアルカリ金属の全てのカチオンの合計を記述する。「Ｒ2+」は、ガラス中の全てのアルカリ土類金属の全てのカチオンの合計を記述する。
本開示のガラスはＳｉ4+を少なくとも５２カチオン％の割合で含み得る。Ｓｉ4+はガラスの耐加水分解性および透過性に寄与する。Ｓｉ4+含有率が過度に高いと、ガラスの融点が高すぎる。その際、温度Ｔ4およびＴgも大きく上昇する。この理由のために、Ｓｉ4+の含有率は７１カチオン％以下に制限されるべきである。Ｓｉ4+の含有率は好ましくは少なくとも５２カチオン％、少なくとも５３カチオン％、または少なくとも５４カチオン％である。実施態様において、前記含有率は７０カチオン％以下、６９カチオン％以下、または６８カチオン％以下に制限され得る。
本開示のガラスはＡｌ3+を８カチオン％以下の割合で含有する。より高い割合のＡｌ3+は耐酸性を低下させる。さらに、Ａｌ3+は融点およびＴ4を高める。従って、この成分の含有率は最大７カチオン％、または最大６カチオン％に制限され得る。有利な実施態様において、Ａｌ3+は少なくとも０．２５カチオン％、少なくとも０．５カチオン％、少なくとも０．７５カチオン％、少なくとも１．１５カチオン％、少なくとも１．２５カチオン％、少なくとも１．５カチオン％、または少なくとも１．７５カチオン％、または少なくとも２．０カチオン％の少ない割合で使用される。
本開示のガラスはＢ3+を少なくとも１．０カチオン％の割合で含有し得る。Ｂ3+はガラスの溶融特性に有利な作用を及ぼし、特に融点が下げられ、且つガラスが低温で他の材料に融着されることができる。多すぎるＢ3+は耐加水分解性に悪影響を及ぼし、製造の間にガラスの蒸発損失が高く、ひいては塊の多いガラスになる傾向がある。それは３５カチオン％まで、３２カチオン％まで、または３１．５カチオン％までに制限され得る。特定の実施態様において、Ｂ3+の含有率は３０．５カチオン％以下である。Ｂ3+の含有率は少なくとも１．１５カチオン％、少なくとも１．２５カチオン％、少なくとも１．５カチオン％、少なくとも２．０カチオン％、少なくとも２．２５カチオン％、少なくとも２．５カチオン％、少なくとも２．７５カチオン％、または少なくとも２．８カチオン％であることができる。
本開示のガラスはＬｉ+を８カチオン％まで、７カチオン％まで、または６．５カチオン％までの割合で含有し得る。Ｌｉ+はガラスの可融性を高め、ＵＶ端をより短い波長へと有利にシフトさせる。しかしながら、酸化リチウムは蒸発傾向があり、混合物の価格も上昇させる。好ましい実施態様において、前記ガラスはわずかなＬｉ+のみ、例えば０．５カチオン％以下、０．２５カチオン％以下、または０．１５カチオン％以下を含有するか、またはガラスはＬｉ+不含である。好ましい実施態様において、前記ガラスは０．０１～８カチオン％、０．０２５～７カチオン％、または０．０５～６．５カチオン％のＬｉ+を含有する。
本開示のガラスはＮａ+を１７カチオン％までの割合で含有する。Ｎａ+はガラスの可融性を高める。しかしながら、酸化ナトリウムはＵＶ透過率の低下および熱膨張係数の上昇もみちびく。前記ガラスはＮａ+を最大１６カチオン％、または最大１５カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｎａ+の含有率は２．０カチオン％を上回るか、または３．０カチオン％を上回る。
本開示のガラスはＫ+を１４カチオン％以下の割合で含有する。Ｋ+はガラスの可融性を高め、ＵＶ端をより短い波長へと有利にシフトさせる。その割合は少なくとも０．５カチオン％、または少なくとも０．７５カチオン％であることができる。しかしながら、過度に高い酸化カリウム含有率は、その同位体40Ｋの放射性特性に起因して、光電子増倍管において使用するために適さないガラスをみちびく。この理由のために、この成分の含有率は１３カチオン％以下、または１２カチオン％以下に制限されるべきである。前記ガラスはＫ+を少なくとも０．５カチオン％、または少なくとも０．７５カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｋ+の含有率は０．５カチオン％～１４カチオン％、または０．７５カチオン％～１３カチオン％である。
本開示のガラスはＭｇ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。Ｍｇ2+は可融性のために有利であるが、高い割合では、所望のＵＶ透過率に関して問題があることが判明した。好ましい実施態様はＭｇ2+不含である。
本開示のガラスはＣａ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。Ｃａ2+は可融性のために有利であるが、高い割合では、所望のＵＶ透過率に関して問題があることが判明した。好ましい実施態様はＣａ2+不含である。
本開示のガラスはＳｒ2+を２カチオン％まで、１カチオン％まで、または０．５カチオン％までの割合で含有し得る。Ｓｒ2+は可融性のために有利であるが、高い割合では、所望のＵＶ透過率に関して問題があることが判明した。好ましい実施態様はＳｒ2+不含であるか、または少しだけのＳｒ2+、例えば少なくとも０．０１カチオン％、少なくとも０．０２５カチオン％、少なくとも０．０５カチオン％、または少なくとも０．１カチオン％を含有する。好ましい実施態様はＳｒ2+不含である。
本開示のガラスはＢａ2+を４カチオン％まで、または３カチオン％までの割合で含有し得る。Ｂａ2+は耐加水分解性における改善をみちびく。しかしながら、過度に高い酸化バリウム含有率はガラスの不安定性をみちびく。好ましい実施態様は、Ｂａ2+を少なくとも０．０１カチオン％、少なくとも０．０５カチオン％、または少なくとも０．１カチオン％の割合で含有する。
本開示のガラスは、Ｆ-をガラス組成物の総質量に対して０～３質量％の量で含有し得る。Ｆ-の含有率は好ましくは２質量％以下である。１つの実施態様において、少なくとも０．１質量％、または少なくとも０．３質量％のこの成分が使用される。成分Ｆ-はガラスの可融性を改善し、且つより短い波長の方向のＵＶ端に影響を及ぼす。
本開示のガラスは、Ｃｌ-をガラス組成物の総質量に対して１質量％未満、特に０．５質量％未満、または０．４質量％未満の量で含み得る。適した下限は０．０１質量％または０．０５質量％である。
好ましい実施態様において、Ｂ3+、Ｒ2+およびＲ+の含有率（カチオン％）の合計の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+の含有率（カチオン％）の合計に対する比は０．８以下、特に０．７５以下、またはより好ましくは０．７３以下である。１つの実施態様において、この値は少なくとも０．１、好ましくは少なくとも０．２、または少なくとも０．３である。特定された割合の比を有するガラスは、耐加水分解性に関して関して良好な特性を示し、低い誘導減光しか有さず、そのことは特にＵＶ透過材料として使用される場合に多くの利点を有する。
本開示の１つの実施態様において、カチオン％でのＮａ+の含有率のＫ+の含有率に対する比は少なくとも０．５、特に少なくとも０．７５である。１つの実施態様において、特定された比は４以下、特に３以下である。両方の酸化物は、ガラスの可融性を改善するために役立つ。しかしながら、多すぎるＮａ+が使用される場合、ＵＶ透過率が低下する。多すぎるＫ+は熱膨張係数を増加させる。示された比が最良の結果を達成する、つまり、ＵＶ透過率および熱膨張係数が有利な範囲であることが判明した。
本開示のガラス中のＲ2+の合計は好ましくは３０カチオン％以下、２９カチオン％以下、または２７カチオン％以下である。前記ガラスは少なくとも６．５カチオン％、少なくとも７．５カチオン％、または少なくとも８カチオン％のＲ2+の合計を含有し得る。アルカリ金属酸化物はガラスの可融性を高めるが、上述のとおり、高い割合では多くの欠点をみちびく。
アルカリ土類酸化物Ｒ+は、耐加水分解性に大きな影響を及ぼすことが判明している。従って、１つの実施態様において、それらの成分の含有率およびそれらの互いの比に特別な注意が払われる。従って、カチオン％でのＢａ2+の、カチオン％でのＭｇ2+とＳｒ2+とＣａ2+との合計の含有率に対する比は少なくとも０．５であるべきである。この値は好ましくは少なくとも０．６、少なくとも０．７である。Ｂａ2+は、他のアルカリ土類金属酸化物に比して耐加水分解性に関して最大の利点をもたらす。それにも関わらず、特定された比は２または１の値を上回るべきではない。有利な実施態様において、前記ガラスは少なくとも少量のＢａ2+を含み、且つＭｇ2+および／またはＳｒ2+および／またはＣａ2+不含である。
有利な特性は特に、各々カチオン％でのガラス中のＣａ2+のＢａ2+に対する割合の比が３．０未満である場合に得られる。特に、この比は２．５未満、または２未満であるべきである。最適な比はさらに低く、特に１．７５未満、または１．５未満である。好ましい実施態様において、この値は０である。
１つの実施態様において、前記ガラスはカチオン％でのＢ3+のＢａ2+に対する比少なくとも０．５且つ８５以下を有する。前記比は好ましくは少なくとも１、または少なくとも１．１である。好ましい実施態様において、特定された比は８４以下、８３以下、８２以下、または８１以下に制限される。特に、前記比は少なくとも１．２且つ８１以下である。特定された割合の比を有するガラスは、耐加水分解性に関して関して良好な特性および小さな誘導減光のみを示す。
本開示のガラス中のＲ+の合計は少なくとも０．５カチオン％、または少なくとも０．７カチオン％であることができる。アルカリ土類金属酸化物は可融性のために有利であるが、大きな割合では、所望のＵＶ透過率に関して問題があることが判明している。１つの実施態様において、前記ガラスは４カチオン％以下、または３カチオン％以下、または２．５カチオン％以下のＲ+を含有する。
アルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸化物のカチオン％での含有率の合計Ｒ+＋Ｒ2+は３０カチオン％以下に制限され得る。有利な実施態様は、それらの成分を２９カチオン％以下の量で含有し得る。それらの酸化物の含有率は好ましくは少なくとも２カチオン％、少なくとも２．５カチオン％、または少なくとも３カチオン％である。過度に増大された割合のそれらの成分は、ガラスの耐加水分解性を低下させる。
Ｂ3+のカチオン％での含有率の、Ｒ2+およびＲ+のカチオン％での含有率の合計に対する比は、少なくとも０．０４、少なくとも０．０５、または少なくとも０．０６８であることができる。前記の比は最大９、最大８．５、または最大８に制限され得る。アルカリ金属ホウ酸塩またはアルカリ土類金属ホウ酸塩は、Ｂ3+に対して多すぎるアルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物が存在する場合に形成され得る。示された比を設定することが有利であると判明している。
ＴgおよびＴ4を含む溶解特性が所望の範囲内であるように、Ｂ3+の含有率の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+のカチオン％での含有率の合計に対する比を狭い範囲内に設定することが有利であることができる。有利な実施態様において、この比は少なくとも０．０３且つ／または０．５以下である。
アルカリ金属酸化物Ｒ2+の合計の、アルカリ土類金属酸化物Ｒ+の合計に対するカチオン％での割合の比は、好ましくは少なくとも４．４、特に少なくとも５．４５、または少なくとも６．０である。実施態様において、この比は１４以下、１３以下、または１２以下である。
本開示の１つの実施態様において、以下の成分を含むガラスに関する：
１つの実施態様において、ガラス組成物の総質量に対してＦ-はガラス中に０～２質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-はガラス中に０～１質量％で存在することができる。少なくとも９６質量％、少なくとも９７質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、または１００質量％までのアニオンが酸素であることができる。酸素はそれぞれのカチオンの酸化物として、つまりＲ2ＯまたはＲＯとして、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの形態で存在することができる。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＳｉ4+を少なくとも５９カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｓｉ4+の含有率は７３カチオン％以下に制限されるべきである。Ｓｉ4+の含有率は好ましくは少なくとも６０カチオン％、少なくとも６１カチオン％、または少なくとも６２カチオン％である。実施態様において、前記含有率は７２カチオン％以下、７１カチオン％以下、または７０カチオン％以下に制限され得る。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＡｌ3+を３カチオン％以下の割合で含有する。この成分の含有率は最大３カチオン％、または最大２．５カチオン％に制限され得る。有利な実施態様において、Ａｌ3+は少なくとも０．２５カチオン％、少なくとも０．５カチオン％、少なくとも１．０カチオン％、または少なくとも１．５カチオン％の少ない割合で使用される。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＢ3+を少なくとも１．０カチオン％の割合で含有し得る。それは５カチオン％まで、４．５カチオン％まで、または４カチオン％までに制限され得る。特定の実施態様において、Ｂ3+の含有率は３．５カチオン％以下である。Ｂ3+の含有率は少なくとも１．５カチオン％、または少なくとも２．０カチオン％であることができる。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＬｉ+を１カチオン％まで、０．５カチオン％まで、または０．２５カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様において、前記ガラスはＬｉ+不含である。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＮａ+を１７カチオン％までの割合で含有する。前記ガラスはＮａ+を少なくとも１２カチオン％、または少なくとも１３カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｎａ+の含有率は１２カチオン％～１７カチオン％、または１３カチオン％～１５カチオン％である。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＫ+を１４カチオン％以下の割合で含有する。その割合は少なくとも１０．５カチオン％、または少なくとも１１．７５カチオン％であることができる。しかしながら、過度に高い酸化カリウム含有率は、その同位体40Ｋの放射性特性に起因して、光電子増倍管において使用するために適さないガラスをみちびく。この理由のために、この成分の含有率は１４カチオン％以下、または１３カチオン％以下に制限されなければならない。前記ガラスはＫ+を少なくとも１０．５カチオン％、または少なくとも１１．２５カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｋ+の含有率は１０．５カチオン％～１４カチオン％、または１１．２５カチオン％～１３カチオン％である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＭｇ2+を１カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＭｇ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＣａ2+を１カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＣａ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、前記ガラスはＳｒ2+を１カチオン％まで、０．５カチオン％まで、または０．２５カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＳｒ2+不含であるか、または少量のみのＳｒ2+、例えば少なくとも０．０１５カチオン％、少なくとも０．０２５カチオン％、または少なくとも０．０１カチオン％を含有する。好ましい実施態様はＳｒ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＢａ2+を４カチオン％まで、または３カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様は、Ｂａ2+を少なくとも０．５カチオン％、少なくとも１カチオン％、または少なくとも１．５カチオン％の割合で含有する。
本開示のガラスは、Ｆ-をガラス組成物の総質量に対して０～１質量％の量で含有し得る。Ｆ-の含有率は好ましくは０．８質量％以下である。１つの実施態様において、少なくとも０．１質量％、または少なくとも０．３質量％のこの成分が使用される。成分Ｆ-はガラスの可融性を改善し、且つより短い波長の方向のＵＶ端に影響を及ぼす。
本開示のガラスは、Ｃｌ-をガラス組成物の総質量に対して１質量％未満、特に０．５質量％未満、または０．４質量％未満の量で含み得る。適した下限は０．０１質量％または０．０５質量％である。
１つの実施態様において、Ｂ3+、Ｒ2+およびＲ+の含有率（カチオン％）の合計の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+の含有率（カチオン％）の合計に対する比は０．５１以下、特に０．４８以下、またはより好ましくは０．４７以下である。１つの実施態様において、この値は少なくとも０．２、好ましくは少なくとも０．３、または少なくとも０．４である。
本開示の１つの実施態様において、カチオン％でのＮａ+の含有率のＫ+の含有率に対する比は少なくとも０．５、特に少なくとも０．７５である。１つの実施態様において、特定された比は３以下、特に２以下である。示された比が最良の結果を達成する、つまり、ＵＶ透過率および熱膨張係数が有利な範囲であることが判明した。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラス中のＲ2+の割合は好ましくは３０カチオン％以下、２９カチオン％以下、または２７カチオン％以下である。前記ガラスはＲ2+を少なくとも１８．５カチオン％、少なくとも１９．５カチオン％、または少なくとも２０カチオン％の割合で含有し得る。
１つの実施態様において、前記ガラスは少なくとも少量のＢａ2+を含み、且つＣａ2+および／またはＭｇ2+および／またはＳｒ2+不含である。
１つの実施態様において、前記ガラスはカチオン％でのＢ3+のＢａ2+に対する比少なくとも０．２５且つ３以下を有する。前記比は好ましくは少なくとも０．５、または少なくとも０．７５である。好ましい実施態様において、特定された比は２．５以下、２以下、１．７５以下、または１．５以下に制限される。特に、前記比は少なくとも１．１且つ１．３５以下である。
１つの実施態様において、本開示のガラス中のＲ+の合計は少なくとも１カチオン％、または少なくとも２カチオン％であることができる。１つの実施態様において、前記ガラスは５カチオン％以下、または４カチオン％以下、または３カチオン％以下のＲ+を含有する。
１つの実施態様において、アルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸化物のカチオン％での含有率の合計Ｒ+＋Ｒ2+は３５カチオン％以下に制限され得る。有利な実施態様は、それらの成分を３２カチオン％以下の量で含有し得る。それらの酸化物の含有率は好ましくは少なくとも２５カチオン％、少なくとも２６カチオン％、または少なくとも２７カチオン％である。
１つの実施態様において、Ｂ3+のカチオン％での含有率の、Ｒ2+およびＲ+のカチオン％での含有率の合計に対する比は、少なくとも０．０４、少なくとも０．０５、または少なくとも０．０６８であることができる。前記の比は最大１．５、最大１．０、または最大０．５に制限され得る。示された比を設定することが有利であると判明している。
１つの実施態様において、Ｂ3+の含有率の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+のカチオン％での含有率の合計に対する比は、少なくとも０．０１且つ／または０．１以下、または少なくとも０．０３且つ／または０．０８以下である。
１つの実施態様において、アルカリ金属酸化物Ｒ2+の合計の、アルカリ土類金属酸化物Ｒ+の合計に対するカチオン％での割合の比は、好ましくは少なくとも９、特に少なくとも１０、または少なくとも１１である。実施態様において、この比は１４以下、１３以下、または１２以下である。
本開示の１つの実施態様において、以下の成分を含むガラスに関する：
１つの実施態様において、ガラス組成物の総質量に対してＦ-はガラス中に０～１質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-はガラス中に０～１質量％で存在することができる。少なくとも９６質量％、少なくとも９７質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、または１００質量％までのアニオンが酸素であることができる。酸素はそれぞれのカチオンの酸化物として、つまりＲ2ＯまたはＲＯとして、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの形態で存在することができる。
本開示の１つの実施態様において、以下の成分を含むガラスに関する：
１つの実施態様において、ガラス組成物の総質量に対してＦ-はガラス中に０～２質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-はガラス中に０～１質量％で存在することができる。少なくとも９６質量％、少なくとも９７質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、または１００質量％までのアニオンが酸素であることができる。酸素はそれぞれのカチオンの酸化物として、つまりＲ2ＯまたはＲＯとして、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの形態で存在することができる。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＳｉ4+を少なくとも５２カチオン％の割合で含み得る。Ｓｉ4+の含有率は６５カチオン％以下に制限されなければならない。Ｓｉ4+の含有率は好ましくは少なくとも５２カチオン％、少なくとも５３カチオン％、または少なくとも５４カチオン％である。実施態様において、前記含有率は６５カチオン％以下、６４カチオン％以下、または６３カチオン％以下に制限され得る。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＡｌ3+を８カチオン％以下の割合で含有する。従って、この成分の含有率は最大７．５カチオン％、または最大７カチオン％に制限され得る。有利な実施態様において、Ａｌ3+は少なくとも１．５カチオン％、少なくとも２カチオン％、少なくとも２．５カチオン％、または少なくとも３．０カチオン％の少ない割合で使用される。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＢ3+を少なくとも１８．０カチオン％の割合で含有し得る。それは３２カチオン％まで、３２．５カチオン％まで、または３１．５カチオン％までに制限され得る。特定の実施態様において、Ｂ3+の含有率は３１カチオン％以下である。Ｂ3+の含有率は少なくとも１８．５カチオン％、または少なくとも１９．０カチオン％であることができる。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＬｉ+を４カチオン％まで、３．５カチオン％まで、または３カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様において、前記ガラスは少ない割合のＬｉ+、例えば少なくとも０．１５カチオン％、少なくとも１．２５カチオン％、または少なくとも１．４５カチオン％を含有する。好ましい実施態様において、前記ガラスは０．２５～４カチオン％、１．７５～３．２５カチオン％、または２．０～２．９５カチオン％のＬｉ+を含有する。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＮａ+を６カチオン％までの割合で含有する。前記ガラスはＮａ+を少なくとも２カチオン％、または少なくとも３カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｎａ+の含有率は２カチオン％～６カチオン％、または３カチオン％～５カチオン％である。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＫ+を３カチオン％以下の割合で含有する。その割合は少なくとも０．２５カチオン％、または少なくとも０．５カチオン％であることができる。しかしながら、過度に高い酸化カリウム含有率は、その同位体40Ｋの放射性特性に起因して、光電子増倍管において使用するために適さないガラスをみちびく。この理由のために、この成分の含有率は２カチオン％以下、または１．５カチオン％以下に制限されるべきである。前記ガラスはＫ+を少なくとも０．５カチオン％、または少なくとも０．７５カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｋ+の含有率は０．５カチオン％～３カチオン％、または０．７５カチオン％～２カチオン％である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＭｇ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＭｇ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＣａ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＣａ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、前記ガラスはＳｒ2+を２カチオン％まで、１カチオン％まで、または０．５カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＳｒ2+不含であるか、または少量のみのＳｒ2+、例えば少なくとも０．０２５カチオン％、少なくとも０．０５カチオン％、または少なくとも０．１カチオン％を含有する。好ましい実施態様はＳｒ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＢａ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様は、Ｂａ2+を少なくとも０．０５カチオン％、少なくとも０．１カチオン％、または少なくとも０．２カチオン％の割合で含有する。
本開示のガラスは、Ｆ-をガラス組成物の総質量に対して０～２質量％の量で含有し得る。Ｆ-の含有率は好ましくは１質量％以下である。１つの実施態様において、少なくとも０．１質量％、または少なくとも０．３質量％のこの成分が使用される。成分Ｆ-はガラスの可融性を改善し、且つより短い波長の方向のＵＶ端に影響を及ぼす。
本開示のガラスは、Ｃｌ-をガラス組成物の総質量に対して１質量％未満、特に０．５質量％未満、または０．４質量％未満の量で含み得る。適した下限は０．０１質量％または０．０５質量％である。
１つの実施態様において、Ｂ3+、Ｒ2+およびＲ+の含有率（カチオン％）の合計の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+の含有率（カチオン％）の合計に対する比は０．８以下、特に０．７５以下、またはより好ましくは０．７以下である。１つの実施態様において、この値は少なくとも０．４、好ましくは少なくとも０．４５、または少なくとも０．５である。
本開示の１つの実施態様において、カチオン％でのＮａ+の含有率のＫ+の含有率に対する比は少なくとも１、特に少なくとも２である。１つの実施態様において、特定された比は４以下、特に３以下である。示された比が最良の結果を達成する、つまり、ＵＶ透過率および熱膨張係数が有利な範囲であることが判明した。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラス中のＲ2+の合計は好ましくは１１カチオン％以下、１０カチオン％以下、または９カチオン％以下である。前記ガラスはＲ2+を少なくとも７カチオン％、少なくとも７．５カチオン％、または少なくとも８カチオン％の割合で含有し得る。
１つの実施態様において、カチオン％でのＢａ2+の、カチオン％でのＭｇ2+とＳｒ2+とＣａ2+との合計の含有率に対する比は少なくとも０．５であるべきである。この値は好ましくは少なくとも０．６、少なくとも０．７である。それにも関わらず、特定された比は３または２．５の値を上回るべきではない。有利な実施態様において、前記ガラスは少なくとも少量のＣａ2+および／またはＢａ2+を含み、且つＭｇ2+および／またはＳｒ2+不含である。
１つの実施態様において、ＣａＯ／ＢａＯの比は少なくとも０．２５、少なくとも０．３５、且つ２．０以下、または１．５以下である。
１つの実施態様において、前記ガラスはカチオン％でのＢ3+のＢａ2+に対する比少なくとも２０且つ１００以下を有する。前記比は好ましくは少なくとも２１、且つ９０以下である。好ましい実施態様において、特定された比は８５以下、８３以下、または８２以下に制限される。特に、前記比は少なくとも２３且つ８１．５以下である。
１つの実施態様において、本開示のガラス中のＲ+の合計は少なくとも０．５カチオン％、または少なくとも０．６カチオン％であることができる。１つの実施態様において、前記ガラスは３カチオン％以下、または２カチオン％以下、または１．５カチオン％以下のＲ+を含有する。
１つの実施態様において、アルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸化物のカチオン％での含有率の合計Ｒ+＋Ｒ2+は１２カチオン％以下に制限され得る。有利な実施態様は、それらの成分を１１カチオン％以下の量で含有し得る。それらの酸化物の含有率は好ましくは少なくとも６カチオン％、少なくとも７カチオン％、または少なくとも８カチオン％である。
１つの実施態様において、Ｂ3+のカチオン％での含有率の、Ｒ2+およびＲ+のカチオン％での含有率の合計に対する比は、少なくとも０．５、少なくとも１．０、または少なくとも１．５であることができる。前記の比は最大５、最大４．５、または最大４に制限され得る。示された比を設定することが有利であると判明している。
１つの実施態様において、Ｂ3+の含有率の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+のカチオン％での含有率の合計に対する比は、少なくとも０．２、および／または０．８以下、または少なくとも０．３、および／または０．６以下である。
１つの実施態様において、アルカリ金属酸化物Ｒ2+の合計の、アルカリ土類金属酸化物Ｒ+の合計に対するカチオン％での割合の比は、好ましくは少なくとも５、特に少なくとも５．５、または少なくとも６である。実施態様において、この比は１１以下、１０．５以下、または１０以下である。
本開示の１つの実施態様において、以下の成分を含むガラスに関する：
１つの実施態様において、ガラス組成物の総質量に対してＦ-はガラス中に０～２質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-はガラス中に０～１質量％で存在することができる。少なくとも９６質量％、少なくとも９７質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、または１００質量％までのアニオンが酸素であることができる。酸素はそれぞれのカチオンの酸化物として、つまりＲ2ＯまたはＲＯとして、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの形態で存在することができる。
本開示のさらに他の実施態様において、以下の成分を含むガラスに関する：
１つの実施態様において、ガラス組成物の総質量に対してＦ-はガラス中に０～２質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-はガラス中に０～１質量％で存在することができる。少なくとも９６質量％、少なくとも９７質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、または１００質量％までのアニオンが酸素であることができる。酸素はそれぞれのカチオンの酸化物として、つまりＲ2ＯまたはＲＯとして、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの形態で存在することができる。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＳｉ4+を少なくとも５６カチオン％の割合で含み得る。Ｓｉ4+の含有率は６２カチオン％以下に制限されなければならない。Ｓｉ4+の含有率は好ましくは少なくとも５７カチオン％、少なくとも５７．５カチオン％、または少なくとも５８カチオン％である。実施態様において、前記含有率は６１カチオン％以下、６０カチオン％以下、または５９．８カチオン％以下に制限され得る。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＡｌ3+を８カチオン％以下の割合で含有する。従って、この成分の含有率は最大７．５カチオン％、または最大７カチオン％に制限され得る。有利な実施態様において、Ａｌ3+は少なくとも４．５カチオン％、少なくとも５カチオン％、少なくとも５．５カチオン％、または少なくとも６．０カチオン％の少ない割合で使用される。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＢ3+を少なくとも１８．０カチオン％の割合で含有し得る。それは２８カチオン％まで、２７．５カチオン％まで、または２６．５カチオン％までに制限され得る。特定の実施態様において、Ｂ3+の含有率は２６カチオン％以下である。Ｂ3+の含有率は少なくとも２０．５カチオン％、または少なくとも２２．０カチオン％であることができる。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＬｉ+を４カチオン％まで、３．５カチオン％まで、または３カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様において、前記ガラスは少ない割合のＬｉ+、例えば少なくとも０．１５カチオン％、少なくとも１．２５カチオン％、または少なくとも１．４５カチオン％を含有する。好ましい実施態様において、前記ガラスは０．２５～４カチオン％、１．７５～３．２５カチオン％、または２．０～２．９５カチオン％のＬｉ+を含有する。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＮａ+を６カチオン％までの割合で含有する。前記ガラスはＮａ+を少なくとも２カチオン％、または少なくとも３カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｎａ+の含有率は２カチオン％～６カチオン％、または３カチオン％～５カチオン％である。
１つの実施態様において、本開示のガラスはＫ+を３カチオン％以下の割合で含有する。その割合は少なくとも０．２５カチオン％、または少なくとも０．５カチオン％であることができる。しかしながら、過度に高い酸化カリウム含有率は、その同位体40Ｋの放射性特性に起因して、光電子増倍管において使用するために適さないガラスをみちびく。この理由のために、この成分の含有率は２カチオン％以下、または１．５カチオン％以下に制限されるべきである。前記ガラスはＫ+を少なくとも０．５カチオン％、または少なくとも０．７５カチオン％の割合で含み得る。１つの実施態様において、Ｋ+の含有率は０．５カチオン％～３カチオン％、または０．７５カチオン％～２カチオン％である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＭｇ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＭｇ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＣａ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＣａ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、前記ガラスはＳｒ2+を１カチオン％まで、０．７５カチオン％まで、または０．５カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様はＳｒ2+不含であるか、または少量のみのＳｒ2+、例えば少なくとも０．０２５カチオン％、少なくとも０．０５カチオン％、または少なくとも０．１カチオン％を含有する。好ましい実施態様はＳｒ2+不含である。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラスはＢａ2+を２カチオン％まで、または１カチオン％までの割合で含有し得る。好ましい実施態様は、Ｂａ2+を少なくとも０．０５カチオン％、少なくとも０．１カチオン％、または少なくとも０．２カチオン％の割合で含有する。
本開示のガラスは、Ｆ-をガラス組成物の総質量に対して０～２質量％の量で含有し得る。Ｆ-の含有率は好ましくは１質量％以下である。１つの実施態様において、少なくとも０．１質量％、または少なくとも０．３質量％のこの成分が使用される。成分Ｆ-はガラスの可融性を改善し、且つより短い波長の方向のＵＶ端に影響を及ぼす。
本開示のガラスは、Ｃｌ-をガラス組成物の総質量に対して１質量％未満、特に０．５質量％未満、または０．４質量％未満の量で含み得る。適した下限は０．０１質量％または０．０５質量％である。
１つの実施態様において、Ｂ3+、Ｒ2+およびＲ+の含有率（カチオン％）の合計の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+の含有率（カチオン％）の合計に対する比は０．６以下、特に０．５５以下、またはより好ましくは０．５４以下である。１つの実施態様において、この値は少なくとも０．４、好ましくは少なくとも０．４５、または少なくとも０．５である。
本開示の１つの実施態様において、カチオン％でのＮａ+の含有率のＫ+の含有率に対する比は少なくとも１、特に少なくとも２である。１つの実施態様において、特定された比は４以下、特に３以下である。示された比が最良の結果を達成する、つまり、ＵＶ透過率および熱膨張係数が有利な範囲であることが判明した。
本開示の１つの実施態様において、本開示のガラス中のＲ2+の合計は好ましくは１１カチオン％以下、１０カチオン％以下、または９カチオン％以下である。前記ガラスはＲ2+を少なくとも７カチオン％、少なくとも７．５カチオン％、または少なくとも８カチオン％の割合で含有し得る。
１つの実施態様において、カチオン％でのＢａ2+の、カチオン％でのＭｇ2+とＳｒ2+とＣａ2+との合計の含有率に対する比は少なくとも１であるべきである。この値は好ましくは少なくとも１．５、少なくとも２．０である。それにも関わらず、特定された比は３、または２．５の値を上回るべきではない。有利な実施態様において、前記ガラスは少なくとも少量のＣａ2+および／またはＢａ2+を含み、且つＭｇ2+および／またはＳｒ2+不含である。
１つの実施態様において、ＣａＯ／ＢａＯの比は少なくとも０．２５、少なくとも０．３５、且つ１．０以下、または０．７５以下である。
１つの実施態様において、前記ガラスはカチオン％でのＢ3+のＢａ2+に対する比少なくとも２０且つ３０以下を有する。前記比は好ましくは少なくとも２１、且つ２８以下である。好ましい実施態様において、特定された比は２７以下、２６以下、２５以下に制限される。特に、前記比は少なくとも２２且つ２４．５以下である。
１つの実施態様において、本開示のガラス中のＲ+の合計は少なくとも１カチオン％、または少なくとも１．２５カチオン％であることができる。１つの実施態様において、前記ガラスは３カチオン％以下、または２カチオン％以下、または１．５カチオン％以下のＲ+を含有する。
１つの実施態様において、アルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸化物のカチオン％での含有率の合計Ｒ+＋Ｒ2+は１２カチオン％以下に制限され得る。有利な実施態様は、それらの成分を１１カチオン％以下の量で含有し得る。それらの酸化物の含有率は好ましくは少なくとも９カチオン％、少なくとも９．５カチオン％、または少なくとも１０カチオン％である。
１つの実施態様において、Ｂ3+のカチオン％での含有率の、Ｒ2+およびＲ+のカチオン％での含有率の合計に対する比は、少なくとも０．５、少なくとも１．０、または少なくとも１．５であることができる。前記の比は最大３．５、最大３、または最大２．５に制限され得る。示された比を設定することが有利であると判明している。
１つの実施態様において、Ｂ3+の含有率の、Ｓｉ4+およびＡｌ3+のカチオン％での含有率の合計に対する比は、少なくとも０．２且つ／または０．８以下、または少なくとも０．３且つ／または０．６以下である。
１つの実施態様において、アルカリ金属酸化物Ｒ2+の合計の、アルカリ土類金属酸化物Ｒ+の合計に対するカチオン％での割合の比は、好ましくは少なくとも５、特に少なくとも５．５、または少なくとも６である。実施態様において、この比は９以下、８．５以下、または７以下である。
本開示の１つの実施態様において、以下の成分を含むガラスに関する：
１つの実施態様において、ガラス組成物の総質量に対してＦ-はガラス中に０～１質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-はガラス中に０～１質量％で存在することができる。少なくとも９６質量％、少なくとも９７質量％、少なくとも９８質量％、少なくとも９９質量％、または１００質量％までのアニオンが酸素であることができる。酸素はそれぞれのカチオンの酸化物として、つまりＲ2ＯまたはＲＯとして、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどの形態で存在することができる。
本願明細書において、「ｐｐｍ」は質量割合である。
本願明細書において、ガラスがある成分不含であるか、または特定の成分を含有しないことが述べられる場合、これによって、この成分は最大で不純物として存在し得ることを意味する。これは、著しい量では添加されないことを意味する。本開示によれば、「著しくない量」とは、関連する成分について特段記載されない限り、５００ｐｐｍ未満、好ましくは２５０ｐｐｍ未満、および最も好ましくは５０ｐｐｍ未満の量のことである。
さらなる実施態様において、本開示によれば、「著しくない量の微量元素」とは、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、１ｐｐｍ未満、０．５ｐｐｍ未満、０．１２５ｐｐｍ未満、および最も好ましくは０．０５ｐｐｍ未満の任意の元素またはＢｅＯ、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｄＯ、ＣｅＯ2、ＣｏＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＨｆＯ2、Ｌａ2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＭｏＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＮｉＯ、ＰｂＯ、Ｐｒ2Ｏ3、ＰｔＯ2、Ｒｂ2Ｏ、Ｓｂ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｖ2Ｏ5、ＷＯ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、およびＺｎＯからなるリストから選択される酸化物の微量元素の量である。
１つの態様において、本開示は、ガラス中のＺｒまたはＺｒＯ２の量が１５０ｐｐｍ未満、または１４０ｐｐｍ未満、または１３０ｐｐｍ未満、または１２０ｐｐｍ未満、または１１０ｐｐｍ未満、または５０ｐｐｍ未満、または２０ｐｐｍ未満、または１０ｐｐｍ未満、または５ｐｐｍ未満であるガラスに関する。好ましくは前記ガラスはＺｒ不含である。
１つのさらなる態様において、本開示は、ガラス中の天然のＨｆまたはＨｆＯ2の量が１０ｐｐｍ未満、または９ｐｐｍ未満、または８ｐｐｍ未満、または７ｐｐｍ未満、または６ｐｐｍ未満、または５ｐｐｍ未満、または４ｐｐｍ未満、または３ｐｐｍ未満、または２ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満であるガラスに関する。好ましくは前記ガラスはＨｆ不含である。
鉄含有率は本発明においてはＦｅ2Ｏ3の質量による割合としてｐｐｍで表される。この値は、当業者が熟知しているように、ガラス中に存在する全ての鉄種の量を特定し、且つ質量割合を計算するために、全ての鉄がＦｅ2Ｏ3として存在すると仮定することによって特定され得る。従って、１モルの鉄がガラス中にある場合、計算のために仮定される質量は１５９．７０ｍｇのＦｅ2Ｏ3である。この手順は、ガラス中の個々の鉄種の量を確実には特定できないか、あるいは特定するのが非常に困難であるという事実を考慮している。実施態様において、前記ガラスは１００ｐｐｍ未満、特に５０ｐｐｍ未満、または１０ｐｐｍ未満のＦｅ2Ｏ3を含有する。特に低い鉄含有率を有する１つの実施態様において、Ｆｅ2Ｏ3の割合は６ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または４．５ｐｐｍ未満である。Ｆｅ2Ｏ3の含有率は任意に、０～４．４ｐｐｍ、０～４．０ｐｐｍ、０～３．５ｐｐｍ、０～２．０ｐｐｍ、０～１．７５ｐｐｍの範囲である。実施態様において、前記含有率は０～１．５ｐｐｍ、または好ましくは０～１．２５ｐｐｍの範囲であることができる。さらなる実施態様において、前記ガラスはＦｅ2Ｏ3でのいかなる汚染物も不含である。
１つの実施態様において、前記ガラスは１００ｐｐｍ未満、特に５０ｐｐｍ未満、または１０ｐｐｍ未満のＴｉＯ2を含有する。特に低いＴｉＯ2含有率を有する１つの実施態様において、前記ガラスは７ｐｐｍ未満、６ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または４ｐｐｍ未満含有する。ＴｉＯ2含有率は任意に、０～６．９ｐｐｍ、０～５．８ｐｐｍ、０～４．７ｐｐｍ、０～３．８ｐｐｍ、または０～２．５ｐｐｍの範囲である。１つの実施態様において、この成分の割合は０～１．５ｐｐｍ、０～１．０ｐｐｍ、０～０．７５ｐｐｍ、０～０．５ｐｐｍ、および好ましくは０～０．２５ｐｐｍの範囲であることができる。さらなる実施態様において、前記ガラスはＴｉＯ2でのいかなる汚染物も不含である。
１つの実施態様において、前記ガラスは１００ｐｐｍ未満、特に５０ｐｐｍ未満、または１０ｐｐｍ未満のヒ素を含む。１００ｐｐｍ未満のアンチモン、５０ｐｐｍ未満のアンチモン、１０ｐｐｍ未満のアンチモンを含むガラスが好ましい。ヒ素およびアンチモンは毒性であり且つ環境に有害であり、さらにそれらの両方はガラスのソラリゼーションを高める。
本明細書において化学元素（例えばＡｓ、Ｓｂ）に関してこの成分が存在しないと示されている場合、この記述は特定の場合において特段記載されない限りあらゆる化学形態に適用される。例えば、ガラスが１０ｐｐｍ未満のＡｓ含有率を有するとの記述は、存在するＡｓ種（例えばＡｓ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ5など）が一緒になった質量割合の合計が共に１０ｐｐｍの値を超えないことを意味する。
１つの実施態様において、前記ガラスは屈折率ｎｄ１．４５～１．５５を有する。屈折率は１．５０未満であることができる。
本発明のガラスの製造方法は、以下の段階：
ａ） ガラス原料を、耐火材料を含有する溶融槽内で１５００℃以上の温度で溶融する段階、
ｂ） 任意に、耐火材料を含有する清澄槽内で前記溶融物を清澄する段階、
ｃ） 前記溶融物を冷却する段階
を含み、前記ガラス溶融物が前記溶融槽および／または任意の清澄槽の耐火材料と接触し、前記溶融槽および任意の清澄槽の耐火材料中のＺｒＯ2の割合は５質量％未満、４質量％未満、３質量％未満、２質量％未満、または１質量％未満の量である。好ましい実施態様において、０．２５質量％未満、０．１５質量％未満、０．０５質量％未満、または０．０１質量％未満である。１つの実施態様において、耐火材料はＺｒおよび／またはＺｒＯ2不含である。
ａ） ガラス原料を、耐火材料を含有する溶融槽内で１５００℃以上の温度で溶融する段階、
ｂ） 任意に、耐火材料を含有する清澄槽内で前記溶融物を清澄する段階、
ｃ） 前記溶融物を冷却する段階
を含み、前記ガラス溶融物が前記溶融槽および／または任意の清澄槽の耐火材料と接触し、前記溶融槽および任意の清澄槽の耐火材料中のＺｒＯ2の割合は５質量％未満、４質量％未満、３質量％未満、２質量％未満、または１質量％未満の量である。好ましい実施態様において、０．２５質量％未満、０．１５質量％未満、０．０５質量％未満、または０．０１質量％未満である。１つの実施態様において、耐火材料はＺｒおよび／またはＺｒＯ2不含である。
耐火材料は以下の式によって、汚染物質の許容レベルに鑑みて選択すべきである：
汚染物質［ｐｐｍ］＝Ｃuv×Ｋ×Ａ／Ｄ
前記式中、
Ｃuvは耐火材料中の汚染物質の［ｐｐｍでの］濃度であり、Ｃuv（Ｆｅ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＺｒおよびＨｆの合計）は１０００ｐｐｍ未満、好ましくは５００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満であるべきであり、
Ｋは、約１０2ｄＰａｓのガラス溶融物の粘度に相応する温度での腐食速度［ｍｍ／ｄ］であり、前記腐食速度は溶融物へと失われる耐火材料の量であり、耐火材料とガラス溶融物との接触面に垂直な方向における一日あたりの材料の厚さの損失として示され、
Ａは前記溶融物と前記耐火材料との接触面積［ｍ2］であり、
Ｄはガラスのスループット［ｔ／ｄ］である。
汚染物質［ｐｐｍ］＝Ｃuv×Ｋ×Ａ／Ｄ
前記式中、
Ｃuvは耐火材料中の汚染物質の［ｐｐｍでの］濃度であり、Ｃuv（Ｆｅ、Ｔｉ、Ｐｔ、ＺｒおよびＨｆの合計）は１０００ｐｐｍ未満、好ましくは５００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満であるべきであり、
Ｋは、約１０2ｄＰａｓのガラス溶融物の粘度に相応する温度での腐食速度［ｍｍ／ｄ］であり、前記腐食速度は溶融物へと失われる耐火材料の量であり、耐火材料とガラス溶融物との接触面に垂直な方向における一日あたりの材料の厚さの損失として示され、
Ａは前記溶融物と前記耐火材料との接触面積［ｍ2］であり、
Ｄはガラスのスループット［ｔ／ｄ］である。
汚染物質は２０ｐｐｍ未満、または１０ｐｐｍ未満、または５ｐｐｍ未満であるべきである。
１つの実施態様において、耐火材料はＡｌ2Ｏ3を５質量％未満、４質量％未満、３質量％未満、２質量％未満、または１質量％未満の量で含む。好ましい実施態様において、０．２５質量％未満、０．１５質量％未満、０．０５質量％未満、または０．０１質量％未満のＡｌ2Ｏ3である。１つの実施態様において、耐火材料はＡｌ2Ｏ3不含である。
本開示のガラスにおいて、溶解の間の還元性条件が、約２００ｎｍでの吸収を増加し得ることが判明した。従って、ガラスの製造の間の還元性溶解条件を、約２００ｎｍで低い透過率をもたらす程度に選択することが望ましい。これは、溶解の間に例えば１つ以上の還元剤、例えば糖（還元糖、例えばスクロース）を、特に０．１～１．０質量％、例えば０．２～０．６質量％の量で添加することによって達成できる。しかしながら、前記条件は、２２０ｎｍでの透過率に悪影響を及ぼしかねない高い割合のＦｅ2+種を回避するために、あまりに還元性であってはならない。
本開示の１つの態様において、ガラス溶融物をアルゴン雰囲気下で白金るつぼ内で温度１５００℃に誘導加熱することによってガラスから製造する場合、ガラス溶融物中での酸素分圧（ｐＯ2）は温度１５００℃で０．５ｂａｒ以下である。
１５００℃でのｐＯ2は例えば最大０．４ｂａｒ、最大０．３ｂａｒ、または最大０．２ｂａｒであってよい。いくつかの実施態様において、ｐＯ2は例えば少なくとも０．０１ｂａｒ、少なくとも０．０２ｂａｒ、少なくとも０．０５ｂａｒ、または少なくとも０．１ｂａｒであってよい。ｐＯ2は例えば０．０１ｂａｒ～０．５ｂａｒ、０．０２ｂａｒ～０．４ｂａｒ、０．０５ｂａｒ～０．３ｂａｒ、または０．１ｂａｒ～０．２ｂａｒであってよい。
本開示の１つの態様は、汚染物質、例えばジルコニウム、ハフニウム、チタン、白金、および検出されるべき放射線と干渉する任意の他の材料不含である、溶融ガラス材料と直接接触するるつぼまたは他の接触材料の使用である。
本開示の１つの態様において、製造プロセスの間に使用されるるつぼおよび他の接触材料は少なくとも部分的にＳｉＯ2製である。
本願内で化学元素に言及する場合、この記載は個々の場合において特段記載されない限り、あらゆる化学形態（例えば全ての酸化物、同位体など）に関する。例えば、ガラスが１００ｐｐｍ未満のＺｒ含有率を有するとの記述は、Ｚｒ種（例えばＺｒ0、ＺｒＯ2など）の質量分率の合計が１００ｐｐｍの値を超えないことを意味する。
図面の説明
図１は、ＨＯＫ ４ランプの発光スペクトルを示す。波長をｎｍでｘ軸に示す。最大強度に比した相対強度をｙ軸に示す。
図１は、ＨＯＫ ４ランプの発光スペクトルを示す。波長をｎｍでｘ軸に示す。最大強度に比した相対強度をｙ軸に示す。
図２は種々のガラスのＺｒＯ2分析結果を示す。本開示によるガラスは実質的にＺｒＯ2不含である一方で、従来の方法によって製造された比較用ガラスは著しい量のＺｒＯ2を含有する（例３も参照）。
図３～５は本開示によるガラスおよび従来の製造方法を用いた比較用ガラスについてのＵＶ透過率プロファイルを示す。同じガラス（本発明のガラス１、比較用ガラス２および３）を用いて２または３回の測定が示される。透過率（ｙ軸）対波長（ｘ軸）が示される。本発明のガラスについて、より低い波長での透過率がより良好である。
例１ 製造プロセス
本発明のガラスを以下のプロセスによって製造した：
汚染物不含の原料を混合し、次いで耐火材料を含有する溶融槽内で少なくとも１５００℃、少なくとも１６００℃の温度で約６～８時間溶融した。
本発明のガラスを以下のプロセスによって製造した：
汚染物不含の原料を混合し、次いで耐火材料を含有する溶融槽内で少なくとも１５００℃、少なくとも１６００℃の温度で約６～８時間溶融した。
いくつかの実施態様において、前記溶融物を、やはり耐火材料を含有する清澄槽内でさらに清澄した。
溶融槽および／または清澄槽の耐火材料がＺｒＯ2を５質量％未満、４質量％未満、３質量％未満、２質量％未満、または１質量％未満の量で含むことが重要である。好ましい実施態様において、０．２５質量％未満、０．１５質量％未満、０．０５質量％未満、または０．０１質量％未満である。１つの実施態様において、耐火材料はＺｒおよび／またはＺｒＯ2不含である。
次いで、前記溶融物を冷却し、ガラスをさらにその最終形態へと（例えばダウンドロー法によって）加工した。
例２ 例示的なガラスの分析
レーザーアブレーション・誘導結合プラズマ質量分析（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）による微量元素に関するガラスの１つの分析を示す。
レーザーアブレーション・誘導結合プラズマ質量分析（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）による微量元素に関するガラスの１つの分析を示す。
例３ 比較用ガラス
１つの実験において、本開示によるガラスおよびＺｒＯ2を含有するるつぼ内での従来の溶融法を用いて製造された３つの比較用ＵＶＣガラス（比較用ガラス１～３）をそれらのＺｒＯ2含有率について分析した（図２参照）。本発明のガラスが実質的にＺｒＯ2不含である一方で、３つの市販のＵＶＣガラスは依然として著しい量のＺｒＯ2を含むことが明らかになった。
１つの実験において、本開示によるガラスおよびＺｒＯ2を含有するるつぼ内での従来の溶融法を用いて製造された３つの比較用ＵＶＣガラス（比較用ガラス１～３）をそれらのＺｒＯ2含有率について分析した（図２参照）。本発明のガラスが実質的にＺｒＯ2不含である一方で、３つの市販のＵＶＣガラスは依然として著しい量のＺｒＯ2を含むことが明らかになった。
他の実験において、本開示による２つの例示的なガラス１および２、およびＺｒＯ2を含有するるつぼ内での従来の溶融法を用いて製造された他の比較用ＵＶＣガラス（比較用ガラス４）をそれらのＺｒＯ2含有率について分析した（表参照）。本発明のガラスが実質的にＺｒＯ2不含である一方で、３つの市販のＵＶＣガラスは依然として著しい量のＺｒＯ2を含むことが明らかになった。比較用ガラスは汚染に起因して放射線検出器において使用できないことが判明した。
例４ 耐火るつぼの腐食
静的腐食試験を使用してガラス溶融物に対する材料の耐食性を評価した。その試験は温度１５５０℃～１６５０℃（加熱速度６０～最大１００Ｋ／ｈ）で２４時間であった。
静的腐食試験を使用してガラス溶融物に対する材料の耐食性を評価した。その試験は温度１５５０℃～１６５０℃（加熱速度６０～最大１００Ｋ／ｈ）で２４時間であった。
まず、予め測定された試料をホルダ内に接着し、予定される炉に設置する。相応のガラス溶融物を有するＰｔつるぼを下に設置する。炉が適切な温度に達したら、試料をガラス溶融物中に入れて浸漬し、試験温度で相応の保持時間の後、再度引き出す。
ガラス槽における腐食は通常、片側のみで生じる。従って、フラッシングジョイントのところで、およびその下での腐食した試料の腐食除去も片側の除去のみで評価される。
フラッシングジョイントの深さおよび平均の除去を使用して、フラッシングジョイントの下で考慮される腐食除去を特定する。いずれの場合も、計算は試料の２分の１について行う。
除去を計算するために以下の式を使用する：
ここで、ｄiは点ｉでの試験後の試料の平均厚さを示し、Ｓxは試料１（ｘ＝１）および試料２（ｘ＝２）上での測定点での厚さを示し、Ａは点ｉでの片側の平均の除去を示し、ｄaは開始時の試料の厚さを示す。この計算をフラッシングジョイント（試料の最も薄い点）および４つの他の点について繰り返す。その後、フラッシングジョイントの下の４つの点にわたって再度平均化する。
いくつかの材料は成長または収縮するので、除去について特定された値になり、材料の収縮率（Ｓｗ）は以下のように計算される：
試料の最も上の点でｄa（開始時の試料の厚さ）とＳx（試験後の試料の厚さ）との両方（可能であれば、接着領域内で、ガラス蒸気の接触なく測定）。
以下の成分を含む耐火るつぼのための材料：
意外なことに、新規の材料はガラス溶融物中でより速く腐食するにもかかわらず、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｐｔ、ＴｉおよびＮｉによる汚染は従来のケイ酸アルミニウムジルコニウム（ＡＺＳ）またはＫｏｒｖｉｓｉｔ Ａ（登録商標）材料に比して著しく少ないことが判明した。
例えば、ＡＺＳを使用する場合のガラス溶融物の汚染は以下のように示される：
例５ 放射性核種での汚染
ＡＺＳ製（４０質量％のＺｒを有する）のガラス溶融るつぼ内で製造された比較用ガラスをガンマ線分光によって分析した。Ｕ－２３８－、Ｕ－２３５－およびＴｈ－２３２壊変系列からの天然放射性核種のみが検出され、それはＡＺＳ耐火材料中に存在するようなジルコニウムを伴う汚染物質であることがある。Ｉｒ－１９２およびＫ－４０はそれぞれ検出限界未満であった。ガンマ線分光測定において、Ｒａ－２２８の娘生成物はＩｒ－１９２と同様のエネルギーで信号を示し、測定装置の種類によっては、それはＩｒ－１９２についての偽陽性の結果をみちびきかねない。
ＡＺＳ製（４０質量％のＺｒを有する）のガラス溶融るつぼ内で製造された比較用ガラスをガンマ線分光によって分析した。Ｕ－２３８－、Ｕ－２３５－およびＴｈ－２３２壊変系列からの天然放射性核種のみが検出され、それはＡＺＳ耐火材料中に存在するようなジルコニウムを伴う汚染物質であることがある。Ｉｒ－１９２およびＫ－４０はそれぞれ検出限界未満であった。ガンマ線分光測定において、Ｒａ－２２８の娘生成物はＩｒ－１９２と同様のエネルギーで信号を示し、測定装置の種類によっては、それはＩｒ－１９２についての偽陽性の結果をみちびきかねない。
第２の実験において、ＡＺＳ製（６５質量％のＺｒを有する）の他のガラス溶融るつぼ内で製造された比較用ガラスをガンマ線分光によって分析した。Ｕ－２３８－、Ｕ－２３５－およびＴｈ－２３２壊変系列からの天然放射性核種のみが検出され、それはＡＺＳ耐火材料中に存在するようなジルコニウムを伴う汚染物質であることがある。Ｉｒ－１９２およびＫ－４０はそれぞれ検出限界未満であった。ガンマ線分光測定において、Ｒａ－２２８の娘生成物はＩｒ－１９２と同様のエネルギーで信号を示し、測定装置の種類によっては、それはＩｒ－１９２についての偽陽性の結果をみちびきかねない。
例６ 中性子検出
中性子感受性シンチレーションガラスファイバ検出器を、本発明のガラス１および２（例３参照）および比較用ガラス４（例３参照）製のガラスファイバを用いて試験する。
中性子感受性シンチレーションガラスファイバ検出器を、本発明のガラス１および２（例３参照）および比較用ガラス４（例３参照）製のガラスファイバを用いて試験する。
中性子吸収の検出は、本発明のガラスでは±３％のみ変動する一方で、比較用ガラス４を用いた中性子吸収の変動は約±１０％変動する。さらに、比較のために、フォイルスパン(foil span)に沿った熱中性子ビーム位置の関数としての固有の熱中性子検出効率を、両方の検出器の構成について実験的に測定する。検出効率１６．１６％（比較用ガラス４）対４４．０８％（本発明のガラス２）および５３．０４％（本発明のガラス１）がそれぞれ測定される。
これは中性子検出器において使用される場合の本発明のガラスの優位性を示す。
Claims (15)
- 波長２６０ｎｍで（基準厚さ１．０ｍｍで）少なくとも６５．０％の透過率を有するガラスであって、前記ガラス中のＺｒＯ2の量が１５０ｐｐｍ未満である、前記ガラス。
- 前記ガラス中のＨｆＯ2の量が１０ｐｐｍ未満である、請求項１に記載のガラス。
- 前記ガラスがガラス１グラムあたり４．４２ベクレル未満のアルファ粒子の放出を有する、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラス中のＦｅ2Ｏ3、ＭｏＯ3およびＷＯ3の１つ以上の量が１０ｐｐｍ未満である、請求項１から３までのいずれか１項に記載のガラス。
- 前記ガラス中のＴｉＯ2の量が２０ｐｐｍ未満である、請求項１から４までのいずれか１項に記載のガラス。
- 以下の組成：
成分 含有率
Ｓｉ4+ ５２～７１カチオン％
Ａｌ3+ ０～８カチオン％
Ｂ3+ ０～３５カチオン％
Ｌｉ+ ０～７カチオン％
Ｎａ+ ０～１７カチオン％
Ｋ+ ０～１４カチオン％
Ｍｇ2+ ０～６カチオン％
Ｃａ2+ ０～２カチオン％
Ｓｒ2+ ０～４カチオン％
Ｂａ2+ ０～４カチオン％
Ｒ+の合計 ５～３０カチオン％
Ｒ2+の合計 ０～５カチオン％
を示された量（カチオン％）で含む、請求項１から５までのいずれか１項に記載のガラス。 - 前記ガラス組成物の総質量に対して、Ｆ-が前記ガラス中に０～３質量％で存在することができ、且つ／またはＣｌ-が前記ガラス中に０～１質量％で存在することができ、且つアニオンの少なくとも９６％が酸素として存在することができる、請求項６に記載のガラス。
- 波長２６０ｎｍでの透過率が（基準厚さ１ｍｍで）７５％を上回る、請求項１から７までのいずれか１項に記載のガラス。
- 前記ガラス中のガリウム、ウラン、トリウム、イットリウムおよびタリウムの１つ以上の酸化物の量が最大３ｐｐｍである、請求項１から８までのいずれか１項に記載のガラス。
- 請求項１から９までのいずれか１項に記載のガラスの製造方法であって、以下の段階：
ａ） ガラス原料を、耐火材料を含有する溶融槽内で溶融する段階、
ｂ） 任意に、耐火材料を含有する清澄槽内で前記溶融物を清澄する段階、
ｃ） 前記溶融物を冷却する段階
を含み、
前記ガラス溶融物が前記溶融槽および／または任意の清澄槽の耐火材料と接触し、
前記溶融槽および任意の清澄槽の耐火材料中のＺｒＯ2の割合が５質量％未満である、
前記方法。 - 溶融段階ａ）が１５００℃以上の温度を含む、請求項１０に記載の方法。
- 前記耐火材料がＡｌ2Ｏ3を５質量％未満の量で含む、請求項１０または１１に記載の方法。
- 溶融の間に還元性条件が適用される、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の方法。
- 放射線および／または粒子検出器のための、請求項１から９までのいずれか１項に記載のガラスの使用。
- 前記検出器が中性子検出器、ニュートリノ検出器、光電子増倍管またはＵＶ検出器から選択される、請求項１４に記載のガラスの使用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP22198135 | 2022-09-27 | ||
| EP22198135.0A EP4345076A1 (en) | 2022-09-27 | 2022-09-27 | Glass for radiation and/or particle detectors |
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| Publication number | Publication date |
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