JP3575016B2 - 希土類珪酸塩単結晶の加工方法及びシンチレータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線やγ線などの放射線の検出のためのシンチレータ材料等として用いられる希土類珪酸塩単結晶の加工方法及びその加工方法によって得られる希土類珪酸塩単結晶シンチレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線やγ線などの放射線の検出器は、Ｘ線やγ線などの放射線を受けて発光するシンチレータとシンチレータの発光を検出する光検出器（フォトマル）とにより構成され、シンチレータは単結晶の表面を鏡面加工することにより製造されている。
従来、希土類珪酸塩単結晶の表面を鏡面にするためには、先ず粒度の粗い研磨剤で粗研磨し、その後鏡面研磨する機械研磨によって行われてきた。
また、シンチレータ単結晶のエッチングによる研磨方法としては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）を無水アルコールなどでエッチングする方法が知られている（特開昭５５−７１９６８号公報）。
また、単結晶をエッチング液に浸すことによって鏡面化させる方法としては、ＧＧＧ単結晶を２７０〜３００℃の温度のリン酸に浸して、鏡面化学研磨をするという方法が知られている（高木、深沢「試料の作製と評価」共立出版、Ｐ．３８１）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の機械的研磨方法は、粗研磨工程、鏡面研磨工程等の複数の工程からなり複雑で、特に多面体の複数の表面を研磨する場合は、一般に１面づつ研磨する必要があり、非経済的であった。また、平面でない複雑な表面を研磨することは一般に困難であった。
そこで、シンチレータ単結晶のエッチングによる研磨方法として知られている、無水アルコールを用いる方法を、希土類珪酸塩単結晶に適用した。しかしこの方法では、希土類珪酸塩単結晶の表面は変化せず、希土類珪酸塩単結晶の鏡面化にまったく適用できなかった。
さらに、希土類珪酸塩単結晶をエッチング液に浸すことによって鏡面化させる方法として、ＧＧＧ単結晶で知られている、２７０〜３００℃の温度のリン酸を用いる方法を検討した。しかしながら、この方法では、エッチング液に浸した時点や、リン酸から取出して洗浄する時点で、希土類珪酸塩単結晶に割れが発生する問題が起こり、この方法が、希土類珪酸塩単結晶の鏡面化に適用できないことが分かった。
本発明は、希土類珪酸塩単結晶に割れが発生することなく、複数の面を１工程で鏡面化処理でき、また平面でない複雑な形状でも簡単に鏡面化が可能な希土類珪酸塩単結晶の加工方法及びその加工方法によって得られる希土類珪酸塩単結晶シンチレータを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｌｎ２ＳｉＯ５（ここでＬｎはＳｃ、Ｙ、ランタン系列の中から選ばれた少なくとも１種類以上の元素）で表される希土類珪酸塩単結晶の表面を、エッチング液に浸すことによるエッチング処理によって表面を鏡面化することを特徴とする希土類珪酸塩単結晶の加工方法及びその加工方法によって得られる希土類珪酸塩単結晶シンチレータである。
すなわち本発明は、希土類珪酸塩単結晶をエッチング液に浸し、表面をエッチング処理することにより、その表面を鏡面化することが可能で、シンチレータ特性に優れる希土類珪酸塩単結晶を得ることができることを見出したことによってなされたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
エッチング処理による表面の鏡面化により、希土類珪酸塩単結晶のシンチレータ性能が向上する理由は次のように考えられる。
図１に示すように、放射線によりシンチレーション光（発光１）が単結晶上部で発生し、この光が表面で反射しながらフォトマル（２）に到達する。ここで、単結晶表面が粗い面の場合、単結晶の側面で光が乱反射し（乱反射面（３））、フォトマルに到達するまでの経路が長くなってしまうため、多くの光が単結晶中で吸収されてしまう（図１（ｂ））。これに対し、図１（ａ）のように単結晶表面を鏡面（４）にすると、単結晶の側面で光は乱反射せずにフォトマル面に到達するため、フォトマルに到達するまでの経路が短くなり、結晶中で吸収される光の割合が小さくなり、シンチレータ性能が向上する。
【０００６】
なお、ここで言う鏡面化した表面とは、機械研磨でのみ得られる厳密な平面に限るものではなく、シンチレーション光の波長に比べて十分長い周期で波打った面や複雑な面等でも、表面粗さがシンチレーション光の波長に比べて十分小さい鏡面であれば、シンチレータ性能の向上が期待できる。鏡面の表面粗さはシンチレーション光の波長の半分以下であることがシンチレータ性能の向上にとって好ましい。
本発明のエッチング液による表面処理では、このような複雑な面等でも鏡面化が可能であり、また、エッチング処理によって得られる表面は、多少波打った面となるが、シンチレータ性能への効果は、機械研磨等で得られる厳密な鏡面と同様である。
単結晶としては、セリウム付活ガドリニウムがシンチレータとして特に好ましい。
【０００７】
【実施例】
先ず、市販のオルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を２００℃まで加熱した。この加熱により、オルトリン酸は主にピロリン酸（Ｈ４Ｐ２Ｏ７）に変化したものと思われる。その後エッチング液の温度を１００〜３００℃の範囲の適当な温度として、エッチング液とした。 ５ｘ５ｘ１０ｍｍ３のＣｅ添加Ｇｄ２ＳｉＯ５単結晶を 、上記のエッチング液に浸して、エッチング処理を行った。エッチング液の温度とエッチング速度の関係を示すグラフを図２に示す。エッチング液の温度が１２０℃以下だと、実用的なエッチング速度が得られなかった。エッチング液の温度を２７０℃以上にすると、エッチング液に浸した時点や、リン酸から取出して洗浄する時点で、希土類珪酸塩単結晶に割れが発生する問題が起こった。
１２０〜２７０℃の範囲の温度で、適当な時間エッチング処理し、各表面を約１０ｍｍ程度削った単結晶の表面は、多少波打った光沢のある鏡面となった。
実施例の１５０℃の温度で、６０分エッチング処理した単結晶と、同じ寸法で機械加工によって全面鏡面にした単結晶、同じ寸法で切断したままの全面粗面の単結晶、それぞれのシンチレータ性能を図３に示す方法で測定し比較した。図３に於いて、５は放射線源、６は結晶サンプル、７は反射材である。
測定の結果、表１に示すように、本願の方法で従来の機械加工方法とほぼ同等のシンチレータ特性が得られた。尚、表面粗さ（ＪＩＳＢ０６０１、最大高さＲｍａｘ）は、実施例（１５０℃、６０分）では８３ｎｍ（へき開面）〜１５５ｎｍ（非へき開面）、機械研磨によって全面鏡面にした単結晶では５５ｎｍ（へき開面）〜８７ｎｍ（非へき開面）、切断したままの全面粗面にした単結晶では３４６ｎｍ（へき開面）〜３７６ｎｍ（非へき開面）であった。
【０００８】
【表１】
市販のオルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を２００℃以上で加熱したエッチング液は
、単結晶を鏡面化させる効果は得られた。この場合オルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の一部または全ては、ピロリン酸（Ｈ４Ｐ２Ｏ７）に変化しているものと考えられる 。
実施例では、市販のオルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を加熱したもののみをエッチング液として用いた場合について述べたが、オルトリン酸に硫酸を２５〜７５％（容量）の範囲で混合し、一度２００℃以上の温度に加熱したものをエッチング液として用いた場合も、単結晶を鏡面化させる効果は得られた。この場合も、オルトリン酸の一部または全ては、ピロリン酸（Ｈ４Ｐ２Ｏ７）に変化しているものと考えられる。
【００１０】
【発明の効果】
表１の結果から、本願のエッチング液に浸してエッチング処理して鏡面化する方法により得られた単結晶のシンチレータ性能は、従来の機械研磨によって全面鏡面にした単結晶と同等の性能が得られていることがわかる。
本発明の方法は、一度に全面を鏡面化でき、従来の一面づつ機械研磨する方法に比べて、経済的である。
本発明の加工方法は、複雑な形状でも簡単に表面を鏡面仕上げとすることができ、良好なシンチレータ特性を得ることができる。
本発明の加工方法は、少なくとも２つの面以上の面を有する形状の希土類珪酸塩単結晶において、同時にエッチング処理された各面の表面状態が異なる単結晶を得ることができる。
本発明により、シンチレータ性能（例えば高い蛍光出力、小さい分解能等）に優れたシンチレータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シンチレーション状態を説明するの模式図。
【図２】エッチング液の温度とエッチング速度の関係を示すグラフ。
【図３】シンチレータ性能測定法を示す側面図。
【符号の説明】
１．発光
２．フォトマル
３．乱反射面
４．鏡面
５．放射線源
６．結晶サンプル
７．反射材
Claims (3)
- Ｌｎ2ＳｉＯ5（ここでＬｎはＳｃ、Ｙ、ランタン系列の中から選ばれた少なくとも１種類以上の元素）で表される希土類珪酸塩単結晶の表面を、エッチング液に浸すことによるエッチング処理によって表面を鏡面化する、希土類珪酸塩単結晶の加工方法であって、前記エッチング液として、オルトリン酸（Ｈ 3 ＰＯ 4 ）を一度２００℃以上の温度まで加熱したものを使用し、前記エッチング処理を１２０〜２７０℃の範囲で行うことを特徴とする、希土類珪酸塩単結晶の加工方法。
- 前記エッチング液として、オルトリン酸（Ｈ 3 ＰＯ 4 ）と硫酸を混合した酸を一度２００℃以上の温度まで加熱したものを使用する、請求項１の希土類珪酸塩単結晶の加工方法。
- 前記エッチング液が、ピロリン酸（Ｈ4Ｐ2Ｏ7）を含む、請求項１又は２記載の希土類珪酸塩単結晶の加工方法。
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|---|---|---|---|
| JP26281795A JP3575016B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 希土類珪酸塩単結晶の加工方法及びシンチレータ |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP26281795A JP3575016B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 希土類珪酸塩単結晶の加工方法及びシンチレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH09110600A JPH09110600A (ja) | 1997-04-28 |
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| JP26281795A Expired - Lifetime JP3575016B2 (ja) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | 希土類珪酸塩単結晶の加工方法及びシンチレータ |
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| JP (1) | JP3575016B2 (ja) |
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| JP6630879B2 (ja) * | 2014-05-01 | 2020-01-15 | 株式会社 東北テクノアーチ | 発光体及び放射線検出器 |
-
1995
- 1995-10-11 JP JP26281795A patent/JP3575016B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH09110600A (ja) | 1997-04-28 |
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