JP2852944B2 - オルト珪酸ルテチウム単結晶シンチレータ検知器 - Google Patents
オルト珪酸ルテチウム単結晶シンチレータ検知器Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ガンマ線などの放射線に対する単結晶シン
チレーション検知器に関するものであり、更に詳細に
は、オルト珪酸ルテチウム（ルテチウムオルトシリケー
ト）から構成される単結晶シンチレーション検知器に関
するものである。
チレーション検知器に関するものであり、更に詳細に
は、オルト珪酸ルテチウム（ルテチウムオルトシリケー
ト）から構成される単結晶シンチレーション検知器に関
するものである。
従来技術 ガンマ線などの放射線（例えば、Ｘ線、宇宙線、及び
約1KeV以上の高エネルギ粒子など）に対する公知の形態
の検知器は、シンチレータとして知られる透明単結晶を
使用し、それは入射される放射線に応答して光パルスを
発生する。これらの光パルスは光学的に光倍増管の入力
端へ供給され、該光倍増管は受取った光パルスの数及び
振幅に関係した電圧信号を発生する。この種類のインデ
ックスは、例えば原子核医学、物理、化学、鉱物及び石
油探査などの種々の分野において幅広く適用されてい
る。
約1KeV以上の高エネルギ粒子など）に対する公知の形態
の検知器は、シンチレータとして知られる透明単結晶を
使用し、それは入射される放射線に応答して光パルスを
発生する。これらの光パルスは光学的に光倍増管の入力
端へ供給され、該光倍増管は受取った光パルスの数及び
振幅に関係した電圧信号を発生する。この種類のインデ
ックスは、例えば原子核医学、物理、化学、鉱物及び石
油探査などの種々の分野において幅広く適用されてい
る。
最も広く使用されるタイプのシンチレータは、多分、
タリウムをドーウした沃化ナトリウム即ちNaI（Tl）で
ある。比較的製造するのに低コストであり且つ入射する
放射線に応答して高い光出力を供給することが可能であ
るので、NaI検知器は、例えば、石油埋蔵物の位置を決
定するために自然的に発生するか又は誘起されたガンマ
放射線の何れかを検知する油井検層（ロギング）操作の
ための検層工具（ロギングツール）において一般的に使
用されている。
タリウムをドーウした沃化ナトリウム即ちNaI（Tl）で
ある。比較的製造するのに低コストであり且つ入射する
放射線に応答して高い光出力を供給することが可能であ
るので、NaI検知器は、例えば、石油埋蔵物の位置を決
定するために自然的に発生するか又は誘起されたガンマ
放射線の何れかを検知する油井検層（ロギング）操作の
ための検層工具（ロギングツール）において一般的に使
用されている。
ガンマ線を検知するために使用されるその他の公知の
単結晶シンチレータとしては、例えば、沃化セシウム
（ナトリウム又はタリウムで活性化）及びゲルマニウム
酸ビスマス（BGO）などがある。例えばナフタレン、ア
ントラセン、スティルベン及び同様な物質などの有機シ
ンチレータも使用されており、特に、これらのシンチレ
ータは、一般的に、ガンマ線の検知のためには無機シン
チレータほど有用なものではないが、極めて高いカウン
トレートが重要である場合に使用される。
単結晶シンチレータとしては、例えば、沃化セシウム
（ナトリウム又はタリウムで活性化）及びゲルマニウム
酸ビスマス（BGO）などがある。例えばナフタレン、ア
ントラセン、スティルベン及び同様な物質などの有機シ
ンチレータも使用されており、特に、これらのシンチレ
ータは、一般的に、ガンマ線の検知のためには無機シン
チレータほど有用なものではないが、極めて高いカウン
トレートが重要である場合に使用される。
前述した全てのタイプのシンチレータは、ガンマ線検
知器としては一つ又はそれ以上の欠点を有している。例
えば、NaIシンチレータは、比較的低い密度を有してお
り、従って放射線検知効率が低く、シンチレーション減
衰が遅く、且つ大きく且つ持続性のある残光があり、こ
れらのことは、カウントレート性能を阻害し且つパルス
のパイルアップを発生し且つ吸湿性である。BGOシンチ
レータは、NaIシンチレータの低密度及び吸湿性などの
問題を有するものではないが、比較的遅いシンチレーシ
ョン減衰時間を有すると共に光出力が低く、光出力はよ
り高い温度において更に低く降下する。BGOの屈折率も
比較的高く、その結果内部反射による光損失が発生す
る。公知のシンチレータのこれらの欠点及びその他の欠
点は、ガンマ線検知器としての有用性を限定的なものと
しており、又使用態様において制限条件を課していた。
例えば、油井検層の厳しい条件（高温度、高圧力、湿気
など）においては、検層速度、統計的信頼性、工具寸法
などにおける制限が、与えられた検層工具において使用
されるシンチレータ物質から直接的に発生する。従っ
て、更に一層有用性があり且つ信頼性があるシンチレー
ション検知器であって特にガンマ線シンチレーション検
知器を開発することに関して長年努力が払われている。
知器としては一つ又はそれ以上の欠点を有している。例
えば、NaIシンチレータは、比較的低い密度を有してお
り、従って放射線検知効率が低く、シンチレーション減
衰が遅く、且つ大きく且つ持続性のある残光があり、こ
れらのことは、カウントレート性能を阻害し且つパルス
のパイルアップを発生し且つ吸湿性である。BGOシンチ
レータは、NaIシンチレータの低密度及び吸湿性などの
問題を有するものではないが、比較的遅いシンチレーシ
ョン減衰時間を有すると共に光出力が低く、光出力はよ
り高い温度において更に低く降下する。BGOの屈折率も
比較的高く、その結果内部反射による光損失が発生す
る。公知のシンチレータのこれらの欠点及びその他の欠
点は、ガンマ線検知器としての有用性を限定的なものと
しており、又使用態様において制限条件を課していた。
例えば、油井検層の厳しい条件（高温度、高圧力、湿気
など）においては、検層速度、統計的信頼性、工具寸法
などにおける制限が、与えられた検層工具において使用
されるシンチレータ物質から直接的に発生する。従っ
て、更に一層有用性があり且つ信頼性があるシンチレー
ション検知器であって特にガンマ線シンチレーション検
知器を開発することに関して長年努力が払われている。
近年になって、セリウム活性化オルト珪酸ガドリニウ
ム（GSO）の単結晶から形成されるシンチレータを使用
するガンマ線検知器が提案されている。GSOシンチレー
タは、高い実効的原子番号、高密度、高速シンチレーシ
ョン減衰、比較的低い屈折率などのガンマ線検知器とし
ての利点を有しているが、光出力が低く、切断及び研摩
を困難とする劈開する強い傾向、更に熱中性子捕獲断面
が非常に高い（49000barns）であるという欠点を有して
いる。この最後の特性は、検知されるべきガンマ放射線
が中性子の照射によって誘起されるような例えば多くの
原子核検層工具などの適用においては、GSOシンチレー
タはその有用性が非常に限定されているということを強
く暗示している。なぜならば、熱中性子を捕獲すると、
ガドリニウムはガンマ放射線を発生し、それは興味のあ
る外部からのガンマ放射線の検知と干渉するからであ
る。
ム（GSO）の単結晶から形成されるシンチレータを使用
するガンマ線検知器が提案されている。GSOシンチレー
タは、高い実効的原子番号、高密度、高速シンチレーシ
ョン減衰、比較的低い屈折率などのガンマ線検知器とし
ての利点を有しているが、光出力が低く、切断及び研摩
を困難とする劈開する強い傾向、更に熱中性子捕獲断面
が非常に高い（49000barns）であるという欠点を有して
いる。この最後の特性は、検知されるべきガンマ放射線
が中性子の照射によって誘起されるような例えば多くの
原子核検層工具などの適用においては、GSOシンチレー
タはその有用性が非常に限定されているということを強
く暗示している。なぜならば、熱中性子を捕獲すると、
ガドリニウムはガンマ放射線を発生し、それは興味のあ
る外部からのガンマ放射線の検知と干渉するからであ
る。
この様なGSOシンチレータ検知器は、ポジトロン珪酸
型トモグラフィ（断層造影）において使用するものにつ
いて1987年３月３日に発行された米国特許第4,647,781
号に記載されている。しかしながら、この特許において
は、ボアホールロギング即ち検層における厳しい条件に
おいてのガンマ線検知器としてGSOシンチレータが適し
ているものであることの開示はない。正に、鋭意研究の
結果、ボアホール検知器としてGSOシンチレータが有用
であるということを最初に気が付いたのは本発明者であ
る。
型トモグラフィ（断層造影）において使用するものにつ
いて1987年３月３日に発行された米国特許第4,647,781
号に記載されている。しかしながら、この特許において
は、ボアホールロギング即ち検層における厳しい条件に
おいてのガンマ線検知器としてGSOシンチレータが適し
ているものであることの開示はない。正に、鋭意研究の
結果、ボアホール検知器としてGSOシンチレータが有用
であるということを最初に気が付いたのは本発明者であ
る。
GSOシンチレータをボアホールに使用するための適用
において成功を納めたので、本発明者は、ガンマ線など
の検知のために可能なシンチレータとしてその他の希土
類化合物を使用することを考えた。第一のステップとし
て、種々のホスファ即ち発光体物質を粉末形状での検討
を行ない、結晶成長に対する可能な候補者として識別す
るための初期的な評価を行なった。この初期的評価は、
希土類発光体の特性を検査することを主要な目的とする
A. H. Gomes de Mesquita及びその他のマテリアル
ズリサーチブレチン（Materials Research Pulleti
n）、Vol.4、No.9、1969、643−650頁、パーガマンプレ
スインコーポレイテッド、の文献に記載されているもの
と同様の手法を使用して行なった。上記文献及び本明細
書において使用する発光体という用語は、微粉末形状の
ものを指し示す。この様な発光体は、典型的に、CRTス
クリーン、蛍光燈などのコーティングとして使用され、
その場合そのコーティングは入射する電子乃至は紫外線
を可視光パルスへ変換させる。しかしながら、それらは
ガンマ線などの放射線検知器としては適していない。な
ぜならば、高エネルギホトン乃至は粒子が干渉せずに薄
いコーティングを介して通過する可能性を有しているか
らである。このコーティングがガンマ線を停止させるの
に十分な厚さであると、その結果得られる発光体層の不
透明度がシンチレーション信号のほとんどをトラップす
ることとなる。その結果、透明な単結晶のみがガンマ線
検知器として有用である。
において成功を納めたので、本発明者は、ガンマ線など
の検知のために可能なシンチレータとしてその他の希土
類化合物を使用することを考えた。第一のステップとし
て、種々のホスファ即ち発光体物質を粉末形状での検討
を行ない、結晶成長に対する可能な候補者として識別す
るための初期的な評価を行なった。この初期的評価は、
希土類発光体の特性を検査することを主要な目的とする
A. H. Gomes de Mesquita及びその他のマテリアル
ズリサーチブレチン（Materials Research Pulleti
n）、Vol.4、No.9、1969、643−650頁、パーガマンプレ
スインコーポレイテッド、の文献に記載されているもの
と同様の手法を使用して行なった。上記文献及び本明細
書において使用する発光体という用語は、微粉末形状の
ものを指し示す。この様な発光体は、典型的に、CRTス
クリーン、蛍光燈などのコーティングとして使用され、
その場合そのコーティングは入射する電子乃至は紫外線
を可視光パルスへ変換させる。しかしながら、それらは
ガンマ線などの放射線検知器としては適していない。な
ぜならば、高エネルギホトン乃至は粒子が干渉せずに薄
いコーティングを介して通過する可能性を有しているか
らである。このコーティングがガンマ線を停止させるの
に十分な厚さであると、その結果得られる発光体層の不
透明度がシンチレーション信号のほとんどをトラップす
ることとなる。その結果、透明な単結晶のみがガンマ線
検知器として有用である。
希土類発光体の物理的及び光学的特性の幾つかは知ら
れているが、それらのシンチレーション特性は公知のも
のではなく且つ、シンチレーション機構が複雑であり且
つ単に部分的にのみ理解されているのに過ぎないので、
前もって予測することは不可能である。例えば、原子番
号、イオン半径、電子電荷、密度、屈折率、及び吸収帯
の不存在を基礎にすると、セリウムをドープしたオルト
珪酸イッテルビウム粉末及びセリウムをドープしたオル
ト珪酸ルテチウム粉末は非常に類似したシンチレーショ
ン特性を有するものと予測される。しかしながら、実際
には、発光体についての実験から、オルト珪酸イッテル
ビウムは、オルト珪酸ルテチウムと比較して、1000倍シ
ンチレーション出力が低いものであることが示されてい
る。
れているが、それらのシンチレーション特性は公知のも
のではなく且つ、シンチレーション機構が複雑であり且
つ単に部分的にのみ理解されているのに過ぎないので、
前もって予測することは不可能である。例えば、原子番
号、イオン半径、電子電荷、密度、屈折率、及び吸収帯
の不存在を基礎にすると、セリウムをドープしたオルト
珪酸イッテルビウム粉末及びセリウムをドープしたオル
ト珪酸ルテチウム粉末は非常に類似したシンチレーショ
ン特性を有するものと予測される。しかしながら、実際
には、発光体についての実験から、オルト珪酸イッテル
ビウムは、オルト珪酸ルテチウムと比較して、1000倍シ
ンチレーション出力が低いものであることが示されてい
る。
更に、希土類化合物の単結晶形態の蛍光特性及びその
他の特性が発光体形態のものと同一であるか否かは全く
明らかではない。一般的に、実際には、単結晶シンチレ
ータのシンチレーション特性は、発光体から前もって確
実に容易に決定し且つ予測することは不可能である。
他の特性が発光体形態のものと同一であるか否かは全く
明らかではない。一般的に、実際には、単結晶シンチレ
ータのシンチレーション特性は、発光体から前もって確
実に容易に決定し且つ予測することは不可能である。
目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上
述した如き従来技術の欠点を解消し、ガンマ線などの放
射線検知器としてセリウム活性化オルト珪酸ルテチウム
の単結晶を使用する改良型シンチレータを提供すること
の目的とする。
述した如き従来技術の欠点を解消し、ガンマ線などの放
射線検知器としてセリウム活性化オルト珪酸ルテチウム
の単結晶を使用する改良型シンチレータを提供すること
の目的とする。
構 成 本発明によれば、Ce2XLu2(1-X)SiO5の一般式を持った
セリウム活性化オルト珪酸ルテチウムの単結晶を有する
ガンマ線（又は同様の放射線）の検知器として使用する
シンチレータが提供される。一般的に、ｘの値（結晶が
引き出される初期的溶融物において測定）は、約0.001
乃至0.1の範囲内で変化することが可能であり、ｘの好
適範囲は約0.005乃至0.015である。完全な検知器として
組立てられた場合、シンチレータ結晶は、シンチレータ
による光パルスの発生に応答して電気信号を発生するた
めに光検知器の感光性表面に対して、直接的に又は適宜
の光経路を介して、光学的に結合される。本発明のLSO
シンチレータは、ある重要な特性を有しており、特に、
光出力が高く、減衰時間が非常に短く、且つ検知効率が
高いものであって、特にボアホール検層環境においての
ガンマ線などの放射線の検知器として従来のシンチレー
タと比較し優れた特性を有するものである。
セリウム活性化オルト珪酸ルテチウムの単結晶を有する
ガンマ線（又は同様の放射線）の検知器として使用する
シンチレータが提供される。一般的に、ｘの値（結晶が
引き出される初期的溶融物において測定）は、約0.001
乃至0.1の範囲内で変化することが可能であり、ｘの好
適範囲は約0.005乃至0.015である。完全な検知器として
組立てられた場合、シンチレータ結晶は、シンチレータ
による光パルスの発生に応答して電気信号を発生するた
めに光検知器の感光性表面に対して、直接的に又は適宜
の光経路を介して、光学的に結合される。本発明のLSO
シンチレータは、ある重要な特性を有しており、特に、
光出力が高く、減衰時間が非常に短く、且つ検知効率が
高いものであって、特にボアホール検層環境においての
ガンマ線などの放射線の検知器として従来のシンチレー
タと比較し優れた特性を有するものである。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態
様について詳細に説明する。本発明の代表的な実施例の
ガンマ線検知器を例にとって詳細に説明する。勿論、本
発明の新規なLSO単結晶の有用性は、ガンマ放射線の検
知に限定されるべきものではなく、それは例えばＸ線、
宇宙線、高エネルギ粒子などのその他のタイプの同様の
放射線の検知に対して一般的な運用があることを理解す
べきである。
様について詳細に説明する。本発明の代表的な実施例の
ガンマ線検知器を例にとって詳細に説明する。勿論、本
発明の新規なLSO単結晶の有用性は、ガンマ放射線の検
知に限定されるべきものではなく、それは例えばＸ線、
宇宙線、高エネルギ粒子などのその他のタイプの同様の
放射線の検知に対して一般的な運用があることを理解す
べきである。
第１図において、単結晶LSOシンチレータ10が示され
ており、それはガンマ線検知器のハウジング12内に収納
されている。このシンチレータの１表面14は、光倍増管
16の感光性表面と光学的接触状態に配置されている。一
方、光ガイド乃至はオプチカルファイバ、レンズ、ミラ
ーなどを介して光パルスを光倍増管へ結合させることも
可能である。光倍増管は、例えば発光ダイオード、マイ
クロチャンネルプレートなどの任意の適宜の光検知器と
置換させることが可能である。各光フラッシュの可及的
に他くを光倍増管へ指向させるために、シンチレータの
他の表面18は、好適には、例えばテフロン（商標）テー
プ、酸化マグネシウム粉末、アルミニウムホイル、又は
二酸化チタン塗料などの反射性物質で囲繞するか又は被
覆する。放射線の入射によりLSO結晶によって発生され
る光パルスは、光倍増管によって直接的に又は表面18か
らの反射によってインターセプト即ち中断され、光倍増
管はその光パルスに応答して電気パルス乃至は信号を発
生する。これらの電気出力パルスは、典型的には、最初
に増幅され、次いでパルス高さ増幅器などにおいて所望
に応じ処理し、検知された放射線に関し興味のあるパラ
メータを採取する。この光倍増管は、更に、第１図に示
した如く、高電圧源に接続されている。LSOシンチレー
タ以外、第１図に関して説明する全ての部品及び物質は
従来のものとすることが可能である。
ており、それはガンマ線検知器のハウジング12内に収納
されている。このシンチレータの１表面14は、光倍増管
16の感光性表面と光学的接触状態に配置されている。一
方、光ガイド乃至はオプチカルファイバ、レンズ、ミラ
ーなどを介して光パルスを光倍増管へ結合させることも
可能である。光倍増管は、例えば発光ダイオード、マイ
クロチャンネルプレートなどの任意の適宜の光検知器と
置換させることが可能である。各光フラッシュの可及的
に他くを光倍増管へ指向させるために、シンチレータの
他の表面18は、好適には、例えばテフロン（商標）テー
プ、酸化マグネシウム粉末、アルミニウムホイル、又は
二酸化チタン塗料などの反射性物質で囲繞するか又は被
覆する。放射線の入射によりLSO結晶によって発生され
る光パルスは、光倍増管によって直接的に又は表面18か
らの反射によってインターセプト即ち中断され、光倍増
管はその光パルスに応答して電気パルス乃至は信号を発
生する。これらの電気出力パルスは、典型的には、最初
に増幅され、次いでパルス高さ増幅器などにおいて所望
に応じ処理し、検知された放射線に関し興味のあるパラ
メータを採取する。この光倍増管は、更に、第１図に示
した如く、高電圧源に接続されている。LSOシンチレー
タ以外、第１図に関して説明する全ての部品及び物質は
従来のものとすることが可能である。
シンチレータとしてセリウム活性化オルトシリケート
ルテチウムCe:Lu2SiO5の評価における最初のステップと
して、該物質を発光体（粉末）形態に合成し且つその結
果得られる化合物のシンチレーション特性について分析
した。この分析から、LSOは、単結晶形態に成長させる
付加的な努力及びコストを費やするのに価値があるもの
として保証するのに十分に将来性のあるシンチレータ物
質であることが判明した。LSOは、原子番号が高く且つ
密度が高く且つ分光の可視光部分において光学的吸収帯
が存在しないので、発光体合成用の候補者として選択し
た。このLSOの主要な物理的及び光学的特性をGSO及びNa
I（Tl）のものと比較すると次の表１のようになる。こ
の表から、LSOは、全ての特性においてGSOよりも好適で
あることが理解され、且つ原子番号、密度、屈折率、及
び吸湿性の点においてNaI（Tl）よりも有利であること
が理解される。
ルテチウムCe:Lu2SiO5の評価における最初のステップと
して、該物質を発光体（粉末）形態に合成し且つその結
果得られる化合物のシンチレーション特性について分析
した。この分析から、LSOは、単結晶形態に成長させる
付加的な努力及びコストを費やするのに価値があるもの
として保証するのに十分に将来性のあるシンチレータ物
質であることが判明した。LSOは、原子番号が高く且つ
密度が高く且つ分光の可視光部分において光学的吸収帯
が存在しないので、発光体合成用の候補者として選択し
た。このLSOの主要な物理的及び光学的特性をGSO及びNa
I（Tl）のものと比較すると次の表１のようになる。こ
の表から、LSOは、全ての特性においてGSOよりも好適で
あることが理解され、且つ原子番号、密度、屈折率、及
び吸湿性の点においてNaI（Tl）よりも有利であること
が理解される。
LSOのセリウム活性化単結晶は以前に成長形成された
ことはないので、単結晶LSOのシンチレーション特性は
未知であった。従って、LSO物質を単結晶に成長させた
場合に、LSO発光体の特性が保持されるか否かも未知で
あった。
ことはないので、単結晶LSOのシンチレーション特性は
未知であった。従って、LSO物質を単結晶に成長させた
場合に、LSO発光体の特性が保持されるか否かも未知で
あった。
LSO発光体の合成手順は以下の如きステップによって
行なった。
行なった。
（１）適宜の原子比でLn2O3（Ln＝Gd,Lu）SiO2及びCeO2
又はCe2O3の何れかの微粉末を機械的に混合し且つアル
ミナボート内に積載させた。各場合に、Ceのモル濃度は
Gd又はLuと相対的に0.5％であった。
又はCe2O3の何れかの微粉末を機械的に混合し且つアル
ミナボート内に積載させた。各場合に、Ceのモル濃度は
Gd又はLuと相対的に0.5％であった。
（２）四つの組成物の各々を三つの大気条件、即ち中性
（純粋アルゴン）、還元性（アルゴン＋２％水素）、又
は酸化性（空気）の内の何れかの一つの大気条件でチュ
ーブオーブン内において４時間の間1500℃でシンタ即ち
焼結させた。還元性雰囲気を使用した場合、高純度アル
ミナ炉チューブを使用した。なぜならば、標準的なムラ
イトチューブは、高温度で水素と反応し資料を汚染する
ことが分ったからである。その結果得られる物質は固体
であり且つ分析のために粉末状に粉砕させた。
（純粋アルゴン）、還元性（アルゴン＋２％水素）、又
は酸化性（空気）の内の何れかの一つの大気条件でチュ
ーブオーブン内において４時間の間1500℃でシンタ即ち
焼結させた。還元性雰囲気を使用した場合、高純度アル
ミナ炉チューブを使用した。なぜならば、標準的なムラ
イトチューブは、高温度で水素と反応し資料を汚染する
ことが分ったからである。その結果得られる物質は固体
であり且つ分析のために粉末状に粉砕させた。
（３）この粉末の蛍光の射出は、紫外線で励起し、且つ
この射出及び励起の分光をスペックスフルオロログ（Sp
ex Fluorolog）社のモデル212の分光蛍光計で記録し
た。室温以上の射出測定の場合、資料室を連続的にアル
ゴンでフラッシュし、資料が空気中で100℃以上に加熱
した場合に発生する偶発的な蛍光射出を抑圧した。
この射出及び励起の分光をスペックスフルオロログ（Sp
ex Fluorolog）社のモデル212の分光蛍光計で記録し
た。室温以上の射出測定の場合、資料室を連続的にアル
ゴンでフラッシュし、資料が空気中で100℃以上に加熱
した場合に発生する偶発的な蛍光射出を抑圧した。
表２は、室温において測定した蛍光射出の強度であ
る。
る。
（４）高速光倍増管（AMPEREX社2020Q）の面上にこの発
光体の薄い層を付着形成させ且つ241Amガンマ線供給源
で蛍光射出を励起することにより、この発光体の蛍光減
衰時間を測定した。高速オシロスコープを光倍増管のア
ノードにおいてパルス形状を観察し且つオシロスコープ
のトレースから減衰時間を推定した。
光体の薄い層を付着形成させ且つ241Amガンマ線供給源
で蛍光射出を励起することにより、この発光体の蛍光減
衰時間を測定した。高速オシロスコープを光倍増管のア
ノードにおいてパルス形状を観察し且つオシロスコープ
のトレースから減衰時間を推定した。
使用した合成条件は各発光体に対して必ずしも最適な
ものではないが、LSOの射出強度が全ての六つの合成条
件（三つの異なった大気条件及びセリウムの二つの形
態）の下においてGSOのものよりも大きい限り、LSOのシ
ンチレーション効率は本来的に一層大きなものであると
いうことを結論付けることが可能である。セリウム活性
化発光体におけるシンチレーション機構は、大略、Ce+3
イオン内における電子遷移（5dから4f）が関与するもの
と思われる。そのために、出発物質としてCe2O3（即
ち、Ce+3）を使用し且つそのセリウム＋３荷電状態に維
持するために多少還元性の雰囲気（Ar＋H2）中において
合成を実施することにより最も効率的に発光体が得られ
るものと推定された。ところが、表２に示した如く、空
気中で調合されたLSOの場合を除く全ての場合におい
て、CeをCeO2として添加した場合に最良の発光体が得ら
れた。更に、最良のGSO発光体は還元性雰囲気中におい
て生成したものであるが、最良のLSO発光体は中和性の
雰囲気中において生成されたものであるということに注
意すべきである。空気中での合成の場合、光出力のより
低い発光体となり、更に重要なことであるが、エミッシ
ョン即ち射出乃至は放出の分光が単結晶エミッション分
光と異なるものであった。
ものではないが、LSOの射出強度が全ての六つの合成条
件（三つの異なった大気条件及びセリウムの二つの形
態）の下においてGSOのものよりも大きい限り、LSOのシ
ンチレーション効率は本来的に一層大きなものであると
いうことを結論付けることが可能である。セリウム活性
化発光体におけるシンチレーション機構は、大略、Ce+3
イオン内における電子遷移（5dから4f）が関与するもの
と思われる。そのために、出発物質としてCe2O3（即
ち、Ce+3）を使用し且つそのセリウム＋３荷電状態に維
持するために多少還元性の雰囲気（Ar＋H2）中において
合成を実施することにより最も効率的に発光体が得られ
るものと推定された。ところが、表２に示した如く、空
気中で調合されたLSOの場合を除く全ての場合におい
て、CeをCeO2として添加した場合に最良の発光体が得ら
れた。更に、最良のGSO発光体は還元性雰囲気中におい
て生成したものであるが、最良のLSO発光体は中和性の
雰囲気中において生成されたものであるということに注
意すべきである。空気中での合成の場合、光出力のより
低い発光体となり、更に重要なことであるが、エミッシ
ョン即ち射出乃至は放出の分光が単結晶エミッション分
光と異なるものであった。
表３は前述した如き対応で合成したGSO及びLSO発光体
のシンチレーション特性を要約したものである。
のシンチレーション特性を要約したものである。
GSO及びLSOの物理的特性（表２）及びシンチレーショ
ン特性（表３）の比較をすると、ほとんどの場合に、LS
OがGSOよりも優れていることが理解される。LSOの光出
力は、合成条件に依存して、GSOよりも1.5乃至10倍大き
い。このことは、GSOと比較して、特に顕著な利点であ
る。アルゴン中で合成されたGSO:CeO2及びLSO:CeO2発光
体のエミッションスペクトル即ち発光スペクトル（励起
光の波長は各発光体に対する最も強い励起帯に対応して
おり、GSOの場合345nm及びLSOの場合355nmである）を比
較すると、LSOのエミッション即ち発光スペクトルは異
なった形状を有しており且つGSOエミッションのものよ
りもより短い波長領域へ向かって幾分シフトされてい
る。このLSO発光スペクトルの見掛けのシフトは、もし
も単結晶形態で励起される場合には、有利なものとな
る。なぜならば、高温度光倍増管の分光応答によりよく
整合するエミッション即ち発光スペクトルとなるからで
ある。
ン特性（表３）の比較をすると、ほとんどの場合に、LS
OがGSOよりも優れていることが理解される。LSOの光出
力は、合成条件に依存して、GSOよりも1.5乃至10倍大き
い。このことは、GSOと比較して、特に顕著な利点であ
る。アルゴン中で合成されたGSO:CeO2及びLSO:CeO2発光
体のエミッションスペクトル即ち発光スペクトル（励起
光の波長は各発光体に対する最も強い励起帯に対応して
おり、GSOの場合345nm及びLSOの場合355nmである）を比
較すると、LSOのエミッション即ち発光スペクトルは異
なった形状を有しており且つGSOエミッションのものよ
りもより短い波長領域へ向かって幾分シフトされてい
る。このLSO発光スペクトルの見掛けのシフトは、もし
も単結晶形態で励起される場合には、有利なものとな
る。なぜならば、高温度光倍増管の分光応答によりよく
整合するエミッション即ち発光スペクトルとなるからで
ある。
LSOのシンチレーション減衰時間は約50nsであり、そ
れはGSOのものが60nsであるのと比較してより好ましい
ものである。LSOの実効的原子番号は66であり、GSOの場
合は59であり、且つLSOの密度は7.4gm/ccでありGSOの場
合は6.7gm/ccであり、両方の場合において、LSOの場合
より高い放射線検知効率が得られることを示している。
LSOの屈折率は1.82であり、GSOの場合には1.91であり、
従ってLSOの場合には、シンチレーション光のトラップ
が発生する可能性は低い。Luに対する断熱面積は77barn
sであり一方Gdに対するものは49000barnsであるので、L
SOは中性子に対して影響を受けることは極めて低いもの
であることが理解される。
れはGSOのものが60nsであるのと比較してより好ましい
ものである。LSOの実効的原子番号は66であり、GSOの場
合は59であり、且つLSOの密度は7.4gm/ccでありGSOの場
合は6.7gm/ccであり、両方の場合において、LSOの場合
より高い放射線検知効率が得られることを示している。
LSOの屈折率は1.82であり、GSOの場合には1.91であり、
従ってLSOの場合には、シンチレーション光のトラップ
が発生する可能性は低い。Luに対する断熱面積は77barn
sであり一方Gdに対するものは49000barnsであるので、L
SOは中性子に対して影響を受けることは極めて低いもの
であることが理解される。
LSOの温度応答は、GSOの場合よりも幾分悪い。150℃
において、GSOの光出力はそれの室温における値の約60
％に減少し、一方LSOの光出力は150℃においてそれの室
温における値の約20％へ減少する。一方、LSOの発光ス
ペクトルは、温度が室温から175℃（測定された最高温
度）へ増加させると、GSO発光スペクトルよりも幾分短
い波長領域へシフトすることが分かった。このことも、
光倍増管応答をマッチングする上で単結晶形態において
有益的である。
において、GSOの光出力はそれの室温における値の約60
％に減少し、一方LSOの光出力は150℃においてそれの室
温における値の約20％へ減少する。一方、LSOの発光ス
ペクトルは、温度が室温から175℃（測定された最高温
度）へ増加させると、GSO発光スペクトルよりも幾分短
い波長領域へシフトすることが分かった。このことも、
光倍増管応答をマッチングする上で単結晶形態において
有益的である。
ルテチウムは、結晶内のバックグラウンド雑音レベル
を発生する放射線アイソトープ（176Lu）を有してい
る。これは、純粋な175Luから結晶を成長させることに
より除去することが可能であり、又、それは従来のバッ
クグラウンド減算技術によって処理することが可能であ
る。
を発生する放射線アイソトープ（176Lu）を有してい
る。これは、純粋な175Luから結晶を成長させることに
より除去することが可能であり、又、それは従来のバッ
クグラウンド減算技術によって処理することが可能であ
る。
LSOの励起スペクトルは、三つのバンド即ち帯（262n
m、298nm、355nm）を示しており、且つこれらのバンド
が幾分より長い波長領域へシフトされていることを除い
て、GSO励起スペクトルを類似している。
m、298nm、355nm）を示しており、且つこれらのバンド
が幾分より長い波長領域へシフトされていることを除い
て、GSO励起スペクトルを類似している。
LSO及びGSO発光体の比較により、LSOがガンマ線検知
器において使用するのに有望なシンチレータであること
が示されるが、単結晶形態の特性は確実性を持って予測
することはできない。単結晶シンチレータの最も重要な
特性の一つである光出力は、特に、発光体形態から予測
することは困難である。この物質のより詳細な評価を継
続すると共に実際的に検知器をテストするために、LSO
から単結晶形態を成長形成させることが必要であった。
これは、例えばC. D. Brandle及びその他、「希土類
オルト珪酸（Ln2SiO5）のチョクラルスキ成長（Czochra
lski Growth of Rare−Earth Orthosilicats（Ln2S
iO5））」、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロス、N
o.79、pp.308−315、1986の文献に記載されている従来
のチョクラルスキ方法によって溶融物から形成した。
器において使用するのに有望なシンチレータであること
が示されるが、単結晶形態の特性は確実性を持って予測
することはできない。単結晶シンチレータの最も重要な
特性の一つである光出力は、特に、発光体形態から予測
することは困難である。この物質のより詳細な評価を継
続すると共に実際的に検知器をテストするために、LSO
から単結晶形態を成長形成させることが必要であった。
これは、例えばC. D. Brandle及びその他、「希土類
オルト珪酸（Ln2SiO5）のチョクラルスキ成長（Czochra
lski Growth of Rare−Earth Orthosilicats（Ln2S
iO5））」、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロス、N
o.79、pp.308−315、1986の文献に記載されている従来
のチョクラルスキ方法によって溶融物から形成した。
表４は、選択的に成長され且つ欠陥を最小とするため
にカットされたSLO単結晶のシンチレーション特定を要
約している。溶融物の組成はCe2XLu2(1-X)SiO5であり、
ｘは「Cenom.」という見出しの基に表４内に示されてい
るパーセントの値である。結晶内のセリウム濃度は、該
溶融物におけるものの20％乃至30％の程度であった。
にカットされたSLO単結晶のシンチレーション特定を要
約している。溶融物の組成はCe2XLu2(1-X)SiO5であり、
ｘは「Cenom.」という見出しの基に表４内に示されてい
るパーセントの値である。結晶内のセリウム濃度は、該
溶融物におけるものの20％乃至30％の程度であった。
結晶1,2,4はより大きな単結晶（5mm×6mm×28mm、7mm
×9mm×27mm、8mm×8mm×33mm）から表に掲げた寸法に
カットしたが、結晶３は元の寸法のままであった。これ
らの結晶は全て色がなく且つ透明度が高いが、結晶２及
び４は幾分欠陥を有していた。各結晶を光結合グリース
を介して直接的に光倍増管へ結合することによって光出
力を測定した。その際に、光倍増管へ結合した表面を除
いて全ての表面をテフロン（商標）テープ（結晶３の場
合）又二酸化チタン塗料（結晶1,2,4の場合）で被覆し
た。光出力測定のために使用したスケールは任意の単位
で表わしてある。このスケールにおいて、標準的なNaI
（Tl）シンチレータの光出力は200のオーダーであり、
標準的なGSOシンチレータに対するものは40のオーダー
である。エネルギ分解能は、標準的なセシウム137ガン
マ線供給源を使用して決定した。このエネルギ分解能
は、662KeVガンマ線ピークの最大値の半分における全幅
として表現されている。シンチレーション減衰時間は指
数的であり、且つ時間相関型単一ホトン技術により測定
し、４個の結晶中約42nsの平均値を持っていた。
×9mm×27mm、8mm×8mm×33mm）から表に掲げた寸法に
カットしたが、結晶３は元の寸法のままであった。これ
らの結晶は全て色がなく且つ透明度が高いが、結晶２及
び４は幾分欠陥を有していた。各結晶を光結合グリース
を介して直接的に光倍増管へ結合することによって光出
力を測定した。その際に、光倍増管へ結合した表面を除
いて全ての表面をテフロン（商標）テープ（結晶３の場
合）又二酸化チタン塗料（結晶1,2,4の場合）で被覆し
た。光出力測定のために使用したスケールは任意の単位
で表わしてある。このスケールにおいて、標準的なNaI
（Tl）シンチレータの光出力は200のオーダーであり、
標準的なGSOシンチレータに対するものは40のオーダー
である。エネルギ分解能は、標準的なセシウム137ガン
マ線供給源を使用して決定した。このエネルギ分解能
は、662KeVガンマ線ピークの最大値の半分における全幅
として表現されている。シンチレーション減衰時間は指
数的であり、且つ時間相関型単一ホトン技術により測定
し、４個の結晶中約42nsの平均値を持っていた。
驚いたことに、ガンマ励起下における発光スペクトル
は、紫外線励起下における発光スペクトルと異なったも
のであることが判明した。ガンマ発光スペクトルは約42
6nm−430nmにおいてピークを有し且つGSO発光スペクト
ルと類似していた。又、ガンマ及び紫外線励起型発光ス
ペクトルの両方共、約10分の前記半分に減少する期間半
減期で熱ルミネセンス効果を示した。LSO結晶の温度応
答はGSOほど良好なものではなかった。ガンマ励起型エ
ミッション即ち発光は１℃当たり約1.3％で降下した。
従って、150℃において、ピーク出力は室温におけるも
のの20％であり、それはBGOの温度応答と類似したもの
である。従って、油井検層工具における場合などのよう
に高温度が予測される適用においては、LSOシンチレー
タは、デュアーびん又はその他の絶縁体によって雰囲気
から分離することが必要となる場合がある。
は、紫外線励起下における発光スペクトルと異なったも
のであることが判明した。ガンマ発光スペクトルは約42
6nm−430nmにおいてピークを有し且つGSO発光スペクト
ルと類似していた。又、ガンマ及び紫外線励起型発光ス
ペクトルの両方共、約10分の前記半分に減少する期間半
減期で熱ルミネセンス効果を示した。LSO結晶の温度応
答はGSOほど良好なものではなかった。ガンマ励起型エ
ミッション即ち発光は１℃当たり約1.3％で降下した。
従って、150℃において、ピーク出力は室温におけるも
のの20％であり、それはBGOの温度応答と類似したもの
である。従って、油井検層工具における場合などのよう
に高温度が予測される適用においては、LSOシンチレー
タは、デュアーびん又はその他の絶縁体によって雰囲気
から分離することが必要となる場合がある。
表４のデータ及びその他の単結晶シンチレータ及び粉
末発光体に関する以前の経験に基づいて、セリウム濃度
を約0.1％乃至10％、即ち0.001≦ｘ≦0.1の範囲内（結
晶が引き出される溶融物において）でもって満足の行く
LSO単結晶シンチレータを製造することが可能であるこ
とが推測される。好適な溶融セリウム濃度は、約0.5％
乃至1.5％、即ち0.005≦ｘ≦0.015の範囲内である。
末発光体に関する以前の経験に基づいて、セリウム濃度
を約0.1％乃至10％、即ち0.001≦ｘ≦0.1の範囲内（結
晶が引き出される溶融物において）でもって満足の行く
LSO単結晶シンチレータを製造することが可能であるこ
とが推測される。好適な溶融セリウム濃度は、約0.5％
乃至1.5％、即ち0.005≦ｘ≦0.015の範囲内である。
表５は、LSO単結晶の主要な物理的及びシンチレーシ
ョン特性を、NaI（Tl）、BGO、GSOに対するものと比較
している。NaI（Tl）結晶の場合、基準光出力値として1
00を任意的に割り当てており、LSO結晶の場合には75で
ありBGO結晶及びGSO結晶と比べて顕著に優れており、且
つNaI（Tl）の値よりも25％少ないに過ぎない。LSOシン
チレータのエネルギ分解能は、BGO及びGSOのものと比べ
て極めて優れており、この場合にも、NaI（Tl）のもの
よりも多少劣るに過ぎない。従って、LSOシンチレータ
の信号対雑音性能は、BGO及びGSO検知器と比較してかな
り改善されている。信号対雑音比においてNaI（Tl）の
ものよりも幾分低くなっているが、LSOはNaI（Tl）と比
べて優れたその他の特性を有している。
ョン特性を、NaI（Tl）、BGO、GSOに対するものと比較
している。NaI（Tl）結晶の場合、基準光出力値として1
00を任意的に割り当てており、LSO結晶の場合には75で
ありBGO結晶及びGSO結晶と比べて顕著に優れており、且
つNaI（Tl）の値よりも25％少ないに過ぎない。LSOシン
チレータのエネルギ分解能は、BGO及びGSOのものと比べ
て極めて優れており、この場合にも、NaI（Tl）のもの
よりも多少劣るに過ぎない。従って、LSOシンチレータ
の信号対雑音性能は、BGO及びGSO検知器と比較してかな
り改善されている。信号対雑音比においてNaI（Tl）の
ものよりも幾分低くなっているが、LSOはNaI（Tl）と比
べて優れたその他の特性を有している。
従って、41nsという平均減衰時間は、他の三つの結晶
の何れよりも短く、且つNaI（Tl）のものよりも５倍乃
至６倍短くなっている。従って、高いカウントレートの
検知器においてLSOシンチレータは特に有用である。
又、LSOの場合には、実効原子番号が高く且つ密度が高
いので、非常に高いガンマ線検知効率を有している。こ
の点に関して、NaI（Tl）及びGSOの両方と比較して優れ
ており、且つBGOとほぼ同等である。更に、検知効率が
高いので、LSOは高いカウントレートの適用に対して適
している。
の何れよりも短く、且つNaI（Tl）のものよりも５倍乃
至６倍短くなっている。従って、高いカウントレートの
検知器においてLSOシンチレータは特に有用である。
又、LSOの場合には、実効原子番号が高く且つ密度が高
いので、非常に高いガンマ線検知効率を有している。こ
の点に関して、NaI（Tl）及びGSOの両方と比較して優れ
ており、且つBGOとほぼ同等である。更に、検知効率が
高いので、LSOは高いカウントレートの適用に対して適
している。
表５から明らかなその他の好ましいLSOの特性として
は、その屈折率が低いことであり、そのことはその他の
４個のシンチレータの何れのものよりも内部的な光損失
が少ないことを示している。LSOは、更に、非吸湿性で
あり、特に油井検層適用又はその他の吸湿性環境におい
て特に有利である。又、その機械的な剛性はNaI（Tl）G
SOの両方に比べて優れており、この特長は、さらに、油
井検層、及び取扱いが荒っぽい場合に於けるその他の使
用に対して好適である。
は、その屈折率が低いことであり、そのことはその他の
４個のシンチレータの何れのものよりも内部的な光損失
が少ないことを示している。LSOは、更に、非吸湿性で
あり、特に油井検層適用又はその他の吸湿性環境におい
て特に有利である。又、その機械的な剛性はNaI（Tl）G
SOの両方に比べて優れており、この特長は、さらに、油
井検層、及び取扱いが荒っぽい場合に於けるその他の使
用に対して好適である。
前述した如く、ガンマ放出ピークは約428nmであり、
それはGSOに於けるものとほぼ同じであり、NaI（Tl）の
ものよりもほんのわずか高い。典型的な光倍増管の分光
応答に対する良好な整合が得られる。GSOの場合と比較
して、中性子断面積は特に有利であり、即ち84barnsに
対して49000barnsとなっている。従って、結晶内の中性
子の捕獲に起因するガンマ線の干渉の発生は、GSOの場
合と比較して、著しく減少されている。最後に、LSOの
放射線長はBGOのものとほぼ同じ程度に良好であり、且
つGSO又はNaIのいずれよりも著しく短く、したがって必
要とされる結晶寸法において利点が得られる。
それはGSOに於けるものとほぼ同じであり、NaI（Tl）の
ものよりもほんのわずか高い。典型的な光倍増管の分光
応答に対する良好な整合が得られる。GSOの場合と比較
して、中性子断面積は特に有利であり、即ち84barnsに
対して49000barnsとなっている。従って、結晶内の中性
子の捕獲に起因するガンマ線の干渉の発生は、GSOの場
合と比較して、著しく減少されている。最後に、LSOの
放射線長はBGOのものとほぼ同じ程度に良好であり、且
つGSO又はNaIのいずれよりも著しく短く、したがって必
要とされる結晶寸法において利点が得られる。
表４及び表５から理解される如くLSO単結晶シンチレ
ータは、ガンマ線検知器として使用する場合のすべての
重要な特性、すなわち光出力、エネルギ分解能、光エネ
ルギホトンの検知効率、シンチレーション減水時間、吸
湿性、機械的損傷に対する結晶の機械的特性、屈折率、
光倍増管応答に対する発光スペクトルの整合、それ自身
のシンチレーション放出に対する結晶の透明性、結晶内
に於いて誘起されるガンマ放射線が存在しないこと等の
ほぼすべての点に於いて、その他の既知のシンチレータ
と同等であるか又はそれを越えるものである。LSOが劣
っていると思われる唯一の分野は、ガンマ励起型放出能
温度感度においてである。制御した環境において、例え
ば、研究所、病院等において、この事は何等問題を提供
するものではない。更に、高温度環境においてさえも、
光出力と、速度と、LSOにおいて得られる検知効率の独
特の組合せが多くの場合において、このシンチレータを
環境の温度変化から分離するべく付加的な努力を行うこ
とを正当化している。
ータは、ガンマ線検知器として使用する場合のすべての
重要な特性、すなわち光出力、エネルギ分解能、光エネ
ルギホトンの検知効率、シンチレーション減水時間、吸
湿性、機械的損傷に対する結晶の機械的特性、屈折率、
光倍増管応答に対する発光スペクトルの整合、それ自身
のシンチレーション放出に対する結晶の透明性、結晶内
に於いて誘起されるガンマ放射線が存在しないこと等の
ほぼすべての点に於いて、その他の既知のシンチレータ
と同等であるか又はそれを越えるものである。LSOが劣
っていると思われる唯一の分野は、ガンマ励起型放出能
温度感度においてである。制御した環境において、例え
ば、研究所、病院等において、この事は何等問題を提供
するものではない。更に、高温度環境においてさえも、
光出力と、速度と、LSOにおいて得られる検知効率の独
特の組合せが多くの場合において、このシンチレータを
環境の温度変化から分離するべく付加的な努力を行うこ
とを正当化している。
上述した如く、本発明のLSOシンチレータ検知器は、
特に、例えば石油探査に於けるようなボアホール検層環
境において放射線検知器として使用するのに極めて効果
的である。このような使用場面において、本検知器は検
層システムの一部を形成し、その検層システムは前述し
た米国特許第4,883,956号に開示され且つ第２図に示し
たようなタイプのものとすることが可能である。
特に、例えば石油探査に於けるようなボアホール検層環
境において放射線検知器として使用するのに極めて効果
的である。このような使用場面において、本検知器は検
層システムの一部を形成し、その検層システムは前述し
た米国特許第4,883,956号に開示され且つ第２図に示し
たようなタイプのものとすることが可能である。
第２図は、地層を高エネルギ中性子で衝撃することに
より発生するガンマ放射線を検出し且つ爾後の分光分析
のためにその放射線のエネルギを検知するための検層
（ロギング）ゾンデ11を示している。ゾンデ11は、外装
マルチ導体ケーブル15によってボアホール即ち穿孔13内
に懸垂されている。ボアホール13は、地層17を貫通して
おり、且つ流体19で充填されており、且つ図示した如く
開放状態であるか又はケーシングによって被覆されてい
る。ゾンデ11は、後述する如く、本出願人に譲渡されて
いるHertzog,Jr. et al.の米国特許第4,317,993号に
基づいて構成することが可能である。ゾンデ11は、地層
装置24の一部を形成するウインチによって滑車ホイール
20及び深さゲージ22によってケーブル15を繰り出したり
巻き取ったりすることにより、ボアホール13内を移動さ
れる。通常、検層測定は、実際には、ゾンデがボアホー
ル13を上方に上昇させながら行われる。しかしながら、
ある条件下においては、ゾンデ11を下降しながら又は上
昇及び下降の両方において検層測定が行われる。
より発生するガンマ放射線を検出し且つ爾後の分光分析
のためにその放射線のエネルギを検知するための検層
（ロギング）ゾンデ11を示している。ゾンデ11は、外装
マルチ導体ケーブル15によってボアホール即ち穿孔13内
に懸垂されている。ボアホール13は、地層17を貫通して
おり、且つ流体19で充填されており、且つ図示した如く
開放状態であるか又はケーシングによって被覆されてい
る。ゾンデ11は、後述する如く、本出願人に譲渡されて
いるHertzog,Jr. et al.の米国特許第4,317,993号に
基づいて構成することが可能である。ゾンデ11は、地層
装置24の一部を形成するウインチによって滑車ホイール
20及び深さゲージ22によってケーブル15を繰り出したり
巻き取ったりすることにより、ボアホール13内を移動さ
れる。通常、検層測定は、実際には、ゾンデがボアホー
ル13を上方に上昇させながら行われる。しかしながら、
ある条件下においては、ゾンデ11を下降しながら又は上
昇及び下降の両方において検層測定が行われる。
ゾンデ11は、それがボアホール13を上昇する際に、高
速の中性子で地層17を衝撃するために一次放射線を発生
するためのパルス型中性子供給源26を有しており、且つ
その際にボアホール13及び地層17内において誘起された
二次（ガンマ）放射線を検知するための放射線検知器28
を有している。中性子供給源26は、好適には、Goodman
の米国特許第3,461,291号及びFrentropの米国特許第3,5
46,512号（両方とも本件出願人に譲渡されている）に記
載されているタイプのパルス型加速器とすることが可能
である。このタイプの供給源は、制御した期間及び繰返
し率で高エネルギー又は高速中性子（例えば14MeV.）の
離散的バーストを発生するのに適している。
速の中性子で地層17を衝撃するために一次放射線を発生
するためのパルス型中性子供給源26を有しており、且つ
その際にボアホール13及び地層17内において誘起された
二次（ガンマ）放射線を検知するための放射線検知器28
を有している。中性子供給源26は、好適には、Goodman
の米国特許第3,461,291号及びFrentropの米国特許第3,5
46,512号（両方とも本件出願人に譲渡されている）に記
載されているタイプのパルス型加速器とすることが可能
である。このタイプの供給源は、制御した期間及び繰返
し率で高エネルギー又は高速中性子（例えば14MeV.）の
離散的バーストを発生するのに適している。
検知器28は、ガンマ放射線を検知するのに適しており
且つ各検知されたガンマ線に対応し且つそのガンマ線の
エネルギーを現わす振幅を持った電気信号を発生するこ
との可能なタイプのものである。そのために、検知器28
は第１図に示した如く、光倍増管（PMT）16へ光学的結
合されているセリウム活性化LSOシンチレーション結晶1
0を有している。この光倍増管として好適なものは、EMR
ホトエレクトリック社、プリンストン、ニュージャージ
イ州、によって製造されたものである。
且つ各検知されたガンマ線に対応し且つそのガンマ線の
エネルギーを現わす振幅を持った電気信号を発生するこ
との可能なタイプのものである。そのために、検知器28
は第１図に示した如く、光倍増管（PMT）16へ光学的結
合されているセリウム活性化LSOシンチレーション結晶1
0を有している。この光倍増管として好適なものは、EMR
ホトエレクトリック社、プリンストン、ニュージャージ
イ州、によって製造されたものである。
GSOシンチレータの場合に於けるほど重要ではない
が、中性子遮蔽34を供給源26と検知器28との間に位置さ
せて、供給源26からの中性子が検知器28を直接的に衝撃
することを制限することが可能であり、そうすることに
よりこのような直接的な照射によって検知器28が飽和す
ることを回避することが可能である。更に、特に、捕獲
ガンマ放射線の測定の場合、ゾンデ11は、炭化ボロンで
含湿させたスリーブ36で囲繞させ且つ供給源26と検知器
28のほぼ近傍に位置させることが可能である。このスリ
ーブは、検知器28の領域に於けるボアホール内の流体を
排除し且つ、地層から発生するガンマ放射線を著しく減
衰することなしに、検知器28へ向かう地層によって散乱
される中性子を吸収する。その正味の効果は、ボアホー
ルの内容物及び検知器28に近接するゾンデ11の物質との
中性子の相互作用の可能性を減少させ、そうでなけれ
ば、必要とするガンマ線測定の不所望の摂動を構成する
検知可能なガンマ線を発生させることとなる。
が、中性子遮蔽34を供給源26と検知器28との間に位置さ
せて、供給源26からの中性子が検知器28を直接的に衝撃
することを制限することが可能であり、そうすることに
よりこのような直接的な照射によって検知器28が飽和す
ることを回避することが可能である。更に、特に、捕獲
ガンマ放射線の測定の場合、ゾンデ11は、炭化ボロンで
含湿させたスリーブ36で囲繞させ且つ供給源26と検知器
28のほぼ近傍に位置させることが可能である。このスリ
ーブは、検知器28の領域に於けるボアホール内の流体を
排除し且つ、地層から発生するガンマ放射線を著しく減
衰することなしに、検知器28へ向かう地層によって散乱
される中性子を吸収する。その正味の効果は、ボアホー
ルの内容物及び検知器28に近接するゾンデ11の物質との
中性子の相互作用の可能性を減少させ、そうでなけれ
ば、必要とするガンマ線測定の不所望の摂動を構成する
検知可能なガンマ線を発生させることとなる。
ゾンデ11に対する電気的パワーは、表面装置24からケ
ーブル15を介して供給される。ゾンデ11は、供給源26、
検知器28、及びその他のダウンホール回路へ適切な電圧
及び電流レベルでパワーを供給するためのパワー調節回
路（不図示）を有している。これらの回路は、増幅器38
及びPMT16からの出力パルスを受けとる関連回路を有し
ている。増幅されたパルスは、例えば単一ランプ（ウイ
ルキンソンランダウン）タイプのもののような任意の従
来のタイプのものとすることが可能なアナログ・デジタ
ル変換器を具備するパルス高さ分析器（THA）40へ印加
される。その他の適宜のアナログ・デジタル変換器を、
分析すべきガンマ線エネルギ範囲に対して使用すること
が可能である。分析すべき検知器信号フレームの時間部
分の制御のために線形ゲート動作回路に使用することも
可能である。例えばパルスパイルアップ拒否等の付加的
な従来技術を使用することにより改善した性能を得るこ
とが可能である。
ーブル15を介して供給される。ゾンデ11は、供給源26、
検知器28、及びその他のダウンホール回路へ適切な電圧
及び電流レベルでパワーを供給するためのパワー調節回
路（不図示）を有している。これらの回路は、増幅器38
及びPMT16からの出力パルスを受けとる関連回路を有し
ている。増幅されたパルスは、例えば単一ランプ（ウイ
ルキンソンランダウン）タイプのもののような任意の従
来のタイプのものとすることが可能なアナログ・デジタ
ル変換器を具備するパルス高さ分析器（THA）40へ印加
される。その他の適宜のアナログ・デジタル変換器を、
分析すべきガンマ線エネルギ範囲に対して使用すること
が可能である。分析すべき検知器信号フレームの時間部
分の制御のために線形ゲート動作回路に使用することも
可能である。例えばパルスパイルアップ拒否等の付加的
な従来技術を使用することにより改善した性能を得るこ
とが可能である。
パルス高さ分析器40は、各検知器パルスを、その振幅
（即ち、ガンマ線エネルギ）にしたがって多数の（典型
的には256乃至8000の範囲）の所定のチャンネルの一つ
へ割当て、且つ各分析したパルスのチャンネル乃至は振
幅を現わす適宜のデジタル形態での信号を発生する。典
型的には、パルス高さ分析器40は、エネルギスペクトル
を与えるためにデジタル信号に於ける各チャンネル番号
の発生数を蓄積するメモリを有している。蓄積された総
数は、バッファメモリ42（ある適応場面においては省略
可能）を介して、表面装置24へケーブル15を介して送信
するために遠隔操作・ケーブルインタフェイス回路44へ
送給される。
（即ち、ガンマ線エネルギ）にしたがって多数の（典型
的には256乃至8000の範囲）の所定のチャンネルの一つ
へ割当て、且つ各分析したパルスのチャンネル乃至は振
幅を現わす適宜のデジタル形態での信号を発生する。典
型的には、パルス高さ分析器40は、エネルギスペクトル
を与えるためにデジタル信号に於ける各チャンネル番号
の発生数を蓄積するメモリを有している。蓄積された総
数は、バッファメモリ42（ある適応場面においては省略
可能）を介して、表面装置24へケーブル15を介して送信
するために遠隔操作・ケーブルインタフェイス回路44へ
送給される。
地表においては、ケーブルインタフェイス・信号処理
回路46によってケーブル信号が受信される。理解される
如く、回路44及び46は、地表の表面装置24によって送信
され且つ受信される信号をコード化し且つデコードし、
マルチプレクス処理し且つデマルチプレクス処理し、増
幅し、且つその他の方法で処理するために任意の適宜の
公知の構成のものとすることが可能である。そのような
適宜の回路として、例えば、Nelligenの米国特許第4,01
2,712号に記載されているものを使用することが可能で
ある。
回路46によってケーブル信号が受信される。理解される
如く、回路44及び46は、地表の表面装置24によって送信
され且つ受信される信号をコード化し且つデコードし、
マルチプレクス処理し且つデマルチプレクス処理し、増
幅し、且つその他の方法で処理するために任意の適宜の
公知の構成のものとすることが可能である。そのような
適宜の回路として、例えば、Nelligenの米国特許第4,01
2,712号に記載されているものを使用することが可能で
ある。
ゾンデ11の動作は、表面装置24内に設けられているマ
スタプログラム器48からダウンホールへ送られる信号に
よって制御される。これらの信号は、工具プログラム器
50によって受けられ、それは制御信号を中性子供給源26
及びパルス高さ分析器40へ送給する。表面装置24は、ダ
ウンホール装置から受け取ったデータを処理し、検知し
たガンマ放射線のエネルギスペクトルを分析し、それか
ら地層17及びそれが収容することのある何等かの炭化水
素に関する情報を抽出し、且つ例えば、フイルム、用
紙、テープ等の上にこのデータ及び情報のいくつか又は
全てを認識可能な方法で記録を行うために使用される種
々の電子回路を有している。これらの回路は、専用ハー
ドウエアを有するものであっても良いし、又別法とし
て、そのようなハードウエアと同一の作業を実施すべく
適宜プログラムした汎用コンピュータを有するものであ
っても良い。このような分析形態に関する詳細は、例え
ば、米国特許第3,521,064号に記載されている。
スタプログラム器48からダウンホールへ送られる信号に
よって制御される。これらの信号は、工具プログラム器
50によって受けられ、それは制御信号を中性子供給源26
及びパルス高さ分析器40へ送給する。表面装置24は、ダ
ウンホール装置から受け取ったデータを処理し、検知し
たガンマ放射線のエネルギスペクトルを分析し、それか
ら地層17及びそれが収容することのある何等かの炭化水
素に関する情報を抽出し、且つ例えば、フイルム、用
紙、テープ等の上にこのデータ及び情報のいくつか又は
全てを認識可能な方法で記録を行うために使用される種
々の電子回路を有している。これらの回路は、専用ハー
ドウエアを有するものであっても良いし、又別法とし
て、そのようなハードウエアと同一の作業を実施すべく
適宜プログラムした汎用コンピュータを有するものであ
っても良い。このような分析形態に関する詳細は、例え
ば、米国特許第3,521,064号に記載されている。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明は技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。
したが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明は技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。
第１図は本発明の一実施例に基づいて構成されたLSOシ
ンチレーション検知器を示した概略図、第２図は第１図
のLSOシンチレーション検知器を使用することが可能な
ボアホール検層ゾンデを示した概略図、である。 （符号の説明） 10:単結晶LSOシンチレータ 12:ハウジング 14:1表面 16:光倍増管 18:他の表面
ンチレーション検知器を示した概略図、第２図は第１図
のLSOシンチレーション検知器を使用することが可能な
ボアホール検層ゾンデを示した概略図、である。 （符号の説明） 10:単結晶LSOシンチレータ 12:ハウジング 14:1表面 16:光倍増管 18:他の表面
Claims (12)
- 【請求項１】ガンマ線又はＸ線検知器において使用され
るシンチレータにおいて、ｘが２×10-4乃至３×10-2の
範囲内であってCe2XLu2(1-X)SiO5の一般式を持ったセリ
ウム活性化オルト珪酸ルテチウムからなる透明単結晶を
有することを特徴とするシンチレータ。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、ｘが１×
10-3乃至4.5×10-3の範囲内であることを特徴とするシ
ンチレータ。 - 【請求項３】ガンマ線又はＸ線の検知器であって、ｘが
２×10-4乃至３×10-2の範囲内でありCe2XLu2(1-X)SiO5
の一般式を持ったセリウム活性化オルト珪酸ルテチウム
の透明単結晶から構成されるシンチレータと、前記シン
チレータに光学的に結合されており前記シンチレータに
よる光パルスの発生に応答して電気信号を発生する光検
知器とを有することを特徴とする検知器。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項において、ｘが１×
10-3乃至4.5×10-3の範囲内であることを特徴とする検
知器。 - 【請求項５】地表面下の地層を調査する装置において、
ボアホールを介して移動すべく構成されているゾンデ、
前記ゾンデによって担持されており放射線を検知し且つ
オルト珪酸ルテチウムシンチレータを具備する検知器手
段、前記検知器手段に結合されており前記検知器手段に
よって検知される少なくとも１個の放射線特性を表す信
号を発生し且つ記録する手段、を有することを特徴とす
る装置。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項において、前記シン
チレータが、ｘが２×10-4乃至３×10-2の範囲内であり
Ce2XLu2(1-X)SiO5の一般式を持ったセリウム活性化オル
ト珪酸ルテチウムの透明単結晶から構成されていること
を特徴とする装置。 - 【請求項７】特許請求の範囲第５項において、前記シン
チレータが、ｘが２×10-4乃至３×10-2の範囲内であり
Ce2XLu2(1-X)SiO5の一般式を持ったセリウム活性化オル
ト珪酸ルテチウムの透明単結晶から構成されており且つ
前記検知器手段が、更に、前記シンチレータに光学的に
結合されており、前記シンチレータにより光パルスの発
生に応答して電気信号を発生する光検知器を有すること
を特徴とする装置。 - 【請求項８】特許請求の範囲第６項又は第７項におい
て、ｘが１×10-3乃至4.5×10-3の範囲内であることを
特徴とする装置。 - 【請求項９】地表面下の地層を調査する装置において、
ボアホールを介して移動すべく構成されているゾンデ、
前記ゾンデによって担持されており前記ボアホールの領
域内の物質を前記物質と干渉することの可能な浸透性放
射線で照射し前記物質に関する情報を担持する特性を持
った放射線を発生させる照射供給手段、前記ゾンデによ
って担持されており且つオルト珪酸ルテチウムシンチレ
ータを具備する検知手段、前記検知手段に結合されてお
り前記検知手段によって検知される少なくとも一つの放
射線特性を表す信号を発生し且つ記録する手段、を有す
ることを特徴とする装置。 - 【請求項１０】特許請求の範囲第９項において、前記シ
ンチレータが、ｘが２×10-4乃至３×10-2の範囲内であ
りCe2XLu2(1-X）SiO5の一般式を持ったセリウム活性化
オルト珪酸ルテチウムの透明単結晶から構成されている
ことを特徴とする装置。 - 【請求項１１】特許請求の範囲第９項において、前記シ
ンチレータが、ｘが２×10-4乃至３×10-2の範囲内であ
り、Ce2XLu2(1-X)SiO5の一般式を持ったセリウム活性化
オルト珪酸ルテチウムの透明単結晶から形成されてお
り、且つ前記検知手段が、更に、前記シンチレータに光
学的に結合されており前記シンチレータによる光パルス
の発生に応答して電気信号を発生する光検知器を有する
ことを特徴とする装置。 - 【請求項１２】特許請求の範囲第９項又は第10項におい
て、ｘが１×10-3乃至4.5×10-3の範囲内であることを
特徴とする装置。
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|---|---|---|---|
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| US389,502 | 1989-08-04 | ||
| US254,353 | 1989-08-04 | ||
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