JP6430097B2 - コンプトン散乱ｘ線検出器用増感紙、ｘ線検出器、およびｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線検出器用増感紙、Ｘ線検出器およびＸ線検査装置に関する。

一般に、航空機内に荷物を持ち込む際には、航空機の安全運行を確保するために、空港内で予め荷物の検査を行っている。手荷物検査装置としては、Ｘ線の透過を利用した透過Ｘ線検査装置やＸ線のコンプトン散乱を利用したコンプトン散乱Ｘ線検査装置が一般的に使用されている。透過Ｘ線やコンプトン散乱Ｘ線を利用したＸ線検査装置において、透過Ｘ線もしくはコンプトン散乱Ｘ線はＸ線検出器に導かれる。これら検出Ｘ線は蛍光体で可視光に変換される。可視光の強度は光電子倍増管（ホトマルチプライア）で検出される。可視光の強度に応じて荷物の内部を画像化することで、荷物の検査が実施される。

荷物検査の精度を上げるためには、より鮮明な画像を得る必要がある。そのためには、十分な強度の可視光をホトマルチプライアに入力することが求められる。可視光の強度は、荷物等に照射するＸ線の強度に応じて高めることができる。ただし、空港荷物検査装置のように、公の場所に設置されるＸ線検査装置では、照射するＸ線の強度を高めることで装置が大型化するだけでなく、危険性が増大する。そこで、Ｘ線を可視光に変換する効率が高い蛍光体が求められる。可視光への変換効率に優れる蛍光体を使用することで、Ｘ線の照射強度を高めることなく、高輝度の可視光を得ることができ、その結果としてホトマルチプライアに十分な強度の可視光を入力することが可能になる。

Ｘ線検査装置に使用される蛍光体としては、Ａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｄ（ＡはＧｄ、ＬａおよびＹから選ばれる少なくとも１種の元素、ＤはＴｂおよびＰｒから選ばれる少なくとも１種の元素、あるいはこの元素とＣｅおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種の元素との混合物）で表される組成を有する希土類酸硫化物蛍光体や、ＢａＦＸ：Ｅ（ＸはＣｌおよびＢｒから選ばれる少なくとも１種の元素、ＥはＥｕまたはＥｕとＣｅおよびＹｂから選ばれる少なくとも１種の元素との混合物）で表される組成を有するハロゲン化バリウム蛍光体が知られている。これらの蛍光体は透過Ｘ線やコンプトン散乱Ｘ線を可視光に変換する効率に優れることから、Ｘ線検査装置用の蛍光体として有効である。

しかしながら、最近では検査荷物の多様化によって、複雑な形状をより正確に判別することが求められている。検査画像を明瞭化して検査感度の向上を図るために、照射するＸ線の強度を高めると、上述したようにＸ線検査装置の大型化を招くと共に、危険性が増大する。このため、比較的低強度の照射Ｘ線を用いた場合においても、十分な検出感度が得られるＸ線検出器が強く望まれている。さらに、このようなＸ線検出器を用いることで、小型で危険性が少なく、明瞭な検査画像が得られるＸ線検査装置が強く望まれている。

特開平０５−１０００３７号公報

本発明が解決しようとする課題は、比較的低強度のＸ線で十分な検出感度を得ることを可能にしたＸ線検出器用増感紙とそれを用いたＸ線検出器を提供することにあり、さらにそのようなＸ線検出器を用いることによって、小型で危険性が少なく、明瞭な検査画像を得ることを可能にしたＸ線検査装置を提供することにある。

実施形態のコンプトン散乱Ｘ線検出器用増感紙は、支持体と、支持体上に形成され、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体からなる蛍光体粒子とバインダとを含有する蛍光体層と、前記蛍光体層上に設けられた保護膜とを具備する。プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体は、酸硫化ガドリニウム１モルに対して０．０００１モル以上０．００５モル以下のプラセオジムを含有する。蛍光体粒子は、８．３３μｍ以上１５．４７μｍ以下の範囲内に存在する粒度分布の最頻値と、前記範囲内に入る粒径を有する粒子の比率が５０体積％以上６１体積％以下である粒度分布とを有する。さらに、蛍光体層は、６０体積％以上６５体積％以下の範囲の蛍光体粒子と、５体積％以上１５体積％以下の範囲のバインダと、１０体積％以上３５体積％以下の範囲の空隙とを含有する。支持体および保護膜は、透明または不透明な樹脂フィルムからなる。

実施形態のＸ線検査装置の構成を模式的に示す斜視図である。 実施形態のＸ線検出器の構成を示す断面図である。 実施形態の増感紙の第１の構成例を示す断面図である。 実施形態の増感紙の第２の構成例を示す断面図である。 実施形態の増感紙の第３の構成例を示す断面図である。 実施形態の増感紙で用いるプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の粒度分布の一例を示す図である。 実施形態の増感紙で用いるユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の粒度分布の一例を示す図である。 増感紙の蛍光体層を構成するプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の粒度分布および充填率の組合せと増感紙の発光出力との関係を示す図である。 増感紙の蛍光体層を構成するユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の粒度分布および充填率と増感紙の発光出力との関係を示す図である。 透過型蛍光発生部の増感紙における蛍光体の塗布質量および反射型蛍光発生部の増感紙における蛍光体の塗布質量と相対光出力との関係を示す図である。 透過型蛍光発生部の増感紙および反射型蛍光発生部の増感紙における蛍光体の合計塗布質量と相対光出力との関係を示す図である。 透過型蛍光発生部および反射型蛍光発生部の増感紙の組合せと照射するＸ線のＸ線管電圧と相対光出力との関係を示す図である。

以下、実施形態のＸ線検出器用増感紙、Ｘ線検出器、およびＸ線検査装置について、図面を参照して説明する。図１は実施形態によるＸ線検査装置の構成を模式的に示す図である。図２は図１に示すＸ線検査装置で用いられるＸ線検出器の構成を示す図である。図３ないし図５は図２に示すＸ線検出器に用いられる増感紙の構成例を示す図である。図１に示すＸ線検査装置は、例えば空港荷物検査装置に適用される。

図１に示すＸ線検査装置は、Ｘ線照射部としてＸ線管１を備えている。Ｘ線管１から射出されたＸ線Ａは、直線コリメータ２によって、所定の幅を有するスリット状にコリメートされる。コリメートされたＸ線Ｂは、半径方向に複数のスリットが設けられた回転コリメータ３によって、直線運動を反復して行うペンシルビーム状に整形される。ペンシルビーム状のＸ線Ｃは、例えばコンベア４で移動する被検査物、例えば荷物５に対して走査照射される。被検査物である荷物５は、Ｘ線の検出感度に応じた速度で移動する。

荷物５で反射されたＸ線、すなわちコンプトン散乱Ｘ線Ｄは、散乱Ｘ線検出器６によって検出される。荷物５を透過した透過Ｘ線Ｅは、透過Ｘ線検出器７によって検出される。散乱Ｘ線検出器６により検出されたコンプトン散乱Ｘ線Ｄおよび透過Ｘ線検出器７により検出された透過Ｘ線Ｅは、連続的な強度値として測定される。このＸ線強度に応じて液晶ディスプレー等の表示部８に、荷物５内部の状態が画像化されて表示される。表示部８に表示された画像によって、荷物５の内部の検査が実施される。

散乱Ｘ線検出器６および透過Ｘ線検出器７は、以下に示すような構成を有している。散乱Ｘ線検出器６を例として説明する。なお、透過Ｘ線検出器７の基本構造は、散乱Ｘ線検出器６と同様である。図２に示すように、ペンシルビーム状のＸ線Ｃの通過用間隙が形成されるように、２つの散乱Ｘ線検出器６が配置される。散乱Ｘ線検出器６の配置形状や配置数はこれに限定されるものではなく、Ｘ線Ｃを通過させることができ、かつ荷物５からの散乱Ｘ線を入射させることが可能な構成であればよい。

散乱Ｘ線検出器６は、１つの側面を傾斜させた筐体状の検出器本体９を有している。検出器本体９の荷物５と対向する面は、Ｘ線の入射部９ａとされている。Ｘ線入射部９ａはＸ線を透過する材質、例えば樹脂で形成されている。Ｘ線入射部９ａを除く検出器本体９の他の部分９ｂは、検出器本体９の強度を維持するために、例えばアルミニウムで構成されている。検出器本体９のＸ線入射部９ａを除く部分９ｂの外面は、鉛等のＸ線遮蔽部材１０によって覆われている。これは外部からのＸ線の影響を排除するためである。

検出器本体９のＸ線入射部９ａの内側には、透過型蛍光発生部１１が設けられている。透過型蛍光発生部１１は、発光方向を検出器本体９の内側に向けた透過型の増感紙１２を有している。検出器本体９のＸ線入射部９ａを除く部分９ｂの内側には、反射型蛍光発生部１３が設けられている。反射型蛍光発生部１３は、検出器本体９のＸ線入射部９ａを除く部分９ｂの内壁面に沿って設けられている。反射型蛍光発生部１３は、反射型または透過型の増感紙１４を有している。反射型の増感紙１４は、反射による発光方向が検出器本体９の内側を向くように配置される。透過型の増感紙１４を用いる場合、増感紙１４の発光を検出器本体９等で反射させることで、発光を検出器本体９の内側に導く。

Ｘ線入射面９ａと直角を成す検出器本体９の側面Ｓには、光電変換部としてホトマルチプライア１５が設けられている。ホトマルチプライア１５は、透過型蛍光発生部１１および反射型蛍光発生部１３から発光された可視光を受光するように設置されている。ホトマルチプライア１５は、４００ｎｍ付近に受光感度のピークを有するものが好ましい。このようなホトマルチプライア１５の具体例としては、浜松ホトニクス社製のＲ−１３０７（商品名）が挙げられる。ただし、これに限られるものではない。

Ｘ線検出器６のＸ線入射部９ａに入射したコンプトン散乱Ｘ線Ｄ１は、透過型蛍光発生部１１の増感紙１２に照射される。コンプトン散乱Ｘ線Ｄ１の照射に基づいて、増感紙１２は選択した蛍光体に応じた可視光ａを発光する。可視光ａは検出器本体９の内側に向けて放射される。Ｘ線入射部９ａを透過したコンプトン散乱Ｘ線Ｄ２は、反射型蛍光発生部１３の増感紙１４に照射される。コンプトン散乱Ｘ線Ｄ２の照射に基づいて、増感紙１４は選択した蛍光体に応じた可視光ｂを発光する。可視光ｂは検出器本体９の内側に向けて放射される。可視光ａ、ｂはホトマルチプライア１５により検知され、可視光ａ、ｂの合計強度が測定される。このようにして、Ｘ線検出器６に入射したコンプトン散乱Ｘ線、すなわち荷物５からのコンプトン散乱Ｘ線Ｄの強度が求められる。

コンプトン散乱Ｘ線による検査原理は、以下に示す通りである。エネルギーＥ_０および強度Ｉ_０を有するＸ線が、厚さｔを有する吸収体を透過した後の強度Ｉは、以下の式（１）により求められる。
Ｉ＝Ｉ_０ｅ^−μｔ …（１）
式（１）において、μは物質に固有の係数（単位：ｃｍ^−１）で、線減弱係数と呼ばれるものであり、エネルギーＥ_０のＸ線が１ｃｍ進む間に減弱する比率を示す。μは原子番号の大きい物質ほど大きいという性質を有し、式（２）のように分解することができる。
μ＝τ＋σ_Ｔ＋σ_Ｃ＋κ …（２）
式（２）において、τは光電効果による吸収係数、σ_Ｔはトムソン散乱による散乱係数、σ_Ｃはコンプトン散乱による散乱係数、κは電子対創生による吸収係数である。

エネルギーＥ_１および強度Ｉ_０を有するＸ線が、吸収体の表面から深さｘの位置まで入射した場合、ｘの位置におけるＸ線の強度Ｉ_１は、式（３）により求められる。
Ｉ_１＝Ｉ_０ｅ^−μｘ …（３）
式（３）において、μはエネルギーＥ_１を有するＸ線の線減弱係数である。
ｘの位置で発生し、かつＸ線の入射方向に対して角度θの方向に散乱するコンプトン散乱Ｘ線の強度Ｉ_２は、式（４）により求められる。
Ｉ_２＝ａσ_ＣＩ_１ …（４）
式（４）において、ａは比例定数である。

発生したコンプトン散乱Ｘ線が表面から出てくるときの強度Ｉ_３は、発生した点から表面までの距離がｂｘ（ｂ＝１／ｃｏｓθ）であるので、式（５）から求められる。
Ｉ_３＝Ｉ_２ｅ^{−μ′ｂｘ} …（５）
式（５）において、μ′は散乱Ｘ線の線減弱係数である。
従って、コンプトン散乱Ｘ線の強度Ｉ_３は、式（３）、式（４）および式（５）式に基づいて、以下の式（６）により求められる。
Ｉ_３＝ａσ_ＣＩ_０ｅ^{−（μ＋ｂμ′）ｘ} …（６）
従って、厚さｔを有する吸収体を通過した場合のコンプトン散乱Ｘ線の総量は、以下の式（７）から求められる。

ａＩ_０は、原子番号によらない一定値なので、コンプトン散乱Ｘ線は物質により変化する、σ_Ｃ／（μ＋ｂμ′）の値によって、その強度が変化する。σ_Ｃ／（μ＋ｂμ′）の値は原子番号が小さい物質ほど大きくなる。従って、コンプトン散乱Ｘ線を検出することによって、プラスチック製品のような原子番号が小さい元素から主として構成される物質を見分けることができる。すなわち、プラスチック製品等の検査を実施することができる。

透過型蛍光発生部１１や反射型蛍光発生部１３に用いられる増感紙１２、１４は、プラスチックフィルムや不織布等からなる支持体１６と、支持体上１６に形成された蛍光体層１７とを備えている。蛍光体層１７は、例えば蛍光体粒子とバインダとのスラリー状混合物を支持体１６上に塗布することにより形成される。蛍光体層１７を構成するバインダは、一般的に樹脂バインダであり、各種の有機樹脂が用いられる。支持体１６上に塗布されたスラリー状混合物（塗布層）は、支持体１６と共にプレス機に通すことが好ましい。蛍光体層１７は、蛍光体粒子とバインダ（例えば樹脂バインダ）とを含有している。

蛍光体層１７を構成する蛍光体粒子は、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体、またはユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体からなる。プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体は、
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ:Ｐｒ_ａ …（８）
で表される組成を有することが好ましい。式（８）において、ａは酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）1モルに対するプラセオジム（Ｐｒ）の付活量であり、０．０００１〜０．００５モルの範囲が好ましい。Ｐｒの付活量が０．０００１モル未満であると発光中心となる存在が少なく、効率よく発光しない状態になりやすい。Ｐｒの付活量が０．００５モルを超えると、濃度消光と呼ばれる現象により発光効率が低下しやすい。Ｐｒの一部はＴｂ、Ｙｂ、Ｃｅ等で置換してもよい。Ｇｄの一部はＬａ、Ｙ等で置換してもよい。

ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体は、
ＢａＦＣｌ：Ｅｕ_ｂ …（９）
で表される組成を有することが好ましい。式（９）において、ｂはフッ化塩化バリウム（ＢａＦＣｌ）１モルに対するユーロピウム（Ｅｕ）の付活量であり、０．００３〜０．０１５モルの範囲が好ましい。Ｅｕ付活量が０．００３モル未満であると発光中心となる存在が少なく、効率よく発光しない状態になりやすい。Ｅｕ付活量が０．０１５モルを超えると、濃度消光と呼ばれる現象により発光効率が低下しやすい。Ｅｕの一部はＣｅ、Ｙｂ等で置換してもよい。ＦおよびＣｌの一部は、Ｂｒ、Ｉ等で置換してもよい。

プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体、およびユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体は、いずれも透過Ｘ線やコンプトン散乱Ｘ線を可視光に変換する効率に優れるため、Ｘ線検出器６の透過型蛍光発生部１１や反射型蛍光発生部１３に使用する蛍光体として有効である。ただし、検査荷物の多様化によって、Ｘ線検査装置には複雑な形状をより正確に判別することが求められている。このような点に対して、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体やユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を含めて、Ｘ線検出用蛍光体の発光効率の向上はこれまでに種々なされてきたが、それによるＸ線検出器の大幅な性能改善は期待できない状況になってきている。

そこで、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体に関しては、蛍光体粒子の中心粒径Ｄ１（μｍ）に対して［Ｄ１±０．３Ｄ１］の範囲（中心粒径Ｄ１の±３０％の範囲）内に入る粒径を有する粒子の比率が４５体積％以上である粒度分布を有する蛍光体粒子を用いている。さらに、蛍光体層１７におけるプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の充填率を６０体積％以上としている。このような蛍光体層１７を適用することによって、増感紙１２、１４の発光出力を改善することができる。増感紙１２、１４の発光出力を高めることで、コンプトン散乱Ｘ線Ｄの検出感度が向上し、これにより被検査物である荷物５の内部をより鮮明に画像化することが可能となる。

プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の中心粒径Ｄ１に対して［Ｄ１±０．３Ｄ１］の範囲（中心粒径Ｄ１の±３０％の範囲）内に入る粒径を有する粒子の比率は５０体積％以上であることがより好ましい。さらに、蛍光体粒子の中心粒径Ｄ１は１〜２０μｍの範囲であることが好ましい。蛍光体粒子の中心粒径Ｄ１が１μｍ未満であると、蛍光体層１７の光透過率が低くなり、光出力が低下するおそれがある。一方、中心粒径Ｄ１が２０μｍを超えると、蛍光体の製造時における収率が低下し、製造コストが高くなるおそれがある。中心粒径Ｄ１は２〜１５μｍの範囲がより好ましい。

ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体に関しては、蛍光体粒子の中心粒径Ｄ２に対して［Ｄ２±０．３Ｄ２］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率が４５体積％以上である粒度分布を有する蛍光体粒子を用いている。さらに、蛍光体層１７におけるユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の充填率を４５体積％以上としている。このような蛍光体層１７を適用することによって、増感紙１２、１４の発光出力を改善することができる。増感紙１２、１４の発光出力を高めることで、コンプトン散乱Ｘ線Ｄの検出感度が向上し、これにより荷物５の内部をより鮮明に画像化することが可能となる。

ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の中心粒径Ｄ２に対して［Ｄ２±０．３Ｄ２］の範囲（中心粒径Ｄ２の±３０％の範囲）内に入る粒径を有する粒子の比率は５０体積％以上であることがより好ましい。さらに、蛍光体粒子の中心粒径Ｄ２は１〜２０μｍの範囲であることが好ましい。蛍光体粒子の中心粒径Ｄ２が１μｍ未満であると、蛍光体層１７の光透過率が低くなり、光出力が低下するおそれがある。一方、中心粒径Ｄ２が２０μｍを超えると、蛍光体の製造時における収率が低下し、製造コストが高くなるおそれがある。中心粒径Ｄ２は２〜１５μｍの範囲であることがより好ましい。

上述した蛍光体粒子の粒度分布は、例えば任意の粒度分布を有する蛍光体の小粒子や大粒子を篩分け等により取り除いたり、蛍光体を合成（焼成）するときに蛍光体粒子の成長を制御する融剤の量や種類を選択したり、あるいは粒度分布がシャープな蛍光体原料を使用して蛍光体を合成することにより実現できる。

蛍光体粒子の粒度分布は、電気抵抗法（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ）により測定することができる。蛍光体粒子の中心粒径とは、電気抵抗法により測定した累積粒度分布（百分率）に対して、５０％の横軸と交差する点の粒子径である。蛍光体層における蛍光体粒子の粒度分布は、増感紙を焼成して蛍光体粒子のみを得た後に測定することができる。具体的には、蛍光板を小さく切り刻んだ後、約４００〜６００℃で焼成し、有機化合物であるバインダ、支持体、保護膜等を除去することによって、蛍光体粒子のみを得る。あるいは、蛍光板から蛍光体層を削り取った後、上記条件で焼成して蛍光体粒子を得る。場合によっては、蛍光体粒子の分散性を良好にするために、超音波振動を利用する。この後、得られた蛍光体粒子の粒度分布を測定する。

蛍光体粒子の粒度分布は、蛍光体層の断面をＳＥＭ観察することにより測定することもできる。具体的には、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体を用いた場合には、蛍光体層の断面の４００〜１０００倍のＳＥＭ写真を撮り、約１８０００μｍ^２の面積から約２００個以上の蛍光体粒子を測定し、この測定結果に基づいて粒度分布を評価する。ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を用いた場合には、蛍光体層の断面の６００〜１５００倍のＳＥＭ写真を撮り、約２８００μｍ^２の面積から約２００個以上の蛍光体粒子を測定し、この測定結果に基づいて粒度分布を評価する。

蛍光体層１７における蛍光体粒子の充填率Ｐは、式（１０）により求めた値とする。
Ｐ＝Ｖ_Ｐ／Ｖ＝Ｗ／Ｖ／ρ_Ｐ …（１０）
式（１０）において、Ｖ_Ｐは蛍光体の体積、Ｖは蛍光体層の体積、Ｗは蛍光体の質量、ρ_Ｐは蛍光体の密度である。蛍光体層の体積Ｖは、蛍光体層の大きさ（寸法）と蛍光体層の厚さから求められ、蛍光体層の厚さはＳＥＭ写真等から測定される。蛍光体の質量Ｗは、上述した増感紙の焼成方法を適用して蛍光体粒子のみを得て測定する。

図６にプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の粒度分布の一例（実施例）を、従来の粒度分布（比較例）と対比して示す。図６において、実施例のプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子は、中心粒径Ｄ１が１１．９μｍであり、［Ｄ１±０．３Ｄ１］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率は６２体積％である。比較例のプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子は、中心粒径Ｄ１が１１．９μｍであるものの、［Ｄ１±０．３Ｄ１］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率は４２体積％である。

図７にユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の粒度分布の一例（実施例）を、従来の粒度分布（比較例）と対比して示す。図７において、実施例のユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子は、中心粒径Ｄ２が６．４μｍであり、［Ｄ２±０．３Ｄ２］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率は５２体積％である。比較例のユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子は、中心粒径Ｄ２が６．４μｍであるものの、［Ｄ２±０．３Ｄ２］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率は４３体積％である。

図６や図７に示すように、この実施形態で用いられるプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子やユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の特徴は、多くの粒子が中心粒径の近傍の粒径範囲に存在することにある。このような粒度分布を有する蛍光体粒子を使用することによって、蛍光体層１７における蛍光体粒子の充填率を高めることができる。プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体に関しては、蛍光体粒子の充填率を６０体積％以上とすることができる。ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体に関しては、蛍光体粒子の充填率を４５体積％以上とすることができる。

上記したような蛍光体粒子の粒度分布および充填率を実現することによって、増感紙１２、１４の発光出力、すなわち増感紙１２、１４に透過Ｘ線やコンプトン散乱Ｘ線を照射したときに発光する可視光の出力（輝度）が向上する。図８はプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体粒子の粒度分布（［Ｄ１±０．３Ｄ１］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率）と充填率とを変化させた場合の増感紙の発光出力を示す。図９はユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体粒子の粒度分布（［Ｄ２±０．３Ｄ２］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率）と充填率とを変化させた場合の増感紙の発光出力を示す。発光出力は、Ｘ線管電圧が１２０ｋＶｐのＸ線を増感紙に照射した際の輝度の相対値である。

図８から明らかなように、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体を用いた増感紙においては、蛍光体粒子の粒度分布が４５％以上で、かつ蛍光体粒子の充填率が６０体積％以上の場合に高い発光出力が得られる。図９から明らかなように、ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を用いた増感紙においては、蛍光体粒子の粒度分布が４５％以上で、かつ蛍光体粒子の充填率が４５体積％以上の場合に高い発光出力が得られる。このような増感紙を用いてＸ線検出器６、７を構成することによって、ホトマルチプライア１５に入力される可視光の輝度を高めることができる。すなわち、透過型蛍光発生部１１および反射型蛍光発生部１３の光出力を改善することができる。従って、Ｘ線検出器６、７によるコンプトン散乱Ｘ線や透過Ｘ線の検出感度が向上し、これにより被検査物である荷物５の内部をより鮮明に画像化することが可能となる。

プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子を用いる場合において、蛍光体層１７における蛍光体粒子の充填率は６０〜７５体積％の範囲とすることが好ましい。蛍光体粒子の充填率が６０体積％未満であると、増感紙１２、１４の発光出力を十分に高めることができない。一方、蛍光体粒子の充填率が７５体積％を超えると、蛍光体粒子の破壊が起こる可能性があり、光出力が低下するおそれがある。蛍光体層１７における蛍光体粒子の体積割合（充填率）を６０〜７５％の範囲としたとき、バインダの体積割合は５〜１５％の範囲、空隙の体積割合は１０〜３５％の範囲とすることが好ましい。

プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子を用いる場合において、蛍光体粒子の体積割合（充填率）を高めるために、バインダの体積割合は少ない方が好ましく、具体的には１５％以下が好ましい。ただし、バインダの体積割合が少なすぎると蛍光体層１７の強度が失われるおそれがある。このため、バインダの体積割合は５％以上とすることが好ましい。蛍光体粒子とバインダとの接触を増やし、蛍光体層１７の強度を維持するために、空隙の体積割合は少ない方が好ましく、具体的には３５％以下が好ましい。ただし、空隙の体積割合を零にすることは、必要以上に製造工程の負荷が大きくなり、製造コストが増大するおそれがある。上述した蛍光体粒子を用いた場合、空隙の体積割合が１０〜３５％の範囲であれば、安定した特性を得ることができる。

ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子を用いる場合において、蛍光体層１７における蛍光体粒子の充填率は４５〜６０体積％の範囲とすることが好ましい。蛍光体粒子の充填率が４５体積％未満であると、増感紙１２、１４の発光出力を十分に高めることができない。一方、蛍光体粒子の充填率が６０体積％を超えると、蛍光体粒子の破壊が起こる可能性があり、光出力が低下するおそれがある。蛍光体層１７における蛍光体粒子の体積割合（充填率）を４５〜６０％の範囲としたとき、バインダの体積割合は１０〜２０％の範囲、空隙の体積割合は２０〜４５％の範囲とすることが好ましい。

ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子を用いた場合において、蛍光体粒子の体積割合（充填率）を高めるために、バインダの体積割合は少ない方が好ましく、具体的には２０％以下が好ましい。ただし、バインダの体積割合が少なすぎると蛍光体層１７の強度が失われるおそれがある。このため、バインダの体積割合は１０％以上とすることが好ましい。蛍光体粒子とバインダとの接触を増やし、蛍光体層１７の強度を維持するために、空隙の体積割合は少ない方が好ましく、具体的には４５％以下が好ましい。ただし、空隙の体積割合を零にすることは、必要以上に製造工程の負荷が大きくなり、製造コストが増大するおそれがある。上述した蛍光体粒子を用いた場合、空隙の体積割合が２０〜４５％の範囲であれば、安定した特性を得ることができる。

蛍光体層１７における蛍光体粒子の充填率を向上させるためには、バインダ量を減らして蛍光体粒子の割合を高めることに加えて、蛍光体層１７を形成する際に適切な条件下でプレスすることも有効である。支持体１６上に蛍光体粒子とバインダとのスラリー状混合物を塗布した後、混合物の塗布層に６０〜８０℃の温度を加えつつ、３０〜５０ＭＰａの圧力で２０〜４０分間プレスすることによって、蛍光体粒子の充填率を向上させることができる。また、９０〜１１０℃に加熱したローラー間を通して連続プレスすることによっても、蛍光体粒子の充填率を向上させることができる。連続プレス時の圧力は５〜２５ＭＰａとすることが好ましく、ライン速度は０．４〜０．６ｍ／分とすることが好ましい。

プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体とユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体との充填率の違いは、主に蛍光体粒子の形状に依存する。プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子は球状に近い形状を有するのに対して、ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子は異形の粒子を比較的多く含んでいる。このため、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の方が充填率を高めやすく、増感紙１２、１４の発光出力がより向上する。ただし、ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体は、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体に比べて安価であるため、増感紙１２、１４の低コスト化に寄与する。プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体およびユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体は、それらの特徴に応じて適宜選択して使用することができる。

蛍光体層１７における蛍光体の塗布質量は、増感紙１２、１４を適用する透過型蛍光発生部１１または反射型蛍光発生部１３に応じて設定することが好ましい。透過型蛍光発生部１１の増感紙１２の蛍光体の塗布質量を多くしすぎると、蛍光体層１７の内部で光吸収が起こることによって、蛍光の発光出力が低下する。さらに、コンプトン散乱Ｘ線の吸収も起こるため、反射型蛍光発生部１３へのコンプトン散乱Ｘ線の入射量が減少し、可視光の合計量が減少する。反射型蛍光発生部１３においては、増感紙１４の蛍光体の塗布質量を増大させるにつれて発光出力が上がるものの、あまり塗布質量を多くしすぎてもそれ以上の効果が得られず、製造コストの増加等を招くだけになる。

図１０に、透過型蛍光発生部１１の増感紙１２および反射型蛍光発生部１３の増感紙１４にそれぞれユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を用いた場合の光出力を示す。なお、光出力はバイアルカリ光電面を有するホトマルチプライア・Ｒ−９８０（商品名、浜松ホトニクス社製）を用いて、Ｘ線管電圧１２０ｋＶｐで測定した。図１０の縦軸はＬａＯＢｒ：Ｔｂ蛍光体の光出力を１００としたときの相対光出力である。図１０に示されるように、透過型蛍光発生部１１または反射型蛍光発生部１３に応じて、蛍光体の塗布質量を適宜に設定することが好ましい。

上述したように、透過型蛍光発生部１１および反射型蛍光発生部１３の全体としての可視光量は、増感紙１２および増感紙１４における蛍光体の塗布質量の兼ね合いによって変化する。このため、透過型蛍光発生部１１の増感紙１２および反射型蛍光発生部１３の増感紙１４における蛍光体の塗布質量をそれぞれ考慮した上で、蛍光体の合計塗布質量を設定することが好ましい。図１１に、各蛍光体の組合せによる増感紙１２、１４の蛍光体の合計塗布質量と相対光出力との関係を示す。蛍光体の組合せによって若干異なるものの、蛍光体の合計塗布質量は８０ 〜３００ｍｇ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましい。このような範囲の蛍光体の合計塗布質量を適用することで、良好な光出力を得ることができる。

図１２は代表的な蛍光体の組合せによる増感紙１２、１４に照射するＸ線のＸ線管電圧と相対光出力との関係を示す。図１２に示されるように、Ｘ線管電圧や蛍光体の組合せによって相対光出力が若干変化するものの、実施形態の透過型蛍光発生部１１の増感紙１２および反射型蛍光発生部１３の増感紙１４は、幅広いＸ線管電圧に対応可能であることが分かる。従って、各種のＸ線検査装置に適用することができる。さらに、透過型蛍光発生部１１および反射型蛍光発生部１３の増感紙１２、１４と蛍光体との組合せは、特に限定されるものではない。増感紙１２、１４はプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体またはユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体が適用されていればよい。

この実施形態の散乱Ｘ線検出器６は、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体を増感紙１２、１４のそれぞれに適用した透過型蛍光発生部１１と反射型蛍光発生部１３との組合せ、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体を増感紙１２に適用した透過型蛍光発生部１１とユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を増感紙１４に適用した反射型蛍光発生部１３との組合せ、ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を増感紙１２に適用した透過型蛍光発生部１１とプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体を増感紙１４に適用した反射型蛍光発生部１３との組合せ、またはユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体を増感紙１２、１４のそれぞれに適用した透過型蛍光発生部１１と反射型蛍光発生部１３との組合せのいずれかを備えている。透過Ｘ線検出器７も同様である。

前述したように、増感紙１２、１４は支持体１６とその上に形成された蛍光体層１７とを備えている。図４に示すように、増感紙１２、１４は蛍光体層１７上に形成された保護膜１８を備えていてもよい。蛍光体層１７を保護膜１８で覆うことによって、蛍光体層１７からの蛍光体粒子の脱落や蛍光体層１７の剥離等を抑制することができる。支持体１６および保護膜１８は、透明または不透明な樹脂フィルムからなることが好ましい。透過型の増感紙は、支持体１６および保護膜１８の一方もしくは両方に透明な樹脂フィルムを適用する。反射型の増感紙を構成する場合、支持体１６および保護膜１８の一方に透明な樹脂フィルムを適用し、他方に不透明な樹脂フィルムを適用する。

透過型蛍光発生部１１は、透過型の増感紙１２を備える。支持体１６および保護膜１８の一方に透明な樹脂フィルムを適用した透過型の増感紙１２は、透明な樹脂フィルムが検出器本体９の内側を向くように配置される。反射型蛍光発生部１３には、基本的に反射型の増感紙１４が適用される。ただし、Ｘ線検出器６、７が増感紙１４の発光を検出器本体９、あるいは検出器本体９と増感紙１４との間に配置された反射部材等で反射させることが可能な構成を有する場合には、反射型蛍光発生部１３に透過型の増感紙１４を適用することができる。特に、支持体１６および保護膜１８の両方に透明な樹脂フィルムを適用した透過型の増感紙１４は、支持体１６側および保護膜１８側の両方から発光が得られるため、発光出力をより一層向上させることができる。

プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体やユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体は水分で劣化しやすいため、蛍光体層１７を支持体１６や保護膜１８で覆うと共に、支持体１６および保護膜１８に水分を透過しにくい樹脂フィルムを使用することが好ましい。支持体１６および保護膜１８は、空気中の水分等による蛍光体の劣化を抑制するために、水蒸気透過率が２０ｇ／ｍ²／２４ｈｒ／０．１ｍｍ以下の水蒸気透過率を有する樹脂フィルムで形成することが好ましく、さらにそのような水蒸気透過率を有するポリエチレンテレフタレートフィルムで形成することがより好ましい。

さらに、図５に示すように、支持体１６の端部１６ａと保護膜１８の端部１８ａとを重ね合わせ、その部分に熱と圧力を加えて密閉部１９を形成することも有効である。蛍光体層１７を保護膜１８で覆っただけでは、蛍光体層１７と空気中の水分等との接触を完全に防ぐことはできない。これに対して、蛍光体層１７を樹脂フィルムからなる支持体１６および保護膜１８で覆うと共に、それらの端部１６ａ、１８ａを熱圧着して密閉することによって、蛍光体層１７を空気中の水分等から遮断することができる。従って、蛍光体層１７を構成するプラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体やユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体の水分による劣化を大幅に抑制することが可能となる。

この実施形態のＸ線検出器の具体例として、透過型蛍光発生部１１の増感紙１２と反射型蛍光発生部１３の増感紙１４との各種組合せを表１に示す。表１は増感紙１２と増感紙１４とを各種条件で組合せた場合の相対光出力を示している。相対光出力は前述した方法にしたがって測定したものである。表１において、粒度分布は蛍光体粒子の中心粒径Ｄに対して［Ｄ±０．３Ｄ］の範囲内に入る粒径を有する粒子の比率（体積％）である。支持体の欄において、ＰＥＴ１は透明なポリエチレンテレフタレートフィルム、ＰＥＴ２は白色（不透明）のポリエチレンテレフタレートフィルムである。

表１のプレス条件の欄は、蛍光体粒子とバインダとのスラリー状混合物を支持体上に塗布した後にプレスする際の条件を示している。プレス条件の欄において、条件１はプレス機を用いて温度６０℃、圧力５ＭＰａ、時間１０分の条件でプレス、またはロールプレス機を用いて温度８０℃、圧力１ＭＰａ、ライン速度１ｍ／分の条件で連続プレスしたものである。条件２は、プレス機を用いて温度７０℃、圧力４０ＭＰａ、時間３０分の条件でプレス、またはロールプレス機を用いて温度１００℃、圧力１０ＭＰａ、ライン速度０．５ｍ／分の条件で連続プレスしたものである。

表１から明らかなように、透過型蛍光発生部１１および反射型蛍光発生部１３のそれぞれに、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の粒度分布が４５体積％以上、充填率が６０体積％以上の蛍光体層を有する増感紙、ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の粒度分布が４５％以上、充填率が４５体積％以上の蛍光体層を有する増感紙、またはこれらの組合せを適用することで、高い光出力が得られることが分かる。透過型蛍光発生部１１および反射型蛍光発生部１３の光出力を高めることによって、コンプトン散乱Ｘ線の検出感度が向上する。透過Ｘ線の検出感度についても同様である。従って、Ｘ線検査装置で荷物５の内部をより鮮明に画像化することができ、より正確な検査を実施することが可能となる。蛍光発生部１１、１３の光出力を高めることによって、Ｘ線管１を低容量化することもできる。これはＸ線検査装置の小型化に寄与する。

上述した実施形態では、主として散乱Ｘ線検出器６について説明したが、透過Ｘ線検出器７についても同様である。プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体粒子の粒度分布が４５体積％以上、充填率が６０体積％以上の蛍光体層を有する増感紙や、ユーロピウム付活フッ化塩化バリウム蛍光体粒子の粒度分布が４５％以上、充填率が４５体積％以上の蛍光体層を有する増感紙を、透過Ｘ線検出器７に適用することによって、透過Ｘ線の検出感度を向上させることができる。散乱Ｘ線検出器６や透過Ｘ線検出器７を備えるＸ線検査装置は、空港荷物検査装置に限らず、各種のセキュリティシステムに利用可能である。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (3)

1. 支持体と、
   前記支持体上に形成され、プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体からなる蛍光体粒子とバインダとを含有する蛍光体層と、
   前記蛍光体層上に設けられた保護膜とを具備するコンプトン散乱Ｘ線検出器用増感紙であって、
   前記プラセオジム付活酸硫化ガドリニウム蛍光体は、酸硫化ガドリニウム１モルに対して０．０００１モル以上０．００５モル以下のプラセオジムを含有し、
   前記蛍光体粒子は、８．３３μｍ以上１５．４７μｍ以下の範囲内に存在する粒度分布の最頻値と、前記範囲内に入る粒径を有する粒子の比率が５０体積％以上６１体積％以下である粒度分布とを有し、
   前記蛍光体層は、６０体積％以上６５体積％以下の範囲の前記蛍光体粒子と、５体積％以上１５体積％以下の範囲の前記バインダと、１０体積％以上３５体積％以下の範囲の空隙とを含有し、
   前記支持体および前記保護膜は、透明または不透明な樹脂フィルムからなることを特徴とするコンプトン散乱Ｘ線検出器用増感紙。
2. Ｘ線の入射部を有する筐体状の検出器本体と、
   前記入射部に設けられた透過型蛍光発生部と、
   前記検出器本体の前記入射部を除く部分に設けられた反射型蛍光発生部と、
   前記検出器本体内に設置された光電変換部とを具備するＸ線検出器であって、
   前記透過型蛍光発生部および前記反射型蛍光発生部は、それぞれ請求項１記載のコンプトン散乱Ｘ線検出器用増感紙を備えることを特徴とするＸ線検出器。
3. 被検査物にＸ線を照射するＸ線照射部と、
   前記被検査物からのコンプトン散乱Ｘ線、または前記被検査物を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線検出部により測定したＸ線強度に基づいて、前記被検査物内部を画像化して表示する表示部とを具備するＸ線検査装置であって、
   前記Ｘ線検出部は、請求項２記載のＸ線検出器を備えることを特徴とするＸ線検査装置。

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