JP5521273B2 - Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator, and method for producing single crystal for scintillator - Google Patents

Single crystal for scintillator, heat treatment method for producing single crystal for scintillator, and method for producing single crystal for scintillator Download PDF

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本発明は、医学診断用ポジトロンCT(PET)、宇宙線観察用、地下資源探索用などの放射線医学、物理学、生理学、化学、鉱物学、さらに石油探査などの分野で、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(シンチレータ)用単結晶、シンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、及びシンチレータ用単結晶の製造方法に関するものであり、さらに詳細には、セリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶、シンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法及びシンチレータ用単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to radiation medicine such as gamma rays in the fields of radiology such as positron CT (PET) for medical diagnosis, cosmic ray observation and underground resource search, physics, physiology, chemistry, mineralogy, and oil exploration. The present invention relates to a single crystal for a single crystal scintillation detector (scintillator), a heat treatment method for producing a single crystal for a scintillator, and a method for producing a single crystal for a scintillator, and more specifically, a cerium-activated orthosilicate compound. The present invention relates to a scintillator single crystal, a heat treatment method for manufacturing a scintillator single crystal, and a method for manufacturing a scintillator single crystal.

セリウムで付活したオルト珪酸ガドリニウム化合物のシンチレータは、蛍光減衰時間が短く、放射線吸収係数も大きいことから、ポジトロンCTなどの放射線検出器として実用化されている。しかし、蛍光出力がBGOシンチレータよりは大きいものの、NaI(Tl)シンチレータの20%程度しかなく、その改善が望まれている。   A scintillator made of cerium activated gadolinium orthosilicate compound has been put to practical use as a radiation detector such as positron CT because it has a short fluorescence decay time and a large radiation absorption coefficient. However, although the fluorescence output is larger than that of the BGO scintillator, it is only about 20% of the NaI (Tl) scintillator, and its improvement is desired.

近年、一般式Lu2(1−x)Ce2xSiOで表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムの単結晶を用いたシンチレータ(特許文献1、2参照)、一般式Gd2−(x+y)LnCeSiO(LnはSc、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素)で表される化合物の単結晶を用いたシンチレータ(特許文献3、4参照)、及び一般式Ce2x(Lu1−y2(1−x)SiOで表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムイットリウムの単結晶を用いたシンチレータ(特許文献5、6参照)が知られている。これらのシンチレータでは、結晶の密度が向上しているだけでなく、セリウム付活オルト珪酸塩化合物を含む単結晶の蛍光出力が向上し、蛍光減衰時間も短くできることが知られている。 In recent years, a scintillator using a single crystal of cerium-activated lutetium orthosilicate represented by the general formula Lu 2 (1-x) Ce 2x SiO 5 (see Patent Documents 1 and 2), the general formula Gd 2− (x + y) Ln x Ce y SiO 5 (Ln is Sc, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, at least one element selected from the group consisting of Yb and Lu) scintillator (patent documents using a single crystal of a compound represented by 3 and 4), and a scintillator using a single crystal of cerium-activated lutetium yttrium orthosilicate represented by the general formula Ce 2x (Lu 1-y Y y ) 2 (1-x) SiO 5 (Patent Document 5, 6) is known. In these scintillators, it is known that not only the crystal density is improved, but also the fluorescence output of a single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound is improved and the fluorescence decay time can be shortened.

さらに特許文献7、8には、ルテチウム(Lu)とセリウム(Ce)とを含む珪酸塩結晶をベースとするシンチレーション材料であって、酸素空格子点αを含み、その化学組成が一般式: Lu1−yMe1−xCeSiO5−zα
xは、1×10‐4〜0.2
yは、1×10‐5〜0.05
[式中、Aは、LuとGd、Sc、Y、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybからなるグループから選択された少なくとも1種の元素であり、Meは、H、Li、Be、B、C、N、Na、Mg、Al、P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、U、Thからなるグループから選択された少なくとも1種の元素である。]で表されるものが記載されている。特許文献7、8において、Luに置換するMeとしてHからThまでの50以上の元素が記載されているが、これらはシンチレーション素子の切削及び製造中の結晶のクラッキングを防止する効果、並びに導波路素子内で導波路特性を作り出すために効果があると記載されている。
Further, Patent Documents 7 and 8 are scintillation materials based on silicate crystals containing lutetium (Lu) and cerium (Ce), which include oxygen vacancies α, and the chemical composition thereof is represented by the general formula: Lu 1-y Me y A 1- x Ce x SiO 5-z α z
x is 1 × 10 −4 to 0.2
y is 1 × 10 −5 to 0.05
[Wherein A is at least one element selected from the group consisting of Lu, Gd, Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb. , Me are H, Li, Be, B, C, N, Na, Mg, Al, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, At least one element selected from the group consisting of Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, U, and Th. ] Is described. In Patent Documents 7 and 8, 50 or more elements from H to Th are described as Me to be substituted for Lu, and these are effective in preventing scintillation element cutting and crystal cracking during manufacture, and waveguides. It is described that it is effective to create waveguide characteristics within the device.

また、これらの中でも、酸化度+4、+5、+6(例えば、Zr、Sn、Hf、As、V、Nb、Sb、Ta、Mo、W、Th)を有するイオンが原試薬内に存在すると、あるいは、その必要な量をシンチレーション材料に追加すると、電荷補償作用によってCe4+の発生を抑制することで、結晶の蛍光特性を向上させるだけでなく、クラック発生の抑制及び酸素副格子内の空格子点の形成を妨げる旨も記載されている。その結果、酸化度+4、+5、+6(例えば、Zr、Sn、Hf、As、V、Nb、Sb、Ta、Mo、W、Th)を有するイオンが原試薬内に存在すると、あるいは、その必要な量をシンチレーション材料に追加すると、例えば上記の50以上の元素を不純物として含有する純度の低い廉価な原料を用いた場合でも、良好な蛍光特性が得られるという効果があることが記載されている。 Among these, when ions having an oxidation degree of +4, +5, +6 (for example, Zr, Sn, Hf, As, V, Nb, Sb, Ta, Mo, W, Th) are present in the original reagent, or Adding the necessary amount to the scintillation material not only improves the fluorescence characteristics of the crystal by suppressing the generation of Ce 4+ by the charge compensation action, but also suppresses the generation of cracks and vacancies in the oxygen sublattice. It also describes that it prevents the formation of. As a result, ions having an oxidation degree of +4, +5, +6 (for example, Zr, Sn, Hf, As, V, Nb, Sb, Ta, Mo, W, Th) are present or necessary in the original reagent. It is described that when a small amount is added to the scintillation material, for example, even when an inexpensive raw material containing 50 or more elements as impurities is used and a low-priced low-priced material is used, good fluorescence characteristics can be obtained. .

一般式:Ce2xLn2yLu2(1−x−y)SiO(式中Lnは、Luを除くランタノイド系元素のうち少なくともいずれか1種の元素であり、2×10−4≦x≦3×10−2、1×10−4≦y≦1×10−3)で表されるセリウム活性化ランタノイド珪酸塩のシンチレータ単結晶として、CeとTm共付活珪酸ルテチウム単結晶が特許文献9に記載されており、Tmの共付活によって、蛍光出力、減衰時間及びエネルギー分解能のばらつきが改善されることが記載されている。 General formula: Ce 2x Ln 2y Lu 2 (1-xy) SiO 5 (wherein Ln is at least one element of lanthanoid elements excluding Lu, and 2 × 10 −4 ≦ x ≦ As a scintillator single crystal of cerium activated lanthanoid silicate represented by 3 × 10 −2 , 1 × 10 −4 ≦ y ≦ 1 × 10 −3 ), Ce and Tm co-activated lutetium silicate single crystal is disclosed in Patent Document 9. It is described that variation in fluorescence output, decay time, and energy resolution is improved by coactivation of Tm.

母材が希土類珪酸塩結晶であるシンチレータで、希土類元素は、Sc、Y、La、Gd、Luからなる群から選択され、発光中心元素としてTi及びCeを含み、好ましくはCeに対するTiのモル比が1/10000〜1/10である希土類珪酸塩のシンチレータ単結晶として、CeとTi共付活珪酸ガドリニウム単結晶が特許文献10に記載されており、Tiの共付活によって、蛍光出力が向上し、減衰時間が速くなる事が記載されている。   In the scintillator whose base material is a rare earth silicate crystal, the rare earth element is selected from the group consisting of Sc, Y, La, Gd, and Lu, and includes Ti and Ce as the luminescent central element, preferably a molar ratio of Ti to Ce As a rare earth silicate scintillator single crystal having a ratio of 1/10000 to 1/10, Ce and Ti co-activated gadolinium silicate single crystal is described in Patent Document 10, and the fluorescence output is improved by co-activation of Ti. It is described that the decay time becomes faster.

一般式:CeLnSiで(LnはY、Gd及びLuより選択される少なくとも2種の元素を示し、0.001≦x≦0.1、1.9≦y≦2.1、0.9≦z≦1.1、4.9≦u≦5.1)で表される化学組成を有するシンチレータ単結晶として、蛍光の強度スペクトルの最大ピーク波長が450nm以上600nm以下の範囲であるCe付活珪酸ガドリニウムルテチウム(Lu組成20%)単結晶が特許文献11に記載されている。 General formula: Ce x Ln y Si z O u (Ln represents at least two elements selected from Y, Gd and Lu, and 0.001 ≦ x ≦ 0.1, 1.9 ≦ y ≦ 2. 1, 0.9 ≦ z ≦ 1.1, 4.9 ≦ u ≦ 5.1) as a scintillator single crystal having a chemical composition represented by a range where the maximum peak wavelength of the fluorescence intensity spectrum is 450 nm or more and 600 nm or less Patent Document 11 discloses a Ce-activated gadolinium lutetium silicate (Lu composition 20%) single crystal.

一般式:Ln2xGd2(1−x−y)Ce2ySiO(ただし、LnはSc、Y、Luのうち少なくとも1種以上の元素であり、0.1≦x≦0.5、0.01≦y≦0.1)で表される希土類珪酸塩蛍光体として、360nm〜400nmに間のいずれかの波長で励起した時の蛍光強度のピーク波長が450nmよりも長く、半値幅が112nmよりも大きいことを特徴とするCe付活珪酸ガドリニウムルテチウム(Lu組成20%)単結晶が特許文献12に記載されている。 General formula: Ln 2x Gd 2 (1-xy) Ce 2y SiO 5 (where Ln is at least one element of Sc, Y, and Lu, and 0.1 ≦ x ≦ 0.5, 0 .01 ≦ y ≦ 0.1), the peak wavelength of fluorescence intensity when excited at any wavelength between 360 nm and 400 nm is longer than 450 nm, and the half width is 112 nm. Patent Document 12 discloses a Ce-activated gadolinium silicate lutetium silicate (Lu composition 20%) single crystal characterized by being larger than that.

特許第2852944号公報Japanese Patent No. 2852944 米国特許第4958080号明細書US Pat. No. 4,958,080 特公平7−78215号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-78215 米国特許第5264154号明細書US Pat. No. 5,264,154 米国特許第6624420号明細書US Pat. No. 6,624,420 米国特許第6921901号明細書US Pat. No. 6,921,901 特許第3668755公報Japanese Patent No. 3668755 米国特許第6278832号明細書US Pat. No. 6,278,832 特開2006−199727号公報JP 2006-199727 A 特開2005−350608号公報JP 2005-350608 A 特開2007−2226号公報JP 2007-2226 A 特開2006−257199号公報JP 2006-257199 A C.L.Melcherら、IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol.47, No.3, June 2000, p965−968C. L. Melcher et al., IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 47, no. 3, June 2000, p965-968

これまで説明してきたように、単結晶は、原料となる元素として一見性質的に類似しているように見える元素を使用したものであっても、性質が大きく異なりえる。例えば、上記特許文献7及び8に記載される一般式:Lu1−yMe1−xCeSiO5−zαで表される希土類珪酸塩単結晶において、Aとして表される元素として、酸化度+4、+5、+6(例えば、Zr、Sn、Hf、As、V、Nb、Sb、Ta、Mo、W、Th)を選択して、これらを有するイオンを原試薬内に存在させるかシンチレーション材料に追加すると、結晶が着色し、蛍光出力が悪化する場合があることを見出した。 As described so far, single crystals can have greatly different properties even if they use elements that seem to be similar in nature as elements that serve as raw materials. For example, the general formula is described in Patent Documents 7 and 8: In Lu 1-y Me y A 1 -x Ce x SiO 5-z α rare earth silicate single crystal represented by z, is represented as element A As such, select the degree of oxidation +4, +5, +6 (for example, Zr, Sn, Hf, As, V, Nb, Sb, Ta, Mo, W, Th) and make ions having these present in the original reagent When added to the scintillation material, it has been found that the crystals may be colored and the fluorescence output may deteriorate.

また、特許文献7、8において、シンチレーション素子の切削及び製造中の結晶のクラッキングを防止する効果、並びに導波路素子内で導波路特性を作り出すために効果があるものとして50以上の元素が記載されているが、中には蛍光出力を向上させたり、酸素欠損の影響を低減したりするという効果を有さない場合もあることを見出した。   Patent Documents 7 and 8 describe more than 50 elements as effective in preventing scintillation element cutting and crystal cracking during manufacturing, and in creating waveguide characteristics in the waveguide element. However, it has been found that some of them do not have the effect of improving the fluorescence output or reducing the influence of oxygen deficiency.

例えば、発明者らの検討によると、特許文献7、8の化学式で示されたLuとCeを含む珪酸塩単結晶において、Luを含有するオルト珪酸塩化合物単結晶である場合に特に酸素欠損(酸素格子欠陥に相当)が発生しやすく、またさらにもう1種の希土類元素が、Tbよりもイオン半径の小さいDy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Scであるオルト珪酸塩化合物単結晶のほうが、結晶構造がC2/c構造になるため酸素欠損(酸素格子欠陥に相当)が発生しやすいことを見出した。さらに、特許文献7、8において、Ceの価数を4価にする有害な元素として記載されている周期表2族(IIa族)のほうが、むしろ酸素欠陥の抑制に有効であり、その中でもイオン半径の点でMgとCaが特に有効であることがわかった。加えて、これらの元素は、酸素を微量含有する雰囲気中においてもCeイオンの価数変化を抑制できるため、育成中あるいは育成後の熱処理の雰囲気の調整によって、さらに酸素欠損の発生を低減できることもわかっており、これらのことは特開2007−16197号公報に記載されている。以上のように、単結晶は、それを構成する元素の種類には限りがあるが、その目的や求める効果に応じて、基本となる組成や添加する材料を変化させていかなければならない。   For example, according to the study by the inventors, in the silicate single crystal containing Lu and Ce represented by the chemical formulas of Patent Documents 7 and 8, oxygen deficiency is particularly obtained when the orthosilicate compound single crystal containing Lu ( An orthosilicate compound in which the other rare earth elements are Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, and Sc having an ion radius smaller than that of Tb. It has been found that oxygen deficiency (corresponding to oxygen lattice defects) is more likely to occur in crystals because the crystal structure has a C2 / c structure. Furthermore, in Patent Documents 7 and 8, the periodic table group 2 (group IIa) described as a harmful element which makes the valence of Ce tetravalent is more effective in suppressing oxygen defects, and among them, ions It has been found that Mg and Ca are particularly effective in terms of radius. In addition, since these elements can suppress the change in the valence of Ce ions even in an atmosphere containing a small amount of oxygen, the occurrence of oxygen deficiency can be further reduced by adjusting the atmosphere of the heat treatment during or after the growth. These are known and described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-16197. As described above, a single crystal is limited in the types of elements constituting it, but the basic composition and the material to be added must be changed according to the purpose and desired effect.

ところで、一般式Lu2(1−x)Ce2xSiOで表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムの単結晶は、結晶育成時に酸素の少ない雰囲気にさらされることによる欠陥発生や原料中の不純物によって、結晶インゴット内及びインゴット間で蛍光特性がばらつきやすいという課題がある。 Incidentally, the general formula Lu 2 (1-x) Ce 2x single crystal of cerium-activated orthosilicate lutetium represented by SiO 5, depending impurities defects and in the raw materials due to exposure to oxygen-poor atmosphere during crystal growth In addition, there is a problem that the fluorescence characteristics tend to vary within the crystal ingot and between the ingots.

一方、一般式Lm2−(x+y)LuCeSiO(式中LmはLuを除くランタノイド系元素及びSc、Yの中から選ばれる少なくとも1種の元素である。)で示されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物単結晶の場合には、Lu2(1−x)Ce2xSiOの構造を持つ単結晶がもつ課題が同様に存在するほか、チョクラルスキー(Czochralski)法等による融液からの引上げ法による結晶成長等において、結晶育成後半にボイド状の結晶欠陥が発生して結晶内部ににごりが見られたり、自動直径制御による結晶径にばらつきが見られることがある。場合によっては融液離れが発生して、結晶育成の継続が困難になることもある。結晶のにごりが発生した場合には、蛍光特性差の低下が顕著になったり、多数のクラックが発生する場合がある。また、見た目の透明度が低下するほどにごらなかったとしても、結晶インゴットの上下の位置によって蛍光特性差が比較的大きくなる(蛍光特性がばらつく)という課題があった。 Meanwhile, with cerium represented by the general formula Lm 2- (x + y) Lu x Ce y SiO 5 (Lm in the formula is at least one of element selected from among lanthanoid elements, and Sc, Y, except for Lu.) In the case of an active orthosilicate compound single crystal, there is a problem that the single crystal having the structure of Lu 2 (1-x) Ce 2x SiO 5 exists in the same manner, and a melt by the Czochralski method or the like. In crystal growth or the like by the pulling-up method, void-like crystal defects may occur in the latter half of the crystal growth, and dust may be observed inside the crystal, or variations in the crystal diameter by automatic diameter control may be observed. In some cases, separation of the melt occurs and it may be difficult to continue crystal growth. In the case where the turbidity of the crystal is generated, there is a case where a decrease in the fluorescence characteristic difference becomes remarkable or a large number of cracks are generated. Further, even if the apparent transparency is not lowered so much, there is a problem that the difference in fluorescence characteristics becomes relatively large (fluorescence characteristics vary) depending on the upper and lower positions of the crystal ingot.

一般式Lm2−(x+y)LuCeSiO(ここにLmはLuを除くランタノイド系元素及びSc、Yの中から選ばれる少なくとも1種の元素である。)で示されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物単結晶において観察される上記課題は、この単結晶がLuSiOとLmSiOの混晶であるために生じていることがわかった。すなわち、LuとLmのイオン半径の違いによって、単結晶育成時に結晶インゴット内で結晶組成に違いがでる偏析現象が原因であることが判明した。 Cerium activated ortho represented by the general formula Lm 2-(x + y) Lu x Ce y SiO 5 (where Lm is a lanthanoid element excluding Lu and at least one element selected from Sc and Y). It has been found that the above-mentioned problem observed in a silicate compound single crystal is caused because this single crystal is a mixed crystal of Lu 2 SiO 5 and Lm 2 SiO 5 . That is, it was found that the segregation phenomenon caused by a difference in crystal composition in the crystal ingot during single crystal growth due to the difference in ion radii between Lu and Lm.

上記、結晶育成後半に生じる結晶のにごりは、偏析現象を伴ったセル成長によって、ボイド状の欠陥が発生することによるものと考えられる。結晶がにごって光透過率が低下すると、結晶の放熱性が悪くなるので、固液界面形状が変動して、結晶の自動直径制御が困難になったり、融液離れを引き起こしたりするものと考えられる。一般的にセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含む単結晶の育成では、単結晶の融点が高いため、Irるつぼを用いた高周波加熱によるチョクラルスキー法が行われているが、チョクラルスキー法のような種子結晶を用いた融液からの引き上げ法では、イオン半径の差に起因した偏析の影響による不具合が発生し易い。   It is thought that the above-mentioned crystal dust produced in the latter half of the crystal growth is due to the generation of void-like defects due to cell growth accompanied by segregation. If the light transmittance decreases due to the crystal obscuration, the heat dissipation of the crystal will deteriorate, so the shape of the solid-liquid interface will fluctuate, making it difficult to control the automatic diameter of the crystal or causing the melt to separate. It is done. In general, in the growth of a single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound, the Czochralski method is performed by high-frequency heating using an Ir crucible because the melting point of the single crystal is high. In the pulling method from the melt using such seed crystals, defects due to segregation due to the difference in ionic radius are likely to occur.

また、一般式Lm2−(x+y)LuCeSiO(式中LmはLuを除くランタノイド系元素及びSc、Yの中から選ばれる少なくとも1種の元素である。)で示されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物単結晶の場合、一般にLuの組成比が高いほど蛍光出力が高くなる。従ってインゴット上下でLuの濃度に差があると、インゴットから切り出した単結晶片も、インゴットから切り出された場所によって蛍光出力に違いが発生すると考えられる。また、結晶のにごりが認識できないレベルでも、インゴット下部で蛍光出力が低下したり、エネルギー分解能が低下する現象は、結晶内部の微小な欠陥発生によると考えられる。 Further, with cerium represented by the general formula Lm 2- (x + y) Lu x Ce y SiO 5 (Lm in the formula is at least one element selected from among lanthanoid elements, and Sc, Y, except for Lu.) In the case of an active orthosilicate compound single crystal, in general, the higher the Lu composition ratio, the higher the fluorescence output. Therefore, if there is a difference in Lu concentration between the upper and lower ingots, it is considered that a single crystal piece cut out from the ingot also has a difference in fluorescence output depending on the location cut out from the ingot. Further, even when the level of crystal dust cannot be recognized, the phenomenon in which the fluorescence output decreases or the energy resolution decreases in the lower part of the ingot is considered to be due to the generation of minute defects inside the crystal.

Gd2(1−x)Ce2xSiO(セリウム付活オルト珪酸ガドリニウム:GSO)単結晶の場合には、3価となり得る希土類はGdと付活剤のCeだけであるが、GdとCeのイオン半径が比較的近いために、オルト珪酸ガドリニウム結晶中へCeの偏析係数は、0.7程度である。ここで偏析係数とは、Cs=KoCo(1−g)^(Ko−1)(ここで、Koが偏析係数、Csが結晶中の濃度、Coが融液中の濃度、gが固化率)として与えられる値である。結晶上部の蛍光出力が結晶下部に比べ若干高くなる傾向があるものの、結晶インゴット内のGdとCeの濃度変化は比較的小さいため特性差は大きな問題にはならない。しかし、蛍光減衰時間のCe濃度依存が比較的顕著であるために、結晶インゴット上部の蛍光減衰時間が、インゴット下部に比べて長くなる傾向がある。 Gd 2 (1-x) Ce 2x SiO 5 ( cerium-activated gadolinium orthosilicate: GSO) in the case of the single crystal is a rare earth which can be a trivalent is only Ce of Gd and activator, the Gd and Ce Since the ionic radii are relatively close, the segregation coefficient of Ce into the gadolinium orthosilicate crystal is about 0.7. Here, the segregation coefficient is Cs = KoCo (1-g) ^ (Ko-1) (where Ko is the segregation coefficient, Cs is the concentration in the crystal, Co is the concentration in the melt, and g is the solidification rate). Is the value given as Although the fluorescence output at the upper part of the crystal tends to be slightly higher than that at the lower part of the crystal, the change in the concentration of Gd and Ce in the crystal ingot is relatively small so that the characteristic difference does not become a big problem. However, since the Ce concentration dependence of the fluorescence decay time is relatively remarkable, the fluorescence decay time at the upper part of the crystal ingot tends to be longer than that at the lower part of the ingot.

一方、Lu2(1−x)Ce2xSiO(セリウム付活オルト珪酸ルテチウム:LSO)単結晶の場合には、3価となり得る希土類はLuと付活剤のCeだけであるが、Luのイオン半径に比べ、Ceのイオン半径が大きく、両者のイオン半径差が比較的大きい点がGSOと異なる。このために、オルト珪酸ルテチウム結晶中へCeの偏析係数は、0.2程度となり、結晶インゴット内のLuとCeの濃度変化は比較的大きくなる。しかしながら、Lu2(1−x)Ce2xSiO(セリウム付活オルト珪酸ルテチウム)単結晶の蛍光出力や蛍光減衰時間等の蛍光特性は、セリウム付活オルト珪酸ガドリニウム単結晶(GSO)の場合に比べてCe濃度依存性が小さいため、結晶インゴット内の蛍光特性差は問題になりにくい。一方で、酸素欠陥の発生あるいはその他不純物の混入に起因した結晶インゴット内の特性ばらつきは、セリウム付活オルト珪酸ガドリニウム単結晶(GSO)と比較すると発生し易く、結晶下部の蛍光出力が結晶上部に比べ顕著に低くなることもある。このような現象は、非特許文献1等に記載されており、一般式Ce2x(Lu1−y2(1−x)SiOで表されるセリウム付活オルト珪酸ルテチウムイットリウムの単結晶でも同様の傾向が見られ、y=0.3以上の組成では、セリウム付活オルト珪酸ルテチウム)単結晶よりも改善されることが、特許文献5、6に記載されている。 On the other hand, in the case of Lu 2 (1-x) Ce 2x SiO 5 (cerium activated lutetium orthosilicate: LSO) single crystal, the only rare earth that can be trivalent is Lu and the activator Ce. The ionic radius of Ce is larger than the ionic radius, and the difference between the ionic radii of the two is relatively different from that of GSO. For this reason, the segregation coefficient of Ce into the lutetium orthosilicate crystal is about 0.2, and the concentration change of Lu and Ce in the crystal ingot becomes relatively large. However, the fluorescence characteristics such as fluorescence output and fluorescence decay time of Lu 2 (1-x) Ce 2x SiO 5 (cerium activated lutetium orthosilicate) single crystal are the same as those of cerium activated gadolinium orthosilicate single crystal (GSO). Compared to the Ce concentration dependency, the difference in fluorescence characteristics in the crystal ingot is less likely to be a problem. On the other hand, the characteristic variation in the crystal ingot due to the occurrence of oxygen defects or other impurities is more likely to occur than the cerium activated gadolinium orthosilicate single crystal (GSO), and the fluorescence output at the bottom of the crystal is at the top of the crystal. It may be significantly lower than that. Such a phenomenon is described in Non-Patent Document 1 and the like, and is a simple substance of cerium-activated lutetium yttrium orthosilicate represented by the general formula Ce 2x (Lu 1-y Y y ) 2 (1-x) SiO 5. It is described in Patent Documents 5 and 6 that the same tendency is observed in the crystal, and that the composition of y = 0.3 or more is improved over the cerium-activated lutetium orthosilicate) single crystal.

上記の通り、一般式Lm2−(x+y)LuCeSiO(ここにLmはLuを除くランタノイド系元素及びSc、Yの中から選ばれる少なくとも1種の元素である。)で示されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物単結晶における問題点としては、ボイド状の結晶欠陥発生による結晶のにごりが発生するという問題点、安定した結晶育成が難しいという問題点、及び結晶インゴット内の蛍光特性がばらつくという問題点等がある。 As described above, it is represented by the general formula Lm 2− (x + y) Lu x Ce y SiO 5 (where Lm is a lanthanoid element excluding Lu and at least one element selected from Sc and Y). Problems with the cerium-activated orthosilicate compound single crystal include the problem of turbidity of the crystal due to the occurrence of void-like crystal defects, the difficulty of stable crystal growth, and the fluorescence characteristics within the crystal ingot. There is a problem of variation.

本発明は、従来のシンチレータ用単結晶の上記問題点を解決することを目的としている。具体的には、単結晶内の元素間の偏析現象を低減することによって蛍光特性が向上したシンチレータ用単結晶を提供することを目的とする。本発明は、また、単結晶内の元素間の偏析現象を低減することによって蛍光特性が向上したシンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、及びシンチレータ用単結晶の製造方法を提供することを目的とする。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of conventional single crystals for scintillators. Specifically, an object of the present invention is to provide a scintillator single crystal having improved fluorescence characteristics by reducing the segregation phenomenon between elements in the single crystal. The present invention also provides a heat treatment method for producing a scintillator single crystal having improved fluorescence characteristics by reducing the segregation phenomenon between elements in the single crystal, and a method for producing the scintillator single crystal. Objective.

本発明者はセリウム付活オルト珪酸塩化合物単結晶の上記課題は、LmとLuのイオン半径の違いが影響して、単結晶成長後半で偏析現象によるセル成長が発生することや単結晶(単結晶インゴット)内で結晶組成に違いが生じることが原因であり、LmとLuのイオン半径の違いが大きいほど、特にLmのイオン半径がLuよりも大きいほど顕著に発生することを見出した。また、上記の偏析現象は、チョクラルスキー法による単結晶育成時のるつぼ径を大きくして結晶径を大きくするほど、原料融液中の温度勾配を小さくするほど、結晶の引上げ速度を大きくするほど、引上げ時の結晶の回転速度を大きくするほど顕著になる傾向があることもわかった。   The present inventor has found that the above-mentioned problem of a cerium-activated orthosilicate compound single crystal is influenced by the difference in ionic radius between Lm and Lu, and cell growth due to segregation occurs in the latter half of single crystal growth. It has been found that the difference in crystal composition occurs in the crystal ingot), and that the greater the difference in the ionic radius of Lm and Lu, the greater the ionic radius of Lm, in particular, the greater the occurrence. In addition, the segregation phenomenon described above increases the pulling speed of the crystal as the crucible diameter at the time of single crystal growth by the Czochralski method is increased to increase the crystal diameter, and the temperature gradient in the raw material melt is decreased. It was also found that there is a tendency to become more prominent as the rotational speed of the crystal at the time of pulling is increased.

本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、単結晶構造中にLmとLuの中間のイオン半径の差を有する元素を含ませることにより、上記偏析現象を低減できることを見出したものである。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and has found that the segregation phenomenon can be reduced by including an element having a difference in ionic radius between Lm and Lu in the single crystal structure. It is a thing.

すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶である。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Lnはイオン半径がLmとLuとの間にあるランタノイド系元素並びにSc、Y、B、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)
That is, this invention is a single crystal for scintillators containing the cerium activated orthosilicate compound represented by following General formula (1).
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(In the formula, Lm represents a lanthanoid element having an atomic number smaller than Lu and at least one element selected from Sc and Y, and Ln represents a lanthanoid element having an ionic radius between Lm and Lu. And at least one element selected from Sc, Y, B, Al, Ga and In, x represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.5, y represents a value greater than 1 and less than 2, and z represents 0 Super value of 0.1 or less.)

本発明のシンチレータ用単結晶によれば、Lmの偏析(LmとLuの組成比変化)を抑制すると共に、Ceの偏析を抑制する効果もあり、単結晶内の蛍光特性のばらつきを低減し、それによって蛍光特性が向上したシンチレータ用単結晶を提供することができる。すなわち、結晶欠陥発生を抑制して安定した結晶育成を実現し、結晶のにごりやクラック及び異常成長(形状異常)を低減した単結晶を提供することができる。   According to the scintillator single crystal of the present invention, while suppressing the segregation of Lm (change in composition ratio between Lm and Lu), there is also an effect of suppressing the segregation of Ce, reducing the variation in fluorescence characteristics in the single crystal, As a result, a scintillator single crystal having improved fluorescence characteristics can be provided. That is, it is possible to provide a single crystal that suppresses generation of crystal defects and realizes stable crystal growth, and reduces crystal dust, cracks, and abnormal growth (shape abnormality).

本発明のシンチレータ用単結晶において、LmはGdであり、LnはSc、Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Tb、B、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましい。本シンチレータ用単結晶によれば、Gdの偏析現象による欠陥発生や結晶育成後半での異常成長だけでなく、結晶インゴット上下での蛍光特性差を低減することができる。   In the scintillator single crystal of the present invention, Lm is Gd, and Ln is at least one element selected from Sc, Y, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Tb, B, Al, Ga, and In. It is preferable. According to this single crystal for scintillator, not only the generation of defects due to the segregation phenomenon of Gd and the abnormal growth in the latter half of the crystal growth, but also the difference in fluorescence characteristics between the upper and lower crystal ingots can be reduced.

上記シンチレータ用単結晶において、LnはYであることが好ましい。本シンチレータ用単結晶によれば、Gdの偏析現象による欠陥発生や結晶育成後半での異常成長だけでなく、結晶インゴット上下での蛍光特性差をより低減することができ、単結晶の蛍光特性をより向上させることができる。   In the single crystal for scintillator, Ln is preferably Y. According to this single crystal for scintillator, not only the generation of defects due to the segregation phenomenon of Gd and the abnormal growth in the latter half of the crystal growth, but also the difference in the fluorescence characteristics above and below the crystal ingot can be further reduced. It can be improved further.

上記シンチレータ用単結晶において、xは0超0.2以下であり、かつ[2−(x+y+z)]よりも小さい値であり、yは1.6超2未満の値であり、zは0.001超0.02以下の値であることが好ましい。本シンチレータ用単結晶によれば、Gdの偏析現象による欠陥発生や結晶育成後半での異常成長だけでなく、結晶インゴット上下での蛍光特性差をより低減することができ、単結晶の蛍光特性をより向上させることができる。   In the single crystal for scintillator, x is greater than 0 and less than or equal to 0.2 and is smaller than [2- (x + y + z)], y is a value greater than 1.6 and less than 2, and z is 0. The value is preferably more than 001 and 0.02 or less. According to this single crystal for scintillator, not only the generation of defects due to the segregation phenomenon of Gd and the abnormal growth in the latter half of the crystal growth, but also the difference in the fluorescence characteristics above and below the crystal ingot can be further reduced. It can be improved further.

本発明のシンチレータ用単結晶において、Lnはイオン半径がLmのイオン半径よりも2pm以上小さく、Luのイオン半径よりも4pm以下大きいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましい。本シンチレータ用単結晶によれば、Lmの偏析をより抑制することができ、結晶インゴット内の蛍光特性のばらつきをより低減し、単結晶の蛍光特性をより向上させることができる。   In the scintillator single crystal of the present invention, Ln is an lanthanoid element having an ionic radius that is 2 pm or more smaller than the ionic radius of Lm and 4 pm or smaller than the ionic radius of Lu, and at least one selected from Sc and Y An element is preferable. According to the present single crystal for scintillator, segregation of Lm can be further suppressed, variation in fluorescence characteristics in the crystal ingot can be further reduced, and the fluorescence characteristics of the single crystal can be further improved.

本発明のシンチレータ用単結晶は、周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%含有することが好ましい。本シンチレータ用単結晶によれば、さらに酸素欠陥起因によると思われる蛍光特性の低下やばらつきを低減し、それによって単結晶の蛍光特性を向上させると共に、結晶欠陥起因の蛍光出力のバックグラウンド(残光、Afterglow)を低減することもできる。   The single crystal for scintillator of the present invention contains 0.00005 to 0.1% by mass of at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table based on the total mass of the single crystal. Is preferred. According to the single crystal for scintillator, the decrease and dispersion of the fluorescence characteristics that are thought to be caused by oxygen defects are further reduced, thereby improving the fluorescence characteristics of the single crystal and the background (residual) of the fluorescence output caused by the crystal defects. Light (Afterflow) can also be reduced.

本発明のシンチレータ用単結晶は、周期表13族に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%含有することが好ましい。本シンチレータ用単結晶によれば、単結晶の蛍光特性を向上させると共に、結晶欠陥起因の蛍光出力のバックグラウンド(残光、Afterglow)を低減する効果がより顕著であり、上記周期表2族に属する元素から選ばれる1種以上の添加元素と同時に存在することによって、より高い効果が得ることができる。   The scintillator single crystal of the present invention preferably contains 0.00005 to 0.1% by mass of at least one additive element selected from elements belonging to Group 13 of the periodic table with respect to the total mass of the single crystal. According to the single crystal for scintillator, the effect of improving the fluorescence characteristics of the single crystal and reducing the background (afterglow) of the fluorescence output caused by crystal defects is more remarkable. By presenting at the same time as one or more additive elements selected from the elements to which they belong, a higher effect can be obtained.

本発明のシンチレータ用単結晶は、周期表4、5、6、14、15及び16族に属する元素から選ばれる少なくとも1種の元素を前記単結晶の全質量に対して0.002質量%以下含有することが好ましい。本シンチレータ用単結晶によれば、さらに蛍光特性の劣化を抑制することができる。   In the scintillator single crystal of the present invention, at least one element selected from elements belonging to Groups 4, 5, 6, 14, 15, and 16 of the periodic table is 0.002% by mass or less based on the total mass of the single crystal. It is preferable to contain. According to the scintillator single crystal, it is possible to further suppress the deterioration of the fluorescence characteristics.

本発明のシンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法は、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を用いて単結晶体を育成した後、前記単結晶体を酸素濃度が10〜100体積%である窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気中で、700〜1300℃の温度で熱処理する、熱処理方法である。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Lnはイオン半径がLmとLuとの間にあるランタノイド系元素並びにSc、Y、B、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)。
A heat treatment method for producing a scintillator single crystal according to the present invention uses a raw material containing a constituent element of a scintillator single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1). In this heat treatment method, after the crystal is grown, the single crystal is heat treated at a temperature of 700 to 1300 ° C. in an atmosphere containing nitrogen or an inert gas having an oxygen concentration of 10 to 100% by volume.
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(In the formula, Lm represents a lanthanoid element having an atomic number smaller than Lu and at least one element selected from Sc and Y, and Ln represents a lanthanoid element having an ionic radius between Lm and Lu. And at least one element selected from Sc, Y, B, Al, Ga and In, x represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.5, y represents a value greater than 1 and less than 2, and z represents 0 The value is more than 0.1.)

本熱処理方法によれば、元素間の偏析現象による単結晶(単結晶インゴット)内のばらつきを低減し、また、酸素欠陥起因と思われる残光特性や特性劣化を軽減し、それによって蛍光特性が向上した単結晶を提供することができる。   According to this heat treatment method, variations in single crystals (single crystal ingots) due to segregation between elements are reduced, and afterglow characteristics and characteristic degradation that may be caused by oxygen defects are reduced, thereby improving fluorescence characteristics. An improved single crystal can be provided.

本発明のシンチレータ用単結晶の製造方法は、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を準備し、チョクラルスキー法によって単結晶体を育成する工程と、
前記単結晶体を、酸素濃度が10〜100体積%である窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気中で、700〜1300℃の温度で熱処理する工程と
を備える、シンチレータ用単結晶の製造方法である。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Lnはイオン半径がLmとLuとの間にあるランタノイド系元素並びにSc、Y、B、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)
A method for producing a scintillator single crystal according to the present invention comprises preparing a raw material containing a constituent element of a scintillator single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1): Czochralski method A step of growing a single crystal by:
And a step of heat-treating the single crystal at a temperature of 700 to 1300 ° C. in an atmosphere containing nitrogen or an inert gas having an oxygen concentration of 10 to 100% by volume. .
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(In the formula, Lm represents a lanthanoid element having an atomic number smaller than Lu and at least one element selected from Sc and Y, and Ln represents a lanthanoid element having an ionic radius between Lm and Lu. And at least one element selected from Sc, Y, B, Al, Ga and In, x represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.5, y represents a value greater than 1 and less than 2, and z represents 0 Super value of 0.1 or less.)

本製造方法によれば、元素間の偏析現象による結晶育成時の不具合やクラックを低減し、蛍光特性を向上させるだけでなく、酸素欠陥起因と思われる残光特性や特性劣化を軽減し、高いシンチレータ特性(蛍光特性)を実現するシンチレータ用単結晶の製造方法を提供することができる。   This manufacturing method not only reduces defects and cracks during crystal growth due to segregation between elements, improves fluorescence characteristics, but also reduces afterglow characteristics and characteristic degradation that may be caused by oxygen defects. A method of manufacturing a scintillator single crystal that realizes scintillator characteristics (fluorescence characteristics) can be provided.

本発明のシンチレータ用単結晶によれば、Luより原子番号が小さいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素であるLmをベース結晶として含有する場合に、LmがLuに対して偏析することによる結晶成長時の結晶欠陥発生、さらにセル成長及び欠陥発生による結晶の光透過率低下による結晶の異常成長などの不具合を改善し、それによって蛍光特性が向上したシンチレータ用単結晶を提供することができる。   According to the scintillator single crystal of the present invention, when a lanthanoid element having an atomic number smaller than that of Lu and at least one element selected from Sc and Y are contained as a base crystal, Lm is Lu. This improves the defects such as crystal defects due to segregation to crystals, and abnormal growth of crystals due to cell growth and crystal light transmittance reduction due to the occurrence of cell growth. Crystals can be provided.

また、本発明のシンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、又は本発明のシンチレータ用単結晶の製造方法によれば、上記特性を有するシンチレータ用単結晶、すなわち、Lmの偏析によって単結晶内の組成差起因の蛍光出力やエネルギー分解能のばらつきを改善し、それによって蛍光特性が向上したシンチレータ用単結晶を提供することができる。   In addition, according to the heat treatment method for producing the scintillator single crystal of the present invention or the scintillator single crystal production method of the present invention, the scintillator single crystal having the above characteristics, that is, the segregation of Lm causes Thus, it is possible to provide a scintillator single crystal having improved fluorescence characteristics and variations in fluorescence output and energy resolution due to the difference in composition.

[シンチレータ用単結晶]
本発明のシンチレータ用単結晶は、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶である。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Lnはイオン半径がLmとLuとの間にあるランタノイド系元素並びにSc、Y、B、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)
[Single crystal for scintillator]
The scintillator single crystal of the present invention is a scintillator single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1).
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(In the formula, Lm represents a lanthanoid element having an atomic number smaller than Lu and at least one element selected from Sc and Y, and Ln represents a lanthanoid element having an ionic radius between Lm and Lu. And at least one element selected from Sc, Y, B, Al, Ga and In, x represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.5, y represents a value greater than 1 and less than 2, and z represents 0 Super value of 0.1 or less.)

イオン半径は、広島大学の地球資源論研究室(Earth Resources Research)のホームページ(http://ome.hiroshima−u.ac.jp/er/Min_G2.html)から引用したShannonとPrewitt(1969,70)による経験的半径(一部はShannon(1976)によるもので、Pauling(1960)又はAhrens(1952)による推定値をそのまま流用したものである)である。   Ion radii are Shannon and Prewitt (1969, 70) quoted from the homepage of the Earth Resources Research Laboratory at Hiroshima University (http://ome.hiroshima-u.ac.jp/er/Min_G2.html). ) Is an empirical radius (a part is due to Shannon (1976), and an estimated value according to Pauling (1960) or Ahrens (1952) is used as it is).

ランタノイド系元素の原子番号及びイオン半径は、次の通りである:La(原子番号:57、イオン半径:116pm)、Ce(58、114pm)、Pr(59、113pm)、Nd(60、111pm)、Pm(61、109pm)、Sm(62、108pm)、Eu(63、107pm)、Gd(64、105pm)、Tb(65、104pm)、Dy(66、103pm)、Ho(67、102pm)、Er(68、100pm)、Tm(69、99pm)、Yb(70、99pm)、Lu(71、98pm)。Sc、Y、B、Al、Ga及びInの原子番号及びイオン半径は、Sc(21、87pm)、Y(39、102pm)、B(5、12pm)、Al(13、53pm)、Ga(31、62pm)、及びIn(49、80pm)である。なお、1pm=0.01Åである。   The atomic number and ionic radius of the lanthanoid element are as follows: La (atomic number: 57, ionic radius: 116 pm), Ce (58, 114 pm), Pr (59, 113 pm), Nd (60, 111 pm) , Pm (61, 109 pm), Sm (62, 108 pm), Eu (63, 107 pm), Gd (64, 105 pm), Tb (65, 104 pm), Dy (66, 103 pm), Ho (67, 102 pm), Er (68, 100 pm), Tm (69, 99 pm), Yb (70, 99 pm), Lu (71, 98 pm). The atomic numbers and ionic radii of Sc, Y, B, Al, Ga, and In are Sc (21, 87 pm), Y (39, 102 pm), B (5, 12 pm), Al (13, 53 pm), Ga (31). , 62 pm), and In (49, 80 pm). Note that 1 pm = 0.01 mm.

上記一般式(1)中、Lmとして、母体結晶として比較的単結晶体が得られ易い点から、La、Gd、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er及びYの中から選ばれる少なくとも1つの元素であることが好ましく、La、Gd及びYであることがより好ましく、Gdであることが特に好ましい。   In the above general formula (1), Lm is selected from La, Gd, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, and Y because it is relatively easy to obtain a single crystal as a base crystal. It is preferably at least one element, more preferably La, Gd and Y, and particularly preferably Gd.

Lnやその他の元素は、ベース結晶中の元素LuやLm等の希土類元素の格子位置又はSiの格子位置、或いは格子間位置に存在すると考えられる。イオン半径がベース結晶中の元素(Si:40pm、Lu:98pm)に近い元素のほうが、格子位置を置換しやすいので、単結晶の偏析特性及び着色や蛍光特性に与える影響が大きいと考えられる。   Ln and other elements are considered to exist at the lattice positions of rare earth elements such as the elements Lu and Lm in the base crystal, the lattice positions of Si, or the interstitial positions. It is considered that an element having an ionic radius close to the element (Si: 40 pm, Lu: 98 pm) in the base crystal has a greater influence on the segregation characteristics, coloring, and fluorescence characteristics of the single crystal because the lattice position is more easily replaced.

上記一般式(1)中、Lnとして、イオン半径がベース結晶中の元素Luに比較的近いもしくはLuよりも小さい点から、Sc、Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Tbなどのランタノイド系元素から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、また、イオン半径がLuよりも小さく、かつ安定して3価の価数状態(Ln3+)を取り得るB、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種であることも好ましい。これらの元素は、ベース結晶中の元素Luに対して比較的偏析が起こりにくいため、ベース結晶中のLmの偏析を抑制する効果が得られる。結晶中に多く存在しても単結晶成長が比較的容易な点から、LnはSc、Y及びYbの少なくとも1種であることがより好ましく、シンチレータ特性を劣化させずに効果が得られる、あるいはシンチレータ特性を向上させることができる点から、Yが特に好ましい。 In the above general formula (1), Ln is a lanthanoid such as Sc, Y, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Tb from the point that the ionic radius is relatively close to or smaller than Lu in the base crystal. It is preferably at least one selected from system elements, and selected from B, Al, Ga, and In that have an ionic radius smaller than Lu and can stably take a trivalent valence state (Ln 3+ ). It is also preferable that it is at least one kind. Since these elements are relatively less segregated with respect to the element Lu in the base crystal, an effect of suppressing the segregation of Lm in the base crystal is obtained. Ln is more preferably at least one of Sc, Y, and Yb from the viewpoint that single crystal growth is relatively easy even if a large amount exists in the crystal, and an effect can be obtained without deteriorating scintillator characteristics, or Y is particularly preferable because the scintillator characteristics can be improved.

LmがGdであるとき、LnがSc、Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Tb、B、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましく、特にSc、Y及びGaから選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましく、Yであることが最も好ましい。   When Lm is Gd, Ln is preferably at least one element selected from Sc, Y, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Tb, B, Al, Ga, and In, and in particular, Sc, Y And at least one element selected from Ga and Ga, and most preferably Y.

Lnはイオン半径がLmのイオン半径よりも2pm以上小さく、Luのイオン半径よりも4pm以下大きいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素であることが好ましい。例えば、LmがGdであるとき、LnはYであることが好ましい。   Ln is preferably a lanthanoid element having an ionic radius that is 2 pm or more smaller than the ionic radius of Lm and 4 pm or smaller than the ionic radius of Lu, and at least one element selected from Sc and Y. For example, when Lm is Gd, Ln is preferably Y.

上記一般式(1)中、xは0超0.5以下の値を示し、0超0.2以下の値が好ましく、0超0.1以下の値が特に好ましい。yは1超2未満の値を示し、1.6超2未満の値が好ましく、1.8超2未満の値が特に好ましい。zは0超0.1以下の値を示し、0.001超0.02以下の値が好ましく、0.002超0.005以下の値が特に好ましい。[2−(x+y+z)]は0超1以下の値であり、0超0.4以下の値が好ましく、0超0.2以下の値が特に好ましい。   In the general formula (1), x represents a value of more than 0 and 0.5 or less, preferably a value of more than 0 and a value of 0.2 or less, and particularly preferably a value of more than 0 and 0.1 or less. y represents a value of more than 1 and less than 2, a value of more than 1.6 and less than 2 is preferable, and a value of more than 1.8 and less than 2 is particularly preferable. z represents a value greater than 0 and 0.1 or less, preferably a value greater than 0.001 and not greater than 0.02, and particularly preferably a value greater than 0.002 and not greater than 0.005. [2- (x + y + z)] is a value greater than 0 and less than or equal to 1, a value greater than 0 and less than or equal to 0.4 is preferable, and a value greater than 0 and less than or equal to 0.2 is particularly preferable.

上記一般式(1)中、xは0超0.2以下であり、かつ[2−(x+y+z)]よりも小さい値であり、yは1.6超2未満の値であり、前記zは0.001超0.02以下の値である。ただし、Lmが、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、GdなどLuに比べてイオン半径が十分大きい元素の場合には、xは、0超0.2以下であり、かつ[2−(x+y+z)]と同じ、または大きいこともあり得る。   In the general formula (1), x is greater than 0 and less than or equal to 0.2 and smaller than [2- (x + y + z)], y is a value greater than 1.6 and less than 2, and z is The value is more than 0.001 and 0.02 or less. However, when Lm is an element having an ion radius sufficiently larger than Lu, such as La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, and Gd, x is more than 0 and less than 0.2, and [ 2- (x + y + z)] can be the same or larger.

本発明の単結晶は、周期表2族(IIa族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を含有してもよい。周期表2族(IIa族)に属する元素のイオン半径は小さい順に、Be(35pm)、Mg(72pm)、Ca(112pm)、Sr(125pm)、Ba(142pm)、Ra(148pm)であるが、イオン半径がLu(98pm)に比較的近いもしくはLuよりも小さい点から、Be、Mg、Ca、Srが好ましく、イオン半径がLuに最も近いMg、Caがより好ましく、Caが特に好ましい。これらの元素を含有することにより、酸素欠陥起因によると思われる蛍光特性の低下やばらつきを低減し、結晶欠陥起因の蛍光出力のバックグラウンド(残光、Afterglow)を低減することができる。   The single crystal of the present invention may contain at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table. The ionic radii of elements belonging to Group 2 (Group IIa) of the periodic table are Be (35 pm), Mg (72 pm), Ca (112 pm), Sr (125 pm), Ba (142 pm), and Ra (148 pm) in ascending order. From the viewpoint that the ionic radius is relatively close to Lu (98 pm) or smaller than Lu, Be, Mg, Ca, and Sr are preferable, Mg and Ca that have an ionic radius closest to Lu are more preferable, and Ca is particularly preferable. By containing these elements, it is possible to reduce a decrease or variation in fluorescence characteristics that may be caused by oxygen defects, and to reduce the background (afterglow) of fluorescence output caused by crystal defects.

周期表2族(IIa族)に属する元素の合計含有量は、単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%であり、0.0001〜0.05質量%であることが好ましく、0.0005〜0.01質量%であることがより好ましい。この合計含有量が0.00005質量%未満では、周期表2族(IIa族)の添加元素を添加したことによる効果が得られ難くなる。この合計含有量が0.1質量%よりも大きいと、周期表2族(IIa族)の添加元素の添加によって格子欠陥や結晶の歪みが増大し、多結晶や割れが増加して結晶育成が困難になったり、格子欠陥に起因する非発光準位の形成により蛍光出力が低下したりする傾向にある。   The total content of elements belonging to Group 2 of the periodic table (Group IIa) is 0.00005 to 0.1% by mass and 0.0001 to 0.05% by mass with respect to the total mass of the single crystal. Preferably, it is 0.0005-0.01 mass%. When the total content is less than 0.00005% by mass, it is difficult to obtain an effect due to the addition of an additive element of Group 2 (Group IIa) of the periodic table. If this total content is greater than 0.1% by mass, the addition of an additive element of Group 2 (Group IIa) of the periodic table increases lattice defects and crystal distortion, and increases crystal growth and crystal growth. It tends to be difficult, or the fluorescence output tends to decrease due to the formation of non-emission levels due to lattice defects.

本発明の単結晶は、周期表13族(IIIb族)に属する元素から選ばれる1種以上の添加元素を含有してもよい。周期表13族元素のイオン半径が小さい順に、B(12pm)、Al(53pm)、Ga(62pm)、In(80pm)、Tl(150pm)であるが、イオン半径がベース結晶中のCe、Lu等の希土類元素だけでなく、Si(40pm)に比較的近いもしくはSiよりも小さい点から、B、Al、Ga、Inが好ましく、Al、Gaがより好ましく、さらにイオン半径がSiに最も近いAlが特に好ましい。これらの元素が、上記周期表2族に属する元素から選ばれる1種以上の添加元素と同時に存在することによって、結晶欠陥起因の蛍光出力のバックグラウンド(残光、Afterglow)を低減する効果がさらに顕著となる。   The single crystal of the present invention may contain one or more additive elements selected from elements belonging to Group 13 (Group IIIb) of the periodic table. B (12 pm), Al (53 pm), Ga (62 pm), In (80 pm), Tl (150 pm) in order of increasing ionic radii of Group 13 elements of the periodic table, but the ionic radii are Ce, Lu in the base crystal. B, Al, Ga and In are preferable, Al and Ga are more preferable, and the ionic radius is closest to Si from the point of being relatively close to Si (40 pm) or smaller than Si. Is particularly preferred. The presence of these elements simultaneously with one or more additional elements selected from the elements belonging to Group 2 of the periodic table further improves the effect of reducing the background (afterglow) of fluorescence output due to crystal defects. Become prominent.

周期表13族(IIIb族)に属する元素の合計含有量は、単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%であることが好ましく、0.0001〜0.05質量%であることがより好ましく、0.0005〜0.01質量%であることが特に好ましい。この合計含有量が0.00005質量%未満では、周期表13族元素を添加したことによる効果が得られ難くなる。また、この合計含有量が0.1質量%よりも大きいと、周期表13族元素の添加によって格子欠陥や結晶の歪みが増大し、多結晶や割れが増加して結晶育成が困難になったり、格子欠陥に起因する非発光準位の形成により蛍光出力が低下したりする傾向にある。   The total content of elements belonging to Group 13 (Group IIIb) of the periodic table is preferably 0.00005 to 0.1% by mass, and 0.0001 to 0.05% by mass with respect to the total mass of the single crystal. More preferably, it is 0.0005 to 0.01% by mass. When the total content is less than 0.00005% by mass, it is difficult to obtain the effect of adding the Group 13 element of the periodic table. On the other hand, if the total content is greater than 0.1% by mass, the addition of Group 13 elements of the periodic table increases lattice defects and crystal distortion, increasing the number of polycrystals and cracks, making crystal growth difficult. In addition, the fluorescence output tends to decrease due to the formation of non-light emitting levels due to lattice defects.

本発明の単結晶は、周期表4、5、6、14、15及び16族(IVa、Va、VIa、IVb、Vb及びVIb族)に属する元素から選ばれる少なくとも1種以上の元素を含有してもよい。周期表4、5、6、14、15及び16族に属する添加元素としては、4価のイオンになりやすい4族のTi(イオン半径:61pm)、Zr(72pm)、Hf(71pm)、及び14族のGe(54pm)、Sn(69pm)、Pb(78pm)、5価のイオンになりやすい5族のV(64pm)、Nb(64pm)、Ta(64pm)、及び15族のP(17pm)、As(34pm)、Sb(61pm)、6価のイオンになりやすい6族のCr(30pm)、Mo(60pm)、W(60pm)、及び16族のS(12pm)、Se(29pm)、Te(56pm)などが挙げられる。   The single crystal of the present invention contains at least one element selected from elements belonging to Groups 4, 5, 6, 14, 15 and 16 (Group IVa, Va, VIa, IVb, Vb and VIb) of the periodic table. May be. As additive elements belonging to Groups 4, 5, 6, 14, 15, and 16 of the periodic table, Group 4 Ti (ion radius: 61 pm), Zr (72 pm), Hf (71 pm), which is likely to be a tetravalent ion, and Group 14 Ge (54 pm), Sn (69 pm), Pb (78 pm), Group 5 V (64 pm), Nb (64 pm), Ta (64 pm), and Group 15 P (17 pm), which are likely to be pentavalent ions. ), As (34 pm), Sb (61 pm), Group 6 Cr (30 pm), Mo (60 pm), W (60 pm), and Group 16 S (12 pm), Se (29 pm), which are likely to be hexavalent ions. , Te (56 pm) and the like.

周期表4、5、6、14、15及び16族に属する元素の合計含有量は、前記単結晶の全質量に対して0.002質量%以下であることが好ましく、0.001質量%以下であることがより好ましく、0.0005質量%以下であることが特に好ましく、0.0002質量%以下であることが最も好ましい。価数がベース結晶中の元素に近い4価、5価、6価の順に、蛍光特性を悪化させる傾向があるため、この合計含有量が0.002質量%よりも大きいと、特にイオン半径が比較的大きい元素である周期表4族のZr、Hf等による蛍光特性の劣化を無視できなくなる。   The total content of elements belonging to groups 4, 5, 6, 14, 15 and 16 of the periodic table is preferably 0.002% by mass or less and 0.001% by mass or less with respect to the total mass of the single crystal. Is more preferably 0.0005% by mass or less, and most preferably 0.0002% by mass or less. Since the valence tends to deteriorate the fluorescence characteristics in the order of tetravalent, pentavalent and hexavalent elements close to the elements in the base crystal, if this total content is greater than 0.002% by mass, the ionic radius is particularly large. The deterioration of the fluorescence characteristics due to Zr, Hf, etc. of the periodic table group 4 which is a relatively large element cannot be ignored.

さらに、本発明の単結晶は、周期表4、5、6、14、15及び16族に属する元素のうち、上記観点から、周期表4族のZr、Hfを含有しないほうが好ましく、さらに4、5、6族に属するZr、Hf、Ti、Ta、V、Nb、W、Mo、Crを含有しないほうがより好ましい。   Furthermore, the single crystal of the present invention preferably contains no Zr or Hf of the periodic table group 4 from the above viewpoints among the elements belonging to the periodic tables 4, 5, 6, 14, 15 and 16 groups. It is more preferable not to contain Zr, Hf, Ti, Ta, V, Nb, W, Mo, and Cr belonging to Groups 5 and 6.

[シンチレータ用単結晶の製造方法]
本発明のシンチレータ用単結晶の製造方法は、下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を準備し、チョクラルスキー法によって単結晶体を育成する工程と、
前記単結晶体を、酸素濃度が10〜100体積%である窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気中で、700〜1300℃の温度で熱処理する工程と
を備える、シンチレータ用単結晶の製造方法である。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素、並びにSc及びYの中から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Lnはイオン半径がLmとLuとの間にあるランタノイド系元素並びにSc、Y、B、Al、Ga及びInから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)
[Method for producing single crystal for scintillator]
A method for producing a scintillator single crystal according to the present invention comprises preparing a raw material containing a constituent element of a scintillator single crystal containing a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1): Czochralski method A step of growing a single crystal by:
And a step of heat-treating the single crystal at a temperature of 700 to 1300 ° C. in an atmosphere containing nitrogen or an inert gas having an oxygen concentration of 10 to 100% by volume. .
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(In the formula, Lm represents a lanthanoid element having an atomic number smaller than Lu and at least one element selected from Sc and Y, and Ln represents a lanthanoid element having an ionic radius between Lm and Lu. And at least one element selected from Sc, Y, B, Al, Ga and In, x represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.5, y represents a value greater than 1 and less than 2, and z represents 0 Super value of 0.1 or less.)

単結晶体の育成は、通常のオルト珪酸塩化合物単結晶の育成方法、特に限定しないが、例えば、イリジウム(Ir)製るつぼを用いた高周波加熱によるチョクラルスキー法に準じてもよい。まず、一般式(1)の化合物の構成元素となる原料を量論比に従って秤量し混合し、るつぼに投入する。原料は、酸化物(単独酸化物若しくは複合酸化物)又は炭酸塩等の塩(単塩若しくは複塩)の状態で準備され、その形態は、例えば固体粉末状である。必要に応じて、周期表2族、13族、或いは4、5、6、14、15又は16族の他の元素を秤量し、添加してもよい。これらの元素は、原料秤量時に添加しても良く、あるいはるつぼに原料を充填する際に添加しても良く、結晶育成時に原料中に添加されていれば、いかなるタイミングでも良い。また、添加時の態様は特に限定されず、例えば酸化物や炭酸塩の状態で原料中に添加されてもよい。   The growth of the single crystal is not particularly limited, but may be, for example, according to the Czochralski method by high-frequency heating using an iridium (Ir) crucible. First, raw materials that are constituent elements of the compound of the general formula (1) are weighed and mixed according to the stoichiometric ratio, and charged into a crucible. The raw material is prepared in the form of an oxide (single oxide or composite oxide) or a salt (single salt or double salt) such as carbonate, and the form thereof is, for example, a solid powder. If necessary, other elements of Group 2 or Group 13 or Group 4, 5, 6, 14, 15 or 16 may be weighed and added. These elements may be added when the raw material is weighed, or may be added when the crucible is filled with the raw material. Any timing may be used as long as it is added to the raw material during crystal growth. Moreover, the aspect at the time of addition is not specifically limited, For example, you may add in a raw material in the state of an oxide or carbonate.

次いで、例えば高周波誘導加熱炉で加熱することによりるつぼに投入された原料を溶融し、溶融液に種子結晶(シード結晶)を投入し、種子結晶を引きあげながら円柱状の単結晶体を育成する。このとき、単結晶体育成工程では、加熱炉の加熱出力を調節し、溶融液から引き上げられる単結晶体を、その断面が所定の直径となるまで育成する。その後、加熱炉の加熱出力を調節し、結晶育成工程後に得られる育成後の単結晶体を冷却し、単結晶体を形成する。   Next, for example, the raw material charged in the crucible is melted by heating in a high-frequency induction heating furnace, seed crystals (seed crystals) are charged into the melt, and a cylindrical single crystal is grown while pulling up the seed crystals. At this time, in the single crystal growth step, the heating output of the heating furnace is adjusted, and the single crystal pulled up from the melt is grown until the cross section has a predetermined diameter. Thereafter, the heating output of the heating furnace is adjusted, the grown single crystal obtained after the crystal growth step is cooled, and a single crystal is formed.

結晶育成後に、酸素濃度が10〜100体積%である窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気中で、700〜1300℃の温度で熱処理(アニール処理)することによって、本発明のシンチレータ用単結晶を得る。このとき、酸素濃度は20体積%以上がより好ましく、50体積%以上が特に好ましい。また、上記酸素濃度で窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気中での熱処理温度は、700℃〜1300℃が好ましく、1000℃〜1300℃がより好ましく、1100℃〜1300℃が特に好ましい。700℃以上であると、許容処理時間で熱処理の効果を充分得ることができ、1300℃以下であればCeの価数変化(Ce3+→Ce4+)による蛍光特性の劣化を抑制できる。ただし、本発明の単結晶が周期表2族(IIa族)の元素を含有する場合に限っては、Ceの価数変化(Ce3+→Ce4+)を抑制する効果が高まるために、1500℃までは熱処理によるシンチレータ特性の向上効果が得られる。また、本発明の単結晶が周期表2族(IIa族)の元素を含有しない場合には、上記のCe価数変化が発生しやすい傾向があるため、熱処理温度を700℃〜1150℃とすることが好ましく、900℃〜1150℃がより好ましく、1000℃〜1150℃がより好ましい。 After crystal growth, a scintillator single crystal of the present invention is obtained by heat treatment (annealing) at a temperature of 700 to 1300 ° C. in an atmosphere containing nitrogen or an inert gas having an oxygen concentration of 10 to 100% by volume. . At this time, the oxygen concentration is more preferably 20% by volume or more, and particularly preferably 50% by volume or more. The heat treatment temperature in the atmosphere containing nitrogen or an inert gas at the oxygen concentration is preferably 700 ° C. to 1300 ° C., more preferably 1000 ° C. to 1300 ° C., and particularly preferably 1100 ° C. to 1300 ° C. When the temperature is 700 ° C. or higher, a sufficient heat treatment effect can be obtained with an allowable processing time, and when the temperature is 1300 ° C. or lower, the deterioration of the fluorescence characteristics due to the valence change of Ce (Ce 3+ → Ce 4+ ) can be suppressed. However, only when the single crystal of the present invention contains an element of Group 2 (Group IIa) of the periodic table, the effect of suppressing the valence change of Ce (Ce 3+ → Ce 4+ ) is increased, and therefore, 1500 ° C. Up to this, the effect of improving the scintillator characteristics by heat treatment can be obtained. Further, when the single crystal of the present invention does not contain an element of Group 2 (Group IIa) of the periodic table, the above Ce valence change tends to occur, so the heat treatment temperature is set to 700 ° C. to 1150 ° C. It is preferably 900 ° C to 1150 ° C, more preferably 1000 ° C to 1150 ° C.

熱処理時間としては、一般に5時間〜48時間で効果が得られる。5時間未満の処理時間では、充分な効果が得られない場合があり、48時間を越える処理時間では効果が飽和するので経済的でないが、加工後のサンプルサイズが大きい場合や熱処理温度が低温側である場合には、処理時間が長いほど効果が高くなることがある。   As the heat treatment time, the effect is generally obtained in 5 hours to 48 hours. If the treatment time is less than 5 hours, sufficient effects may not be obtained, and if the treatment time exceeds 48 hours, the effect is saturated, which is not economical. However, if the sample size after processing is large or the heat treatment temperature is low In such a case, the longer the processing time, the higher the effect may be.

また、たとえば本発明者らによる特開2007−1850号公報に記載された熱処理方法も、本発明のシンチレータ用単結晶について有効である。熱処理方法を適用するタイミングとしては、シンチレータとして使用される最終形状に加工された後が好ましく、化学エッチングや機械研磨等による表面の鏡面化処理の前が好ましい。一般にサンプル形状が大きいほど、熱処理の充分な効果を得るために必要な時間が増加する傾向がある。また、鏡面化処理後に熱処理を実施すると、鏡面化処理した表面が曇り、光透過率が低下することがある。   Further, for example, the heat treatment method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-1850 by the present inventors is also effective for the scintillator single crystal of the present invention. The timing for applying the heat treatment method is preferably after processing into a final shape used as a scintillator, and preferably before the surface mirroring treatment by chemical etching or mechanical polishing. In general, the larger the sample shape, the longer the time required to obtain a sufficient effect of heat treatment. In addition, if heat treatment is performed after the mirroring treatment, the mirrored surface may become cloudy and the light transmittance may be reduced.

以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example at all.

[実施例1]
単結晶はチョクラルスキー法にしたがって育成した。まず、直径150mm、高さ150mm、厚み3mmのイリジウム製るつぼの中に、Gd2−(x+y)LuCeSiO(x=0.02,y=1.86,z=0.003)の原料を投入した。出発原料は、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)747.13g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)13,038.28g、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)79.56g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,127.43g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.19gでほぼ所定の量論比になるように混合し、混合物を合計で16,011gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)2.821g(Ca成分として0.007質量%)を仕込み、高周波誘導加熱炉で融点約2100℃まで加熱して融液を得た。なお、融点は電子式光高温計(チノー製、パイロスタModel UR−U)により測定した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。
[Example 1]
Single crystals were grown according to the Czochralski method. First, diameter 150 mm, height 150 mm, in the iridium crucible of thickness 3mm, Gd 2- (x + y ) Y x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.02, y = 1.86, z = 0. 003) raw material was charged. Starting materials were 747.13 g of gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%), lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 13,038.28 g, yttrium oxide (Y 2 O 3, 99.99 wt% purity) 79.56G, silicon dioxide (SiO 2, purity of 99.9999% by mass) 2,127.43G, cerium oxide (CeO 2, 99.99 wt% purity) almost 18.19g The mixture was mixed so as to have a predetermined stoichiometric ratio, and the mixture was charged with a total of 16,011 g and 2.821 g of calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99% by mass) (0.007% by mass as the Ca component). A melt was obtained by heating to an melting point of about 2100 ° C. in an induction heating furnace. The melting point was measured with an electronic optical pyrometer (manufactured by Chino, Pyrosta Model UR-U). At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm.

続いて、種子結晶(シード)を先端に固定した引き上げ棒の当該先端を溶融液中に入れて種付けを行った。結晶引き上げ速度1.0mm/hの速度で、回転数3〜1min−1で肩部の引き上げを行い、直径φ85mmになった時点より、引き上げ速度1mm/hの速度及び回転数1min−1で平行部育成を開始した。重量による自動直径制御によって所定の平行部を育成した後、結晶を融液から切り離し、冷却をし、単結晶体を得た。単結晶体の育成及び冷却中は、育成炉内に流すガスを流量4〜3L/minのNガスに加えて、流量10〜15mL/minのOガスを流し続けた。この時、炉内の酸素濃度は、ガルバニ電池拡散式酸素濃度表示計(泰栄電器製、型式OM−25MS10)により測定し、0.2〜0.4体積%であることを確認した。 Subsequently, seeding was performed by putting the tip of a pulling rod having a seed crystal (seed) fixed to the tip into a melt. The shoulder is pulled up at a rotation speed of 3 to 1 min −1 at a crystal pulling speed of 1.0 mm / h, and parallel at a pulling speed of 1 mm / h and a rotation speed of 1 min −1 from the point when the diameter becomes φ85 mm. Department training started. After growing a predetermined parallel part by automatic diameter control by weight, the crystal was cut off from the melt and cooled to obtain a single crystal. During the growth and cooling of the single crystal, the gas flowing into the growth furnace was added to the N 2 gas having a flow rate of 4 to 3 L / min, and the O 2 gas having a flow rate of 10 to 15 mL / min was continuously supplied. At this time, the oxygen concentration in the furnace was measured by a galvanic cell diffusion type oxygen concentration indicator (manufactured by Taiei Denki Co., Ltd., model OM-25MS10), and was confirmed to be 0.2 to 0.4% by volume.

得られた単結晶体は結晶重量が約11,500g、肩部の長さが約75mm、平行部の長さが約235mmであった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部まで、ボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった。   The obtained single crystal had a crystal weight of about 11,500 g, a shoulder length of about 75 mm, and a parallel portion of about 235 mm. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no turbidity inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part.

得られた単結晶体からインゴット直胴部の最上部(Top、シードからの重量で結晶化率:約8%部)と最下部(Bottom、シードからの重量で結晶化率:約70%部)から、4×6×25mmのサンプルを切り出した。得られた単結晶サンプルは、Pt板の上に乗せて電気炉に投入した。空気中(酸素濃度約21体積%)において約4時間で昇温して1200℃で24時間保持後、約10時間で冷却した。その後、サンプルは、300℃に加熱したリン酸を使用した化学エッチングにより、全面鏡面とし、実施例1のシンチレータ用単結晶を得た。 From the obtained single crystal, the uppermost part (Top, crystallization rate by weight from seed: about 8% part) and the lowermost part (Bottom, crystallization rate by weight from seed): about 70% part ), 4 × 6 × 25 mm 3 samples were cut out. The obtained single crystal sample was put on a Pt plate and put into an electric furnace. The temperature was raised in air (oxygen concentration about 21% by volume) in about 4 hours, maintained at 1200 ° C. for 24 hours, and then cooled in about 10 hours. Thereafter, the sample was mirror-etched on the entire surface by chemical etching using phosphoric acid heated to 300 ° C., and the scintillator single crystal of Example 1 was obtained.

Top及びBottom位置から得られたサンプルの中から任意に各3つを抜き出し、4×6×25mmサンプルの4×6mm面片側1面を除く5面に反射材であるPTFEテープを巻きつけ、残った4×6mm面を光学グリースにより光電子増倍管面に固定し、662keVの137Csからのガンマ線に対するエネルギースペクトルを測定した。エネルギースペクトルは光電子増倍管に1.45kVの電圧を印加した状態でダイノードからの信号を前置増幅器(ORTEC社製、113)と波形整形増幅器(ORTEC社製、570)で増幅し、MCA(PGT社製、Quantum MCA4000)で測定した。各サンプルのエネルギースペクトルを測定し、各サンプルの蛍光出力、エネルギー分解能を評価した。また、アノードからの信号を高速デジタルオシロスコープ(Tektronix社製、TDS5052)で測定し、蛍光減衰時間とバックグラウンド(残光:Afterglow)を評価した。バックグラウンドは、サンプルを測定用の暗箱に入れた直後のオシロスコープの出力値(mV)を測定した。その結果として、各3サンプルの平均値を表1に示す。今回測定したサンプルの蛍光減衰時間は、40〜43nsであり、サンプル間で明確な違いは見られなかった。 Optionally extracted the three out of the samples obtained from the Top and Bottom position, wrapped PTFE tape is a reflective material five surfaces except the 4 × 6 mm 2 surface side one face of 4 × 6 × 25 mm 3 sample The remaining 4 × 6 mm 2 surface was fixed to the photomultiplier tube surface with optical grease, and the energy spectrum for gamma rays from 137Cs at 662 keV was measured. The energy spectrum is obtained by amplifying a signal from a dynode with a preamplifier (ORTEC, 113) and a waveform shaping amplifier (ORTEC, 570) in a state where a voltage of 1.45 kV is applied to the photomultiplier tube. Quantum MCA4000 (manufactured by PGT). The energy spectrum of each sample was measured, and the fluorescence output and energy resolution of each sample were evaluated. The signal from the anode was measured with a high-speed digital oscilloscope (Tektronix, TDS5052), and the fluorescence decay time and background (afterglow) were evaluated. As the background, the output value (mV) of the oscilloscope immediately after the sample was put in the dark box for measurement was measured. As a result, the average value of each three samples is shown in Table 1. The fluorescence decay time of the sample measured this time was 40 to 43 ns, and no clear difference was observed between the samples.

[実施例2]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd2O3、純度99.99質量%)621.29g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)13,077.64g、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)159.59g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,133.85g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.25gをGd2−(x+y)LuCeSiO(x=0.04,y=1.86,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)2.830g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部までボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった(表1)。
[Example 2]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd2O3, purity 99.99 mass%) 621.29 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 13,077.64 g, yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity) 99.99 mass%) 159.59 g, silicon dioxide (SiO 2 , purity 99.9999 mass%) 2,133.85 g, cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) 18.25 g were added to Gd 2- ( x + y) Y x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.04, y = 1.86, z = 0.003) were mixed to be substantially Ryoron composition, 16,011G and carbonate mixture in total calcium (CaCO 3, purity 99.99 wt%) 2.830g (as 0.007 wt% Ca component) except were charged, scintillator in the same manner as in example 1 To produce a crystal. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no dust inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part (Table 1).

[実施例3]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)867.26g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)13,001.15g、酸化ガリウム(Ga、純度99.99質量%)2.63g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,121.37g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.14gをGd2−(x+y)GaLuCeSiO(x=0.0008,y=1.86,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)2.813g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部10mm部分に、ボイド欠陥によると思われる結晶内部のにごりが見られ、その部分は結晶表面の透明度も低下していたが、蛍光出力やエネルギー分解能等の蛍光特性が高いレベルであった(表1)。
[Example 3]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 867.26 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 13,001.15 g, gallium oxide (Ga 2 O 3, purity 99.99 wt%) 2.63 g, silicon dioxide (SiO 2, purity of 99.9999 mass%) 2,121.37g, cerium oxide (CeO 2, the purity of 99.99 wt%) 18.14 g Gd 2- (x + y) Ga x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.0008, y = 1.86, z = 0.003) was mixed so that the composition was almost stoichiometric, A scintillator was prepared in the same manner as in Example 1 except that 011 g and 2.813 g of calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99% by mass) (0.007% by mass as the Ca component) were charged. A single crystal was prepared. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. As for the appearance of the obtained single crystal, a dust inside the crystal, which seems to be due to void defects, was observed at the lowermost 10 mm part of the parallel part, and the transparency of the crystal surface was also reduced in this part. The fluorescence properties such as energy resolution were at a high level (Table 1).

[実施例4]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)616.26g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)13,079.66g、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)159.62g、酸化ガリウム(Ga、純度99.99質量%)2.65g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,134.18g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.25gをGd2−(x+y)x−0.0008Ga0.0008LuCeSiO(x=0.0408,y=1.86,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)2.830g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部までボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった(表1)。
[Example 4]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 616.26 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 13,079.66 g, yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 159.62 g, gallium oxide (Ga 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 2.65 g, silicon dioxide (SiO 2 , purity 99.9999 mass%) 2,134.18 g Cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) 18.25 g Gd 2-(x + y) Y x-0.0008 Ga 0.0008 Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.0408, y = 1 .86, z = 0.003), and the mixture was mixed with a total of 16,011 g and calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99% by mass). ) A scintillator single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that 2.830 g (0.007 mass% as a Ca component) was charged. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no dust inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part (Table 1).

[実施例5]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd2O3、純度99.99質量%)494.68g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)13,117.24g、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)240.11g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,140.32g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.30gをGd2−(x+y)LuCeSiO(x=0.06,y=1.86,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)2.838g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部までボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった。
[Example 5]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 494.68 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 13,117.24 g, yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity) 99.99 mass%) 240.11 g, silicon dioxide (SiO 2 , purity 99.9999 mass%) 2,140.32 g, cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) 18.30 g were mixed with Gd 2- ( x + y) Y x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.06, y = 1.86, z = 0.003) were mixed to be substantially Ryoron composition, 16,011G and carbonate mixture in total calcium (CaCO 3, purity 99.99 wt%) 2.838g (as 0.007 wt% Ca component) except were charged, scintillator in the same manner as in example 1 To produce a crystal. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no turbidity inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part.

[比較例1]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)872.22g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)12,999.15g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,121.05g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.14gをGd2−(y+z)LuCeSiO(y=1.86,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)2.813g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部40mm部分に、ボイド欠陥によると思われる結晶内部のにごりが見られ、その部分は自動直径制御による結晶径の制御が悪化して、形状に乱れが発生していた。
[Comparative Example 1]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 872.22 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 12,999.15 g, silicon dioxide (SiO 2 , Purity 99.9999 mass%) 2,121.05 g, cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) 18.14 g Gd 2- (y + z) Lu y Ce z SiO 5 (y = 1.86 z = 0.003), and the mixture was 16,011 g in total and 2.813 g of calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99% by mass) (0.007% by mass as the Ca component) A scintillator single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that (2) was charged. As for the appearance of the obtained single crystal, a dust inside the crystal which seems to be due to void defects is seen in the lowermost 40 mm part of the parallel part, and the control of the crystal diameter by automatic diameter control deteriorates in that part, and the shape Disturbance occurred.

[比較例2]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)1,257.15g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)12,609.24g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,126.01g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.18gをGd2−(y+z)LuCeSiO(y=1.80,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)2.819g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部20mm部分に、ボイド欠陥によると思われる結晶内部のにごりが見られ、その部分は結晶表面の透明度も低下していた。
[Comparative Example 2]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 1,257.15 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 12,609.24 g, silicon dioxide (SiO 2 ) 2 , purity 99.9999 mass%) 2,126.01 g, cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) 18.18 g was added to Gd 2-(y + z) Lu y Ce z SiO 5 (y = 1.80). , Z = 0.003), and a total of 16,011 g of the mixture and 2.819 g of calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99 mass%) (0.007 as the Ca component) A single crystal for scintillator was produced in the same manner as in Example 1 except that (mass%) was charged. As for the appearance of the obtained single crystal, a dust inside the crystal, which is thought to be due to void defects, was observed in the lowermost 20 mm portion of the parallel portion, and the transparency of the crystal surface was also reduced in that portion.

[実施例6]
直径180mm、高さ180mm、厚み3mmのイリジウム製るつぼの中に、Gd2−(x+y)LuCeSiO(x=0.06,y=1.86,z=0.003)の原料を投入した。出発原料は、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)881.15g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)23,365.08、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)427.70g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)3,812.44g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)32.60gでほぼ所定の量論比になるように混合し、混合物を合計で28,518.97gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)5.056g (Ca成分として0.007質量%)を仕込み、高周波誘導加熱炉で融点約2100度まで加熱して融液を得た。なお、融点は電子式光高温計(チノー製、パイロスタModel UR−U)により測定した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。
[Example 6]
In an iridium crucible having a diameter of 180 mm, a height of 180 mm, and a thickness of 3 mm, Gd 2- (x + y) Y x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.06, y = 1.86, z = 0.003) The raw materials were input. Starting materials are gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 881.15 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 23,365.08, yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 427.70 g, silicon dioxide (SiO 2 , purity 99.9999 mass%) 3,812.44 g, cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) 32.60 g The mixture was mixed so as to obtain a predetermined stoichiometric ratio, and the mixture was charged with a total of 28,518.97 g and calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99 mass%) 5.056 g (0.007 mass% as a Ca component). The melt was obtained by heating to a melting point of about 2100 degrees in a high frequency induction heating furnace. The melting point was measured with an electronic optical pyrometer (manufactured by Chino, Pyrosta Model UR-U). At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm.

その後種付けを行い、結晶引き上げ速度1.0mm/hの速度で、回転数1min−1で肩部の引き上げを行い、直径φ105mmになった時点より、引き上げ速度0.8mm/hの速度、回転数1min−1で平行部育成を開始した。重量による自動直径制御によって所定の平行部を育成した後、結晶を融液から切り離し、冷却をし、単結晶体を得た。単結晶体の育成及び冷却中は、育成炉内に流すガスを流量4〜3L/minのNガスに加えて、流量10〜15mL/minのOガスを流し続けた。この時、炉内の酸素濃度は、ガルバニ電池拡散式酸素濃度表示計(泰栄電器製、型式OM−25MS10)により測定し、0.2〜0.4体積%であることを確認した。 Thereafter, seeding is performed, the shoulder is pulled up at a rotation speed of 1 min −1 at a crystal pulling speed of 1.0 mm / h, and when the diameter becomes 105 mm, the pulling speed is 0.8 mm / h. Parallel part growth was started at 1 min −1 . After growing a predetermined parallel part by automatic diameter control by weight, the crystal was cut off from the melt and cooled to obtain a single crystal. During the growth and cooling of the single crystal, the gas flowing into the growth furnace was added to the N 2 gas having a flow rate of 4 to 3 L / min, and the O 2 gas having a flow rate of 10 to 15 mL / min was continuously supplied. At this time, the oxygen concentration in the furnace was measured by a galvanic cell diffusion type oxygen concentration indicator (manufactured by Taiei Denki Co., Ltd., model OM-25MS10), and was confirmed to be 0.2 to 0.4% by volume.

得られた単結晶体は結晶重量が約20,500g、肩部の長さは約80mm、平行部の長さが約335mmであった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部まで、ボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった。得られた単結晶体からインゴット直胴部の最上部(Top、シードからの重量で結晶化率:約8%部)と最下部(Bottom、シードからの重量で結晶化率:約70%部)から、4×6×25mmのサンプルを切り出した。得られた単結晶サンプルは、Pt板の上に乗せて電気炉に投入した。空気中(酸素濃度約21体積%)において約4時間で昇温して1200℃で24時間保持後、約10時間で冷却した。その後、サンプルは、300℃に加熱したリン酸を使用した化学エッチングにより、全面鏡面とし、実施例6のシンチレータ用単結晶を得た。 The obtained single crystal had a crystal weight of about 20,500 g, a shoulder length of about 80 mm, and a parallel portion of about 335 mm. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no turbidity inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part. From the obtained single crystal, the uppermost part (Top, crystallization rate by weight from seed: about 8% part) and the lowermost part (Bottom, crystallization rate by weight from seed): about 70% part ), 4 × 6 × 25 mm 3 samples were cut out. The obtained single crystal sample was put on a Pt plate and put into an electric furnace. The temperature was raised in air (oxygen concentration about 21% by volume) in about 4 hours, maintained at 1200 ° C. for 24 hours, and then cooled in about 10 hours. Then, the sample was made into a mirror surface entirely by chemical etching using phosphoric acid heated to 300 ° C., and a scintillator single crystal of Example 6 was obtained.

[実施例7]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)651.82g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)23,850.78g、酸化スカンジウム(Sc、純度99.99質量%)174.02g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)3,790.80g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)32.58gをGd2−(x+y)ScLuCeSiO(x=0.04,y=1.90,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で28,519gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)5.052g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例6と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部までボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった。
[Example 7]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 651.82 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 23,850.78 g, scandium oxide (Sc 2 O 3, purity 99.99 wt%) 174.02g, silicon dioxide (SiO 2, purity of 99.9999 mass%) 3,790.80g, cerium oxide (CeO 2, the purity of 99.99 wt%) 32.58 g Gd 2- (x + y) Sc x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.04, y = 1.90, z = 0.003) was mixed so as to have an almost stoichiometric composition, and the mixture was 28, Scintillation was carried out in the same manner as in Example 6 except that 519 g and 5.052 g of calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99 mass%) (0.007 mass% as the Ca component) were charged. A single crystal was prepared. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no turbidity inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part.

[実施例8]
出発原料として、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)714.92g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)23,378.99g、酸化スカンジウム(Sc、純度99.99質量%)450.13g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)3,922.25、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)33.71gをY2−(x+y)ScLuCeSiO(x=0.10,y=1.80,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で28,520gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)5.227g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例6と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物としては、4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部までボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった。
[Example 8]
As starting materials, yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 714.92 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 23,378.99 g, scandium oxide (Sc 2 O 3, 99.99 wt% purity) 450.13G, silicon dioxide (SiO 2, purity of 99.9999% by mass) 3,922.25, cerium oxide (CeO 2, 99.99 wt% purity) of 33.71G Y 2- (x + y) Sc x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.10, y = 1.80, z = 0.003) are mixed so as to have an almost stoichiometric composition, and the mixture is 28, For scintillator in the same manner as in Example 6 except that 520 g and 5.227 g of calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99 mass%) were charged (0.007 mass% as Ca component). A single crystal was produced. At this time, the impurities contained in each raw material were all less than 1 ppm for 4, 5, and 6-valent elements. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no turbidity inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part.

[比較例3]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)2,239.30g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)22,460.21g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)3,768.11g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)32.38gをGd2−yLuCeSiO(y=1.80,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で28,519gと炭酸カルシウム(CaCO、純度99.99質量%)5.022g(Ca成分として0.007質量%)を仕込んだ以外は、実施例6と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。しかし、単結晶体の平行部育成中に自動結晶径制御において、結晶重量の増加量及び加熱出力が大きく変動する現象が見られたため、結晶育成を停止し、冷却を行った。
[Comparative Example 3]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99% by mass) 2,239.30 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99% by mass) 22,460.21 g, silicon dioxide (SiO 2 ) 2, a purity of 99.9999 mass%) 3,768.11g, cerium oxide (CeO 2, 99.99 wt%) 32.38g of Gd 2-y Lu y Ce z SiO 5 (y = 1.80, z = 0.003), and the mixture was mixed in a total amount of 28,519 g and calcium carbonate (CaCO 3 , purity 99.99 mass%) 5.022 g (0.007 mass% as the Ca component) A scintillator single crystal was produced in the same manner as in Example 6 except that was charged. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. However, in the automatic crystal diameter control during the parallel part growth of the single crystal, a phenomenon in which the amount of increase in crystal weight and the heating output fluctuate greatly was observed, so the crystal growth was stopped and cooling was performed.

得られた単結晶体は結晶重量が約16,500g、肩部の長さは約80mm、平行部の長さが約210mmであった。得られた単結晶体の外観は、平行部の真ん中付近からボイド欠陥による結晶内部のにごりが発生し、結晶下部付近では、結晶外径が約120mmに増加し、内部が空洞になる現象が見られた。   The obtained single crystal had a crystal weight of about 16,500 g, a shoulder length of about 80 mm, and a parallel portion of about 210 mm. In the appearance of the obtained single crystal, dust is generated inside the crystal due to void defects from near the middle of the parallel part, and the crystal outer diameter increases to about 120 mm near the lower part of the crystal and the inside becomes hollow. It was.

参考例9]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd2O3、純度99.99質量%)235.09g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)13,600.94g、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)39.579g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,116.81g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.10gをGd2−(x+y)LuCeSiO(x=0.01,y=1.95,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011g仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部までボイド欠陥による結晶内部のにごりは見られず、表面の透明度も高い結晶であった。
[ Reference Example 9]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 235.09 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99 mass%) 13,600.94 g, yttrium oxide (Y 2 O 3 , purity) 99.9979% by weight, silicon dioxide (SiO 2 , purity 99.9999% by weight) 2,116.81 g, cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99% by weight) 18.10 g by Gd 2- ( x + y) Y x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.01, y = 1.95, were mixed so that substantially Ryoron composition of z = 0.003), were charged 16,011g mixture in total Except for the above, a scintillator single crystal was produced in the same manner as in Example 1. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. The appearance of the obtained single crystal was a crystal with high surface transparency, with no turbidity inside the crystal due to void defects up to the bottom of the parallel part.

参考例10]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd2O3、純度99.99質量%)1,301.51g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)11,748.81g、酸化イットリウム(Y、純度99.99質量%)740.77g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,201.04g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.82gをGd2−(x+y)LuCeSiO(x=0.18,y=1.62,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011g仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。この時、それぞれの原料中に含まれる不純物である4、5、6価の元素は全て1ppm未満であった。得られた単結晶体の外観は、平行部の最下部40mm部分に、ボイド欠陥によると思われる結晶内部のにごりが見られ、その部分は結晶表面の透明度が少し低下していた。
[ Reference Example 10]
As a starting material, gadolinium oxide (Gd2 O3, 99.99 wt%) 1,301.51g, lutetium oxide (Lu 2 O 3, 99.99 wt%) 11,748.81g, yttrium oxide (Y 2 O 3 , 740.77 g of silicon dioxide (SiO 2 , purity 99.9999 mass%) 2,201.04 g, 18.82 g of cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) Gd 2 - (x + y) Y x Lu y Ce z SiO 5 (x = 0.18, y = 1.62, z = 0.003) were mixed to be substantially Ryoron composition, 16,011G the mixture in total A single crystal for a scintillator was produced in the same manner as in Example 1 except that it was charged. At this time, all of the 4, 5, and 6-valent elements as impurities contained in each raw material were less than 1 ppm. As for the appearance of the obtained single crystal, a dust inside the crystal, which seems to be due to void defects, was observed in the lowermost 40 mm portion of the parallel portion, and the transparency of the crystal surface in this portion was slightly lowered.

[比較例4]
出発原料として、酸化ガドリニウム(Gd、純度99.99質量%)2,422.81g、酸化ルテチウム(Lu、純度99.99質量%)11,428.50g、二酸化珪素(SiO、純度99.9999質量%)2,141.03g、酸化セリウム(CeO、純度99.99質量%)18.31gをGd2−(y+z)LuCeSiO(y=1.62,z=0.003)のほぼ量論組成になるように混合し、混合物を合計で16,011g仕込んだ以外は、実施例1と同様にしてシンチレータ用単結晶を作製した。得られた単結晶体の外観は、平行部の中央部付近から徐々にボイド欠陥によると思われる結晶内部のにごりが見られ始め、平行部の最下部にかけてボイド欠陥による結晶内部のにごり及び結晶表面の透明度の低下も顕著になっていた。平行部下部では自動直径制御による結晶径の制御が悪化して、形状に乱れが発生していた。
[Comparative Example 4]
As starting materials, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 , purity 99.99% by mass) 2,422.81 g, lutetium oxide (Lu 2 O 3 , purity 99.99% by mass) 11,428.50 g, silicon dioxide (SiO 2 ) 2 , purity 99.9999 mass%) 2,141.03 g, cerium oxide (CeO 2 , purity 99.99 mass%) 18.31 g Gd 2-(y + z) Lu y Ce z SiO 5 (y = 1.62) , Z = 0.003), and a single crystal for scintillator was produced in the same manner as in Example 1 except that 16,011 g of the total mixture was charged. As for the appearance of the obtained single crystal, dust inside the crystal, which seems to be due to void defects, gradually begins to appear from around the central part of the parallel part, and the dust inside the crystal due to the void defect and the crystal surface toward the bottom of the parallel part The decrease in transparency was also remarkable. At the lower part of the parallel part, the control of the crystal diameter by the automatic diameter control deteriorates, and the shape is disturbed.

実施例1〜5及び比較例1〜2の実験条件と育成結果及び蛍光特性の評価結果を表1に示した。実施例6〜8及び比較例3の実験条件と育成結果を表2に示した。参考例9及び10並びに比較例4の実験条件と育成結果を表3に示した。なお、本実施例は好適な一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。 Table 1 shows experimental conditions, growth results, and evaluation results of fluorescence characteristics of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2. Table 2 shows the experimental conditions and the growth results of Examples 6 to 8 and Comparative Example 3. The experimental conditions and growth results of Reference Examples 9 and 10 and Comparative Example 4 are shown in Table 3. In addition, a present Example shows a suitable example and does not limit this invention.

Figure 0005521273
Figure 0005521273

表1から、実施例1、2及び5では、一般式Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO(ここにLmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素及びSc、Yの中から選ばれる少なくとも1種の元素である。)において、LnとしてYを含有する組成であるので、Gdの偏析が抑制され、Yを含有しない比較例1に比べて、インゴット下部でのにごりが解消され、蛍光出力やエネルギー分解能等の蛍光特性が向上している。特にインゴットBottom位置の蛍光特性が向上し、インゴット上下位置による特性差が小さくなっている。実施例3では、Lnとして13族のGaを含有することによって、比較例1に比べ、実施例1と2ほど効果が顕著ではないが、同様の効果が得られている。また、Ga添加によって、実施例3及び実施例4では、蛍光のバックグラウンド(残光)を低減する効果も得られている。 From Table 1, in Examples 1, 2 and 5, in the general formula Lm 2-(x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (where Lm is a lanthanoid element having a smaller atomic number than Lu, and Sc and Y In this case, the segregation of Gd is suppressed, and the dust at the lower part of the ingot is eliminated as compared with Comparative Example 1 that does not contain Y. In addition, fluorescence characteristics such as fluorescence output and energy resolution are improved. In particular, the fluorescence characteristics at the ingot bottom position are improved, and the characteristic difference due to the ingot vertical position is reduced. In Example 3, by containing Group 13 Ga as Ln, the effect is not as remarkable as in Examples 1 and 2 compared to Comparative Example 1, but the same effect is obtained. Moreover, in Example 3 and Example 4, the effect which reduces the fluorescence background (afterglow) is also acquired by Ga addition.

実施例1、2,5及び比較例1、2において蛍光特性を評価したものと同じサンプルについて、インゴットTop及びBottomの組成分析を行った。分析は、酸あるいはアルカリ融解したサンプルを高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES法)でLu、Gd、Y、Ce成分を定量分析した。その結果、インゴットTopとBottomにおけるGd成分の差(Bottom−Top)が、比較例2>比較例1>実施例1>実施例2>実施例5の順になり、Gdの偏析が顕著に減少していることがわかった。   Composition analysis of ingots Top and Bottom was performed on the same samples as those in which fluorescence characteristics were evaluated in Examples 1, 2, and 5 and Comparative Examples 1 and 2. The analysis was carried out by quantitatively analyzing the Lu, Gd, Y, and Ce components of the acid or alkali-fused sample by high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES method). As a result, the difference between Gd components (Bottom−Top) between the ingot Top and Bottom (Bottom−Top) is in the order of Comparative Example 2> Comparative Example 1> Example 1> Example 2> Example 5, and Gd segregation is significantly reduced. I found out.

一方、比較例1〜3では、Gdの偏析によって、インゴット下部で結晶のにごりが発生し、比較的Gd組成の高い比較例2では、結晶育成でのにごりの発生する時期が早く、自動直径制御が悪化する異常成長の兆候が見られた。比較例3は、結晶組成は比較例2と同一であるが、るつぼ径及び結晶径を大きくした場合には、結晶内部のにごりが発生するタイミングが早くなる傾向があり、結晶の異常成長が起こり易いことがわかった。   On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, due to the segregation of Gd, crystal dust is generated in the lower part of the ingot, and in Comparative Example 2 having a relatively high Gd composition, dust is generated early in crystal growth, and automatic diameter control is performed. There were signs of abnormal growth worsening. In Comparative Example 3, the crystal composition is the same as in Comparative Example 2, but when the crucible diameter and the crystal diameter are increased, the timing of occurrence of dust inside the crystal tends to be earlier, and abnormal crystal growth occurs. I found it easy.

本実施例1〜5及び比較例1〜2では、元素として2族元素のCaを含有し、単結晶サンプル加工後に空気中で熱処理を実施しているため、インゴット上部から下部方向へのLu元素の濃度変化による特性差はあるものの、Gd偏析による結晶のにごりのない部分では、比較的安定した良好な蛍光特性が得られているものである。   In Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, a Group 2 element Ca is contained as an element, and since heat treatment is performed in air after processing a single crystal sample, the Lu element from the top of the ingot to the bottom Although there is a difference in characteristics due to a change in the concentration, a relatively stable and good fluorescence characteristic is obtained in a portion where the crystal is not blurred due to Gd segregation.

Figure 0005521273
Figure 0005521273

表2から、実施例6、参考例7〜8及び比較例3では、より結晶径が大きい単結晶体の例を示した。一般式Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO(ここにLmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素及びSc、Yの中から選ばれる少なくとも1種の元素である。)において、Lmの偏析を抑制するLnを含まない比較例3では、Gdの偏析による結晶成長での不具合が顕著になる。一方、LmとしてGd、LnとしてY或いはScを含有する組成である実施例6、参考例7、及びLmとしてY、LnとしてScを含有する組成である参考例8では、Lmの偏析が抑制されインゴット下部でのにごりが解消されている。したがって、実施例6、参考例7〜8の単結晶体を用いて作製したシンチレータ用単結晶は、高い蛍光特性を有すると予想される。 From Table 2, in Example 6 , Reference Examples 7 to 8 and Comparative Example 3, examples of single crystals having larger crystal diameters were shown. In the general formula Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (where Lm is a lanthanoid element having an atomic number smaller than Lu and at least one element selected from Sc and Y). In Comparative Example 3 that does not contain Ln that suppresses segregation of Lm, defects in crystal growth due to segregation of Gd become significant. On the other hand, in Example 6 and Reference Example 7 which are compositions containing Gd as Lm and Y or Sc as Ln, and Reference Example 8 which is a composition containing Y as Lm and Sc as Ln, segregation of Lm is suppressed. The dust at the bottom of the ingot has been eliminated. Therefore, the scintillator single crystals produced using the single crystals of Example 6 and Reference Examples 7 to 8 are expected to have high fluorescence characteristics.

Figure 0005521273
Figure 0005521273

表3から、参考例9では、LmとしてGdが比較的少なく、LnとしてYを含有する場合には、Gdの偏析による結晶成長の不具合は見られない。LmとしてGdが比較的多い組成の場合に、Gdの偏析を抑制するLnを含まない比較例4では、Gdの偏析による結晶成長での不具合が顕著になる。一方、LnとしてYを含有する参考例10では、Gdの偏析が抑制されインゴット下部での不具合が改善されている。したがって、参考例9及び10の単結晶体を用いて作製したシンチレータ用単結晶は、高い蛍光特性を有すると予想される。 From Table 3, in Reference Example 9, when Gd is relatively small as Lm and Y is contained as Ln, there is no defect in crystal growth due to segregation of Gd. In the comparative example 4 that does not contain Ln that suppresses the segregation of Gd in the case of a composition having a relatively large Gd as Lm, defects in crystal growth due to the segregation of Gd become remarkable. On the other hand, in Reference Example 10 containing Y as Ln, segregation of Gd is suppressed, and defects at the bottom of the ingot are improved. Therefore, the scintillator single crystals produced using the single crystals of Reference Examples 9 and 10 are expected to have high fluorescence characteristics.

実施例1、2、5及び比較例1、2において蛍光特性を評価したものと同じサンプルについて、インゴットTop及びBottomの組成分析を行った。分析は、酸あるいはアルカリ融解したサンプルを高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES法)でLu、Gd、Y、Ce成分を定量分析した。その結果を表4に示した。表4から、インゴットTopとBottomにおけるGd成分の差(Bottom−Top)が、比較例1>実施例1>実施例2の順になり、実施例1及び2ではGdの偏析が顕著に減少していることがわかった。   About the same sample as what evaluated the fluorescence characteristic in Examples 1, 2, 5 and Comparative Examples 1 and 2, composition analysis of Ingot Top and Bottom was performed. The analysis was carried out by quantitatively analyzing the Lu, Gd, Y, and Ce components of the acid or alkali-fused sample by high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES method). The results are shown in Table 4. From Table 4, the difference in Gd component (Bottom-Top) between Ingot Top and Bottom is in the order of Comparative Example 1> Example 1> Example 2. In Examples 1 and 2, Gd segregation is significantly reduced. I found out.

Figure 0005521273
Figure 0005521273

本発明の一般式Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO(ここにLmはLuよりも原子番号が小さいランタノイド系元素及びSc、Yの中から選ばれる少なくとも1種の元素である。)において、適用可能なLmとLnの組合せについては、実施例1〜8及び参考9〜10以外にも、本発明の効果が顕著である代表的な組合せを表5に示した。
The formula Lm 2- (x + y + z ) Ln x Lu y Ce z SiO 5 ( here Lm is at least one element selected from among lanthanoid elements, and Sc, Y even atomic number is smaller than Lu of the present invention )) In addition to Examples 1 to 8 and References 9 to 10 , the combinations of Lm and Ln that can be applied are shown in Table 5 for typical combinations in which the effect of the present invention is remarkable.

Figure 0005521273
Figure 0005521273

Claims (7)

下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含むシンチレータ用単結晶であって、周期表2族に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を前記単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%含有するシンチレータ用単結晶。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはGdであり、LnはY及びaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)
A scintillator single crystal comprising a cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1), wherein at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 of the periodic table is added to the total mass of the single crystal A scintillator single crystal containing 0.00005 to 0.1% by mass relative to the mass.
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(Wherein, Lm is Gd, Ln is Y, and G a or al chosen represents at least one element, x is represents 0 ultra 0.5, inclusive, y is greater than 1 value less than 2 Z represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.1.)
前記LnはYである、請求項記載のシンチレータ用単結晶。 Wherein Ln is Y, a scintillator single crystal according to claim 1, wherein. 前記xは0超0.2以下であり、かつ前記[2−(x+y+z)]よりも小さい値であり、前記yは1.6超2未満の値であり、前記zは0.001超0.02以下の値である、請求項記載のシンチレータ用単結晶。 The x is greater than 0 and less than or equal to 0.2 and smaller than the [2- (x + y + z)], the y is a value greater than 1.6 and less than 2, and the z is greater than 0.001 and 0. .02 or less value, the scintillator single crystal according to claim 1, wherein. 周期表13族に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を前記単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%含有する、請求項1〜のいずれか一項記載のシンチレータ用単結晶。 Containing 0.00005 wt% of at least one additive element with respect to the total mass of the single crystal selected from the elements belonging to the periodic table group 13, of any one of claims 1 to 3 Single crystal for scintillator. 周期表4、5、6、14、15及び16族に属する元素から選ばれる少なくとも1種の元素を前記単結晶の全質量に対して0.002質量%以下含有する、請求項1〜のいずれか一項記載のシンチレータ用単結晶。 Containing 0.002% by mass or less based on the total weight of the at least one element selected from the elements belonging to the periodic table 4,5,6,14,15 and Group 16 single crystal, according to claim 1-4 The single crystal for scintillators according to any one of claims. 請求項1〜のいずれか一項記載のシンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法であって、
下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含み、かつ、周期表2族に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を前記単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%含有するシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を用いて単結晶体を育成した後、前記単結晶体を酸素濃度が10〜100体積%である窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気中で、700〜1300℃の温度で熱処理する、熱処理方法。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはGdであり、LnはY及びaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)
A heat treatment method for producing the scintillator single crystal according to any one of claims 1 to 5 ,
The cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1) is included, and at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 of the periodic table is added to the total mass of the single crystal by 0.0. After growing a single crystal using a raw material containing a constituent element of a scintillator single crystal containing 00005 to 0.1% by mass, the single crystal is nitrogen or inert having an oxygen concentration of 10 to 100% by volume. A heat treatment method in which heat treatment is performed at a temperature of 700 to 1300 ° C. in an atmosphere containing a gas.
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(Wherein, Lm is Gd, Ln is Y, and G a or al chosen represents at least one element, x is represents 0 ultra 0.5, inclusive, y is greater than 1 value less than 2 Z represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.1.)
請求項1〜のいずれか一項記載のシンチレータ用単結晶の製造方法であって、
下記一般式(1)で表されるセリウム付活オルト珪酸塩化合物を含み、かつ、周期表2族に属する元素から選ばれる少なくとも1種の添加元素を前記単結晶の全質量に対して0.00005〜0.1質量%含有するシンチレータ用単結晶の構成元素を含有する原料を準備し、チョクラルスキー法によって単結晶体を育成する工程と、
前記単結晶体を、酸素濃度が10〜100体積%である窒素若しくは不活性ガスを含む雰囲気中で、700〜1300℃の温度で熱処理する工程と
を備える、シンチレータ用単結晶の製造方法。
Lm2−(x+y+z)LnLuCeSiO (1)
(式中、LmはGdであり、LnはY及びaから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、xは0超0.5以下の値を示し、yは1超2未満の値を示し、zは0超0.1以下の値を示す。)
A method for producing a scintillator single crystal according to any one of claims 1 to 5 ,
The cerium-activated orthosilicate compound represented by the following general formula (1) is included, and at least one additive element selected from elements belonging to Group 2 of the periodic table is added to the total mass of the single crystal by 0.0. Preparing a raw material containing a constituent element of a scintillator single crystal containing 00005 to 0.1% by mass, and growing a single crystal by the Czochralski method;
And a step of heat-treating the single crystal at a temperature of 700 to 1300 ° C. in an atmosphere containing nitrogen or an inert gas having an oxygen concentration of 10 to 100% by volume.
Lm 2− (x + y + z) Ln x Lu y Ce z SiO 5 (1)
(Wherein, Lm is Gd, Ln is Y, and G a or al chosen represents at least one element, x is represents 0 ultra 0.5, inclusive, y is greater than 1 value less than 2 Z represents a value greater than 0 and less than or equal to 0.1.)
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