JP5692883B1 - Thermophosphor and thermoluminescent radiation detection device - Google Patents
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Abstract
【課題】取扱いが容易で、繰り返し利用することが可能で、感度と解像度が高く、ダイナミックレンジが広い、放射線検出デバイスとして利用可能な材料としての熱蛍光体を提供すること。【解決手段】金属酸化物を主成分としてなるセラミックスからなり、微量の発光中心成分を含有し、上記セラミックスは、上記金属酸化物と他の酸化物とからなる群より選択される２種以上を構成成分として用いて構成されていることを特徴とする熱蛍光体、及びそれを用いてなる熱蛍光放射線検出デバイス。【選択図】図１Provided is a thermophosphor as a material that can be used as a radiation detection device that is easy to handle, can be used repeatedly, has high sensitivity and resolution, and has a wide dynamic range. The ceramic comprises a metal oxide as a main component, contains a trace amount of luminescent center component, and the ceramic comprises at least two selected from the group consisting of the metal oxide and another oxide. A thermoluminescent material characterized by being used as a constituent component, and a thermoluminescent radiation detection device using the same. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱蛍光体に関し、さらに詳細には、取扱いが容易で、繰り返し利用することが可能で、感度と解像度が高く放射線の測定に用いることができ、ダイナミックレンジが広い熱蛍光体、及び上記熱蛍光体からなる熱蛍光放射線検出デバイスに関するものである。 More particularly, the present invention relates to a thermophosphor that is easy to handle, can be used repeatedly, has high sensitivity and resolution, can be used for measurement of radiation, and has a wide dynamic range. The present invention relates to a thermoluminescent radiation detection device made of the above thermoluminescent material.
放射線検出デバイスは、人間の目では直接見ることができない放射線を可視化する技術であり、放射線線量計、放射線イメージング、放射線治療など科学分野、医療分野、工業分野等の幅広い分野で使用され、種々提案がなされている。
例えば、放射線の被ばく線量を計測のための線量計として、ガラス管に封入された熱蛍光体やペレット状の熱蛍光体を利用した熱蛍光個人被曝線量計などが使用されている。
また、例えば、特許文献１には、熱蛍光板状体を利用した線量計であって、かつ放射線の３次元線量分布を取得することができる放射線線量計として、母体としての四ホウ酸リチウムと、この母体中に存在するマンガン及びアルミニウム（III)とを含む熱蛍光板状体が、複数枚積層されて形成されているものが提案されている。
また、例えば、特許文献２には、放射線の３次元線量分布を取得することが可能である熱蛍光積層体として、四ホウ酸リチウム、酸化マンガン（ＩＶ）、及び酸化アルミニウムを含有するものが提案されている。
また、例えば、特許文献３には、放射線に対する相対感度の低下を抑制でき、局所被曝時の線量分布を精度良くかつ簡便に行える生体等価型熱蛍光体二次元素子として、ＬｉＦの単位重量に対し、バインダーとして耐熱性樹脂（例えば四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂）を５〜７０重量％添加したものを主体としてシート形状に成型し、次いで２６０℃以下の温度で加熱硬化させるものが提案されている。
また、非特許文献１には、酸化アルミニウムを母体とし、Ｃ、Ｍｇ及びＹ、Ｓｉ及びＴｉ、Ｃｒ、Ｃｒ及びＮｉ、Ｎａ及びＴｉ、をドープした熱蛍光体が開示されている。
Radiation detection devices are technologies that visualize radiation that cannot be seen directly by the human eye, and are used in a wide range of scientific, medical, and industrial fields such as radiation dosimeters, radiation imaging, and radiation therapy. Has been made.
For example, as a dosimeter for measuring the radiation exposure dose, a thermofluorescent individual dose meter using a thermophosphor sealed in a glass tube or a pellet-like thermophosphor is used.
In addition, for example, Patent Document 1 discloses a dosimeter that uses a thermoluminescent plate and a radiation dosimeter that can acquire a three-dimensional dose distribution of radiation. There has been proposed a structure in which a plurality of thermoluminescent plates containing manganese and aluminum (III) present in the matrix are laminated.
For example, Patent Document 2 proposes a thermoluminescent laminate that can acquire a three-dimensional dose distribution of radiation that contains lithium tetraborate, manganese (IV) oxide, and aluminum oxide. Has been.
In addition, for example, in Patent Document 3, as a bio-equivalent thermophosphor two-dimensional element capable of suppressing a decrease in relative sensitivity to radiation and accurately and simply performing dose distribution during local exposure, the unit weight of LiF , And a binder that is molded into a sheet shape mainly composed of 5 to 70% by weight of a heat-resistant resin (for example, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer resin) as a binder, and then heat-cured at a temperature of 260 ° C. or less is proposed. ing.
Further, Non-Patent Document 1 discloses a thermoluminescent material doped with C, Mg and Y, Si and Ti, Cr, Cr and Ni, Na and Ti using aluminum oxide as a base material.
また、熱蛍光体以外のものとして、例えば、特許文献４及び５には、光輝尽発光(photostimulated luminescence：PSL)を示すイメージングプレート（IP）を利用するオートラジオグラフィーの提案がされている。
また、例えば、特許文献６には、放射線の積算吸収線量を測定するに用いる平板状蛍光ガラス線量計として、ファントム内に設置した線量計に放射線を照射し、その線量計への積算吸収線量を測定する方法に用いる平板状蛍光ガラス線量計が提案されている。
また、例えば、特許文献７には、極めて軽量で、全方向から飛来する中性子に対する正確な評価が可能な積算型中性子線量当量測定器として、含水素有機高分子物質で形成された回転対称形状のボディ（ポリエチレンブロック）と、その表面から第１の所定深さ以上の深さ位置で、回転対称な同一深さ位置に３つ以上配設された、中性子との原子核反応により含水素有機高分子物質から放出される反跳陽子を検出する速中性子検出器と、前記ボディの表面から第２の所定深さ以内の深さ位置で、回転対称な同一深さ位置に３つ以上配設された、中性子との原子核反応によりα線またはγ線を放出する中性子変換材（例えばα線コンバータ）を有する熱中性子検出器と、を備えるものが提案されている。
また、例えば、特許文献８には、蛍光特性を大きく損なう事無く、又、ガンマ線補償用蛍光ガラス素子に対する影響を与える事無く、一般的に使われている熱ルミネセンス線量計と同等の熱中性子感度を持つ新たな蛍光ガラス線量計用ガラスとして、銀活性りん酸塩ガラスに、熱中性子・アルファ線変換剤を添加することにより、放射線照射後に紫外光励起をすると波長５００〜８００ｎｍ領域の蛍光を放出し、蛍光の時間特性が熱中性子・アルファ線変換剤の濃度に依存しないことを特徴とする熱中性子に有感な蛍光ガラス線量計用ガラスが提案されている。
また、上述の放射線治療等の用途においては、放射線治療装置の放射線照射位置、範囲、出力等の調整や治療計画の作成等にも放射線検出デバイスが用いられており、一般的には、放射線誘起架橋反応を利用して放射線の検出を行う、ガフクロミックフィルムが用いられている。
In addition, as a material other than a thermoluminescent material, for example, Patent Documents 4 and 5 propose autoradiography using an imaging plate (IP) that exhibits photostimulated luminescence (PSL).
Further, for example, in Patent Document 6, as a flat fluorescent glass dosimeter used for measuring the accumulated absorbed dose of radiation, radiation is irradiated to a dosimeter installed in a phantom, and the accumulated absorbed dose to the dosimeter is calculated. A flat fluorescent glass dosimeter for use in the measurement method has been proposed.
Further, for example, Patent Document 7 discloses a rotationally symmetric shape formed of a hydrogen-containing organic polymer substance as an integrated neutron dose equivalent measuring instrument that is extremely lightweight and can accurately evaluate neutrons flying from all directions. Hydrogen-containing organic polymer by nuclear reaction with neutrons, three or more disposed at the same rotationally symmetric depth position at a depth position greater than the first predetermined depth from the body (polyethylene block) and the surface thereof Three or more fast neutron detectors for detecting recoil protons emitted from the substance and three or more rotationally symmetric depth positions within a second predetermined depth from the surface of the body A thermal neutron detector having a neutron conversion material (for example, an α-ray converter) that emits α-rays or γ-rays by a nuclear reaction with neutrons has been proposed.
Further, for example, Patent Document 8 discloses that thermal neutrons equivalent to commonly used thermoluminescence dosimeters are obtained without significantly impairing the fluorescence characteristics and without affecting the fluorescent glass element for gamma ray compensation. As a new fluorescent glass dosimeter glass with sensitivity, by adding a thermal neutron / alpha ray conversion agent to silver activated phosphate glass, it emits fluorescence in the wavelength range of 500 to 800 nm when excited by ultraviolet light after irradiation. However, a glass for fluorescent glass dosimeters sensitive to thermal neutrons, characterized in that the temporal characteristics of fluorescence do not depend on the concentration of thermal neutron / alpha ray converting agent, has been proposed.
In addition, in the above-mentioned uses such as radiation therapy, radiation detection devices are also used for adjustment of radiation irradiation position, range, output, etc. of a radiation therapy apparatus and creation of a treatment plan. Gafchromic films that detect radiation using a crosslinking reaction are used.
しかし、上述の従来提案されている熱蛍光体ではいまだ十分な実用性がなかった。
たとえば、熱蛍光個人被曝線量計は、固体差が大きく補正が困難で、また、１つの素子に対してフィルターを複数設置できないため、誤差が生じる要因を有するという問題や、ポイント測定は可能であるが２次元の測定には用いることができないという問題があった。
があった。
特許文献１〜３の提案は、人体や皮膚など特定の部分の吸収線量の測定を目的として設計されたものであり、汎用性が十分でなく、また感度が不十分であり、また操作性に難があるという問題があった。
特許文献４及び５の提案では、位置確認に必要な画像を取得することができないなどの問題があった。
特許文献６〜８の提案は、解像度の点で不十分であり、測定システムが複雑で高価となるという問題もあった。
また、放射線治療装置の調整等の用途において、一般的に用いられるガフクロミックフィルムは、使い捨てのため高価であること、放射線照射開始から測定までに時間がかかること、ダイナミックレンジが狭く実際の治療で用いる線量より低い線量で調整などの検証を行うこと等の問題があった。
また、非特許文献１には、単に熱蛍光活性を示すことが開示されているにすぎず、放射線検出のための熱蛍光体については何ら開示されていない。
要するに、ガフクロミックフィルムと異なり、放射線検出デバイスとして取扱いが容易で、繰り返し利用することが可能であり、さらには感度と解像度が高く、ダイナミックレンジが広い放射線検出デバイスは、いまだ提案されていないのが現状であり、そのような放射線検出デバイスに利用できる材料の開発が要望されているのが現状である。
したがって、本発明の目的は、取扱いが容易で、繰り返し利用することが可能で、感度と解像度が高く、ダイナミックレンジが広い、放射線検出デバイスとして利用可能な材料としての熱蛍光体を提供することにある。
However, the previously proposed thermophosphor has not yet been sufficiently practical.
For example, the thermofluorescence personal exposure dosimeter is difficult to correct due to large individual differences, and since multiple filters cannot be installed for one element, there are problems that cause errors and point measurement is possible. However, there is a problem that it cannot be used for two-dimensional measurement.
was there.
The proposals in Patent Documents 1 to 3 are designed for the purpose of measuring the absorbed dose of specific parts such as the human body and skin, are not sufficiently versatile, have insufficient sensitivity, and are easy to operate. There was a problem of difficulty.
In the proposals of Patent Documents 4 and 5, there is a problem that an image necessary for position confirmation cannot be acquired.
The proposals in Patent Documents 6 to 8 are insufficient in terms of resolution, and there is a problem that the measurement system is complicated and expensive.
Also, in applications such as adjustment of radiotherapy equipment, commonly used gafchromic films are disposable and expensive, take time from the start of radiation irradiation to measurement, and have a narrow dynamic range for actual treatment. There were problems such as verifying adjustments at a dose lower than the dose used.
Further, Non-Patent Document 1 merely discloses that it exhibits thermofluorescence activity, and does not disclose any thermophosphor for radiation detection.
In short, unlike a gaffchromic film, a radiation detection device that is easy to handle as a radiation detection device, can be used repeatedly, has high sensitivity and resolution, and has a wide dynamic range has not yet been proposed. At present, the development of materials that can be used for such radiation detection devices is demanded.
Therefore, an object of the present invention is to provide a thermophosphor as a material that can be used as a radiation detection device that is easy to handle, can be used repeatedly, has high sensitivity and resolution, and has a wide dynamic range. is there.
本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、セラミックスであっても放射線検出デバイスとして利用可能なものがあることを知見し、さらにその原因について検討した結果特定の元素を含む場合に優れた熱蛍光特性が得られることを見出し、さらに検討を重ねて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の各発明を提供するものである。
１．金属酸化物を主成分としてなるセラミックスからなり、
微量の発光中心成分を含有する
ことを特徴とする熱蛍光体。
２．上記セラミックスは、上記金属酸化物と他の酸化物とからなる群より選択される２種以上を構成成分として用いて構成されていることを特徴とする１記載の熱蛍光体。
３．上記金属酸化物における必須成分としてＡｌ２Ｏ３を用いてなる２記載の熱蛍光体。
４．上記Ａｌ２Ｏ３は、上記構成成分中１０〜９８重量％含有される
ことを特徴とする３に記載の熱蛍光体。
５．上記発光中心成分は、遷移金属又は希土類金属元素である
ことを特徴とする１〜４のいずれかに記載の熱蛍光体。
６．上記発光中心成分が、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、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一つの金属元素であることを特徴とする５に記載の熱蛍光体。
７．上記遷移金属又は上記希土類金属が、Ｄｙ、Ｃｒ、Ｍｎ又はＣｕである
ことを特徴とする５に記載の熱蛍光体。
８．上記発光中心成分の含有量である上記微量は、熱蛍光体全体中１重量％未満であることを特徴とする１〜７のいずれかに記載の熱蛍光体。
９．上記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３を必須成分として用いてなり、
上記発光中心成分は、Ｃｒである
ことを特徴とする３に記載の熱蛍光体。
１０．上記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３
と、少なくともＺｒＯ２又はＺｒＳｉＯ４、ＭｇＯ、ＳｉＯ２
との混合物であり、
上記発光中心成分は、Ｄｙである
ことを特徴とする３に記載の熱蛍光体。
１１．１〜１０のいずれかに記載の熱蛍光体を用いてなる
熱蛍光放射線検出デバイス。
As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have found that even ceramics can be used as a radiation detection device, and further studied the cause of the case, and include specific elements. The inventors have found that excellent thermoluminescent properties can be obtained, and have further studied to complete the present invention.
That is, the present invention provides the following inventions.
1. Made of ceramics with metal oxide as the main component,
A thermophosphor characterized by containing a small amount of a luminescent center component.
2. 2. The thermoluminescent material according to 1, wherein the ceramic is constituted by using two or more kinds selected from the group consisting of the metal oxide and another oxide as constituent components.
3. 3. The thermoluminescent material according to 2 , wherein Al 2 O 3 is used as an essential component in the metal oxide.
4). 4. The thermoluminescent material according to 3 , wherein the Al 2 O 3 is contained in the constituent components in an amount of 10 to 98% by weight.
5. The thermoluminescent material according to any one of 1 to 4, wherein the emission center component is a transition metal or a rare earth metal element.
6). The luminescent center component is Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, It is at least one metal element selected from the group consisting of Pt, Au, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. 5. The thermoluminescent material according to 5.
7). 6. The thermoluminescent material according to 5, wherein the transition metal or the rare earth metal is Dy, Cr, Mn, or Cu.
8). The thermophosphor according to any one of 1 to 7, wherein the trace amount, which is the content of the emission center component, is less than 1% by weight in the entire thermophosphor.
9. The metal oxide is made using Al 2 O 3 as essential components,
4. The thermoluminescent material according to 3, wherein the emission center component is Cr.
10. The metal oxide is Al 2 O 3
And at least ZrO 2 or ZrSiO 4 , MgO, SiO 2
And a mixture of
4. The thermoluminescent material according to 3, wherein the emission center component is Dy.
11. A thermoluminescent radiation detection device using the thermophosphor according to any one of 11.1 to 10.
本発明の熱蛍光体は、取扱いが容易で、繰り返し利用することが可能で、感度と解像度が高く、ダイナミックレンジが広い放射線検出デバイスとして利用可能なものである。 The thermophosphor of the present invention is easy to handle, can be used repeatedly, has high sensitivity and resolution, and can be used as a radiation detection device with a wide dynamic range.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
＜全体構成＞
本発明の熱蛍光体は、金属酸化物を主成分としてなるセラミックスからなり、
微量の発光中心成分を含有するものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Overall configuration>
The thermoluminescent material of the present invention is made of a ceramic mainly composed of a metal oxide,
It contains a small amount of luminescent center component.
〔セラミックス〕
本明細書において、セラミックスとは、上記金属酸化物を主成分としてなる焼結体を意味し、このようなものとしては、例えば、多結晶体、非晶質ガラス、セラミック−ガラスなどが挙げられ、特に放射線イメージングデバイスとして用いた場合の感度と解像度との両立の観点から、多結晶体であるのが好ましい。
上記セラミックスが多結晶体である場合においては、セラミックスを構成する各結晶の平均結晶径は、特に制限されない。
上記セラミックスの密度は、特に制限されず、使用目的に応じて任意である。
[Ceramics]
In the present specification, the ceramic means a sintered body containing the above metal oxide as a main component, and examples thereof include a polycrystalline body, an amorphous glass, and a ceramic-glass. In particular, from the viewpoint of achieving both sensitivity and resolution when used as a radiation imaging device, a polycrystal is preferable.
In the case where the ceramic is a polycrystal, the average crystal diameter of each crystal constituting the ceramic is not particularly limited.
The density of the ceramics is not particularly limited and is arbitrary depending on the purpose of use.
（金属酸化物）
本発明の熱蛍光体を構成する上記セラミックスは上記金属酸化物をその主成分とする。
ここで、上記主成分とは、上記セラミックスがその全重量に対して５０重量％以上含有することを意味し、好ましくは７０重量％以上である。
上記金属酸化物は、セラミックスを形成するものであれば、特に制限されず、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒなどの金属の酸化物を挙げることができ、これらの金属酸化物は単体または混合物を使用することができる。
上記セラミックスは、上記金属酸化物と他の酸化物とからなる群より選択される２種以上を構成成分として用いて構成されているのが好ましい。すなわち、本発明の熱蛍光体を構成する上記セラミックスは、上記金属酸化物のうち２種以上の金属酸化物を構成成分として用いて構成されているか、又は１種又は２種以上の上記金属酸化物と他の酸化物との混合物を構成成分として用いて構成されているのが好ましい。特に本発明の熱蛍光体を放射線イメージングデバイス等の放射線検出デバイスとして用いる場合には、上記セラミックスが該構成成分により構成されているのが好ましい。特に主たる金属酸化物と電荷が異なり、混合する金属酸化物、および酸化物のイオン径が主たる金属酸化物のイオン径に近いもの又は、混合する金属酸化物や他の酸化物の電荷が等しくイオン径の大きさが主たる金属酸化物と異なる金属酸化物を含む酸化物とを混合して用いるのが好ましい。
ここで「他の酸化物」としては、ＳｉＯ２、Ｈ3ＰＯ4、酸化ホウ素、酸化ヒ素、酸化硫黄、酸化セレン等を挙げることができる。
主たる金属酸化物としてはＡｌ２Ｏ３を必須成分として好ましく用いることができ、その使用量は、上記構成成分中１０〜９８重量％とするのが、放射線イメージングデバイスとした場合の感度と解像度との両立の観点から好ましい。ここで「主たる」とは必ずしも多量成分であることを意味せず、セラミックス全体の結晶構造において基本となる成分であればよい。
Ａｌ２Ｏ３と共に用いられる成分としては、ＺｒＯ２、ＺｒＳｉＯ４、ＳｉＯ２、ＭｇＯなどが好ましく挙げられ、好ましい組み合わせとしては、Ａｌ２Ｏ３（含有量９０〜９６重量％）とＳｉＯ２、ＭｇＯとの組み合わせ（以下この組み合わせを「組み合わせ１」という）、Ａｌ２Ｏ３（含有量１０〜３０重量％）とＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３との組み合わせ（以下この組み合わせを「組み合わせ２」という）等が挙げられる。
(Metal oxide)
The ceramics constituting the thermoluminescent material of the present invention contains the metal oxide as a main component.
Here, the main component means that the ceramic is contained in an amount of 50% by weight or more based on the total weight, and preferably 70% by weight or more.
The metal oxide is not particularly limited as long as it forms ceramics. For example, Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Fr, Ra, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Examples of the metal oxide include Yb, Lu, Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, and Lr. Can be used alone or as a mixture.
The ceramic is preferably constituted by using two or more kinds selected from the group consisting of the metal oxide and other oxides as constituent components. That is, the ceramic constituting the thermoluminescent material of the present invention is configured by using two or more kinds of metal oxides as constituent components among the metal oxides, or one or more kinds of the metal oxides. It is preferable to use a mixture of a product and another oxide as a constituent component. In particular, when the thermophosphor of the present invention is used as a radiation detection device such as a radiation imaging device, it is preferable that the ceramic is composed of the constituent components. In particular, the charge is different from the main metal oxide, and the mixed metal oxide and the ionic diameter of the oxide are close to the ionic diameter of the main metal oxide, or the charge of the mixed metal oxide and other oxides is the same ion. It is preferable to use a mixture of a main metal oxide and an oxide containing a different metal oxide.
Here, examples of “other oxides” include SiO 2 , H 3 PO 4 , boron oxide, arsenic oxide, sulfur oxide, and selenium oxide.
As the main metal oxide, Al 2 O 3 can be preferably used as an essential component, and the amount used thereof is 10 to 98% by weight in the above components, and the sensitivity and resolution when a radiation imaging device is used. It is preferable from the viewpoint of coexistence. Here, “main” does not necessarily mean that it is a large amount of component, and may be any component that is fundamental in the crystal structure of the entire ceramic.
The components used in conjunction with Al 2 O 3, etc. ZrO 2, ZrSiO 4, SiO 2 , MgO can be mentioned preferably, a preferable combination, Al 2 O 3 (content of 90 to 96 wt%) and SiO 2, MgO (This combination is hereinafter referred to as “combination 1”), a combination of Al 2 O 3 (content 10 to 30% by weight) and ZrO 2 , SiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 (hereinafter this combination is referred to as “ Combination 2 ”).
（発光中心成分）
本明細書において、上記発光中心成分とは、放射線を照射した熱蛍光体において励起され光を放出する成分をいう。
上記発光中心成分は、特に制限されず、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、 Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、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一つの金属元素を挙げることができる。
これらの中でも、熱蛍光体の放射線に対する感度が良好になる点、放射線の測定において高解像度になる点から、遷移金属又は希土類金属元素が好ましく、中でもＤｙ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕなどの３００〜８００ｎｍ、好ましくは４５０〜８００ｎｍに発光準位を有する金属元素であるのが、熱蛍光体の放射線に対する感度が良好になる点に加え、ＣＣＤの一般的な検出波長であり検出がしやすく、検出器の感度も高い点、放射線の計測において高解像度になる点からさらに好ましく、Ｄｙ、Ｃｒであるのが特に好ましい。
また、金属酸化物が、上記の組み合わせ１の場合Ｃｒであるのが好ましく、組み合わせ２ｎ場合にはＤｙであるのが好ましい。
また、上記発光中心成分の含有割合は、熱蛍光活性の観点から、熱蛍光体の放射線に対する感度が良好になる点、放射線の計測において高解像度になる点、から、微量であり、具体的にはその配合量はセラミックス全体中１重量％未満であるのが好ましく、０．００１重量％以上であるのが好ましい。
すなわち、本明細書において微量とは、熱蛍光体全体の重量に対して、１重量％未満のことをいう。
また、上記発光中心成分の含有形態は、原子やイオンとして配合されていても、酸化物など何らかの化合物として配合されていてもよい。
上記発光中心成分の配合の方法は、特に制限されず、例えば、上記セラミックスに固溶分散させる、上記セラミックスの表面のみに分散させる等により配合させることができる。
(Emission center component)
In the present specification, the luminescent center component refers to a component that is excited in a thermophosphor irradiated with radiation and emits light.
The emission center component is not particularly limited, and Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re At least one metal element selected from the group consisting of Os, Ir, Pt, Au, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu. Can be mentioned.
Among these, a transition metal or a rare earth metal element is preferable from the viewpoint that the sensitivity of the thermophosphor to radiation is high, and a high resolution in the measurement of radiation, and among these, 300 to 800 nm such as Dy, Cr, Mn, and Cu. In addition to the fact that the metal element having an emission level of 450 to 800 nm is preferable, the sensitivity of the thermophosphor to radiation is good, and it is a general detection wavelength of a CCD, so that it can be easily detected. Is more preferable from the viewpoint of high sensitivity and high resolution in radiation measurement, and Dy and Cr are particularly preferable.
The metal oxide is preferably Cr in the case of the above combination 1, and is preferably Dy in the case of the combination 2n.
In addition, the content ratio of the luminescent center component is very small from the viewpoint of thermoluminescence activity, from the point that the sensitivity of the thermophosphor to radiation is high, and from the point of high resolution in the measurement of radiation. The blending amount is preferably less than 1% by weight in the whole ceramic, and preferably 0.001% by weight or more.
That is, in this specification, the trace amount means less than 1% by weight with respect to the total weight of the thermoluminescent material.
Further, the content of the luminescent center component may be blended as atoms or ions, or may be blended as some compound such as an oxide.
The method for blending the luminescent center component is not particularly limited, and can be blended, for example, by solid solution dispersion in the ceramic, or only on the surface of the ceramic.
（第３成分）
また、本発明においては上記熱蛍光体に本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々成分を上記セラミックスに添加することができる。たとえば１０Ｂ、６Ｌｉ等を含む酸化物などの中性子捕獲材、Ｃｄ等を含む酸化物などの中性子コンバータ等を挙げることができる。
また、成形および格子欠陥の生成、密度の制御などを目的として、炭素や有機化合物などの成形補助剤や還元剤を焼成前にセラミックスの構成成分と混入させてもよい。
(Third component)
In the present invention, various components can be added to the ceramics without departing from the spirit of the present invention. For example, a neutron capture material such as an oxide containing 10 B, 6 Li or the like, a neutron converter such as an oxide containing Cd or the like can be used.
In addition, for the purpose of forming, generation of lattice defects, density control, and the like, a forming aid such as carbon or an organic compound or a reducing agent may be mixed with the ceramic constituents before firing.
（形状・大きさなど）
本発明の上記熱蛍光体の大きさは、特に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、用途や目的に合わせて任意にすることができる。
本発明の上記熱蛍光体の形状は、特に制限されず、用途や目的に応じて任意の形状にすることができるが、放射線計測に用いる場合、板状体であるのが好ましい。
本発明の上記熱蛍光体の厚みは、特に制限されず、用途や目的に応じて任意の厚みにすることができるが、放射線計測に用いる場合、熱蛍光体の放射線に対する感度、解像度が良好になる点等の点から、０．１〜５ｍｍであるのが好ましく、０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。
(Shape, size, etc.)
The size of the thermophosphor of the present invention is not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the application and purpose without departing from the spirit of the present invention.
The shape of the thermophosphor of the present invention is not particularly limited and can be any shape depending on the application and purpose, but when used for radiation measurement, a plate-like body is preferable.
The thickness of the thermophosphor of the present invention is not particularly limited and can be any thickness depending on the application and purpose. However, when used for radiation measurement, the sensitivity and resolution of the thermophosphor to radiation are good. From the point of the point which becomes, it is preferable that it is 0.1-5 mm, and it is preferable that it is 0.5-2 mm.
＜製造方法＞
本発明の熱蛍光体の製造方法の一例を以下に説明する。
本発明の熱蛍光体の製造は、一般的なセラミックスの製造方法などを用いて行うことができる。また、市販のセラミックス材料を用いることもできる。
具体的には、本発明の熱蛍光体の製造は、上記金属酸化物及び上記発光中心成分の原料を、粉砕および混合した後、焼結することなどにより実施することができる。
上記原料としては、上記金属酸化物においては、上記金属酸化物そのものを原料とすることができ、例えば、上述の「ＺｒＯ２又はＺｒＳｉＯ４と、ｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２との混合物」の一つであるＺｒＯ２・ＳｉＯ２−２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２（ジルコン−コージライト）を製造する場合は、金属酸化物のＺｒＯ２・ＳｉＯ２（ジルコン）及び、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２（コージライト）出発材料として用いることができる。
また、上記金属酸化物の他の原料として、後に続く焼結処理により酸化物を形成する原料、例えば、上記金属酸化物を構成する金属元素の炭酸塩；水酸化物などを用いることもできる。
また、上記発光中心成分の原料については、上記発光中心成分を構成する元素を含有する炭酸塩、水酸化物などを用いることができ、例えば、上記発光中心成分がＤｙの場合は、炭酸ディスプロシウム二水和物などの炭酸塩、三水酸化ディスプロシウムなどの水酸化物を用いることができる。
上記粉砕および混合は、一般的なセラミックスの製造において用いられる方法により行うことができる。
具体的には、原料および溶媒としての水などを、ボールミルなどの装置に投入し、粉砕および混合を行う。
これにより、原料の粉砕混合物を得ることができる。
混合の後、得られた粉砕混合物を、焼結処理を行うなどして、本発明の熱蛍光体を得ることができる。
上記焼結処理の条件は、原料の組成などの条件により適宜決定される。
上記の例の場合、具体的には、上記主たる金属酸化物の融点の温度の０．８倍の温度程度の温度条件で他の金属酸化物や上記発光中心成分を混合しドープする等することができる。
また、上述した以外にも趣旨を逸脱しない範囲で、他の処理も行うことができる。
そのような例としては、成形処理などが挙げられ、焼結処理の前または後に、公知の方法で行うことができる。
上記成形は、本発明の熱蛍光体の用途に応じて適宜決定される任意のものであるが、乾式成形などの公知の成形方法を用いて行うことができ、板状、四角形状、円形状、線状、曲線状などの任意の形状を用いることができる。
<Manufacturing method>
An example of the method for producing the thermoluminescent material of the present invention will be described below.
The thermophosphor of the present invention can be produced using a general ceramic production method or the like. Commercially available ceramic materials can also be used.
Specifically, the production of the thermoluminescent material of the present invention can be carried out by, for example, pulverizing and mixing the raw materials of the metal oxide and the luminescent center component and then sintering.
As the raw material, in the metal oxide, the metal oxide itself can be used as the raw material. For example, the above-mentioned “mixture of ZrO 2 or ZrSiO 4 and xMgO.yAl 2 O 3 .zSiO 2 ” When ZrO 2 · SiO 2 -2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 (zircon-cordierite), which is one of the above, is produced, the metal oxides ZrO 2 · SiO 2 (zircon) and MgO · Al 2 are used. O 3 · SiO 2 (cordierite) can be used as a starting material.
In addition, as another raw material of the metal oxide, a raw material for forming an oxide by a subsequent sintering process, for example, a carbonate of a metal element constituting the metal oxide; a hydroxide or the like can be used.
As the raw material of the luminescent center component, carbonates, hydroxides, and the like containing the elements constituting the luminescent center component can be used. For example, when the luminescent center component is Dy, Carbonates such as calcium dihydrate and hydroxides such as dysprosium trihydroxide can be used.
The pulverization and mixing can be performed by a method used in general ceramic production.
Specifically, raw materials and water as a solvent are charged into an apparatus such as a ball mill, and pulverized and mixed.
Thereby, a pulverized mixture of raw materials can be obtained.
After mixing, the obtained pulverized mixture is subjected to a sintering treatment or the like to obtain the thermoluminescent material of the present invention.
The conditions for the sintering treatment are appropriately determined depending on conditions such as the composition of the raw materials.
In the case of the above example, specifically, other metal oxides and the above-mentioned luminescent center component are mixed and doped under a temperature condition of about 0.8 times the temperature of the melting point of the main metal oxide. Can do.
In addition to the above, other processes can be performed without departing from the spirit of the present invention.
As such an example, a molding process etc. are mentioned, It can carry out by a well-known method before or after a sintering process.
The above molding can be arbitrarily determined according to the use of the thermoluminescent material of the present invention, but can be performed using a known molding method such as dry molding, and is plate-shaped, square-shaped, circular-shaped. Any shape such as a linear shape or a curved shape can be used.
＜使用方法・用途＞
本発明の熱蛍光体は、Ｘ線、電子線、α線、β線、γ線、中性子線などの放射線を吸収させて放射線のイメージングデバイスとして用いることができる。その際、上記放射線吸収後の上記熱蛍光体を１００〜４５０℃の加熱処理を１〜１０分程度、行うことにより、その吸収した放射線の量に応じて蛍光を発生させ、得られた蛍光を、蛍光読取装置、熱蛍光画像取得装置で検出、定量などを行うことで、放射線の１〜３次元の定量解析などを行うことができる。本発明の熱蛍光体は、実施例に後述するように、簡便に使用することができ、また、解析結果も迅速に得ることができるものである。
また、本発明の熱蛍光体は、放射線照射後のものを、熱蛍光を発する温度で熱蛍光が検出されないようになるまで加熱処理を行い、捕捉した放射線をすべて熱蛍光に変換することで再利用することができる。例えば、各実施例の本発明の熱蛍光体の場合、１００〜４５０℃、１〜１０分の加熱処理を行うことにより再利用を行うことができる。これにより、上述の放射線治療装置の調整や治療計画の作製等の用途において一般的に用いられているラジオクロミックフィルムのような使い捨てのものを用いる場合よりも、格段にコストを安くすることができる。
本発明の熱蛍光体は、上記の熱蛍光特性を有することから、個人の放射線被ばく量や環境における放射線量を測定する放射線線量計に好適に使用することができる。また、上記の熱蛍光特性に加え、放射線の計測などに用いた場合において高い解像度の熱蛍光特性を有するものであり、放射線の１〜３次元計測に使用することができるものであり、放射線イメージングデバイスなどに用いる放射線の２次元線量計として好適に用いることができる。
<Usage and usage>
The thermophosphor of the present invention can be used as a radiation imaging device by absorbing radiation such as X-rays, electron beams, α rays, β rays, γ rays, and neutron rays. At that time, by performing the heat treatment at 100 to 450 ° C. for about 1 to 10 minutes after the radiation absorption, fluorescence is generated according to the amount of the absorbed radiation, and the obtained fluorescence is changed. By performing detection, quantification, and the like with a fluorescence reading device and a thermofluorescence image acquisition device, it is possible to perform 1-3-dimensional quantitative analysis of radiation. As will be described later in Examples, the thermophosphor of the present invention can be used easily, and analysis results can be obtained quickly.
In addition, the thermophosphor of the present invention is subjected to a heat treatment until it is no longer detected at a temperature at which the thermofluorescence is emitted, and the captured radiation is converted to thermofluorescence. Can be used. For example, in the case of the thermoluminescent material of the present invention of each example, it can be reused by performing a heat treatment at 100 to 450 ° C. for 1 to 10 minutes. As a result, the cost can be significantly reduced as compared with the case of using a disposable material such as a radiochromic film generally used in the application such as adjustment of the above-described radiotherapy device or preparation of a treatment plan. .
Since the thermoluminescent material of the present invention has the above-described thermoluminescent properties, it can be suitably used for a radiation dosimeter that measures the radiation dose of an individual and the radiation dose in the environment. Moreover, in addition to the above-mentioned thermofluorescence characteristics, it has high-resolution thermofluorescence characteristics when used for radiation measurement and the like, and can be used for 1-dimensional measurement of radiation, and radiation imaging It can be suitably used as a two-dimensional dosimeter for radiation used in a device or the like.
以下、本発明の熱蛍光放射線検出デバイスについて説明する。
ここで、上記熱蛍光放射線検出デバイスとは、放射線の各種検出、計測に用いることが可能なものであり、放射線の１次元〜３次元計測に使用することができるものである。
本発明の熱蛍光放射線検出デバイスは、上記熱蛍光体を用いてなるものである。
本発明の熱蛍光放射線検出デバイスにおいては、本発明の上記熱蛍光体をそのまま用いることができる。
本発明の熱蛍光放射線検出デバイスは、上記の熱蛍光特性を有する熱蛍光体を用いるため、放射線計測などに用いた場合において、高い解像度の熱蛍光特性を有し、好適に用いることができる。
Hereinafter, the thermoluminescent radiation detection device of the present invention will be described.
Here, the thermoluminescent radiation detection device can be used for various types of radiation detection and measurement, and can be used for one-dimensional to three-dimensional measurement of radiation.
The thermoluminescent radiation detection device of the present invention is formed using the above-described thermophosphor.
In the thermoluminescent radiation detection device of the present invention, the thermophosphor of the present invention can be used as it is.
Since the thermoluminescent radiation detection device of the present invention uses the thermoluminescent material having the above-described thermofluorescence characteristics, it has high resolution thermofluorescence characteristics when used for radiation measurement and can be suitably used.
本発明は上述した実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、本発明の上記熱蛍光体を粉末状にしてバインダーなどと混合して、既存の板状材料やフィルム材料に塗布し、使用時に板状体やシート状になるように用いてもよい。
また、例えば、本発明の上記熱蛍光体は、単層だけではなく、多層で構成をしてもよい。例えば、各層に放射線の吸収特性や熱蛍光特性が異なる材料を用いて多層構造にし、複数種の放射線を測定するような構成にしてもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the thermoluminescent material of the present invention may be powdered, mixed with a binder, etc., applied to an existing plate material or film material, and used to form a plate or sheet when used.
Further, for example, the thermophosphor of the present invention may be constituted not only by a single layer but also by multiple layers. For example, each layer may be configured to have a multilayer structure using materials having different radiation absorption characteristics and thermofluorescence characteristics, and a plurality of types of radiation may be measured.
以下、本発明について実施例及び比較例を示してさらに具体的に説明するが本発明はこれらに何ら制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not restrict | limited to these at all.
〔実施例１〕
（熱蛍光体、熱蛍光放射線検出デバイス）
実施例１〜３における本発明の熱蛍光体は、表１に示す金属酸化物の組成及び含有量、並びに、発光中心成分及び含有量であるセラミックス材料を常法に従って製造し、得られたセラミックスを８ｃｍ×８ｃｍ×０．１ｃｍの板状体に成形し、本発明の熱蛍光体を製造した。
なお、表１に示す割合は、合計量で１００重量％となる割有である。実施例１においてはＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２ 、ＭｇＯの合計量が１００重量％未満９９重量％以上であり、発光中心成分が１重量％未満含有されており、実施例３においてはその他の成分３．２０重量％中に１重量%未満のＤｙが含有されていることを意味する。
また、得られた本発明の熱蛍光体を、本発明の熱蛍光放射線検出デバイスとして下記の各測定を行った。
(Thermophosphor, thermofluorescence radiation detection device)
The thermophosphors of the present invention in Examples 1 to 3 were produced by producing ceramic materials having the composition and content of metal oxides shown in Table 1 and luminescent center components and content according to a conventional method. Was molded into a plate-like body of 8 cm × 8 cm × 0.1 cm to produce the thermoluminescent material of the present invention.
In addition, the ratio shown in Table 1 is 100% by weight in total. In Example 1, the total amount of Al 2 O 3 , SiO 2 , and MgO is less than 100% by weight and 99% by weight or more, and the emission center component is contained in less than 1% by weight. In Example 3, other components are included. 3. It means that less than 1% by weight of Dy is contained in 20% by weight.
The obtained thermophosphor of the present invention was subjected to the following measurements as the thermoluminescent radiation detection device of the present invention.
〔試験例１〕熱蛍光スペクトル
本発明の熱蛍光体の特性を調べるため、熱蛍光スペクトルを調べた。
熱蛍光スペクトルは、本発明の熱蛍光体に、放射線を照射した後、加熱した際に発する光のスペクトルを測定することにより調べた。
具体的には、実施例１〜３の本発明の熱蛍光体に放射線（Ｘ線）を５Ｇｙ照射した後、測定装置（装置名：「ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＭＵＬＴＩ−ＣＨＡＮＮＥＬ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＰＭＡ−１２」浜松ホトニクス社製）で、３３０℃に加熱し、スペクトル測定を行った。
なお、比較試料としてのＣａＳＯ４：Ｄｙ（硫酸カルシウムのモル数に対して０．１ｍｏｌ％）についても、同様に試験を行った。
得られた結果を図１に示す。
[Test Example 1] Thermofluorescence spectrum In order to investigate the characteristics of the thermophosphor of the present invention, a thermoluminescence spectrum was examined.
The thermofluorescence spectrum was examined by measuring the spectrum of light emitted when the thermophosphor of the present invention was irradiated with radiation and then heated.
Specifically, after irradiating 5 Gy of radiation (X-rays) to the thermoluminescent materials of the present invention of Examples 1 to 3, a measuring device (device name: “PHOTONIC MULTI-CHANNEL ANALYZER PMA-12” manufactured by Hamamatsu Photonics) Then, it was heated to 330 ° C. and spectrum measurement was performed.
Incidentally, CaSO as Comparative Sample 4: For even Dy (0.1 mol% with respect to the number of moles of calcium sulfate), was tested similarly.
The obtained results are shown in FIG.
〔試験例２〕グロー曲線
本発明の熱蛍光体における熱蛍光体のグロー曲線を調べた。
グロー曲線は、本発明の熱蛍光体に、放射線を照射した後、徐々に加熱した際に発する光の強度を測定することにより調べた。
具体的には、実施例１〜３の本発明の熱蛍光体に放射線（Ｘ線）を５Ｇｙ照射した後、グロー曲線測定装置で、室温〜３３０℃までの温度において７．５℃／分の速度で徐々に加熱し、発光する光の強度を測定した。
なお、比較試料としてのＣａＳＯ４：Ｔｍ（型名：ＵＤ１１０Ｓ、松下電器社製）についても、同様に試験を行った。
得られた結果を図２に示す。
[Test Example 2] Glow Curve The glow curve of the thermoluminescent material in the thermoluminescent material of the present invention was examined.
The glow curve was examined by measuring the intensity of light emitted when the thermoluminescent material of the present invention was gradually heated after irradiation with radiation.
Specifically, after applying 5 Gy of radiation (X-rays) to the thermoluminescent materials of the present invention of Examples 1 to 3, 7.5 ° C./min at a temperature from room temperature to 330 ° C. with a glow curve measuring device. The intensity of emitted light was measured by gradually heating at a speed.
Incidentally, CaSO as Comparative Sample 4: Tm (type name: UD110S, Matsushita Electric Co., Ltd.) for were also tested in the same manner.
The obtained results are shown in FIG.
〔試験例３〕放射線照射強度と熱蛍光強度
本発明の熱蛍光体における放射線照射強度と熱蛍光強度との特性を調べた。
放射線照射強度と熱蛍光強度との特性は、本発明の熱蛍光体に、放射線を照射した後、加熱した際に発する光の強度を測定することにより調べた。
具体的には、実施例１及び３の本発明の熱蛍光体に放射線（６ＭＶのＸ線照射装置、Ｖａｒｉａｎ社製「ＣＬＩＮＡＣ−２１ＥＸ Ｌｉｎｅａｒ Ａｃｃｅｌａｒａｔｏｒ）を１，１０，５０，１００Ｇｙそれぞれ照射した後、グロー曲線測定装置で、３３０℃に加熱し、全熱蛍光量を積算した。
なお、比較試料としてのＣａＳＯ４：Ｔｍ（通常の紛体型熱ルミネッセンス線量計型名：ＵＤ１１０Ｓ、松下電器社製）についても、同様に試験を行った。
得られた結果を図３に示す。
図３に示す結果から明らかなように、成形体であるにも関わらず、本発明の熱蛍光体は紛体型の熱ルミネッセンス線量計と同等の感度を有するものであることが判る。
[Test Example 3] Irradiation intensity and thermofluorescence intensity The characteristics of the irradiation intensity and thermofluorescence intensity in the thermophosphor of the present invention were examined.
The characteristics of the radiation irradiation intensity and the thermofluorescence intensity were examined by measuring the intensity of light emitted when the thermophosphor of the present invention was irradiated with radiation and then heated.
Specifically, after irradiating the thermoluminescent material of the present invention of Examples 1 and 3 with 1,10,50,100 Gy of radiation (6MV X-ray irradiation apparatus, “CLINAC-21EX Linear Accelerator” manufactured by Varian), respectively. With a glow curve measuring device, the sample was heated to 330 ° C., and the total thermal fluorescence was integrated.
Incidentally, CaSO as Comparative Sample 4: Tm (normal powder type thermoluminescent dosimeter Model: UD110S, Matsushita Electric Co., Ltd.) for were also tested in the same manner.
The obtained results are shown in FIG.
As is apparent from the results shown in FIG. 3, it can be seen that the thermoluminescent material of the present invention has a sensitivity equivalent to that of the powder type thermoluminescence dosimeter, although it is a molded product.
〔試験例４〕放射線の２次元計測試験
本発明の熱蛍光体の上に物体を載せて放射線を照射することにより、放射線の２次元計測試験を行い、画像提供物としての特性を調べた。
具体的には、実施例１で得られた本発明の熱蛍光体の上にＵＳＢメモリー及び１円玉、並びに、魚類のシシャモを載せ、放射線照射装置（商品名：ＭＳ−８０Ｌａｂｏ、メディエックステックジャパン社製）で放射線（Ｘ線）を５Ｇｙ照射し、放射線照射後の上記熱蛍光体を、熱蛍光画像取得装置により３３０℃、２分の条件で加熱し、上記熱蛍光体を発光させ画像を取得し、得られた画像の解像度を解析した。
条件：
フィルター：赤外カットフィルターのみを使用
得られた画像を図４（ＵＳＢメモリー及び１円玉）、及び図５（魚）に示す。
[Test Example 4] Two-dimensional measurement test of radiation A two-dimensional measurement test of radiation was carried out by placing an object on the thermophosphor of the present invention and irradiating the radiation, and the characteristics as an image provided were examined.
Specifically, a USB memory, a 1-yen coin, and a fish shishamo were placed on the thermoluminescent material of the present invention obtained in Example 1, and a radiation irradiation apparatus (trade name: MS-80 Labo, Mediex Tech). The product is irradiated with 5 Gy of radiation (X-rays), and the thermoluminescent material after the irradiation is heated at 330 ° C. for 2 minutes with a thermofluorescence image acquisition device, causing the thermoluminescent material to emit light and image. And the resolution of the obtained image was analyzed.
conditions:
Filter: Using only an infrared cut filter The obtained images are shown in FIG. 4 (USB memory and 1 yen coin) and FIG. 5 (fish).
〔試験例５〕サイバーナイフの照射位置調整及び治療計画における適性試験
本発明の熱蛍光体のサイバーナイフの照射位置の測定、及び治療計画の作製における適性試験を行った。
（サイバーナイフの照射位置の測定に対する適性試験）
サイバーナイフの照射位置の測定に対する適性試験は、下記のように行った。
実施例１で得られた本発明の熱蛍光体を放射線照射部分に開閉部を有するファントムにファントムの蓋を開けて設置した。設置した本発明の熱蛍光体に、油性インクを用いて点状の印をつけ、サイバーナイフ「サイバーナイフラジオサーチェリーシステム（日本アキュレイ社製）の放射線の照射中心にレーザーがドット照射されるように設けられているレーザーポインタを該印に当てて、レーザーを照射した。
レーザーの照射後、ファントムの蓋を閉じ、サイバーナイフで、放射線（Ｘ線）を下記条件で照射した。放射線の照射の後、ファントムから本発明の熱蛍光体を取出し、熱蛍光画像取得装置により３３０℃、２分の条件で加熱し、熱蛍光体を発光させて画像を取得し、得られた画像を解析した。
放射線照射条件：
線種：Ｘ線
線量：１０Ｇｙ
線束：６ＭＶ
得られた熱蛍光画像を図６のＡ、熱蛍光画像を２値化した画像を図６のＢに示す。
[Test Example 5] Adjusting the irradiation position of the cyberknife and suitability test in the treatment plan The measurement of the irradiation position of the cyberknife of the thermophosphor of the present invention and the suitability test in preparation of the treatment plan were performed.
(Adequacy test for measurement of cyber knife irradiation position)
The aptitude test for the measurement of the irradiation position of the cyber knife was performed as follows.
The thermoluminescent material of the present invention obtained in Example 1 was placed in a phantom having an opening / closing part at a radiation irradiation portion with a phantom lid opened. The installed thermophosphor of the present invention is marked with dots using oil-based ink, so that the laser is dot-irradiated at the center of radiation of the Cyberknife “Cyberknife Radio Searcher System (manufactured by Japan Accurei)” A laser pointer provided on the laser beam was applied to the mark to irradiate the laser.
After the laser irradiation, the lid of the phantom was closed, and radiation (X-rays) was irradiated under the following conditions with a cyber knife. After the irradiation of radiation, the thermophosphor of the present invention is taken out from the phantom, heated at 330 ° C. for 2 minutes by a thermofluorescence image acquisition device, and the image is obtained by causing the thermophosphor to emit light. Was analyzed.
Radiation irradiation conditions:
Line type: X-ray Dose: 10 Gy
Wire bundle: 6MV
The obtained thermofluorescence image is shown in FIG. 6A, and the binarized image is shown in FIG. 6B.
（サイバーナイフの治療計画の作製に対する適性試験）
本発明の熱蛍光体のサイバーナイフの治療計画の作製に対する適性試験は、上記サイバーナイフの照射位置の測定と同様にして、本発明の熱蛍光体を設置し、放射線の照射条件を下記条件に変えて、放射線（Ｘ線）の照射を行い、熱蛍光画像取得装置で熱蛍光体を発光させ画像を取得し、得られた画像を解析することにより行った。試験は、放射線の照射条件を変えて二度行った。
また、比較試験として、本発明の熱蛍光体の代わりに、ラジオクロミックフィルムとしてのガフクロミックフィルム（商品名）を用いた試験を同時に行った。なお、ガフクロミックフィルムを用いた試験においては、ダイナミックレンジが狭いため、放射線量を減らして行った。
得られた結果を図７（放射線照射条件１、Ａ：治療計画、Ｂ：本発明の熱蛍光体による実測）に示す。なお、計測は３００℃、２分で計測した。
放射線照射条件１：
線種：Ｘ線
線量：中心２０Ｇｙ
(Adequacy test for preparation of treatment plan for cyberknife)
The suitability test of the thermophosphor of the present invention for the preparation of the treatment plan of the cyberknife is performed in the same manner as the measurement of the irradiation position of the cyberknife, and the thermophosphor of the present invention is installed and the irradiation condition of radiation is set as follows. It changed by irradiating with radiation (X-rays), emitting a thermophosphor with a thermofluorescence image acquisition device to acquire an image, and analyzing the obtained image. The test was performed twice with different irradiation conditions.
Further, as a comparative test, a test using a gafchromic film (trade name) as a radiochromic film instead of the thermoluminescent material of the present invention was simultaneously performed. In addition, in the test using a guff chromic film, since the dynamic range was narrow, it carried out reducing the radiation dose.
The obtained results are shown in FIG. 7 (radiation irradiation condition 1, A: treatment plan, B: actual measurement using the thermophosphor of the present invention). The measurement was performed at 300 ° C. for 2 minutes.
Radiation irradiation condition 1:
Line type: X-ray Dose: Center 20 Gy
以下、得られた結果及び考察を説明する。
（熱蛍光スペクトル）
本発明の熱蛍光体の特性を調べるため、熱蛍光スペクトルを調べた。
図１に示すように、実施例１及び２の本発明の熱蛍光体は、発光中心成分としてのＣｒに起因するＣｒ３＋の発光準位である６９３ｎｍに鋭いピークを有する高強度の熱蛍光スペクトルが観察された。
また、実施例３の本発明の熱蛍光体は、発光中心成分としてのＤｙに起因するＤｙ３＋の発光準位である４８３ｎｍ及び５７０ｎｍの２つの鋭いピーク、並びに３００〜４８０ｎｍのなだらかな３９０ｎｍを中心とするピークを有する高強度の熱蛍光スペクトルが観察された。
また、対象として用いたＤｙを含有するＣａＳＯ４においては、４８３ｎｍ及び５７０ｎｍの２つの鋭いピークを有する熱蛍光スペクトルが観察された。
以上の結果から、本発明の熱蛍光体は、高強度の熱蛍光を発するものであることがわかる。
Hereinafter, the obtained results and discussion will be described.
(Thermal fluorescence spectrum)
In order to investigate the characteristics of the thermoluminescent material of the present invention, a thermoluminescent spectrum was examined.
As shown in FIG. 1, the thermophosphors of the present invention of Examples 1 and 2 have high intensity thermofluorescence spectra having a sharp peak at 693 nm, which is the emission level of Cr 3+ due to Cr as the emission center component. Was observed.
The thermoluminescent material of the present invention of Example 3 is centered on two sharp peaks at 483 nm and 570 nm, which are emission levels of Dy 3+ due to Dy as the emission center component, and a gentle 390 nm of 300 to 480 nm. A high-intensity thermofluorescence spectrum having the following peak was observed.
Further, in CaSO 4 containing Dy used as a target, a thermofluorescence spectrum having two sharp peaks of 483 nm and 570 nm was observed.
From the above results, it can be seen that the thermoluminescent material of the present invention emits high-intensity thermofluorescence.
（グロー曲線）
本発明の熱蛍光体における熱蛍光体のグロー曲線を調べた。
図２に示すように、実施例１の本発明の熱蛍光体は、１１０〜２３０℃において１７０℃に高強度のピーク、及び、２５０〜３５０℃において３００℃に高強度のピークを有するグロー曲線であった。
また、実施例２の本発明の熱蛍光体は、１１０〜１９０℃において１５０℃に高強度のピーク、及び、２５０〜３５０℃において３００℃に高強度のピークを有するグロー曲線であった。
また、実施例３の本発明の熱蛍光体は、４０〜１４０℃において９０℃に高強度のピークを有するグロー曲線であった。
また、対象として用いたＴｍを含有するＣａＳＯ４においては、６０〜１４０℃において１００℃のピーク、及び、１５０〜３５０℃において２４０℃にピークを有するグロー曲線であった。
以上の結果から、本発明の熱蛍光体は、室温より高い温度に、高強度の熱蛍光のピークを有するものであることがわかり、操作しやすいものであることがわかる。また、グロー曲線から、実施例１及び２は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするものであるが、形成成分や結晶構造などを変えることにより放射線捕捉特性を制御することが可能なことがわかる。
また、これらの実施例の実施中でも実施例２のように酸化アルミニウムの純度が高い場合には、焼成温度が高くなり、また原料が高価である。これらの点においては実施例１や３のように、上記構成成分により構成されるセラミックスを用いてなる熱蛍光体の方が、安価に原料を入手でき、かつ純度が低いので焼成温度も低く、結果として生産コストが低くなる点で有利である。さらに実施例１及び３のように上記構成成分により構成されている熱蛍光体の方が、放射線のイメージング特性も高くなる傾向にある。
更に、板の透過性を高めると感度は高くなるものの、画像のボケを生じやすく、かつ、高純度の材料を使用して時間をかけて結晶化を進めなければならないため生産コストがとても高くなるが、実施例１や３のように上記構成成分により構成されている熱蛍光体では、後述するように鮮明な画像を得ることができる。
(Glow curve)
The glow curve of the thermoluminescent material in the thermoluminescent material of the present invention was examined.
As shown in FIG. 2, the thermophosphor of the present invention of Example 1 has a glow curve having a high intensity peak at 170 ° C. at 110 to 230 ° C. and a high intensity peak at 300 ° C. at 250 to 350 ° C. Met.
The thermoluminescent material of the present invention of Example 2 was a glow curve having a high intensity peak at 150 ° C. at 110 to 190 ° C. and a high intensity peak at 300 ° C. at 250 to 350 ° C.
Moreover, the thermoluminescent material of the present invention of Example 3 had a glow curve having a high intensity peak at 90 ° C. at 40 to 140 ° C.
In the CaSO 4 containing Tm used as target, the peak of 100 ° C. at 60 to 140 ° C., and was glow curve has a peak at 240 ° C. at 150 to 350 ° C..
From the above results, it can be seen that the thermophosphor of the present invention has a high-intensity thermofluorescence peak at a temperature higher than room temperature and is easy to operate. Further, from the glow curve, Examples 1 and 2 are mainly composed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), but it is possible to control the radiation trapping characteristics by changing the formation component, crystal structure, and the like. I understand that.
Further, even in the implementation of these examples, when the purity of aluminum oxide is high as in Example 2, the firing temperature is high, and the raw materials are expensive. In these respects, as in Examples 1 and 3, the thermophosphor using the ceramics composed of the above-described constituents can be obtained at a lower cost, and the purity is lower, so the firing temperature is lower, As a result, it is advantageous in that the production cost is lowered. Furthermore, the thermophosphor composed of the above components as in Examples 1 and 3 tends to have higher radiation imaging characteristics.
Furthermore, increasing the transparency of the plate increases the sensitivity, but tends to cause blurring of the image, and the production cost is very high because crystallization must be advanced over time using a high-purity material. However, with the thermoluminescent material composed of the above components as in Examples 1 and 3, a clear image can be obtained as will be described later.
（放射線照射強度と熱蛍光強度）
本発明の熱蛍光体における放射線照射強度と熱蛍光との特性を調べた。
図３に示すように、実施例１及び３の本発明の熱蛍光体は、放射線（Ｘ線）の照射量が１〜１００Ｇｙにおいて、放射線の照射線量に依存して直線的に発光量が増加するものであった。一方、対象のＵＤ１１０Ｓにおいては、放射線照射量が１Ｇｙ、１０Ｇｙにおいては放射線の照射線量に依存した直線的な発光量の増加がみられるが、１００Ｇｙにおいてその直線的な増加性が失われている。
以上の結果から、本発明の熱蛍光体は、ダイナミックレンジが広く、放射線の定量性にすぐれ、熱蛍光強度が高く感度の高いものであり、放射線の定量に好適に使用できるものであることがわかる。また、放射線治療などで用いられる１〜１００Ｇｙの放射線量において好適に使用できるものであることがわかる。
(Radiation irradiation intensity and thermofluorescence intensity)
The characteristics of radiation intensity and thermofluorescence in the thermophosphor of the present invention were examined.
As shown in FIG. 3, in the thermophosphors of the present invention of Examples 1 and 3, the light emission amount increases linearly depending on the radiation dose when the radiation (X-ray) dose is 1 to 100 Gy. It was something to do. On the other hand, in the target UD110S, when the radiation dose is 1 Gy and 10 Gy, a linear light emission increase depending on the radiation dose is observed, but at 100 Gy, the linear increase is lost.
From the above results, the thermophosphor of the present invention has a wide dynamic range, excellent quantification of radiation, high thermofluorescence intensity and high sensitivity, and can be suitably used for quantification of radiation. Recognize. Moreover, it turns out that it can be used conveniently in the radiation dose of 1-100 Gy used by radiation therapy etc.
（２次元計測試験）
本発明の熱蛍光体（実施例１の熱蛍光体）の２次元計測試験を行い、本発明の熱蛍光体の画像提供物としての特性を調べた。
図４及び５に示すように、Ｘ線を透過する量が場所によって異なり、その異なる放射線の量に応じた熱蛍光による画像が得られていることがわかる。
また、画像の解像度は、約８０μｍであった。
このように、本発明の熱蛍光体は、Ｘ線の吸収量及び位置を高い解像度で把握することができるため、放射線の１次元測定だけではなく２次元測定にも有用なものであることがわかる。
(2D measurement test)
A two-dimensional measurement test of the thermoluminescent material of the present invention (the thermoluminescent material of Example 1) was performed, and the characteristics of the thermoluminescent material of the present invention as an image providing material were examined.
As shown in FIGS. 4 and 5, it can be seen that the amount of X-ray transmitted differs depending on the location, and an image by thermofluorescence corresponding to the different amount of radiation is obtained.
Further, the resolution of the image was about 80 μm.
Thus, since the thermophosphor of the present invention can grasp the amount and position of X-ray absorption with high resolution, it can be useful not only for one-dimensional measurement of radiation but also for two-dimensional measurement. Recognize.
（サイバーナイフの照射位置の測定における適性試験）
本発明の熱蛍光体（実施例１の熱蛍光体）のサイバーナイフの照射位置の測定における適性試験を行った。
図６のＡ及びＢに示すように、本発明の熱蛍光体を用いて、照射位置が正確に測定されていることがわかる。
また、従来のガフクロミックフィルムを用いた場合は、試験をするたびにレーザーポインターの照射位置をマーキングする操作が必要であるのに対し、本発明の熱蛍光体を用いた本試験では、繰り返し使用することができるため耐熱マジックの使用や金属マーカー等を埋め込むことにより照射位置のマーキング操作は不要であり、簡便に行うことが可能であることがわかる。
以上から、本発明の熱蛍光体は、サイバーナイフの照射位置の測定に好適に用いることが可能であることがわかる。
(Adequacy test in the measurement of the irradiation position of the cyber knife)
The aptitude test in the measurement of the irradiation position of the cyber knife of the thermophosphor of the present invention (the thermophosphor of Example 1) was performed.
As shown to A and B of FIG. 6, it turns out that the irradiation position is measured correctly using the thermophosphor of this invention.
In addition, when using a conventional gafchromic film, it is necessary to mark the irradiation position of the laser pointer every time the test is performed, whereas in this test using the thermoluminescent material of the present invention, it is used repeatedly. Therefore, it can be seen that by using a heat-resistant magic or by embedding a metal marker or the like, the marking operation of the irradiation position is unnecessary and can be easily performed.
From the above, it can be seen that the thermophosphor of the present invention can be suitably used for measuring the irradiation position of the cyber knife.
（サイバーナイフの治療計画の作製に対する適性試験）
本発明の熱蛍光体（実施例１の熱蛍光体）のサイバーナイフの治療計画の作製に対する適性試験を行った。
図７に示すように、本発明の熱蛍光体を用いた結果は、治療計画の検証等に有用であることがわかる。
従来のガフクロミックフィルムはダイナミックレンジが狭いため、実際に治療に用いるレベルの放射線量を用いることができず、照射する放射線量を減らして治療計画のための試験を行わなければならないのに対し、本発明の熱蛍光体は、実際に治療に用いるレベルの放射線量を用いて、従来のガフクロミックフィルム以上の結果が得られることがわかる。
また、従来のガフクロミックフィルムは、一度しか使用できないものであるが、本発明の熱蛍光体は熱処理により繰り返し再利用できるものであり、再利用の場合においても同様の結果を得ることができた（図示せず）。
以上から、本発明の熱蛍光体は、サイバーナイフの治療計画の作製に好適に用いることが可能であることがわかる。
(Adequacy test for preparation of treatment plan for cyberknife)
The suitability test for the preparation of the treatment plan of the cyber knife of the thermophosphor of the present invention (the thermophosphor of Example 1) was conducted.
As shown in FIG. 7, it can be seen that the result using the thermophosphor of the present invention is useful for verification of a treatment plan and the like.
Conventional gafchromic films have a narrow dynamic range, so it is not possible to use the radiation dose at the level actually used for treatment, while the radiation dose to be irradiated must be reduced to conduct a test for treatment planning, It can be seen that the thermophosphor of the present invention can achieve a result higher than that of the conventional gafchromic film using the radiation dose at the level actually used for treatment.
Further, the conventional gafchromic film can be used only once, but the thermophosphor of the present invention can be repeatedly reused by heat treatment, and the same result could be obtained even in the case of reuse. (Not shown).
From the above, it can be seen that the thermophosphor of the present invention can be suitably used for the preparation of a cyberknife treatment plan.
（熱蛍光放射線検出デバイス）
以上の結果から、本発明の熱蛍光体を用いてなる、本発明の熱蛍光放射線検出デバイスは好適に、放射線イメージングなどの放射線の２次元測定にも用いることができるものであることがわかる。
(Thermofluorescence radiation detection device)
From the above results, it can be seen that the thermoluminescent radiation detection device of the present invention using the thermophosphor of the present invention can be suitably used for two-dimensional measurement of radiation such as radiation imaging.
本発明の熱蛍光体は、取扱いが容易で、繰り返し利用することが可能で、感度と解像度が高く、ダイナミックレンジが広いため、個人被曝線量計、放射線の２次元測定（放射線イメージング）、放射線の３次元測定、サイバーナイフやリニアックの照射位置の測定や治療計画の作製等に応用できる。
The thermophosphor of the present invention is easy to handle, can be used repeatedly, has high sensitivity and resolution, and has a wide dynamic range, so that it can be used for personal dosimeters, two-dimensional measurement of radiation (radiation imaging), It can be applied to three-dimensional measurement, measurement of irradiation position of cyberknife and linac, and preparation of treatment plan.
Claims (6)
微量の発光中心成分を含有し、
上記金属酸化物は、Ａｌ ２ Ｏ ３ と、ＭｇＯとＳｉＯ ２ との混合物を含み、
上記発光中心成分は、Ｃｒ又はＤｙである
ことを特徴とする熱蛍光体。 Made of ceramics with metal oxide as the main component,
Contains a small amount of luminescent center component ,
The metal oxide includes Al 2 O 3 and a mixture of MgO and SiO 2 ,
The thermoluminescent material, wherein the emission center component is Cr or Dy .
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱蛍光体。 The Al 2 O 3, the thermal phosphor according to claim 1 or 2, characterized in that it is contained 10 to 98 wt% of the total of all the structural components.
又はOr
上記発光中心成分がＤｙであり、上記金属酸化物がさらにＭｇＯ及びＦｅThe luminescent center component is Dy, and the metal oxide further includes MgO and Fe. ２2 ＯO ３3 を含み、且つＡｌAnd Al ２2 ＯO ３3 の含有量が１０〜３０重量％である、Is 10 to 30% by weight,
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱蛍光体。The thermophosphor according to any one of claims 1 to 4, wherein
A thermoluminescent radiation detection device comprising the thermophosphor according to any one of claims 1 to 5 .
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