JPH04288393A - 正孔トラップを補償したシンチレータ材料 - Google Patents
正孔トラップを補償したシンチレータ材料Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【関連出願の説明】本願は、それと同時に提出された「
ガーネット型構造のシンチレータを使用した放射線抵抗
性の高速ＣＴシンチレータ装置」と称するシー・ディー
・グレスコビッチ（Ｃ．Ｔ． Ｇｒｅｓｋｏｖｉｃｈ）
等の米国特許出願第５４７，００７号、およびそれと
同時に提出された「透明な多結晶質ガーネット」と称す
るシー・ディー・グレスコビッチ（Ｃ．Ｔ． Ｇｒｅｓ
ｋｏｖｉｃｈ） 等の同第５４７，００６号と関連を有
している。
ガーネット型構造のシンチレータを使用した放射線抵抗
性の高速ＣＴシンチレータ装置」と称するシー・ディー
・グレスコビッチ（Ｃ．Ｔ． Ｇｒｅｓｋｏｖｉｃｈ）
等の米国特許出願第５４７，００７号、およびそれと
同時に提出された「透明な多結晶質ガーネット」と称す
るシー・ディー・グレスコビッチ（Ｃ．Ｔ． Ｇｒｅｓ
ｋｏｖｉｃｈ） 等の同第５４７，００６号と関連を有
している。
【０００２】
【発明の分野】本発明は固体シンチレータの分野に関す
るものであって、更に詳しく言えば、高速固体シンチレ
ータの分野に関する。
るものであって、更に詳しく言えば、高速固体シンチレ
ータの分野に関する。
【０００３】
【発明の背景】発光材料は電磁スペクトルの一部分にお
いてエネルギーを吸収し、そして電磁スペクトルの他の
部分においてエネルギーを放射する。粉末状の発光材料
は一般に「蛍りん光体」と呼ばれるのに対し、透明な固
体状の発光材料は一般に「シンチレータ」と呼ばれる。
いてエネルギーを吸収し、そして電磁スペクトルの他の
部分においてエネルギーを放射する。粉末状の発光材料
は一般に「蛍りん光体」と呼ばれるのに対し、透明な固
体状の発光材料は一般に「シンチレータ」と呼ばれる。
【０００４】大抵の有用な蛍りん光体は、電磁スペクト
ルの可視域外の電磁波の吸収に応答して電磁スペクトル
の可視域内の電磁波を放射する。すなわち、かかる蛍り
ん光体は人間の目が感じない電磁波を人間の目が感じる
電磁波に変換するという機能を果たす。ほとんどの蛍り
ん光体は電磁スペクトルの可視域より高エネルギーの部
分に対しても応答する。それ故、（蛍光灯におけるごと
く）紫外線、（陰極線管におけるごとく）電子線および
（Ｘ線写真撮影法におけるごとく）Ｘ線に応答する粉末
蛍りん光体が存在するのである。
ルの可視域外の電磁波の吸収に応答して電磁スペクトル
の可視域内の電磁波を放射する。すなわち、かかる蛍り
ん光体は人間の目が感じない電磁波を人間の目が感じる
電磁波に変換するという機能を果たす。ほとんどの蛍り
ん光体は電磁スペクトルの可視域より高エネルギーの部
分に対しても応答する。それ故、（蛍光灯におけるごと
く）紫外線、（陰極線管におけるごとく）電子線および
（Ｘ線写真撮影法におけるごとく）Ｘ線に応答する粉末
蛍りん光体が存在するのである。
【０００５】発光材料は２つの種類に大別される。それ
らは自己賦活型の発光材料および不純物賦活型の発光材
料である。
らは自己賦活型の発光材料および不純物賦活型の発光材
料である。
【０００６】自己賦活型の発光材料は、純粋な結晶質ホ
スト物質が高エネルギー光子を吸収することによって電
子が励起状態に移り、次いでそこから低エネルギー状態
に戻る際に光子を放出するというものである。自己賦活
型の発光材料は幅の広い発光スペクトルパターンを示す
のが通例である。その理由は、励起状態および低エネル
ギー状態のいずれにおいても電子が比較的広い範囲のエ
ネルギーを有し得る結果、励起状態から低エネルギー状
態への遷移に際して電子が（かかる遷移の前後において
それが有するエネルギーレベルに応じ）かなり広い範囲
のエネルギーを放射し得ることにある。
スト物質が高エネルギー光子を吸収することによって電
子が励起状態に移り、次いでそこから低エネルギー状態
に戻る際に光子を放出するというものである。自己賦活
型の発光材料は幅の広い発光スペクトルパターンを示す
のが通例である。その理由は、励起状態および低エネル
ギー状態のいずれにおいても電子が比較的広い範囲のエ
ネルギーを有し得る結果、励起状態から低エネルギー状
態への遷移に際して電子が（かかる遷移の前後において
それが有するエネルギーレベルに応じ）かなり広い範囲
のエネルギーを放射し得ることにある。
【０００７】不純物賦活型の発光材料は、通例、非発光
性のホスト物質を賦活剤の添加により変性して成るもの
である。かかる賦活剤は、たとえば約２００〜約１００
０ｐｐｍ の範囲内の比較的低い濃度でホスト物質中に
存在している。とは言え、ある種の蛍りん光体において
は、最適光出力を得るために数モル％の賦活剤イオンが
必要とされる場合もある。不純物賦活型発光材料の場合
、ホスト結晶が入射光子を吸収すると、吸収されたエネ
ルギーは賦活剤イオン中に収容されるか、あるいは格子
によって賦活剤イオンに伝達される。その結果、賦活剤
イオンの１個以上の電子がより高い励起状態に移る。こ
れらの電子がより低い励起状態に戻る際に光子が放出さ
れるのである。一般に使用される多くの不純物賦活型発
光材料においては、光を発生する電子はｄ殻またはｆ殻
の電子である。ｄ殻電子のエネルギーレベルは周囲の結
晶場によって大きな影響を受けるのに対し、ｆ殻電子の
エネルギーレベルは周囲の結晶場によってあまり影響を
受けない。賦活剤イオンが局部結晶場によってあまり影
響を受けない場合には、放射される光はホスト物質では
なく賦活剤イオンに対して実質的に固有のものとなり、
従って発光スペクトルは１つ以上の比較的幅の狭い発光
ピークから成る。この点で、遥かに幅の広い発光スペク
トルを示す自己賦活型の発光材料と対照的である。賦活
剤イオンの電子エネルギーが結晶構造によって顕著な影
響を受ける場合には、発光スペクトルは自己賦活型発光
材料のものと同様にかなり幅の広いものとなるのが普通
である。通例、不純物賦活型発光材料のホスト物質は賦
活剤を必要としないその他数多くの用途を有している。 かかる用途の一部においては、ホスト物質はそれの性質
を変化させるために役立つ他の物質を含有する場合があ
り、中にはルミネセンス賦活剤であるような成分を含有
する場合もある。しかしながら、そのような場合でも、
かかる成分は発光特性以外の性質を組成物に付与する目
的で使用されているのである。
性のホスト物質を賦活剤の添加により変性して成るもの
である。かかる賦活剤は、たとえば約２００〜約１００
０ｐｐｍ の範囲内の比較的低い濃度でホスト物質中に
存在している。とは言え、ある種の蛍りん光体において
は、最適光出力を得るために数モル％の賦活剤イオンが
必要とされる場合もある。不純物賦活型発光材料の場合
、ホスト結晶が入射光子を吸収すると、吸収されたエネ
ルギーは賦活剤イオン中に収容されるか、あるいは格子
によって賦活剤イオンに伝達される。その結果、賦活剤
イオンの１個以上の電子がより高い励起状態に移る。こ
れらの電子がより低い励起状態に戻る際に光子が放出さ
れるのである。一般に使用される多くの不純物賦活型発
光材料においては、光を発生する電子はｄ殻またはｆ殻
の電子である。ｄ殻電子のエネルギーレベルは周囲の結
晶場によって大きな影響を受けるのに対し、ｆ殻電子の
エネルギーレベルは周囲の結晶場によってあまり影響を
受けない。賦活剤イオンが局部結晶場によってあまり影
響を受けない場合には、放射される光はホスト物質では
なく賦活剤イオンに対して実質的に固有のものとなり、
従って発光スペクトルは１つ以上の比較的幅の狭い発光
ピークから成る。この点で、遥かに幅の広い発光スペク
トルを示す自己賦活型の発光材料と対照的である。賦活
剤イオンの電子エネルギーが結晶構造によって顕著な影
響を受ける場合には、発光スペクトルは自己賦活型発光
材料のものと同様にかなり幅の広いものとなるのが普通
である。通例、不純物賦活型発光材料のホスト物質は賦
活剤を必要としないその他数多くの用途を有している。 かかる用途の一部においては、ホスト物質はそれの性質
を変化させるために役立つ他の物質を含有する場合があ
り、中にはルミネセンス賦活剤であるような成分を含有
する場合もある。しかしながら、そのような場合でも、
かかる成分は発光特性以外の性質を組成物に付与する目
的で使用されているのである。
【０００８】非常に多数の蛍りん光体が知られているが
、それらの各々は独自の組合せの性質（たとえば、ター
ンオン遅延、効率、一次減衰時間、残光、ヒステリシス
、発光スペクトル、放射線損傷など）を有している。 発光材料のターンオン遅延とは、一定強度の刺激放射線
が入射した場合、発光材料に対して刺激放射線が最初に
衝突した時点から光出力が最大値に達した時点までの時
間である。発光材料の効率とは、吸収された刺激放射線
のエネルギーのうち、光として放射されるエネルギーの
割合である。刺激放射線が停止された場合、発光材料か
らの光出力は二段階にわたって減少する。第一の段階は
最大光出力から低い（しかし通例はゼロでない）レベル
への急速な減衰であり、次いで減衰速度は実質的に遅い
値に変化する。このような一般に減衰時間の長い低強度
のルミネセンスは残光として知られていて、それの強度
は最大光出力の２％未満であるのが通例である。最初の
急速な減衰は一次減衰または一次速度として知られてい
て、それは刺激放射線が停止した時点から光出力が最大
レベルの１／ｅ に低下した時点までの時間によって測
定される。
、それらの各々は独自の組合せの性質（たとえば、ター
ンオン遅延、効率、一次減衰時間、残光、ヒステリシス
、発光スペクトル、放射線損傷など）を有している。 発光材料のターンオン遅延とは、一定強度の刺激放射線
が入射した場合、発光材料に対して刺激放射線が最初に
衝突した時点から光出力が最大値に達した時点までの時
間である。発光材料の効率とは、吸収された刺激放射線
のエネルギーのうち、光として放射されるエネルギーの
割合である。刺激放射線が停止された場合、発光材料か
らの光出力は二段階にわたって減少する。第一の段階は
最大光出力から低い（しかし通例はゼロでない）レベル
への急速な減衰であり、次いで減衰速度は実質的に遅い
値に変化する。このような一般に減衰時間の長い低強度
のルミネセンスは残光として知られていて、それの強度
は最大光出力の２％未満であるのが通例である。最初の
急速な減衰は一次減衰または一次速度として知られてい
て、それは刺激放射線が停止した時点から光出力が最大
レベルの１／ｅ に低下した時点までの時間によって測
定される。
【０００９】発光材料のヒステリシスとは、所定量の入
射刺激放射線に対する光出力が該発光材料によって最近
吸収された刺激放射線の量に依存する現象である。発光
材料の発光スペクトルとは、該発光材料によって放射さ
れる光のスペクトル特性である。
射刺激放射線に対する光出力が該発光材料によって最近
吸収された刺激放射線の量に依存する現象である。発光
材料の発光スペクトルとは、該発光材料によって放射さ
れる光のスペクトル特性である。
【００１０】放射線損傷とは、所定強度の刺激放射線に
応答して発光材料から放射される光の量が高い放射線量
への暴露後に変化するような発光材料の特性を意味する
。放射線損傷を測定するためには、先ず最初に、既知の
基準強度の放射線で発光材料が刺激される。かかる基準
強度の刺激放射線に応答した光検出器の初期出力（Ｉｏ
）が測定され、そして記録または記憶される。次に、
この発光材料が高い放射線量に暴露される。直ちに、こ
の発光材料を再び基準強度の刺激放射線に暴露した後、
この基準強度の刺激放射線に応答した光検出器の最終出
力（Ｉｆ ）が測定され、そして記録または記憶される
。 この場合、放射線損傷（ＲＤ）は次の式によって表わさ
れる。
応答して発光材料から放射される光の量が高い放射線量
への暴露後に変化するような発光材料の特性を意味する
。放射線損傷を測定するためには、先ず最初に、既知の
基準強度の放射線で発光材料が刺激される。かかる基準
強度の刺激放射線に応答した光検出器の初期出力（Ｉｏ
）が測定され、そして記録または記憶される。次に、
この発光材料が高い放射線量に暴露される。直ちに、こ
の発光材料を再び基準強度の刺激放射線に暴露した後、
この基準強度の刺激放射線に応答した光検出器の最終出
力（Ｉｆ ）が測定され、そして記録または記憶される
。 この場合、放射線損傷（ＲＤ）は次の式によって表わさ
れる。
【００１１】
【数１】
理想的には、放射線損傷はできるだけ小さいことが必要
である。ほとんどの発光材料においては、Ｉｆ はＩｏ
より小さいのが通例であるから、放射線損傷は負の数
となる。しかるに、Ｘ線の停止から約１００ミリ秒後に
おいて０．１％以上の残光が存在する場合には、放射線
損傷について信頼度の低い正の数が得られることがある
。
である。ほとんどの発光材料においては、Ｉｆ はＩｏ
より小さいのが通例であるから、放射線損傷は負の数
となる。しかるに、Ｘ線の停止から約１００ミリ秒後に
おいて０．１％以上の残光が存在する場合には、放射線
損傷について信頼度の低い正の数が得られることがある
。
【００１２】放射線写真撮影法において使用するための
蛍りん光体については、これらの特性の多くが広範囲に
わたって変化しても装置の総合性能が悪影響を受けるこ
とはない。その他の用途においては、最高性能または実
用性能を達成するためにこれらの特性の各々を厳しく規
定することが必要となる。
蛍りん光体については、これらの特性の多くが広範囲に
わたって変化しても装置の総合性能が悪影響を受けるこ
とはない。その他の用途においては、最高性能または実
用性能を達成するためにこれらの特性の各々を厳しく規
定することが必要となる。
【００１３】計算機断層撮影装置またはＣＴスキャナに
おいては、被験者の両側にＸ線源およびＸ線検出器列が
配置され、そしてそれらが互いに一定の関係を保ちなが
ら被験者の回りに回転させられる。初期のＣＴスキャナ
は、Ｘ線検出媒質としてキセノンガスを使用していた。 かかるＣＴスキャナにおいては、入射Ｘ線がキセノンガ
スを電離させ、それにより生じたイオンがセルの末端に
配置された帯電板に吸引されるのであって、シンチレー
タの出力は電荷または電流である。最近に至り、固体シ
ンチレータを有するＣＴスキャナが導入された。固体シ
ンチレータ方式においては、セルのシンチレータ材料が
該セルに入射したＸ線を吸収し、そして光を放射する。 この光が該セルに対応した光検出器によって検出される
。かかるデータ収集に際しては、検出器列中の各セルは
該セル中における現在の光強度を表わす出力信号を生み
出す。これらの出力信号を処理することにより、ＣＴス
キャナ業界において公知のごとくにして被験者の画像が
作成される。ＣＴスキャナ用の発光材料は、光出力が吸
収された刺激放射線の量の一次関数となるような線形特
性を有することが望ましい。そうすれば、光出力は対応
する刺激放射線の強度に直接に変換することができるわ
けである。
おいては、被験者の両側にＸ線源およびＸ線検出器列が
配置され、そしてそれらが互いに一定の関係を保ちなが
ら被験者の回りに回転させられる。初期のＣＴスキャナ
は、Ｘ線検出媒質としてキセノンガスを使用していた。 かかるＣＴスキャナにおいては、入射Ｘ線がキセノンガ
スを電離させ、それにより生じたイオンがセルの末端に
配置された帯電板に吸引されるのであって、シンチレー
タの出力は電荷または電流である。最近に至り、固体シ
ンチレータを有するＣＴスキャナが導入された。固体シ
ンチレータ方式においては、セルのシンチレータ材料が
該セルに入射したＸ線を吸収し、そして光を放射する。 この光が該セルに対応した光検出器によって検出される
。かかるデータ収集に際しては、検出器列中の各セルは
該セル中における現在の光強度を表わす出力信号を生み
出す。これらの出力信号を処理することにより、ＣＴス
キャナ業界において公知のごとくにして被験者の画像が
作成される。ＣＴスキャナ用の発光材料は、光出力が吸
収された刺激放射線の量の一次関数となるような線形特
性を有することが望ましい。そうすれば、光出力は対応
する刺激放射線の強度に直接に変換することができるわ
けである。
【００１４】ＣＴスキャナのごとき装置において使用さ
れる発光材料は、蛍りん光体を使用する前述のごとき装
置の多くにおいては必要とされないような数多くの特殊
化された特性を有していなければならない。第一に、Ｘ
線を使用するＣＴスキャナにおいては、計算機断層撮影
による画像を得る目的で患者に照射すべきＸ線量を最少
限に抑えるため、実質的に全ての入射Ｘ線を発光材料中
に吸収することが望ましい。実質的に全ての入射Ｘ線を
捕集するためには、発光材料はＸ線の進行方向において
実質的に全てのＸ線を阻止するのに十分な厚さを有して
いなければならない。かかる厚さは、Ｘ線のエネルギー
および発光材料のＸ線阻止能に依存する。第二に、総合
装置効率、信号−雑音比、および入射した刺激放射線量
の測定精度をできるだけ向上させるためには、発生され
た光の実質的に全部が光検出器によって捕集されること
が重要である。ＣＴスキャナの発光材料から発生された
光の実質的に全部を抽出するためには、発光材料がその
光に対して透明でなければならない。さもなければ、発
光材料の内部における散乱および吸収のため、発生され
た光の多くは光検出器に到達しないことになる。それ故
、発生される光に対して実質的に透明であり、かつＸ線
の進行方向において実質的に全ての入射Ｘ線を吸収する
のに十分な厚さを有する固体棒材の形態で発光材料が使
用される。このことは、ＣＴスキャナにおいて使用すべ
き発光材料の選択およびそれの製造を面倒なものにする
。なぜなら、ルミネセンスを示すことが知られておりか
つ粉末状の蛍りん光体として使用または試験されてきた
多くの材料は所要の透明度を有する固体棒材の形態で製
造することができないからである。
れる発光材料は、蛍りん光体を使用する前述のごとき装
置の多くにおいては必要とされないような数多くの特殊
化された特性を有していなければならない。第一に、Ｘ
線を使用するＣＴスキャナにおいては、計算機断層撮影
による画像を得る目的で患者に照射すべきＸ線量を最少
限に抑えるため、実質的に全ての入射Ｘ線を発光材料中
に吸収することが望ましい。実質的に全ての入射Ｘ線を
捕集するためには、発光材料はＸ線の進行方向において
実質的に全てのＸ線を阻止するのに十分な厚さを有して
いなければならない。かかる厚さは、Ｘ線のエネルギー
および発光材料のＸ線阻止能に依存する。第二に、総合
装置効率、信号−雑音比、および入射した刺激放射線量
の測定精度をできるだけ向上させるためには、発生され
た光の実質的に全部が光検出器によって捕集されること
が重要である。ＣＴスキャナの発光材料から発生された
光の実質的に全部を抽出するためには、発光材料がその
光に対して透明でなければならない。さもなければ、発
光材料の内部における散乱および吸収のため、発生され
た光の多くは光検出器に到達しないことになる。それ故
、発生される光に対して実質的に透明であり、かつＸ線
の進行方向において実質的に全ての入射Ｘ線を吸収する
のに十分な厚さを有する固体棒材の形態で発光材料が使
用される。このことは、ＣＴスキャナにおいて使用すべ
き発光材料の選択およびそれの製造を面倒なものにする
。なぜなら、ルミネセンスを示すことが知られておりか
つ粉末状の蛍りん光体として使用または試験されてきた
多くの材料は所要の透明度を有する固体棒材の形態で製
造することができないからである。
【００１５】ハンドブックを見ると、各種化合物の融点
、沸点、密度およびその他のありふれた物理的特性は記
載されているが、それらの発光特性は記載されていない
。ほとんどの発光データは、何らかの理由で著者が測定
した個々の材料に関する論文中に見出される。更にまた
、発光材料の特性決定の大部分は刺激放射線として紫外
線を使用することによって行われてきた。なぜなら、紫
外線はＸ線よりも容易に得ることができ、しかも一般に
Ｘ線より害が少ないと考えられているからである。残念
ながら、紫外線による刺激に応答して発光を示すが、Ｘ
線による刺激に応答して発光を示さないような多数の材
料が存在する。それ故、多くの材料については、発光デ
ータが入手し得るとしても、その材料がＸ線による刺激
に応答して発光を示すという保証は得られないのである
。更にまた、蛍りん光体の多くの用途にとっては、最新
のＣＴスキャナ用のシンチレータにおいては綿密に制御
しなければならないパラメータの多くが重要でなく、従
ってこれまで測定や報告が行われていない。それ故、最
新のＣＴスキャナにおいて使用するのに適したシンチレ
ータ材料の探求に当っては、現存の発光材料データはあ
まり役に立たないのである。一般にデータが入手できな
いパラメータとしては、Ｘ線刺激に対する放射線損傷、
残光、単結晶としての製造可能性、ヒステリシス現象、
機械的性質、および（多くの場合において）Ｘ線発光性
の有無が挙げられる。所定の材料が（透明なシンチレー
タ棒材として製造し得ることを含め）最新のＣＴスキャ
ナにおいて使用するのに適したものであるためには多数
のパラメータが厳格な規格に適合しなければならないか
ら、適当なシンチレータ材料を探し出す作業は本質的に
零から出発するものであると共に、「干し草の山の中で
針を探す」ようなものである。かかるシンチレータ材料
を探し出すことの困難さは、現在市販されているＣＴス
キャナにおいてタングステン酸カドミウムおよびタリウ
ム賦活ヨウ化セシウムが使用されているという事実によ
って例証される。なぜなら、これらの材料の各々は最新
のＣＴスキャナ用シンチレータにとっては望ましくない
と考えられる幾つかの特性（後述）を有しているからで
ある。
、沸点、密度およびその他のありふれた物理的特性は記
載されているが、それらの発光特性は記載されていない
。ほとんどの発光データは、何らかの理由で著者が測定
した個々の材料に関する論文中に見出される。更にまた
、発光材料の特性決定の大部分は刺激放射線として紫外
線を使用することによって行われてきた。なぜなら、紫
外線はＸ線よりも容易に得ることができ、しかも一般に
Ｘ線より害が少ないと考えられているからである。残念
ながら、紫外線による刺激に応答して発光を示すが、Ｘ
線による刺激に応答して発光を示さないような多数の材
料が存在する。それ故、多くの材料については、発光デ
ータが入手し得るとしても、その材料がＸ線による刺激
に応答して発光を示すという保証は得られないのである
。更にまた、蛍りん光体の多くの用途にとっては、最新
のＣＴスキャナ用のシンチレータにおいては綿密に制御
しなければならないパラメータの多くが重要でなく、従
ってこれまで測定や報告が行われていない。それ故、最
新のＣＴスキャナにおいて使用するのに適したシンチレ
ータ材料の探求に当っては、現存の発光材料データはあ
まり役に立たないのである。一般にデータが入手できな
いパラメータとしては、Ｘ線刺激に対する放射線損傷、
残光、単結晶としての製造可能性、ヒステリシス現象、
機械的性質、および（多くの場合において）Ｘ線発光性
の有無が挙げられる。所定の材料が（透明なシンチレー
タ棒材として製造し得ることを含め）最新のＣＴスキャ
ナにおいて使用するのに適したものであるためには多数
のパラメータが厳格な規格に適合しなければならないか
ら、適当なシンチレータ材料を探し出す作業は本質的に
零から出発するものであると共に、「干し草の山の中で
針を探す」ようなものである。かかるシンチレータ材料
を探し出すことの困難さは、現在市販されているＣＴス
キャナにおいてタングステン酸カドミウムおよびタリウ
ム賦活ヨウ化セシウムが使用されているという事実によ
って例証される。なぜなら、これらの材料の各々は最新
のＣＴスキャナ用シンチレータにとっては望ましくない
と考えられる幾つかの特性（後述）を有しているからで
ある。
【００１６】放射線損傷はできるだけ小さいことが望ま
しいという点には幾つかの理由がある。大きい放射線損
傷がもたらす欠点の１つは、放射線損傷が蓄積するのに
伴い、所定量の刺激放射線に対してシンチレータ材料が
放射する光の量が次第に少なくなり、従って装置の感度
が低下することである。もう１つの欠点は、放射線損傷
が大き過ぎると、放射線損傷の累積効果のためにシンチ
レーション検出器を結局は交換しなければならないこと
である。シンチレーション検出器を交換するためには多
くの経費がかかる。大きい放射線損傷がもたらすような
、一層厄介でありかつ恐らくは更に多くの経費がかかる
効果は、検査日において頻繁に、また場合によっては各
患者を検査するたびに装置を再較正する必要があること
である。このような再較正は時間がかかるばかりでなく
、シンチレータ材料を余分の放射線に暴露して一層多く
の損傷を引起こすことにもなる。ＣＴスキャナにおいて
使用するためのシンチレータ材料の放射線損傷は、各検
査日の初めに装置の較正を行えば該検査日を通じて正確
な結果が得られる程度に小さいことが望ましいと考えら
れる。
しいという点には幾つかの理由がある。大きい放射線損
傷がもたらす欠点の１つは、放射線損傷が蓄積するのに
伴い、所定量の刺激放射線に対してシンチレータ材料が
放射する光の量が次第に少なくなり、従って装置の感度
が低下することである。もう１つの欠点は、放射線損傷
が大き過ぎると、放射線損傷の累積効果のためにシンチ
レーション検出器を結局は交換しなければならないこと
である。シンチレーション検出器を交換するためには多
くの経費がかかる。大きい放射線損傷がもたらすような
、一層厄介でありかつ恐らくは更に多くの経費がかかる
効果は、検査日において頻繁に、また場合によっては各
患者を検査するたびに装置を再較正する必要があること
である。このような再較正は時間がかかるばかりでなく
、シンチレータ材料を余分の放射線に暴露して一層多く
の損傷を引起こすことにもなる。ＣＴスキャナにおいて
使用するためのシンチレータ材料の放射線損傷は、各検
査日の初めに装置の較正を行えば該検査日を通じて正確
な結果が得られる程度に小さいことが望ましいと考えら
れる。
【００１７】透明な棒材を成す発光材料を得るための１
つの方法は、それが放射する光に対して透明な単結晶形
態の発光材料を使用することである。単結晶を成長させ
るための一般的な方法としてチョクラルスキー（Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ） 法がある。この方法によれば、適
当な原料物質が通例はイリジウム（Ｉｒ）製の高温るつ
ぼ内に配置され、そしてるつぼおよびそれの内容物が所
望の単結晶材料の融点よりも高い温度にまで加熱される
。こうして得られた溶融材料は融液として知られている
。成長時における融液の温度は、融液の上部において、
融液に接触させた種結晶上への単結晶の成長が起こるが
自発的な核生成は起こらないような値に維持される。次
に、所望材料の種結晶または所望材料を単結晶として成
長させるために役立つ種結晶が融液の上部に接触するま
で降下される。種結晶上に所望の単結晶材料が成長する
のに伴い、種結晶は単結晶材料の原石が所望の直径で成
長するような速度で引上げられる。かかる成長時には、
成長する結晶の均一性を高めるために種結晶を回転させ
るのが通例である。最初にるつぼ内に配置される原料物
質は任意適宜の形態を有し得るが、通例は成長させるべ
き単結晶材料について所望される化学量論的組成を有す
る融液を与えるような適当量の原料物質の混合物から成
っている。
つの方法は、それが放射する光に対して透明な単結晶形
態の発光材料を使用することである。単結晶を成長させ
るための一般的な方法としてチョクラルスキー（Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ） 法がある。この方法によれば、適
当な原料物質が通例はイリジウム（Ｉｒ）製の高温るつ
ぼ内に配置され、そしてるつぼおよびそれの内容物が所
望の単結晶材料の融点よりも高い温度にまで加熱される
。こうして得られた溶融材料は融液として知られている
。成長時における融液の温度は、融液の上部において、
融液に接触させた種結晶上への単結晶の成長が起こるが
自発的な核生成は起こらないような値に維持される。次
に、所望材料の種結晶または所望材料を単結晶として成
長させるために役立つ種結晶が融液の上部に接触するま
で降下される。種結晶上に所望の単結晶材料が成長する
のに伴い、種結晶は単結晶材料の原石が所望の直径で成
長するような速度で引上げられる。かかる成長時には、
成長する結晶の均一性を高めるために種結晶を回転させ
るのが通例である。最初にるつぼ内に配置される原料物
質は任意適宜の形態を有し得るが、通例は成長させるべ
き単結晶材料について所望される化学量論的組成を有す
る融液を与えるような適当量の原料物質の混合物から成
っている。
【００１８】チョクラルスキー法に従って対応する融液
から純粋な結晶を成長させた場合には、所望の組成を有
する高品質の均一な単結晶が得られるのが通例である。 純粋な結晶質材料の原子の一部を置換して成る結晶を製
造することが所望される場合には、成長動力学はより複
雑なものとなるのであって、結晶構造中への置換体の侵
入の仕方並びに時間の経過に伴う融液および原石中の置
換体濃度は幾つかの特性に依存する。これらの特性がも
たらす効果の１つは偏析係数として表わされる。原石中
の置換体が一般に融液中と同じ濃度で存在する場合には
、偏析係数は１の値を有する。しかるに、原石中の置換
体が一般に融液中よりも高い濃度で存在する場合には偏
析係数が１より大きくなり、また原石中の置換体が一般
に融液中よりも低い濃度で存在する場合には偏析係数が
１より小さくなる。このような差が生じることには幾つ
かの相異なる基本的理由が存在するとは言え、偏析係数
は結果を表現するための有効な手段を成すのである。
から純粋な結晶を成長させた場合には、所望の組成を有
する高品質の均一な単結晶が得られるのが通例である。 純粋な結晶質材料の原子の一部を置換して成る結晶を製
造することが所望される場合には、成長動力学はより複
雑なものとなるのであって、結晶構造中への置換体の侵
入の仕方並びに時間の経過に伴う融液および原石中の置
換体濃度は幾つかの特性に依存する。これらの特性がも
たらす効果の１つは偏析係数として表わされる。原石中
の置換体が一般に融液中と同じ濃度で存在する場合には
、偏析係数は１の値を有する。しかるに、原石中の置換
体が一般に融液中よりも高い濃度で存在する場合には偏
析係数が１より大きくなり、また原石中の置換体が一般
に融液中よりも低い濃度で存在する場合には偏析係数が
１より小さくなる。このような差が生じることには幾つ
かの相異なる基本的理由が存在するとは言え、偏析係数
は結果を表現するための有効な手段を成すのである。
【００１９】単結晶材料の平板または棒材が所望される
場合には、チョクラルスキー法によって成長させた単結
晶原石がウェーハに切断され、次いで所望形状の棒材に
加工される。商業的なＣＴスキャナにおいて使用されて
いる単結晶発光材料としては、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ
）およびタングステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ４ ）の
２種類のみが知られている。ヨウ化セシウムはタリウム
（Ｔｌ）で賦活されるのに対し、タングステン酸カドミ
ウムは純粋な自己賦活型の発光材料である。ＣｓＩは約
５５０ｎｍに発光ピークを有する光出力を生じ、かつ顕
著なヒステリシスおよび放射線損傷を示す。ＣｄＷＯ４
は約５４０ｎｍにピークを有する光出力を生じ、かつ
大きい放射線損傷を示すが、その程度はＣｓＩの場合よ
りも低い。ＣｓＩにおける放射線損傷はかなり顕著なも
のであって、患者毎に装置の再較正を行うことが望まし
い場合が多い。ＣｄＷＯ４ における放射線損傷はそれ
よりも小さいが、１日に２回以上の再較正を行うことが
望ましいものと考えられている。このような放射線損傷
特性の結果として、これらの発光材料のいずれかをシン
チレータとして使用する装置は放射線損傷の蓄積に伴っ
て感度の低下を示し、そして最終的にはシンチレーショ
ン検出器の交換を行わなければならない。
場合には、チョクラルスキー法によって成長させた単結
晶原石がウェーハに切断され、次いで所望形状の棒材に
加工される。商業的なＣＴスキャナにおいて使用されて
いる単結晶発光材料としては、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ
）およびタングステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ４ ）の
２種類のみが知られている。ヨウ化セシウムはタリウム
（Ｔｌ）で賦活されるのに対し、タングステン酸カドミ
ウムは純粋な自己賦活型の発光材料である。ＣｓＩは約
５５０ｎｍに発光ピークを有する光出力を生じ、かつ顕
著なヒステリシスおよび放射線損傷を示す。ＣｄＷＯ４
は約５４０ｎｍにピークを有する光出力を生じ、かつ
大きい放射線損傷を示すが、その程度はＣｓＩの場合よ
りも低い。ＣｓＩにおける放射線損傷はかなり顕著なも
のであって、患者毎に装置の再較正を行うことが望まし
い場合が多い。ＣｄＷＯ４ における放射線損傷はそれ
よりも小さいが、１日に２回以上の再較正を行うことが
望ましいものと考えられている。このような放射線損傷
特性の結果として、これらの発光材料のいずれかをシン
チレータとして使用する装置は放射線損傷の蓄積に伴っ
て感度の低下を示し、そして最終的にはシンチレーショ
ン検出器の交換を行わなければならない。
【００２０】ＣＴスキャナにおいては、シンチレータ棒
材のＺ軸応答曲線がそれの決定的な特性の１つである。 個々のシンチレータ棒材は、通例、最高の分解能を得る
ために幅が狭く、十分なＸ線阻止能を得るために幅より
も深さが大きく、かつ効率を高めるのに十分なだけのＸ
線を捕集するためにＸ線ビーム／シンチレーション検出
器の平面に対して垂直な方向において相対的に長くなっ
ている。Ｚ軸特性とは、一定強度の幅のせまい刺激Ｘ線
ビームをシンチレータ棒材のＺ方向に沿った一端から他
端に向けて走査した場合に得られる光検出器出力である
。この特性はシンチレータ棒材の長手方向中心に関して
対称的であり、かつ各端から中心に向かって単調に増加
することが理想的である。シンチレータ棒材の両端付近
においては、Ｘ線ビームのＺ方向厚さの全体がシンチレ
ータ棒材上に配置された時点で出力の増加が完了すると
共に、棒材の中間部分においては出力が実質的に一様で
あることが好ましい。
材のＺ軸応答曲線がそれの決定的な特性の１つである。 個々のシンチレータ棒材は、通例、最高の分解能を得る
ために幅が狭く、十分なＸ線阻止能を得るために幅より
も深さが大きく、かつ効率を高めるのに十分なだけのＸ
線を捕集するためにＸ線ビーム／シンチレーション検出
器の平面に対して垂直な方向において相対的に長くなっ
ている。Ｚ軸特性とは、一定強度の幅のせまい刺激Ｘ線
ビームをシンチレータ棒材のＺ方向に沿った一端から他
端に向けて走査した場合に得られる光検出器出力である
。この特性はシンチレータ棒材の長手方向中心に関して
対称的であり、かつ各端から中心に向かって単調に増加
することが理想的である。シンチレータ棒材の両端付近
においては、Ｘ線ビームのＺ方向厚さの全体がシンチレ
ータ棒材上に配置された時点で出力の増加が完了すると
共に、棒材の中間部分においては出力が実質的に一様で
あることが好ましい。
【００２１】このようなＺ軸要求条件を満足するために
は、シンチレータ棒材はそれの全長にわたって実質的に
一様な光学特性、発光特性および放射線吸収特性を有し
ていなければならない。不純物賦活型の単結晶シンチレ
ータ棒材の場合には、光出力は賦活剤イオンの局部濃度
に依存するから、半径方向および長手方向のいずれにお
いても一様な賦活剤濃度を有する原石を成長させること
が必要となる。それ故、ＣＴスキャナ用のシンチレータ
材料を選定する作業の中には、シンチレータ材料のその
他の重要な特性の全てを決定することに加えて、満足す
べきＺ軸特性を持ったシンチレータ棒材を製造するため
の工程を確立することも含まれる。
は、シンチレータ棒材はそれの全長にわたって実質的に
一様な光学特性、発光特性および放射線吸収特性を有し
ていなければならない。不純物賦活型の単結晶シンチレ
ータ棒材の場合には、光出力は賦活剤イオンの局部濃度
に依存するから、半径方向および長手方向のいずれにお
いても一様な賦活剤濃度を有する原石を成長させること
が必要となる。それ故、ＣＴスキャナ用のシンチレータ
材料を選定する作業の中には、シンチレータ材料のその
他の重要な特性の全てを決定することに加えて、満足す
べきＺ軸特性を持ったシンチレータ棒材を製造するため
の工程を確立することも含まれる。
【００２２】ＣＴスキャナにおいては、光検出ダイオー
ドを配置するための表面を除き、シンチレータ棒材の全
表面上に反射面を設置することが好ましい。詳しく述べ
れば、典型的な固体シンチレーション検出器は、互いに
並列した状態で配置された複数の独立したシンチレータ
棒材と、光出力を対応する電気信号に変換するため各々
のシンチレータ棒材に結合された独立の光検出ダイオー
ドとから成っている。かかる検出器においては、全ての
シンチレータ棒材が同様な総合変換効率（すなわち、同
じ入射Ｘ線に対して実質的に同じ電気信号を与える性質
）を有することが重要である。このことは、シンチレー
タ材料の選定に対して新たな制約を加える。なぜなら、
１０００個以上もの素子を含むシンチレーション検出器
を組立てるためには、同様な特性を持ったシンチレータ
棒材を十分な数だけ製造することが可能でなければなら
ないからである。
ドを配置するための表面を除き、シンチレータ棒材の全
表面上に反射面を設置することが好ましい。詳しく述べ
れば、典型的な固体シンチレーション検出器は、互いに
並列した状態で配置された複数の独立したシンチレータ
棒材と、光出力を対応する電気信号に変換するため各々
のシンチレータ棒材に結合された独立の光検出ダイオー
ドとから成っている。かかる検出器においては、全ての
シンチレータ棒材が同様な総合変換効率（すなわち、同
じ入射Ｘ線に対して実質的に同じ電気信号を与える性質
）を有することが重要である。このことは、シンチレー
タ材料の選定に対して新たな制約を加える。なぜなら、
１０００個以上もの素子を含むシンチレーション検出器
を組立てるためには、同様な特性を持ったシンチレータ
棒材を十分な数だけ製造することが可能でなければなら
ないからである。
【００２３】一次減衰時間は、ＣＴスキャナが患者をい
かに早く走査し得るかを決定する。なぜなら、ＣＴスキ
ャナのある位置において入射した放射線に応答して発生
された光出力は、ＣＴスキャナの別の位置における光出
力を測定する前に消去する必要があるからである。現在
のところ、５００マイクロ秒未満の一次減衰時間が好適
であるとされている。なお、シンチレータ材料のその他
の性質（たとえば、最大光出力、放射線損傷およびヒス
テリシス）に望ましくない影響を及ぼすことなしに得ら
れるならば、より低い値の方が望ましい。また、最大残
光レベルが非常に小さく、かつそれは比較的迅速に減衰
することも望ましい。最新のＣＴスキャナについては、
シンチレータ材料の特性を決定するため、刺激放射線の
停止から１００〜１５０ミリ秒後および３００ミリ秒後
において残光の測定が行われることがある。光検出器は
以前の刺激によって生じた残光に由来する光出力と現在
の刺激に由来する光出力とを識別することができないか
ら、残光レベルは０．１％未満であることが極めて望ま
しいものと考えられている。このように、残光はＣＴス
キャナの強度分解能を制限することがある。
かに早く走査し得るかを決定する。なぜなら、ＣＴスキ
ャナのある位置において入射した放射線に応答して発生
された光出力は、ＣＴスキャナの別の位置における光出
力を測定する前に消去する必要があるからである。現在
のところ、５００マイクロ秒未満の一次減衰時間が好適
であるとされている。なお、シンチレータ材料のその他
の性質（たとえば、最大光出力、放射線損傷およびヒス
テリシス）に望ましくない影響を及ぼすことなしに得ら
れるならば、より低い値の方が望ましい。また、最大残
光レベルが非常に小さく、かつそれは比較的迅速に減衰
することも望ましい。最新のＣＴスキャナについては、
シンチレータ材料の特性を決定するため、刺激放射線の
停止から１００〜１５０ミリ秒後および３００ミリ秒後
において残光の測定が行われることがある。光検出器は
以前の刺激によって生じた残光に由来する光出力と現在
の刺激に由来する光出力とを識別することができないか
ら、残光レベルは０．１％未満であることが極めて望ま
しいものと考えられている。このように、残光はＣＴス
キャナの強度分解能を制限することがある。
【００２４】相異なる候補シンチレータ材料の効率を比
較するためには、光出力を標準化すれば好都合である。 候補材料から成る標準サイズのシンチレータ棒材を既定
の基準強度のＸ線で刺激した場合に光検出ダイオードか
ら生じる出力信号の振幅が、同じ形状のタングステン酸
カドミウムを同様にして刺激した場合に生じる出力信号
と比較される。タングステン酸カドミウムは便利な標準
物質である。それのルミネセンスは自己賦活性のもので
あるから（すなわち、それの光出力は賦活剤の濃度に依
存しないから）、顕著な放射線損傷を受けない限り、所
定強度の刺激放射線に対して実質的に一定の光出力が得
られるのである。このようにすれば、先ず最初に相異な
る試験設備の較正条件を確立する必要なしに、様々な個
人が様々な時点において求めた光出力データを直接に比
較することができるわけである。
較するためには、光出力を標準化すれば好都合である。 候補材料から成る標準サイズのシンチレータ棒材を既定
の基準強度のＸ線で刺激した場合に光検出ダイオードか
ら生じる出力信号の振幅が、同じ形状のタングステン酸
カドミウムを同様にして刺激した場合に生じる出力信号
と比較される。タングステン酸カドミウムは便利な標準
物質である。それのルミネセンスは自己賦活性のもので
あるから（すなわち、それの光出力は賦活剤の濃度に依
存しないから）、顕著な放射線損傷を受けない限り、所
定強度の刺激放射線に対して実質的に一定の光出力が得
られるのである。このようにすれば、先ず最初に相異な
る試験設備の較正条件を確立する必要なしに、様々な個
人が様々な時点において求めた光出力データを直接に比
較することができるわけである。
【００２５】各検査日においてＣＴスキャナにより検査
し得る患者の数を最大にするためには、ＣＴスキャナは
できるだけ高速で動作させることが望ましい。その上、
１回の走査時間が短くなるほど、走査中に患者がじっと
していることも容易になる。更にまた、内部器官の運動
も最少限に抑えられる。
し得る患者の数を最大にするためには、ＣＴスキャナは
できるだけ高速で動作させることが望ましい。その上、
１回の走査時間が短くなるほど、走査中に患者がじっと
していることも容易になる。更にまた、内部器官の運動
も最少限に抑えられる。
【００２６】ＣＴスキャナの走査速度が増大するのに伴
い、一定のＸ線量率に対する信号の振幅は減少する。そ
の結果、雑音を低減させるように装置パラメータを調整
しなければ、信号−雑音比、コントラスト、従って有効
強度分解能は低下することになる。雑音を低減させるた
めには、シンチレータ材料の一次減衰時間を装置雑音の
原因とならない値にまで減少させることが必要である。 また、残光をできるだけ低減させることも必要である。 なぜなら、残光はバックグラウンド発光強度を与えるが
、それは光検出器出力中の雑音の原因となるからである
。光検出器のピーク感度の付近にピーク出力を有するシ
ンチレータ材料を選定することは、信号の振幅を増大さ
せることによって雑音を低減させる効果を有する。また
、高い信号−雑音比を維持するために役立つようなその
他の改良も可能である。
い、一定のＸ線量率に対する信号の振幅は減少する。そ
の結果、雑音を低減させるように装置パラメータを調整
しなければ、信号−雑音比、コントラスト、従って有効
強度分解能は低下することになる。雑音を低減させるた
めには、シンチレータ材料の一次減衰時間を装置雑音の
原因とならない値にまで減少させることが必要である。 また、残光をできるだけ低減させることも必要である。 なぜなら、残光はバックグラウンド発光強度を与えるが
、それは光検出器出力中の雑音の原因となるからである
。光検出器のピーク感度の付近にピーク出力を有するシ
ンチレータ材料を選定することは、信号の振幅を増大さ
せることによって雑音を低減させる効果を有する。また
、高い信号−雑音比を維持するために役立つようなその
他の改良も可能である。
【００２７】ＣＴスキャナ業界が成熟するのに伴い、電
子装置の速度は増大した。それ故、より短い時間で走査
を行い得るようにするため、より高速のシンチレータが
所望されるようになった。現在では、僅か５年前に要求
されていたものよりも遥かに高速のシンチレータを必要
とする速度でＣＴスキャナを動作させることが望まれて
いる。その結果、既知の固体発光材料に関しては、高速
の電子装置をなお一層高速のシンチレータ材料と組合わ
せて使用しなければならない最新のＣＴスキャナにおい
て使用するのに適したシンチレータ材料を選定しかつ製
造する際に必要となるデータが大幅に不足しているので
ある。
子装置の速度は増大した。それ故、より短い時間で走査
を行い得るようにするため、より高速のシンチレータが
所望されるようになった。現在では、僅か５年前に要求
されていたものよりも遥かに高速のシンチレータを必要
とする速度でＣＴスキャナを動作させることが望まれて
いる。その結果、既知の固体発光材料に関しては、高速
の電子装置をなお一層高速のシンチレータ材料と組合わ
せて使用しなければならない最新のＣＴスキャナにおい
て使用するのに適したシンチレータ材料を選定しかつ製
造する際に必要となるデータが大幅に不足しているので
ある。
【００２８】個々の候補材料についてこれら全ての特性
を決定するという問題とは別に、ＣＴスキャナにおいて
は、シンチレータ材料を透明な固体として製造しなけれ
ばならないという問題も存在する。粉末形態で入手し得
る多くの発光材料は単結晶形態に加工することができず
、従って透明な固体として利用することができない。 このように特定の発光材料を単結晶として製造すること
ができない理由としては、結晶構造が適合性を有しない
こと、チョクラルスキー法による成長温度において不安
定であること、発光材料の一部の成分が結晶構造または
融液に対して低い溶解度を有すること、原石中における
添加剤および（または）置換体の不均一な分布をもたら
すような偏析係数を有することなどが挙げられる。その
結果、ある発光材料がＣＴスキャナのシンチレーション
検出器用として見掛けの上で望ましい性質を有すること
が確認されたとしても、かかるシンチレーション検出器
の製造は簡単でない。多くの場合、所望の発光材料は単
結晶材料として製造することができないのである。
を決定するという問題とは別に、ＣＴスキャナにおいて
は、シンチレータ材料を透明な固体として製造しなけれ
ばならないという問題も存在する。粉末形態で入手し得
る多くの発光材料は単結晶形態に加工することができず
、従って透明な固体として利用することができない。 このように特定の発光材料を単結晶として製造すること
ができない理由としては、結晶構造が適合性を有しない
こと、チョクラルスキー法による成長温度において不安
定であること、発光材料の一部の成分が結晶構造または
融液に対して低い溶解度を有すること、原石中における
添加剤および（または）置換体の不均一な分布をもたら
すような偏析係数を有することなどが挙げられる。その
結果、ある発光材料がＣＴスキャナのシンチレーション
検出器用として見掛けの上で望ましい性質を有すること
が確認されたとしても、かかるシンチレーション検出器
の製造は簡単でない。多くの場合、所望の発光材料は単
結晶材料として製造することができないのである。
【００２９】物理学の研究においては、高エネルギー粒
子を計数するためにシンチレーションカウンタが使用さ
れている。かかるシンチレーションカウンタは、透明な
固体（多くは内部に発光材料を分散させたプラスチック
固体）と、単一粒子の吸収によって発生する極めて弱い
ルミネセンスを検出するため該固体に結合された光電子
増倍管とから成るのが通例である。かかるシンチレーシ
ョンカウンタ用として使用される材料は、時間的に接近
した独立の事象を互いに識別して所望の計数を行うため
、（好ましくは１００ナノ秒を遥かに下回る）非常に短
い一次減衰時間を有していなければならない。シンチレ
ーションカウンタにおいては、新たな一次シンチレーシ
ョンを以前の事象に由来するバックグラウンドの残光か
ら識別するのに十分な程度にまで残光レベルが低ければ
、ＣＴスキャナ用のシンチレータとして発光材料を使用
するために重要なその他の特性はほとんど重視する必要
がない。その上、かかるシンチレータカウンタにおいて
は、ＣＴスキャナにおいて問題となるような残光を示す
発光材料を使用することができる。それ故、シンチレー
ションカウンタ用途のための発光材料に関する研究がな
されているとは言え、かかる研究の結果はＣＴスキャナ
用の発光材料の探求にとってほとんど役に立たたない。
子を計数するためにシンチレーションカウンタが使用さ
れている。かかるシンチレーションカウンタは、透明な
固体（多くは内部に発光材料を分散させたプラスチック
固体）と、単一粒子の吸収によって発生する極めて弱い
ルミネセンスを検出するため該固体に結合された光電子
増倍管とから成るのが通例である。かかるシンチレーシ
ョンカウンタ用として使用される材料は、時間的に接近
した独立の事象を互いに識別して所望の計数を行うため
、（好ましくは１００ナノ秒を遥かに下回る）非常に短
い一次減衰時間を有していなければならない。シンチレ
ーションカウンタにおいては、新たな一次シンチレーシ
ョンを以前の事象に由来するバックグラウンドの残光か
ら識別するのに十分な程度にまで残光レベルが低ければ
、ＣＴスキャナ用のシンチレータとして発光材料を使用
するために重要なその他の特性はほとんど重視する必要
がない。その上、かかるシンチレータカウンタにおいて
は、ＣＴスキャナにおいて問題となるような残光を示す
発光材料を使用することができる。それ故、シンチレー
ションカウンタ用途のための発光材料に関する研究がな
されているとは言え、かかる研究の結果はＣＴスキャナ
用の発光材料の探求にとってほとんど役に立たたない。
【００３０】融剤成長技術により小さな単結晶として製
造し得る各種の発光材料が存在する。しかしながら、そ
れらは高温下で不安定であって成分物質に分解するため
、大きな単結晶として製造することはできない。また、
投射型陰極線管用の蛍光体の開発に当って、非晶質もし
くは多結晶質のフィルム中における散乱がもたらす光損
失をできるだけ少なくするために発光材料を薄膜状に形
成することも試みられている。かかる材料は、ＣＴスキ
ャナにおいて使用されるＸ線を阻止するのに有効な厚さ
（一般に少なくとも１ｍｍ）を持った透明な固体を与え
ることができないから、ＣＴスキャナ用シンチレータと
しては役に立たない。その上、これらの材料に関して行
われた開発研究の報告書中には、発光材料がＣＴスキャ
ナ用として適するかどうかを判定するために重要な多く
の特性に関するデータが示されていない。
造し得る各種の発光材料が存在する。しかしながら、そ
れらは高温下で不安定であって成分物質に分解するため
、大きな単結晶として製造することはできない。また、
投射型陰極線管用の蛍光体の開発に当って、非晶質もし
くは多結晶質のフィルム中における散乱がもたらす光損
失をできるだけ少なくするために発光材料を薄膜状に形
成することも試みられている。かかる材料は、ＣＴスキ
ャナにおいて使用されるＸ線を阻止するのに有効な厚さ
（一般に少なくとも１ｍｍ）を持った透明な固体を与え
ることができないから、ＣＴスキャナ用シンチレータと
しては役に立たない。その上、これらの材料に関して行
われた開発研究の報告書中には、発光材料がＣＴスキャ
ナ用として適するかどうかを判定するために重要な多く
の特性に関するデータが示されていない。
【００３１】米国特許第４４２１６７１、４４６６９２
９、４４６６９３０、４４７３４１３、４５１８５４５
、４５１８５４６、４５２５６２８、４５７１３１２、
４７４７９７３および４７８３５９６号の明細書中には
、単結晶シンチレータ材料としてのヨウ化セシウムおよ
びタングステン酸カドミウムに対する多結晶質代用品が
開示されている。それらの特許明細書中に開示されたシ
ンチレータ材料は、所望の発光特性を得るために各種の
希土類元素を添加した立方晶系のイットリウムガドリニ
ウム酸化物から成っている。これらの材料は、全ての所
要成分を一様に分布させながら結晶を成長させることが
困難であるため、単結晶形態で製造されたことはなかっ
た。やはり上記の特許明細書中に開示されているごとく
、この希土類添加イットリウムガドリニウム酸化物シン
チレータ材料を十分に透明な多結晶質セラミック形態で
製造するための方法も開発された。かかるシンチレータ
材料は、ヨウ化セシウムおよびタングステン酸カドミウ
ムに比べ、放射線損傷およびヒステリシスをほとんど示
さないと共に、高品質ＣＴスキャナの要求条件を満足す
るのに十分なだけの低い残光レベルを示すという大きな
利点を有している。しかし残念ながら、このシンチレー
タ材料は１０００マイクロ秒程度の一次減衰時間を有し
ており、従って最新のＣＴスキャナにおいて所望される
ような高速タイプのものではない。
９、４４６６９３０、４４７３４１３、４５１８５４５
、４５１８５４６、４５２５６２８、４５７１３１２、
４７４７９７３および４７８３５９６号の明細書中には
、単結晶シンチレータ材料としてのヨウ化セシウムおよ
びタングステン酸カドミウムに対する多結晶質代用品が
開示されている。それらの特許明細書中に開示されたシ
ンチレータ材料は、所望の発光特性を得るために各種の
希土類元素を添加した立方晶系のイットリウムガドリニ
ウム酸化物から成っている。これらの材料は、全ての所
要成分を一様に分布させながら結晶を成長させることが
困難であるため、単結晶形態で製造されたことはなかっ
た。やはり上記の特許明細書中に開示されているごとく
、この希土類添加イットリウムガドリニウム酸化物シン
チレータ材料を十分に透明な多結晶質セラミック形態で
製造するための方法も開発された。かかるシンチレータ
材料は、ヨウ化セシウムおよびタングステン酸カドミウ
ムに比べ、放射線損傷およびヒステリシスをほとんど示
さないと共に、高品質ＣＴスキャナの要求条件を満足す
るのに十分なだけの低い残光レベルを示すという大きな
利点を有している。しかし残念ながら、このシンチレー
タ材料は１０００マイクロ秒程度の一次減衰時間を有し
ており、従って最新のＣＴスキャナにおいて所望される
ような高速タイプのものではない。
【００３２】ドイツ特許第ＤＥ３７０４８１３Ａ１号明
細書中には、Ｇｄ３−ｘ Ｃｅｘ Ａｌ５−ｙ Ｓｃｙ
Ｏ１２から成る単結晶シンチレータが記載されている
。このシンチレータは、原料硫酸塩溶液を噴霧乾燥して
から乾燥状態の硫酸塩を焼成するか、あるいは酸化物を
混合することによって製造される。いずれの場合にも、
得られた粉末を圧縮し、焼結し、融解し、次いで高真空
中において単結晶を引上げる操作が行われる。また、こ
のシンチレータから得られる光出力のスペクトルは５６
０ｎｍ付近にピークを有することも示されている。
細書中には、Ｇｄ３−ｘ Ｃｅｘ Ａｌ５−ｙ Ｓｃｙ
Ｏ１２から成る単結晶シンチレータが記載されている
。このシンチレータは、原料硫酸塩溶液を噴霧乾燥して
から乾燥状態の硫酸塩を焼成するか、あるいは酸化物を
混合することによって製造される。いずれの場合にも、
得られた粉末を圧縮し、焼結し、融解し、次いで高真空
中において単結晶を引上げる操作が行われる。また、こ
のシンチレータから得られる光出力のスペクトルは５６
０ｎｍ付近にピークを有することも示されている。
【００３３】要するに、高速であり、低い残光レベルを
有し、ヒステリシスを示さず、出力の直線性を示し、大
きいＸ線阻止能を有し、所定強度の刺激Ｘ線に対して大
きい光出力を与え、かつ光検出ダイオードが高い感度を
示す振動数の光を放射するようなシンチレータを得るこ
とが望ましいわけである。
有し、ヒステリシスを示さず、出力の直線性を示し、大
きいＸ線阻止能を有し、所定強度の刺激Ｘ線に対して大
きい光出力を与え、かつ光検出ダイオードが高い感度を
示す振動数の光を放射するようなシンチレータを得るこ
とが望ましいわけである。
【００３４】ネオジムを添加したイットリウムアルミニ
ウムガーネット（ＹＡＧ）単結晶は公知のレーザ材料で
ある。この材料にはまた、ＹＡＧレーザの光学的ポンピ
ングのために使用される光振動数の吸収度を高めるため
にクロムが添加されることもある。透明な多結晶質を製
造することも試みられたが、かかる試みは失敗に終った
。この点に関しては、たとえば、マテリアルズ・リサー
チ・ブレティン（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ） 第１９巻（１９８４年）の１
６６９〜１６７４頁に収載されたジー・デウィズ（Ｇ．
ｄｅ Ｗｉｔｈ）等の論文「透明なＹ３ Ａｌ５ Ｏ
１２セラミック」を参照されたい。焼結ＹＡＧ中に酸化
マグネシウムまたは二酸化ケイ素が５００〜２０００ｐ
ｐｍ の濃度で含有された場合、それの不透明度の低下
または透明度の上昇が起こることが報告されている。し
かしながら、これらの添加剤を用いても真の透明状態は
得られない。その上、シンチレータ材料中にかかる透明
度向上剤が含有されることは望ましくない。なぜなら、
これらの不純物はシンチレータ材料の１種以上の望まし
い性質に対して悪影響を及ぼす可能性があるからである
。
ウムガーネット（ＹＡＧ）単結晶は公知のレーザ材料で
ある。この材料にはまた、ＹＡＧレーザの光学的ポンピ
ングのために使用される光振動数の吸収度を高めるため
にクロムが添加されることもある。透明な多結晶質を製
造することも試みられたが、かかる試みは失敗に終った
。この点に関しては、たとえば、マテリアルズ・リサー
チ・ブレティン（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ） 第１９巻（１９８４年）の１
６６９〜１６７４頁に収載されたジー・デウィズ（Ｇ．
ｄｅ Ｗｉｔｈ）等の論文「透明なＹ３ Ａｌ５ Ｏ
１２セラミック」を参照されたい。焼結ＹＡＧ中に酸化
マグネシウムまたは二酸化ケイ素が５００〜２０００ｐ
ｐｍ の濃度で含有された場合、それの不透明度の低下
または透明度の上昇が起こることが報告されている。し
かしながら、これらの添加剤を用いても真の透明状態は
得られない。その上、シンチレータ材料中にかかる透明
度向上剤が含有されることは望ましくない。なぜなら、
これらの不純物はシンチレータ材料の１種以上の望まし
い性質に対して悪影響を及ぼす可能性があるからである
。
【００３５】多くのガーネットは赤外域において透明で
ある。それ故、電磁スペクトルの可視域および赤外域に
わたって真の透明状態が得られれば、かかる透明なガー
ネットは可視域および赤外域用の兼用窓として使用する
ために望ましいものとなろう。
ある。それ故、電磁スペクトルの可視域および赤外域に
わたって真の透明状態が得られれば、かかる透明なガー
ネットは可視域および赤外域用の兼用窓として使用する
ために望ましいものとなろう。
【００３６】「ガーネット型構造のシンチレータを用い
た放射線抵抗性の高速ＣＴシンチレータ装置」と称する
前述の米国特許出願第５４７，００７号、および「透明
な多結晶質ガーネット」と称する前述の米国特許出願第
５４７，００６号の明細書中に開示された組成物は、一
般に、短い応答時間を要求するＣＴスキャナやその他の
装置において使用するための発光材料にとって望ましい
特性を有する。しかし、それらの残光レベルは望ましく
ないほどに高い。
た放射線抵抗性の高速ＣＴシンチレータ装置」と称する
前述の米国特許出願第５４７，００７号、および「透明
な多結晶質ガーネット」と称する前述の米国特許出願第
５４７，００６号の明細書中に開示された組成物は、一
般に、短い応答時間を要求するＣＴスキャナやその他の
装置において使用するための発光材料にとって望ましい
特性を有する。しかし、それらの残光レベルは望ましく
ないほどに高い。
【００３７】シンチレータ業界において公知の通り、残
光はシンチレータ材料中に存在する不純物によって影響
を受けることがある。すなわち、不純物の存在によって
残光が増加する場合もあれば、また不純物の存在によっ
て残光が減少する場合もある。それ故、特定の不純物が
残光に及ぼす影響を予測することができれば望ましいわ
けである。しかしながら、残光を支配する機構は十分に
理解されていないから、特定の発光材料における残光の
低減は、発光材料に様々な不純物を添加して得られる効
果を測定するという試行錯誤法によって試みられてきた
。実際、試行錯誤的な実験により、残光低減目的のため
に特定の不純物または特定の組合せの不純物が有用であ
るかどうかが判定されると共に、所望の発光材料のその
他の重要な性質に顕著な悪影響を及ぼすことなしに望ま
しい残光低減効果を得るためホスト物質中に該不純物を
導入する際の量または濃度が決定された例が幾つか見出
される。しかしながら、予測可能性の目標は当業界にお
いてまだ達成されていないのである。
光はシンチレータ材料中に存在する不純物によって影響
を受けることがある。すなわち、不純物の存在によって
残光が増加する場合もあれば、また不純物の存在によっ
て残光が減少する場合もある。それ故、特定の不純物が
残光に及ぼす影響を予測することができれば望ましいわ
けである。しかしながら、残光を支配する機構は十分に
理解されていないから、特定の発光材料における残光の
低減は、発光材料に様々な不純物を添加して得られる効
果を測定するという試行錯誤法によって試みられてきた
。実際、試行錯誤的な実験により、残光低減目的のため
に特定の不純物または特定の組合せの不純物が有用であ
るかどうかが判定されると共に、所望の発光材料のその
他の重要な性質に顕著な悪影響を及ぼすことなしに望ま
しい残光低減効果を得るためホスト物質中に該不純物を
導入する際の量または濃度が決定された例が幾つか見出
される。しかしながら、予測可能性の目標は当業界にお
いてまだ達成されていないのである。
【００３８】非発光性のホスト物質にルミネセンス賦活
剤を添加して成るような種類の単結晶発光材料について
は、いかなる不純物が存在しているかを決定すること、
および追加の不純物を選択的に導入するのに当ってそれ
らが該材料の発光特性に対して有益な効果を有するかど
うかを判定することが大きな問題を成している。特に、
「透明な多結晶質ガーネット」と称する前述の米国特許
出願第５４７，００６号明細書中に説明されているごと
く、添加の問題は厄介である。なぜなら、チョクラルス
キー法によって成長させた単結晶材料中におけるルミネ
センス賦活剤および追加の添加剤の量を独立に調整する
ことは困難だからである。それ故、追加の添加剤の導入
によって発光材料の応答特性を制御する技術は、単結晶
発光材料に関する研究領域の内でも成果の少ない分野で
あった。また、シンチレータとして使用するための発光
材料においては、一様な透明度および組成に関する要求
条件が複数の添加剤を含有する発光材料の開発および試
験にとって大きな障害となっていた。
剤を添加して成るような種類の単結晶発光材料について
は、いかなる不純物が存在しているかを決定すること、
および追加の不純物を選択的に導入するのに当ってそれ
らが該材料の発光特性に対して有益な効果を有するかど
うかを判定することが大きな問題を成している。特に、
「透明な多結晶質ガーネット」と称する前述の米国特許
出願第５４７，００６号明細書中に説明されているごと
く、添加の問題は厄介である。なぜなら、チョクラルス
キー法によって成長させた単結晶材料中におけるルミネ
センス賦活剤および追加の添加剤の量を独立に調整する
ことは困難だからである。それ故、追加の添加剤の導入
によって発光材料の応答特性を制御する技術は、単結晶
発光材料に関する研究領域の内でも成果の少ない分野で
あった。また、シンチレータとして使用するための発光
材料においては、一様な透明度および組成に関する要求
条件が複数の添加剤を含有する発光材料の開発および試
験にとって大きな障害となっていた。
【００３９】「透明な多結晶質ガーネット」と称する前
述の米国特許出願第５４７，００６号明細書中に記載さ
れているごとく、本発明者等は製造方法に基づいて組成
を綿密に調整し得る透明なガーネット型多結晶質シンチ
レータ固体の製造技術を開発した。これは、広範囲の添
加剤を試行錯誤的に試験することにより、それらが所望
組成物の発光特性に有益な効果を及ぼすかどうかを調べ
ることの可能性を開拓するものである。
述の米国特許出願第５４７，００６号明細書中に記載さ
れているごとく、本発明者等は製造方法に基づいて組成
を綿密に調整し得る透明なガーネット型多結晶質シンチ
レータ固体の製造技術を開発した。これは、広範囲の添
加剤を試行錯誤的に試験することにより、それらが所望
組成物の発光特性に有益な効果を及ぼすかどうかを調べ
ることの可能性を開拓するものである。
【００４０】このようなわけで、発光材料の設計および
試験を容易にすると共に、その他の発光特性の実質的な
悪化なしに残光の低減を示すような発光材料を得るため
には、発光材料中における残光発生機構および残光抑制
機構を一層良く理解することが必要なのである。
試験を容易にすると共に、その他の発光特性の実質的な
悪化なしに残光の低減を示すような発光材料を得るため
には、発光材料中における残光発生機構および残光抑制
機構を一層良く理解することが必要なのである。
【００４１】
【発明の目的】本発明の主たる目的は、残光発生機構を
理解することによって残光の予測可能な低減を可能にす
ることにある。
理解することによって残光の予測可能な低減を可能にす
ることにある。
【００４２】本発明のもう１つの目的は、ガーネット発
光材料の他の発光特性に顕著な悪影響を及ぼすことなし
に該発光材料の残光を顕著に低減させることにある。
光材料の他の発光特性に顕著な悪影響を及ぼすことなし
に該発光材料の残光を顕著に低減させることにある。
【００４３】本発明の更にもう１つの目的は、クロム添
加ガドリニウムガリウムガーネット発光材料の残光を低
減させることにある。
加ガドリニウムガリウムガーネット発光材料の残光を低
減させることにある。
【００４４】本発明の更にもう１つの目的は、ガドリニ
ウムまたはガリウムを基材とするクロム添加ガーネット
発光材料の残光を低減させることにある。
ウムまたはガリウムを基材とするクロム添加ガーネット
発光材料の残光を低減させることにある。
【００４５】
【発明の概要】添付の図面を含めた本明細書から明らか
となる上記およびその他の目的は、本発明に従えば、少
なくとも部分的には刺激の停止後においてトラップから
放出された正孔の放射性再結合の結果として生じるよう
な残光を示すガーネット型構造の結晶質基礎シンチレー
タ組成物に対し、基礎シンチレータ組成物中の正孔トラ
ップがもたらす残光誘起作用を打消すために正孔捕捉物
質を添加して成る性能増強シンチレータによって達成さ
れる。
となる上記およびその他の目的は、本発明に従えば、少
なくとも部分的には刺激の停止後においてトラップから
放出された正孔の放射性再結合の結果として生じるよう
な残光を示すガーネット型構造の結晶質基礎シンチレー
タ組成物に対し、基礎シンチレータ組成物中の正孔トラ
ップがもたらす残光誘起作用を打消すために正孔捕捉物
質を添加して成る性能増強シンチレータによって達成さ
れる。
【００４６】本発明は、特に正孔の捕捉によって誘起さ
れる残光を示す不純物賦活型のガーネット組成物に対し
て適用することができる。かかるガーネット組成物の実
例としては、Ｃｒ２ Ｏ３ として約０．０７〜０．２
重量％の濃度のクロム３＋イオンでそれぞれ賦活された
ガドリニウムガリウムガーネット（Ｇｄ３ Ｇａ５ Ｏ
１２） 、ガドリニウムスカンジウムガリウムガーネッ
ト（Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ｇａ３ Ｏ１２） およびガドリ
ニウムスカンジウムアルミニウムガーネット（Ｇｄ３
Ｓｃ２ Ａｌ３ Ｏ１２） 、並びにＣｅ２ Ｏ３ と
して約０．３３重量％の濃度のセリウム３＋イオンまた
はＮｄ２ Ｏ３ として約０．８５重量％の濃度のネオ
ジム３＋イオンで賦活されたイットリウムアルミニウム
ガーネット（Ｙ３ Ａｌ５ Ｏ１２） が挙げられる。 以後は、簡略化のため、Ｇｄ３ Ｇａ５ Ｏ１２はＧＧ
Ｇとして、Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ｇａ３ Ｏ１２はＧＳＧＧ
として、Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ａｌ３ Ｏ１２はＧＳＡＧと
して、またＹ３ Ａｌ５ Ｏ１２はＹＡＧとして表わさ
れる。透明なシンチレータとして使用する場合、これら
の公称組成物の最も有用な組成範囲はガーネット型の固
溶体を与えるような組成範囲であって、その中には発光
特性に悪影響を及ぼさないような部分置換が施されたも
のも含まれる。
れる残光を示す不純物賦活型のガーネット組成物に対し
て適用することができる。かかるガーネット組成物の実
例としては、Ｃｒ２ Ｏ３ として約０．０７〜０．２
重量％の濃度のクロム３＋イオンでそれぞれ賦活された
ガドリニウムガリウムガーネット（Ｇｄ３ Ｇａ５ Ｏ
１２） 、ガドリニウムスカンジウムガリウムガーネッ
ト（Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ｇａ３ Ｏ１２） およびガドリ
ニウムスカンジウムアルミニウムガーネット（Ｇｄ３
Ｓｃ２ Ａｌ３ Ｏ１２） 、並びにＣｅ２ Ｏ３ と
して約０．３３重量％の濃度のセリウム３＋イオンまた
はＮｄ２ Ｏ３ として約０．８５重量％の濃度のネオ
ジム３＋イオンで賦活されたイットリウムアルミニウム
ガーネット（Ｙ３ Ａｌ５ Ｏ１２） が挙げられる。 以後は、簡略化のため、Ｇｄ３ Ｇａ５ Ｏ１２はＧＧ
Ｇとして、Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ｇａ３ Ｏ１２はＧＳＧＧ
として、Ｇｄ３ Ｓｃ２ Ａｌ３ Ｏ１２はＧＳＡＧと
して、またＹ３ Ａｌ５ Ｏ１２はＹＡＧとして表わさ
れる。透明なシンチレータとして使用する場合、これら
の公称組成物の最も有用な組成範囲はガーネット型の固
溶体を与えるような組成範囲であって、その中には発光
特性に悪影響を及ぼさないような部分置換が施されたも
のも含まれる。
【００４７】これらのガーネット組成物の各々は比較的
低い残光レベルを示すが、それの残光が更に低減されれ
ば、高速ＣＴスキャナのごときある種の用途にとって一
層好適なものとなるはずである。本発明に従えば、Ｃｒ
３＋賦活ガドリニウムガリウムガーネットの場合、０．
１０重量％までもしくはそれ以上のセリウムを酸化物と
して添加すると（最良の場合には）僅か２０％の光出力
低下に伴って残光が９７％も低減される一方、テルビウ
ムまたはプラセオジムを添加すると２５％未満の光出力
低下に伴って残光がそれぞれ最大１／１０または約１／
３ にまで低減されることが見出された。
低い残光レベルを示すが、それの残光が更に低減されれ
ば、高速ＣＴスキャナのごときある種の用途にとって一
層好適なものとなるはずである。本発明に従えば、Ｃｒ
３＋賦活ガドリニウムガリウムガーネットの場合、０．
１０重量％までもしくはそれ以上のセリウムを酸化物と
して添加すると（最良の場合には）僅か２０％の光出力
低下に伴って残光が９７％も低減される一方、テルビウ
ムまたはプラセオジムを添加すると２５％未満の光出力
低下に伴って残光がそれぞれ最大１／１０または約１／
３ にまで低減されることが見出された。
【００４８】かかる残光の低減にはまた、放射線損傷の
顕著な減少が伴う。
顕著な減少が伴う。
【００４９】本発明の内容は、前記特許請求の範囲中に
詳細かつ明確に記載されている。とは言え、本発明の構
成および実施方法並びにそれの追加の目的および利点は
、添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことによ
って最も良く理解されよう。
詳細かつ明確に記載されている。とは言え、本発明の構
成および実施方法並びにそれの追加の目的および利点は
、添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことによ
って最も良く理解されよう。
【００５０】
【発明の詳述】計算機断層撮影装置またはＣＴスキャナ
１００が図３に略示されている。このＣＴスキャナ１０
０は、検査すべき患者または物体を内部に配置するため
の包囲円筒１１０を含んでいる。円筒１１０は、それの
中心軸の回りに回転し得るように構成された架台１１２
によって包囲されている。かかる架台１１２は、架台上
の電子装置をＣＴスキャナの残部に接続するために使用
される方式に応じ、１回転してから戻るように構成され
る場合もあれば、あるいは連続的に回転するように構成
される場合もある。架台上の電子装置の中には、好まし
くは扇形のＸ線ビームを発生するＸ線源１１４が含まれ
ている。それによって発生されたＸ線ビームは、円筒１
１０の反対側において架台上に取付けられたシンチレー
ション検出器列１１６をそれの内部に含んでいる。かか
るＸ線ビームの扇形パターンは、Ｘ線源１１４およびシ
ンチレーション検出器列１１６によって規定される平面
内に配置されている。シンチレーション検出器列１１６
は、扇形Ｘ線ビームの平面に対して垂直な方向において
は幅が非常に狭くなっている。シンチレーション検出器
列１１６中の各セル１１８には、シンチレータ材料から
成る透明な固体棒材および該棒材に対して光学的に結合
された光検出ダイオードが組込まれている。各々の光検
出ダイオードからの出力は、架台上に取付けられた演算
増幅器に伝達される。各々の演算増幅器からの出力は、
個々の導線１２０またはその他の電子部品を介してＣＴ
スキャナ用の主制御装置１５０に伝達される。図示され
た実施の態様においては、Ｘ線源１１４用の電力がケー
ブル１３０によって主制御装置１５０から供給されると
共に、シンチレーション検出器列１１６からの信号もケ
ーブル１３０によって主制御装置１５０に伝達される。 ケーブル１３０を使用した場合には、通例、架台が１回
転した後にそれを元の位置にまで戻すことが必要となる
。架台を連続的に回転させることが所望される場合には
、スリップリングまたは光学的もしくは無線伝達手段を
用いて架台上の電子装置を主制御装置１５０に接続すれ
ばよい。かかるタイプのＣＴスキャナにおいては、シン
チレータ材料の使用によって入射Ｘ線が光に変換され、
次いでその光が光検出ダイオードにより検出されて電気
信号に変換される。このようにして得られた電気信号は
、画像の再構成やその他の目的のために使用することが
できる。現在のところ、シンチレータ材料がキセノンガ
スまたは固体シンチレータ棒材のいずれから成るにせよ
、それの特性がかかる装置の性能に対する制限因子の１
つとなっている。
１００が図３に略示されている。このＣＴスキャナ１０
０は、検査すべき患者または物体を内部に配置するため
の包囲円筒１１０を含んでいる。円筒１１０は、それの
中心軸の回りに回転し得るように構成された架台１１２
によって包囲されている。かかる架台１１２は、架台上
の電子装置をＣＴスキャナの残部に接続するために使用
される方式に応じ、１回転してから戻るように構成され
る場合もあれば、あるいは連続的に回転するように構成
される場合もある。架台上の電子装置の中には、好まし
くは扇形のＸ線ビームを発生するＸ線源１１４が含まれ
ている。それによって発生されたＸ線ビームは、円筒１
１０の反対側において架台上に取付けられたシンチレー
ション検出器列１１６をそれの内部に含んでいる。かか
るＸ線ビームの扇形パターンは、Ｘ線源１１４およびシ
ンチレーション検出器列１１６によって規定される平面
内に配置されている。シンチレーション検出器列１１６
は、扇形Ｘ線ビームの平面に対して垂直な方向において
は幅が非常に狭くなっている。シンチレーション検出器
列１１６中の各セル１１８には、シンチレータ材料から
成る透明な固体棒材および該棒材に対して光学的に結合
された光検出ダイオードが組込まれている。各々の光検
出ダイオードからの出力は、架台上に取付けられた演算
増幅器に伝達される。各々の演算増幅器からの出力は、
個々の導線１２０またはその他の電子部品を介してＣＴ
スキャナ用の主制御装置１５０に伝達される。図示され
た実施の態様においては、Ｘ線源１１４用の電力がケー
ブル１３０によって主制御装置１５０から供給されると
共に、シンチレーション検出器列１１６からの信号もケ
ーブル１３０によって主制御装置１５０に伝達される。 ケーブル１３０を使用した場合には、通例、架台が１回
転した後にそれを元の位置にまで戻すことが必要となる
。架台を連続的に回転させることが所望される場合には
、スリップリングまたは光学的もしくは無線伝達手段を
用いて架台上の電子装置を主制御装置１５０に接続すれ
ばよい。かかるタイプのＣＴスキャナにおいては、シン
チレータ材料の使用によって入射Ｘ線が光に変換され、
次いでその光が光検出ダイオードにより検出されて電気
信号に変換される。このようにして得られた電気信号は
、画像の再構成やその他の目的のために使用することが
できる。現在のところ、シンチレータ材料がキセノンガ
スまたは固体シンチレータ棒材のいずれから成るにせよ
、それの特性がかかる装置の性能に対する制限因子の１
つとなっている。
【００５１】図３に示されたようなタイプの高速Ｘ線Ｃ
Ｔスキャナにおいてシンチレータとして使用するのに適
した種類の発光材料は、「ガーネット型構造のシンチレ
ータを用いた放射線抵抗性の高速ＣＴシンチレータ装置
」と称する前述の米国特許出願第５４７，００７号明細
書中に規定されている。詳しく述べれば、単結晶形態の
かかる発光材料は、Ｘ線刺激に応答して発光を示し、Ｘ
線刺激の停止後において５００ミリ秒未満の一次減衰時
間を示すと共に、原石中の位置によって異なりかつＸ線
刺激の停止から１００〜３００ミリ秒後において１％以
上から約０．１％までの範囲内にある残光レベルを示し
、５００〜１０００ラドの約１４０キロボルトＸ線に暴
露された後に５％未満の放射線損傷を示し、実質的にヒ
ステリシスを示さず、チョクラルスキー法により単結晶
として成長させた場合に該発光材料から発生される光に
対して十分に透明であり、かつ商業的なＸ線ＣＴスキャ
ナにおいて使用されている材料であるタングステン酸カ
ドミウム単結晶によって発生される光出力の通例約１０
０〜約３５０％に相当する光出力を生じるようなもので
ある。
Ｔスキャナにおいてシンチレータとして使用するのに適
した種類の発光材料は、「ガーネット型構造のシンチレ
ータを用いた放射線抵抗性の高速ＣＴシンチレータ装置
」と称する前述の米国特許出願第５４７，００７号明細
書中に規定されている。詳しく述べれば、単結晶形態の
かかる発光材料は、Ｘ線刺激に応答して発光を示し、Ｘ
線刺激の停止後において５００ミリ秒未満の一次減衰時
間を示すと共に、原石中の位置によって異なりかつＸ線
刺激の停止から１００〜３００ミリ秒後において１％以
上から約０．１％までの範囲内にある残光レベルを示し
、５００〜１０００ラドの約１４０キロボルトＸ線に暴
露された後に５％未満の放射線損傷を示し、実質的にヒ
ステリシスを示さず、チョクラルスキー法により単結晶
として成長させた場合に該発光材料から発生される光に
対して十分に透明であり、かつ商業的なＸ線ＣＴスキャ
ナにおいて使用されている材料であるタングステン酸カ
ドミウム単結晶によって発生される光出力の通例約１０
０〜約３５０％に相当する光出力を生じるようなもので
ある。
【００５２】多結晶質形態のかかる材料を製造するため
の方法は、「透明な多結晶質ガーネット」と称する前述
の米国特許出願第５４７，００６号明細書中に開示され
ている。
の方法は、「透明な多結晶質ガーネット」と称する前述
の米国特許出願第５４７，００６号明細書中に開示され
ている。
【００５３】この種のシンチレータ材料は、立方晶系の
ガーネット型結晶を不純物で賦活することによって生起
されるルミネセンスに基づいている。ガーネットとは、
化学式Ａ３ Ｂ５ Ｏ１２を有する１群の物質である。 この場合、Ａ陽イオンには酸素が八配位しており、また
Ｂ陽イオンには酸素が正八面体六配位もしくは正四面体
四配位している。結晶構造は単位格子当り１６０個のイ
オンを有する立方晶系のものであって、８つの式単位を
含有している。本発明に従えば、Ａ陽イオンは希土類元
素またはイットリウムのイオンであって、それらは単独
で存在することも混在することもあり、また賦活剤で置
換されることもある。Ｂ陽イオンは希土類元素またはそ
の他の元素のイオンであって、この場合にも、それらは
単独で存在することも混在することもあり、また置換さ
れることもある。詳しく述べれば、八配位部位または六
配位部位に賦活剤イオンが置換された場合、これらのガ
ーネットはＸ線による刺激に応答して発光を示すことが
判明した。Ｘ線による刺激に応答して該ホスト物質中に
光学的ルミネセンスを生起させる特に重要な賦活剤イオ
ンは、六配位部位に位置するクロム３＋イオンである。
ガーネット型結晶を不純物で賦活することによって生起
されるルミネセンスに基づいている。ガーネットとは、
化学式Ａ３ Ｂ５ Ｏ１２を有する１群の物質である。 この場合、Ａ陽イオンには酸素が八配位しており、また
Ｂ陽イオンには酸素が正八面体六配位もしくは正四面体
四配位している。結晶構造は単位格子当り１６０個のイ
オンを有する立方晶系のものであって、８つの式単位を
含有している。本発明に従えば、Ａ陽イオンは希土類元
素またはイットリウムのイオンであって、それらは単独
で存在することも混在することもあり、また賦活剤で置
換されることもある。Ｂ陽イオンは希土類元素またはそ
の他の元素のイオンであって、この場合にも、それらは
単独で存在することも混在することもあり、また置換さ
れることもある。詳しく述べれば、八配位部位または六
配位部位に賦活剤イオンが置換された場合、これらのガ
ーネットはＸ線による刺激に応答して発光を示すことが
判明した。Ｘ線による刺激に応答して該ホスト物質中に
光学的ルミネセンスを生起させる特に重要な賦活剤イオ
ンは、六配位部位に位置するクロム３＋イオンである。
【００５４】上記の通り、関連出願明細書中に開示され
た各種のガーネット型発光材料は、高速シンチレータ材
料としての使用にとって有望な発光特性を示す。しかし
ながら、それらの残光は最適とは言えないほどに強い。 先行技術に従えば、試行錯誤法によってこれらの発光材
料の残光を改善することができたかも知れない。すなわ
ち、各種の不純物を試行錯誤的に添加することにより、
発光材料の他の特性に顕著な悪影響を及ぼすことなしに
それの残光を低減させるような添加剤（すなわち、残光
低減剤）を探し出すことも可能であったろう。しかしな
がら、多数の発光材料を対象とする場合には、このよう
な試行錯誤法は経費がかかるばかりでなく時間もかかる
。それ故に本発明者等は、予測可能に残光を低減させる
ための系統的な手段を考案し、それによって広範な試行
錯誤試験が必要とする時間および経費を節減するため、
残光に関与する過程を理解することに取組んだ。
た各種のガーネット型発光材料は、高速シンチレータ材
料としての使用にとって有望な発光特性を示す。しかし
ながら、それらの残光は最適とは言えないほどに強い。 先行技術に従えば、試行錯誤法によってこれらの発光材
料の残光を改善することができたかも知れない。すなわ
ち、各種の不純物を試行錯誤的に添加することにより、
発光材料の他の特性に顕著な悪影響を及ぼすことなしに
それの残光を低減させるような添加剤（すなわち、残光
低減剤）を探し出すことも可能であったろう。しかしな
がら、多数の発光材料を対象とする場合には、このよう
な試行錯誤法は経費がかかるばかりでなく時間もかかる
。それ故に本発明者等は、予測可能に残光を低減させる
ための系統的な手段を考案し、それによって広範な試行
錯誤試験が必要とする時間および経費を節減するため、
残光に関与する過程を理解することに取組んだ。
【００５５】Ｘ線のごとき高エネルギー光子または中性
子やα粒子のごとき粒子がシンチレータ中に吸収された
場合、その高エネルギー光子または粒子は電子を原子軌
道から追出し、それによって正孔−電子対を生成する。 正孔−電子対とは、可動状態の電子および可動状態の正
孔（電子の不存在によって生じた正電荷）が互いに分離
し、そして互いに独立に移動するようなものである。正
孔−電子対はシンチレータの内部で再結合してエネルギ
ーを放出することがあるが、シンチレータの場合には、
かかる再結合は賦活剤部位において起こることが多い。 正孔および電子のそれぞれは、結晶欠陥または有利な電
荷配置を示す不純物の位置に保持される傾向がある。こ
のような部位はトラップとして知られていて、正孔トラ
ップは正孔を保持するのに対し、電子トラップは電子を
保持する。こうして保持された正孔および電子は、それ
ぞれのトラップに関する熱平衡化速度に依存する一定の
時間後にトラップから放出される。
子やα粒子のごとき粒子がシンチレータ中に吸収された
場合、その高エネルギー光子または粒子は電子を原子軌
道から追出し、それによって正孔−電子対を生成する。 正孔−電子対とは、可動状態の電子および可動状態の正
孔（電子の不存在によって生じた正電荷）が互いに分離
し、そして互いに独立に移動するようなものである。正
孔−電子対はシンチレータの内部で再結合してエネルギ
ーを放出することがあるが、シンチレータの場合には、
かかる再結合は賦活剤部位において起こることが多い。 正孔および電子のそれぞれは、結晶欠陥または有利な電
荷配置を示す不純物の位置に保持される傾向がある。こ
のような部位はトラップとして知られていて、正孔トラ
ップは正孔を保持するのに対し、電子トラップは電子を
保持する。こうして保持された正孔および電子は、それ
ぞれのトラップに関する熱平衡化速度に依存する一定の
時間後にトラップから放出される。
【００５６】結晶質のイットリウムアルミニウムガーネ
ット（ＹＡＧ）は内因性もしくは外因性の欠陥に原因す
る正孔捕捉性の局在エネルギーレベルを有しており、従
って弱い発光性を示す。本発明者等の理論によれば、そ
れのルミネセンスを高めるために３価の賦活剤（たとえ
ば、セリウム、ユーロピウム、ガドリニウムおよびテル
ビウムのごとき希土類元素）を添加した場合、内因性お
よび外因性のホスト欠陥は実質的に変化しないままに残
存し、従ってそれらは賦活剤イオンにエネルギーを伝達
することによってルミネセンスを生起させる高エネルギ
ーキャリヤを賦活剤イオンと競合して奪い合う。それ故
、これらの欠陥は発光効率を制限し、また通例は残光の
原因ともなる。このような結論は、未添加のＹＡＧおよ
び単一の希土類元素で賦活されたＹＡＧのルミネセンス
強度の温度依存性に関する研究結果から得られたもので
ある。電子ビームによって励起された場合、Ｅｕ３＋（
ＹＡＧ中のＥｕ３＋は電子トラップである）を添加した
ＹＡＧは良好な光出力を与えるが、それはまた強い残光
をも示す。Ｃｅを添加したＹＡＧのルミネセンス強度は
低温においてはＣｅ濃度に応じて直線的に増加するが、
このことはＣｅ３＋イオンがＹＡＧの正孔トラップと直
接に競合する安定な正孔トラップとして作用するという
仮定に合致している。希土類元素がＹＡＧ中に導入する
不純物ポテンシャル（電子吸引または正孔吸引ポテンシ
ャル）の性質は、個々の希土類元素の電子配置（レドッ
クス特性）によって支配される。たとえば、４ｆ６ の
電子配置を有するＥｕ３＋は半分だけ満たされた殻より
も電子が１個だけ少ないものであって、電子を吸引する
ことによって比較的容易にＥｕ２＋に還元され得る。他
方、Ｃｅ３＋は完全に満たされた殻よりも電子が１個だ
け多いものであって、正孔を吸引してＣｅ４＋中心を生
成し得る。 Ｐｒも４価の状態（Ｐｒ４＋）を示すという事実は、Ｐ
ｒ３＋がやはり正孔吸引中心を成すはずであることを表
わしている。［Ｌｎ３＋］／［Ｌｎ４＋］比は、結晶中
における異価不純物の存在並びに熱処理用の雰囲気、時
間および温度に依存する。なお、上文中の「Ｌｎ」はラ
ンタン系列中の任意の希土類元素を表わす。異価不純物
とは、置換を受ける元素とは異なる原子価を有するよう
な不純物を意味する。
ット（ＹＡＧ）は内因性もしくは外因性の欠陥に原因す
る正孔捕捉性の局在エネルギーレベルを有しており、従
って弱い発光性を示す。本発明者等の理論によれば、そ
れのルミネセンスを高めるために３価の賦活剤（たとえ
ば、セリウム、ユーロピウム、ガドリニウムおよびテル
ビウムのごとき希土類元素）を添加した場合、内因性お
よび外因性のホスト欠陥は実質的に変化しないままに残
存し、従ってそれらは賦活剤イオンにエネルギーを伝達
することによってルミネセンスを生起させる高エネルギ
ーキャリヤを賦活剤イオンと競合して奪い合う。それ故
、これらの欠陥は発光効率を制限し、また通例は残光の
原因ともなる。このような結論は、未添加のＹＡＧおよ
び単一の希土類元素で賦活されたＹＡＧのルミネセンス
強度の温度依存性に関する研究結果から得られたもので
ある。電子ビームによって励起された場合、Ｅｕ３＋（
ＹＡＧ中のＥｕ３＋は電子トラップである）を添加した
ＹＡＧは良好な光出力を与えるが、それはまた強い残光
をも示す。Ｃｅを添加したＹＡＧのルミネセンス強度は
低温においてはＣｅ濃度に応じて直線的に増加するが、
このことはＣｅ３＋イオンがＹＡＧの正孔トラップと直
接に競合する安定な正孔トラップとして作用するという
仮定に合致している。希土類元素がＹＡＧ中に導入する
不純物ポテンシャル（電子吸引または正孔吸引ポテンシ
ャル）の性質は、個々の希土類元素の電子配置（レドッ
クス特性）によって支配される。たとえば、４ｆ６ の
電子配置を有するＥｕ３＋は半分だけ満たされた殻より
も電子が１個だけ少ないものであって、電子を吸引する
ことによって比較的容易にＥｕ２＋に還元され得る。他
方、Ｃｅ３＋は完全に満たされた殻よりも電子が１個だ
け多いものであって、正孔を吸引してＣｅ４＋中心を生
成し得る。 Ｐｒも４価の状態（Ｐｒ４＋）を示すという事実は、Ｐ
ｒ３＋がやはり正孔吸引中心を成すはずであることを表
わしている。［Ｌｎ３＋］／［Ｌｎ４＋］比は、結晶中
における異価不純物の存在並びに熱処理用の雰囲気、時
間および温度に依存する。なお、上文中の「Ｌｎ」はラ
ンタン系列中の任意の希土類元素を表わす。異価不純物
とは、置換を受ける元素とは異なる原子価を有するよう
な不純物を意味する。
【００５７】「透明な多結晶質ガーネット」と称する前
述の米国特許出願第５４７，００６号明細書中に開示さ
れたような多結晶質のＧＧＧ：Ｃｒは、「ガーネット型
構造のシンチレータを用いた放射線抵抗性の高速ＣＴシ
ンチレータ装置」と称する前述の米国特許出願第５４７
，００７号明細書中に開示されたような単結晶原石の最
悪の部分に近似した発光特性を示す。その理由は、ＧＧ
Ｇの多結晶質構造並びに製造および加工時の履歴の結果
としてホスト欠陥の濃度が増大したことにあると考えら
れる。このことは、それらのホスト欠陥の多くが正孔ト
ラップであるという事実に基づいて説明することができ
る。すなわち、かかる正孔トラップが刺激放射線の吸収
に際してシンチレータ材料中に生成される正孔を賦活剤
と競合して奪うため、発光効率が制限を受けるのである
。
述の米国特許出願第５４７，００６号明細書中に開示さ
れたような多結晶質のＧＧＧ：Ｃｒは、「ガーネット型
構造のシンチレータを用いた放射線抵抗性の高速ＣＴシ
ンチレータ装置」と称する前述の米国特許出願第５４７
，００７号明細書中に開示されたような単結晶原石の最
悪の部分に近似した発光特性を示す。その理由は、ＧＧ
Ｇの多結晶質構造並びに製造および加工時の履歴の結果
としてホスト欠陥の濃度が増大したことにあると考えら
れる。このことは、それらのホスト欠陥の多くが正孔ト
ラップであるという事実に基づいて説明することができ
る。すなわち、かかる正孔トラップが刺激放射線の吸収
に際してシンチレータ材料中に生成される正孔を賦活剤
と競合して奪うため、発光効率が制限を受けるのである
。
【００５８】クロム添加ＧＧＧの刺激−定常出力期間中
および刺激後の発光応答（残光）期間中においてこの材
料から放射される光のスペクトル特性に基づけば、いず
れの場合にもクロム部位における放射性の正孔−電子再
結合が発光源であるという結論が得られた。ＣＴスキャ
ナおよびその他多くの装置において使用される刺激放射
線強度範囲内では、ガーネット型ホスト物質は正孔トラ
ップの飽和状態に到達することがない。その結果、ホス
ト物質中に存在するクロム賦活剤および正孔トラップは
競合的に正孔を奪い合う。かかる発光材料の残光特性に
基づけば、該材料中の正孔トラップは比較的小さい熱平
衡化速度を有するように思われる。このような推論は、
かかる発光材料のポンプアップ特性、定常発光特性およ
び残光特性を比較することによって確認された。ポンプ
アップとは、発光材料またはシンチレータの光出力が（
刺激エネルギー中の段階関数に応答して瞬間的に定常レ
ベルにまで上昇するのではなく）先ず初期値にまで立上
がり、次いで一定の時間にわたって定常レベルにまで増
加するという特性を意味する。このような一定の時間は
ポンプアップ時間として知られるものであって、それは
秒のオーダーにある。詳しく述べれば、刺激放射線中の
段階関数に暴露された場合の光出力は先ず初期レベルに
まで立上がり、次いで最終定常レベルにまで漸近的に増
加する。光出力の初期レベルと最終定常レベルとの差を
最終定常レベルに対する百分率で表わした値がポンプア
ップとして知られるものである。
および刺激後の発光応答（残光）期間中においてこの材
料から放射される光のスペクトル特性に基づけば、いず
れの場合にもクロム部位における放射性の正孔−電子再
結合が発光源であるという結論が得られた。ＣＴスキャ
ナおよびその他多くの装置において使用される刺激放射
線強度範囲内では、ガーネット型ホスト物質は正孔トラ
ップの飽和状態に到達することがない。その結果、ホス
ト物質中に存在するクロム賦活剤および正孔トラップは
競合的に正孔を奪い合う。かかる発光材料の残光特性に
基づけば、該材料中の正孔トラップは比較的小さい熱平
衡化速度を有するように思われる。このような推論は、
かかる発光材料のポンプアップ特性、定常発光特性およ
び残光特性を比較することによって確認された。ポンプ
アップとは、発光材料またはシンチレータの光出力が（
刺激エネルギー中の段階関数に応答して瞬間的に定常レ
ベルにまで上昇するのではなく）先ず初期値にまで立上
がり、次いで一定の時間にわたって定常レベルにまで増
加するという特性を意味する。このような一定の時間は
ポンプアップ時間として知られるものであって、それは
秒のオーダーにある。詳しく述べれば、刺激放射線中の
段階関数に暴露された場合の光出力は先ず初期レベルに
まで立上がり、次いで最終定常レベルにまで漸近的に増
加する。光出力の初期レベルと最終定常レベルとの差を
最終定常レベルに対する百分率で表わした値がポンプア
ップとして知られるものである。
【００５９】ポンプアップは、ホスト物質中の正孔トラ
ップが定常状態にまで満たされるまでの時定数に原因す
る（または関連する）ものとして説明することができる
。かかる定常状態とは、占拠されたトラップの割合が実
質的に一定となった状態を意味する。とは言え、その間
にも未占拠のトラップは正孔を吸引し続ける一方、占拠
されたトラップはそれの熱平衡化速度に従って正孔を放
出し続けるのである。正孔トラップが定常状態に達する
と、刺激放射線が停止されるまで光出力は一定に保たれ
る。
ップが定常状態にまで満たされるまでの時定数に原因す
る（または関連する）ものとして説明することができる
。かかる定常状態とは、占拠されたトラップの割合が実
質的に一定となった状態を意味する。とは言え、その間
にも未占拠のトラップは正孔を吸引し続ける一方、占拠
されたトラップはそれの熱平衡化速度に従って正孔を放
出し続けるのである。正孔トラップが定常状態に達する
と、刺激放射線が停止されるまで光出力は一定に保たれ
る。
【００６０】刺激放射線が停止されるか、あるいは発光
材料が刺激放射線から遮蔽されると、光出力は急速に低
下するが、これは光出力の一次減衰として知られている
。このような一次減衰は、発光材料中の正孔（正孔−電
子対）が有限の寿命を有するという事実を反映するもの
である。すなわち、刺激放射線が停止された時点におい
てシンチレータ材料中の価電子帯に配置されている正孔
が有限の減衰時間を有しており、それが一次減衰として
反映されるのである。大抵の発光材料については、一次
減衰時間の経過後に発光の減衰速度は実質的に低下し、
それによって光出力は残光として知られる段階に入る。
材料が刺激放射線から遮蔽されると、光出力は急速に低
下するが、これは光出力の一次減衰として知られている
。このような一次減衰は、発光材料中の正孔（正孔−電
子対）が有限の寿命を有するという事実を反映するもの
である。すなわち、刺激放射線が停止された時点におい
てシンチレータ材料中の価電子帯に配置されている正孔
が有限の減衰時間を有しており、それが一次減衰として
反映されるのである。大抵の発光材料については、一次
減衰時間の経過後に発光の減衰速度は実質的に低下し、
それによって光出力は残光として知られる段階に入る。
【００６１】刺激放射線の停止後、正孔はシンチレータ
材料中の正孔トラップの熱平衡化速度により決定される
速度で該正孔トラップから放出され続ける（または脱出
し続ける）。こうして放出された正孔はクロム部位にお
いて放射性再結合を受け、それによって残光を構成する
光を放射する。刺激放射線が存在しないから、未占拠の
トラップ中に捕捉される正孔の数は大幅に減少すること
が認められよう。その結果、トラップの占拠率は一定の
時間にわたってゼロにまで低下し、それと共に残光も一
定の時間にわたってゼロにまで減衰する。
材料中の正孔トラップの熱平衡化速度により決定される
速度で該正孔トラップから放出され続ける（または脱出
し続ける）。こうして放出された正孔はクロム部位にお
いて放射性再結合を受け、それによって残光を構成する
光を放射する。刺激放射線が存在しないから、未占拠の
トラップ中に捕捉される正孔の数は大幅に減少すること
が認められよう。その結果、トラップの占拠率は一定の
時間にわたってゼロにまで低下し、それと共に残光も一
定の時間にわたってゼロにまで減衰する。
【００６２】シンチレータ材料の典型的な用途において
は、とりわけ典型的な診断用撮影装置において使用され
る刺激放射線の範囲内では、ホスト物質の正孔捕捉レベ
ルは定常光出力時においても飽和状態からは程遠い。本
発明者等は、このことが放射性再結合部位（たとえば、
ＧＧＧ中のクロム）と（正孔トラップによって支配され
る残光を示す材料中における）正孔トラップとの間の競
合をもたらすという結論を得た。
は、とりわけ典型的な診断用撮影装置において使用され
る刺激放射線の範囲内では、ホスト物質の正孔捕捉レベ
ルは定常光出力時においても飽和状態からは程遠い。本
発明者等は、このことが放射性再結合部位（たとえば、
ＧＧＧ中のクロム）と（正孔トラップによって支配され
る残光を示す材料中における）正孔トラップとの間の競
合をもたらすという結論を得た。
【００６３】それ故に本発明者等は、正孔トラップによ
って支配される残光を示す材料においては、より大きい
捕獲断面積および実質的に早い熱平衡化速度を有する正
孔捕捉物質を十分な濃度で導入すれば、（比較的遅い熱
平衡化速度を有する）基礎シンチレータ組成物中の固有
トラップの作用を打消して残光を低減させ得るはずであ
るという結論に到達した。かかる正孔捕捉物質は、シン
チレータ材料の格子中においてそれらが置換する元素の
原子価状態を１つの原子価状態として有するようなもの
でなければならない。そうすれば、電気的中性を維持す
るために補償用の添加剤を追加する必要が排除される。 ガーネット型構造中に置換される場合、セリウム、テル
ビウムおよびプラセオジムはこのような特性を有してい
る。すなわち、それらの各々は３＋の原子価状態を有す
るのである。なお、３＋の原子価状態が存在するとは言
え、添加された正孔捕捉物質が実際にはある種の条件下
で結晶構造中に４＋の状態で存在する可能性が排除され
るわけではない。
って支配される残光を示す材料においては、より大きい
捕獲断面積および実質的に早い熱平衡化速度を有する正
孔捕捉物質を十分な濃度で導入すれば、（比較的遅い熱
平衡化速度を有する）基礎シンチレータ組成物中の固有
トラップの作用を打消して残光を低減させ得るはずであ
るという結論に到達した。かかる正孔捕捉物質は、シン
チレータ材料の格子中においてそれらが置換する元素の
原子価状態を１つの原子価状態として有するようなもの
でなければならない。そうすれば、電気的中性を維持す
るために補償用の添加剤を追加する必要が排除される。 ガーネット型構造中に置換される場合、セリウム、テル
ビウムおよびプラセオジムはこのような特性を有してい
る。すなわち、それらの各々は３＋の原子価状態を有す
るのである。なお、３＋の原子価状態が存在するとは言
え、添加された正孔捕捉物質が実際にはある種の条件下
で結晶構造中に４＋の状態で存在する可能性が排除され
るわけではない。
【００６４】本発明に基づく新規な変性シンチレータ材
料中においては、かかる不純物の導入によって追加の競
合的な正孔トラップが生み出される。こうして生じる競
合はシンチレータ特性の有利な変化をもたらし、それに
よって性能増強シンチレータ材料が得られることになる
。かかる正孔捕捉物質が基礎シンチレータ組成物の固有
正孔トラップとほぼ同等以上の高い濃度およびそれより
も大きい捕獲断面積を有するならば、総合遮蔽効果によ
って固有正孔トラップの捕獲速度および占拠率が実質的
に低下するはずである。大きい断面積および早い熱平衡
化速度を有する正孔捕捉物質を基礎シンチレータ組成物
に添加することによって生み出される追加の正孔トラッ
プは、その部位における再結合またはその部位からの放
出によって正孔を解放することができる。その場合、放
出された正孔は（１） 固有正孔トラップ、（２） 追
加の正孔トラップ、（３） 放射性再結合部位および（
４） 非放射性再結合部位のいずれかによって捕獲され
ることになる。
料中においては、かかる不純物の導入によって追加の競
合的な正孔トラップが生み出される。こうして生じる競
合はシンチレータ特性の有利な変化をもたらし、それに
よって性能増強シンチレータ材料が得られることになる
。かかる正孔捕捉物質が基礎シンチレータ組成物の固有
正孔トラップとほぼ同等以上の高い濃度およびそれより
も大きい捕獲断面積を有するならば、総合遮蔽効果によ
って固有正孔トラップの捕獲速度および占拠率が実質的
に低下するはずである。大きい断面積および早い熱平衡
化速度を有する正孔捕捉物質を基礎シンチレータ組成物
に添加することによって生み出される追加の正孔トラッ
プは、その部位における再結合またはその部位からの放
出によって正孔を解放することができる。その場合、放
出された正孔は（１） 固有正孔トラップ、（２） 追
加の正孔トラップ、（３） 放射性再結合部位および（
４） 非放射性再結合部位のいずれかによって捕獲され
ることになる。
【００６５】正孔の放出後にＣｒ３＋部位において起こ
る放射性再結合は、最大光出力に顕著な影響を及ぼさな
いものと予想される。なぜなら、ひとたび定常状態に到
達すれば、刺激放射線による正孔生成の速度と放射性再
結合による正孔消滅の速度とは同じはずだからである。 とは言え、捕捉部位において正孔の非放射性再結合が起
こる場合には、光出力は添加された正孔捕捉物質の濃度
の増加に伴って減少する。なぜなら、かかる正孔捕捉物
質が正孔を放射性再結合機構から非放射性再結合機構に
転用するからである。
る放射性再結合は、最大光出力に顕著な影響を及ぼさな
いものと予想される。なぜなら、ひとたび定常状態に到
達すれば、刺激放射線による正孔生成の速度と放射性再
結合による正孔消滅の速度とは同じはずだからである。 とは言え、捕捉部位において正孔の非放射性再結合が起
こる場合には、光出力は添加された正孔捕捉物質の濃度
の増加に伴って減少する。なぜなら、かかる正孔捕捉物
質が正孔を放射性再結合機構から非放射性再結合機構に
転用するからである。
【００６６】基礎シンチレータ組成物への正孔捕捉物質
の添加の結果として光出力の低下をもたらすことのある
もう１つの要因は、正孔捕捉物質が基礎シンチレータ組
成物中の賦活剤の発光振動数を吸収することである。そ
の結果、各々の正孔捕捉物質について、残光の低減とそ
れに付随する光出力の低下またはその他の特性に対する
悪影響との間でトレードオフが成立つ場合がある。表中
に示されたデータから認められるごとく、本発明の理論
に従って基礎シンチレータ組成物を変性することにより
、光出力を僅か約２０％しか低下させずに残光を約９７
％も低減させることができる。その場合にはまた、放射
線損傷を９７％も低減させることも可能である。
の添加の結果として光出力の低下をもたらすことのある
もう１つの要因は、正孔捕捉物質が基礎シンチレータ組
成物中の賦活剤の発光振動数を吸収することである。そ
の結果、各々の正孔捕捉物質について、残光の低減とそ
れに付随する光出力の低下またはその他の特性に対する
悪影響との間でトレードオフが成立つ場合がある。表中
に示されたデータから認められるごとく、本発明の理論
に従って基礎シンチレータ組成物を変性することにより
、光出力を僅か約２０％しか低下させずに残光を約９７
％も低減させることができる。その場合にはまた、放射
線損傷を９７％も低減させることも可能である。
【００６７】添加された正孔捕捉物質（ｈｔｓ）は、そ
れによって得られる正孔トラップの捕獲断面積に関連し
た捕獲作用体積を有している。定常刺激時において占拠
される基礎シンチレータ組成物の固有トラップの数は、
次の式によって表わすことができる。
れによって得られる正孔トラップの捕獲断面積に関連し
た捕獲作用体積を有している。定常刺激時において占拠
される基礎シンチレータ組成物の固有トラップの数は、
次の式によって表わすことができる。
【００６８】
【数２】
上記式中、Ｃｈｔｓ は添加された正孔捕捉物質の濃度
である。従って、占拠された固有トラップの数は正孔捕
捉物質の濃度の増加に伴って減少し、また個々の正孔捕
捉物質に関する作用体積の増大に伴って減少する。図表
１、１Ａ、２および２Ａの表中に示された残光データは
本発明の理論を支持している。なお、図表１および２は
個々の試料に関する実測値を示しているのに対し、図表
１Ａおよび２Ａは０．３１重量％のＣｒ２ Ｏ３ を含
有するがその他の添加剤は含有しないＧＧＧに対して各
々の実測値を標準化した後の同じデータを示している。 図表１Ａおよび２Ａは、相異なる試料の特性を簡単に比
較するために役立つものである。
である。従って、占拠された固有トラップの数は正孔捕
捉物質の濃度の増加に伴って減少し、また個々の正孔捕
捉物質に関する作用体積の増大に伴って減少する。図表
１、１Ａ、２および２Ａの表中に示された残光データは
本発明の理論を支持している。なお、図表１および２は
個々の試料に関する実測値を示しているのに対し、図表
１Ａおよび２Ａは０．３１重量％のＣｒ２ Ｏ３ を含
有するがその他の添加剤は含有しないＧＧＧに対して各
々の実測値を標準化した後の同じデータを示している。 図表１Ａおよび２Ａは、相異なる試料の特性を簡単に比
較するために役立つものである。
【００６９】本発明者等は、「透明な多結晶質ガーネッ
ト」と称する前述の米国特許出願第５４７，００６号の
方法を使用しながら、本発明に従って多数の試料を調製
した。かかる試料調製目的のためには、上記特許出願の
（シュウ酸アンモニウム法ではなく）水酸化アンモニウ
ム法が選択された。なぜなら、水酸化アンモニウム法は
１００％の定量的な収率を与え、従って試料の詳細な組
成分析が不要となるからである。実際の製造に際しては
、いずれの方法を使用することもできるし、また望まし
いものと判明したその他の方法を使用することもできる
。
ト」と称する前述の米国特許出願第５４７，００６号の
方法を使用しながら、本発明に従って多数の試料を調製
した。かかる試料調製目的のためには、上記特許出願の
（シュウ酸アンモニウム法ではなく）水酸化アンモニウ
ム法が選択された。なぜなら、水酸化アンモニウム法は
１００％の定量的な収率を与え、従って試料の詳細な組
成分析が不要となるからである。実際の製造に際しては
、いずれの方法を使用することもできるし、また望まし
いものと判明したその他の方法を使用することもできる
。
【００７０】最終組成物中に存在して放射線損傷、残光
および発光効率に影響を及ぼすことのある未知もしくは
未制御の不純物をできるだけ少なくするため、９９．９
９％以上の純度を有する原料化合物が使用された。
および発光効率に影響を及ぼすことのある未知もしくは
未制御の不純物をできるだけ少なくするため、９９．９
９％以上の純度を有する原料化合物が使用された。
【００７１】先ず最初に、所望の陽イオンを適当な量で
含有する塩化物溶液が調製される。ここで言う「適当な
量」とは、所望比率の陽イオンを含有する最終の（好ま
しくは透明な）固体を与えるような相対濃度を意味する
。
含有する塩化物溶液が調製される。ここで言う「適当な
量」とは、所望比率の陽イオンを含有する最終の（好ま
しくは透明な）固体を与えるような相対濃度を意味する
。
【００７２】このような塩化物溶液を調製するための１
つの方法としては、所望陽イオンの原料酸化物を高温の
濃塩酸中に溶解すればよい。綿密に調整された最終ガー
ネット組成物が所望される場合、特に未知の不純物が存
在しないことが望ましいと考えられる場合には、９９．
９９％以上の純度を有する原料物質を使用することが好
ましい。言うまでもなく、所望に応じ、原料陽イオンを
酸化物ではなく塩化物として供給することもできる。ま
た、その他の原料物質を使用することも可能である。
つの方法としては、所望陽イオンの原料酸化物を高温の
濃塩酸中に溶解すればよい。綿密に調整された最終ガー
ネット組成物が所望される場合、特に未知の不純物が存
在しないことが望ましいと考えられる場合には、９９．
９９％以上の純度を有する原料物質を使用することが好
ましい。言うまでもなく、所望に応じ、原料陽イオンを
酸化物ではなく塩化物として供給することもできる。ま
た、その他の原料物質を使用することも可能である。
【００７３】原料物質が高温の濃塩酸中に完全に溶解し
た後、得られた溶液が室温にまで冷却される。この溶液
は透明であり、沈殿を含まず、かついずれの原料物質の
析出も示さないものでなければならない。沈殿または原
料物質の析出が見られる場合には、溶液を再加熱し、追
加の塩酸を該溶液に添加し、そして再び室温にまで冷却
した後に沈殿または析出が起こらないことを確認する必
要がある。すなわち、十分な量の塩酸を使用することに
より、原料物質が室温におけるそれらの溶解限度以上の
濃度で存在しないようにすることが必要なのである。
た後、得られた溶液が室温にまで冷却される。この溶液
は透明であり、沈殿を含まず、かついずれの原料物質の
析出も示さないものでなければならない。沈殿または原
料物質の析出が見られる場合には、溶液を再加熱し、追
加の塩酸を該溶液に添加し、そして再び室温にまで冷却
した後に沈殿または析出が起こらないことを確認する必
要がある。すなわち、十分な量の塩酸を使用することに
より、原料物質が室温におけるそれらの溶解限度以上の
濃度で存在しないようにすることが必要なのである。
【００７４】別に、３０％ＮＨ４ ＯＨを等容の脱イオ
ン水で希釈することによって水酸化アンモニウム溶液が
調製される。次いで、上記の透明な塩化物溶液を激しく
攪拌しながら、それに水酸化アンモニウム溶液が滴下さ
れる。
ン水で希釈することによって水酸化アンモニウム溶液が
調製される。次いで、上記の透明な塩化物溶液を激しく
攪拌しながら、それに水酸化アンモニウム溶液が滴下さ
れる。
【００７５】水酸化アンモニウム溶液の滴下に際してゲ
ル状の沈殿が生成する。水酸化アンモニウム溶液の滴下
はｐＨが７．８〜８．３の範囲内に到達するまで続けら
れる。ｐＨがこの範囲内に到達した時点で沈殿の生成は
完了する。本発明者等の研究は得られる試料の特性を確
認することに向けられていたから、水酸化アンモニウム
溶液を塩化物溶液中に（一気に注入するのではなく）滴
下する方法が採用された。これは、製造プロセス中にお
いて、試料に悪影響を及ぼすことのある化学的不均質性
や相分離が起こらないようにするためであった。なお、
かかる滴下はほとんど連続的な流れを成すような早い速
度で行われた。
ル状の沈殿が生成する。水酸化アンモニウム溶液の滴下
はｐＨが７．８〜８．３の範囲内に到達するまで続けら
れる。ｐＨがこの範囲内に到達した時点で沈殿の生成は
完了する。本発明者等の研究は得られる試料の特性を確
認することに向けられていたから、水酸化アンモニウム
溶液を塩化物溶液中に（一気に注入するのではなく）滴
下する方法が採用された。これは、製造プロセス中にお
いて、試料に悪影響を及ぼすことのある化学的不均質性
や相分離が起こらないようにするためであった。なお、
かかる滴下はほとんど連続的な流れを成すような早い速
度で行われた。
【００７６】所望ならば、沈殿を液体から分離する前に
、それを水および（または）アルコールで洗浄すること
ができる。そのためには、沈殿を沈降させ、液体の大部
分をデカンテーションなどによって除去し、洗浄用の水
またはアルコールを添加し、沈殿を再び沈降させ、次い
で透明な液体を除去すればよい。高い純度および（また
は）綿密に調整された組成を有する透明な最終ガーネッ
トが所望される場合には、洗浄水は高純度の脱イオン水
であることが必要であり、またアルコールは試薬級の純
度を有するものでなければならない。このような洗浄操
作により、過剰の水酸化アンモニウムおよび（塩化アン
モニウムのごとき）反応生成物が沈殿から除去される。 次いで、濾過、遠心分離またはその他適宜の技術により
、洗液から沈殿が分離される。こうして得られた沈殿は
、実質的に一様な化学組成を有する多成分沈殿である。 この湿った沈殿は、（クロム賦活ＧＧＧを調製する場合
には）複合したアンモニウム−ガドリニウム−ガリウム
−クロム水酸化物であると考えられる。しかしながら、
この沈殿の詳細な化学構造は正確には決定されなかった
し、また本発明の方法を実施するためにはそれを知る必
要もないのである。好ましくは、この沈殿を約１１０℃
の温度下で１日にわたって炉内乾燥するか、あるいは真
空中または空気中で乾燥することにより、微細な乾燥粉
末が得られる。
、それを水および（または）アルコールで洗浄すること
ができる。そのためには、沈殿を沈降させ、液体の大部
分をデカンテーションなどによって除去し、洗浄用の水
またはアルコールを添加し、沈殿を再び沈降させ、次い
で透明な液体を除去すればよい。高い純度および（また
は）綿密に調整された組成を有する透明な最終ガーネッ
トが所望される場合には、洗浄水は高純度の脱イオン水
であることが必要であり、またアルコールは試薬級の純
度を有するものでなければならない。このような洗浄操
作により、過剰の水酸化アンモニウムおよび（塩化アン
モニウムのごとき）反応生成物が沈殿から除去される。 次いで、濾過、遠心分離またはその他適宜の技術により
、洗液から沈殿が分離される。こうして得られた沈殿は
、実質的に一様な化学組成を有する多成分沈殿である。 この湿った沈殿は、（クロム賦活ＧＧＧを調製する場合
には）複合したアンモニウム−ガドリニウム−ガリウム
−クロム水酸化物であると考えられる。しかしながら、
この沈殿の詳細な化学構造は正確には決定されなかった
し、また本発明の方法を実施するためにはそれを知る必
要もないのである。好ましくは、この沈殿を約１１０℃
の温度下で１日にわたって炉内乾燥するか、あるいは真
空中または空気中で乾燥することにより、微細な乾燥粉
末が得られる。
【００７７】この乾燥粉末を空気中において加熱し、次
いで１時間にわたって９００℃に保持して水酸化物を熱
分解することにより、結晶質ガーネット粉末が生成され
る。熱分解温度は広範囲にわたって変化し得るのであっ
て、たとえば約６００℃から１０００または１１００℃
までの範囲内の温度が使用可能であるが、通例は７５０
〜９００℃の範囲内の温度が使用される。
いで１時間にわたって９００℃に保持して水酸化物を熱
分解することにより、結晶質ガーネット粉末が生成され
る。熱分解温度は広範囲にわたって変化し得るのであっ
て、たとえば約６００℃から１０００または１１００℃
までの範囲内の温度が使用可能であるが、通例は７５０
〜９００℃の範囲内の温度が使用される。
【００７８】この結晶質ガーネット粉末を直接に圧縮す
ることにより、焼結用の圧縮体を形成することができる
。とは言え、透明な最終焼結体が所望される場合には、
圧縮体の形成に先立って該粉末を摩砕して凝集体を破壊
することが好ましい。かかる摩砕は、ジルコニア製の摩
砕媒質および水、メチルアルコールまたはイソプロピル
アルコールのごとき液体媒質を使用しながらボールミル
内において行うことができる。ボールミルを使用する場
合、有効な摩砕時間は約４〜２４時間である。あるいは
また、約６０〜約１００ｐｓｉ の空気圧下で流体エネ
ルギー（ガス）ミルまたはジェットミルを使用すること
もできる。
ることにより、焼結用の圧縮体を形成することができる
。とは言え、透明な最終焼結体が所望される場合には、
圧縮体の形成に先立って該粉末を摩砕して凝集体を破壊
することが好ましい。かかる摩砕は、ジルコニア製の摩
砕媒質および水、メチルアルコールまたはイソプロピル
アルコールのごとき液体媒質を使用しながらボールミル
内において行うことができる。ボールミルを使用する場
合、有効な摩砕時間は約４〜２４時間である。あるいは
また、約６０〜約１００ｐｓｉ の空気圧下で流体エネ
ルギー（ガス）ミルまたはジェットミルを使用すること
もできる。
【００７９】
【実施例】所望の基準組成物Ｇｄ３ Ｇａ４．９６Ｃｒ
０．０４Ｏ１２を調製するため、先ず最初に、５．３８
ｇのＧｄ２ Ｏ３ 、４．５９ｇのＧａ２ Ｏ３ およ
び（０．０３１ｇのＣｒ２ Ｏ３ に相当する）０．１
１ｇのＣｒＣｌ３ ・６Ｈ２ Ｏを３７．５ｍｌの濃塩
酸に溶解した。
０．０４Ｏ１２を調製するため、先ず最初に、５．３８
ｇのＧｄ２ Ｏ３ 、４．５９ｇのＧａ２ Ｏ３ およ
び（０．０３１ｇのＣｒ２ Ｏ３ に相当する）０．１
１ｇのＣｒＣｌ３ ・６Ｈ２ Ｏを３７．５ｍｌの濃塩
酸に溶解した。
【００８０】別に、８６．０ｃｃの３０％ＮＨ４ ＯＨ
を等容の脱イオン水で希釈した。上記の透明な塩化物溶
液を激しく攪拌しながら、それに水酸化アンモニウム溶
液を滴下した。かかる操作に際しては塩化物溶液のｐＨ
を監視した。水酸化アンモニウム溶液の滴下はｐＨが８
．１に到達するまで続けられた。このｐＨに到達した時
点で沈殿の生成は完了したが、沈殿は微細なために液体
媒質中に懸濁した状態にあった。
を等容の脱イオン水で希釈した。上記の透明な塩化物溶
液を激しく攪拌しながら、それに水酸化アンモニウム溶
液を滴下した。かかる操作に際しては塩化物溶液のｐＨ
を監視した。水酸化アンモニウム溶液の滴下はｐＨが８
．１に到達するまで続けられた。このｐＨに到達した時
点で沈殿の生成は完了したが、沈殿は微細なために液体
媒質中に懸濁した状態にあった。
【００８１】この懸濁液を真空濾過することにより、中
等度の濾紙上に沈殿を分離した。大部分の液体が流出し
たが、液面はまだ濾紙上に回収された沈殿に到達してい
ない内に、１０００ｃｃのメタノールを添加して沈殿を
洗い、そして「全て」の液体が除去されるまで濾過を続
行した。
等度の濾紙上に沈殿を分離した。大部分の液体が流出し
たが、液面はまだ濾紙上に回収された沈殿に到達してい
ない内に、１０００ｃｃのメタノールを添加して沈殿を
洗い、そして「全て」の液体が除去されるまで濾過を続
行した。
【００８２】こうして得られた湿った沈殿を真空中にお
いて５０℃で１２時間にわたり乾燥した。
いて５０℃で１２時間にわたり乾燥した。
【００８３】この乾燥沈殿を空気中において加熱し、次
いで１時間にわたって９００℃に保つことにより、水酸
化物の沈殿を熱分解してガーネット相を生成させた。
いで１時間にわたって９００℃に保つことにより、水酸
化物の沈殿を熱分解してガーネット相を生成させた。
【００８４】摩砕を施すことなく、得られたガーネット
粉末の１ｇを直径１５．９ｍｍの金型内において３５０
０ｐｓｉ の圧力下で型圧縮し、次いで室温および６０
０００ｐｓｉにおいて等圧圧縮を施した。こうして得ら
れた圧縮体を純粋な酸素気流中において１５００℃で２
時間にわたり焼結した。焼結後、試料は約１２ｍｍの直
径および約１．４ｍｍの厚さを有していた。
粉末の１ｇを直径１５．９ｍｍの金型内において３５０
０ｐｓｉ の圧力下で型圧縮し、次いで室温および６０
０００ｐｓｉにおいて等圧圧縮を施した。こうして得ら
れた圧縮体を純粋な酸素気流中において１５００℃で２
時間にわたり焼結した。焼結後、試料は約１２ｍｍの直
径および約１．４ｍｍの厚さを有していた。
【００８５】表中に示されたデータに関わる全ての試料
は、初期組成が異なる点以外は同様にして調製された。
は、初期組成が異なる点以外は同様にして調製された。
【００８６】最初の塩酸溶液中に導入されたセリウム、
テルビウムおよびプラセオジム添加剤は主として３＋酸
化状態でガーネット型構造中に置換し、従っていかなる
補償元素も使用されなかった。とは言え、シンチレータ
製造プロセスの高温工程において、これらの残光低減用
添加剤の一部分が当初の３＋原子価から４＋原子価に変
化することがある。そのような部分の比率は現時点では
不明であって、製造プロセスの細部に応じて変化する可
能性がある。その結果、セリウム、テルビウムまたはプ
ラセオジムの４＋イオンの存在はかかる添加剤の有益な
効果を助長する場合もあり、それを損なう場合もあり、
あるいはそれに全く影響を及ぼさない場合もある。
テルビウムおよびプラセオジム添加剤は主として３＋酸
化状態でガーネット型構造中に置換し、従っていかなる
補償元素も使用されなかった。とは言え、シンチレータ
製造プロセスの高温工程において、これらの残光低減用
添加剤の一部分が当初の３＋原子価から４＋原子価に変
化することがある。そのような部分の比率は現時点では
不明であって、製造プロセスの細部に応じて変化する可
能性がある。その結果、セリウム、テルビウムまたはプ
ラセオジムの４＋イオンの存在はかかる添加剤の有益な
効果を助長する場合もあり、それを損なう場合もあり、
あるいはそれに全く影響を及ぼさない場合もある。
【００８７】純粋な化学量論的ガドリニウムガリウムガ
ーネットは、５３．７重量％のＧｄ２ Ｏ３ および４
６．３重量％のＧａ２ Ｏ３ から成っている。賦活剤
としてＧＧＧに添加されたクロムは、ほとんど同じイオ
ン半径（約０．６２オングストローム）を有するという
理由により、ガーネット型構造中のＧａ格子部位にある
Ｇａ３＋を置換する。その結果、図面として示された図
表中においては、Ｇａ２ Ｏ３の重量百分率は純粋な化
学量論的ＧＧＧの場合に比べてＣｒ２ Ｏ３ の重量百
分率の分だけ減少することになる。Ｃｒ３＋が唯一の置
換体である場合には、式はＧｄ３ Ｇａ５−ｙ Ｃｒｙ
Ｏ１２（ただし、ｙはガーネット１モル中におけるＣ
ｒ３＋のモル数を表わす）と書くことができる。
ーネットは、５３．７重量％のＧｄ２ Ｏ３ および４
６．３重量％のＧａ２ Ｏ３ から成っている。賦活剤
としてＧＧＧに添加されたクロムは、ほとんど同じイオ
ン半径（約０．６２オングストローム）を有するという
理由により、ガーネット型構造中のＧａ格子部位にある
Ｇａ３＋を置換する。その結果、図面として示された図
表中においては、Ｇａ２ Ｏ３の重量百分率は純粋な化
学量論的ＧＧＧの場合に比べてＣｒ２ Ｏ３ の重量百
分率の分だけ減少することになる。Ｃｒ３＋が唯一の置
換体である場合には、式はＧｄ３ Ｇａ５−ｙ Ｃｒｙ
Ｏ１２（ただし、ｙはガーネット１モル中におけるＣ
ｒ３＋のモル数を表わす）と書くことができる。
【００８８】セリウム、テルビウムおよびプラセオジム
の３＋イオンは、恐らくは早い熱平衡化速度を有する正
孔捕捉物質であるという結論が下された。イットリウム
アルミニウムガーネット中に単独で導入されたＣｅおよ
びＴｂの正孔捕捉特性は、ジャーナル・オブ・ザ・エレ
クトロケミカル・ソサエティ（Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ）の１９７９年９月号
の１５５６頁に収載されたディー・ジェイ・ロビンズ（
Ｄ．Ｊ． Ｒｏｂｂｉｎｓ）等の論文「希土類元素で賦
活された蛍りん光体における能力と効率との関係」中に
論じられている。Ｐｒ３＋もまた、それのレドックス特
性に基づけば、同様な挙動を示すはずであると考えられ
る。その結果、賦活されたガーネット中に正孔捕捉物質
を意図的に添加した場合にかかる材料の残光が実際に低
減することを確認するための試験用として上記３種の正
孔捕捉物質が選ばれた。表中に示されたデータから認め
られるごとく、それらの正孔捕捉物質の各々は実際に予
想通りの残光低減効果を生じるが、残光低減の程度は個
々の濃度によって異なる。
の３＋イオンは、恐らくは早い熱平衡化速度を有する正
孔捕捉物質であるという結論が下された。イットリウム
アルミニウムガーネット中に単独で導入されたＣｅおよ
びＴｂの正孔捕捉特性は、ジャーナル・オブ・ザ・エレ
クトロケミカル・ソサエティ（Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ）の１９７９年９月号
の１５５６頁に収載されたディー・ジェイ・ロビンズ（
Ｄ．Ｊ． Ｒｏｂｂｉｎｓ）等の論文「希土類元素で賦
活された蛍りん光体における能力と効率との関係」中に
論じられている。Ｐｒ３＋もまた、それのレドックス特
性に基づけば、同様な挙動を示すはずであると考えられ
る。その結果、賦活されたガーネット中に正孔捕捉物質
を意図的に添加した場合にかかる材料の残光が実際に低
減することを確認するための試験用として上記３種の正
孔捕捉物質が選ばれた。表中に示されたデータから認め
られるごとく、それらの正孔捕捉物質の各々は実際に予
想通りの残光低減効果を生じるが、残光低減の程度は個
々の濃度によって異なる。
【００８９】ＧＧＧ中にＣｅ３＋を導入した場合、それ
は格子中のＧｄ３＋を置換する。なぜなら、Ｃｅ３＋の
イオン半径（１．１４オングストローム）はＧＧＧ中の
８つの配位結合部位にあるＧｄ３＋のイオン半径（１．
０６オングストローム）とあまり違わないのに対し、Ｇ
ａ３＋のイオン半径（約０．６２オングストローム）よ
りは遥かに大きいからである。このように、Ｃｒ３＋に
加えてＣｅ３＋が置換体として存在する場合、式はＧｄ
３−ｘ Ｃｅｘ Ｇａ５−ｙ Ｃｒｙ Ｏ１２（ただし
、ｘはガーネット１モル中におけるＣｅ３＋のモル数を
表わす）と書くことができる。同じことは、表中に示さ
れた残り２種の正孔捕捉物質（テルビウムおよびプラセ
オジム）についても言える。その結果、Ｇｄ２ Ｏ３
の重量百分率は純粋な化学量論的ＧＧＧの場合に比べて
存在する正孔捕捉物質の重量百分率の分だけ減少するこ
とになる。
は格子中のＧｄ３＋を置換する。なぜなら、Ｃｅ３＋の
イオン半径（１．１４オングストローム）はＧＧＧ中の
８つの配位結合部位にあるＧｄ３＋のイオン半径（１．
０６オングストローム）とあまり違わないのに対し、Ｇ
ａ３＋のイオン半径（約０．６２オングストローム）よ
りは遥かに大きいからである。このように、Ｃｒ３＋に
加えてＣｅ３＋が置換体として存在する場合、式はＧｄ
３−ｘ Ｃｅｘ Ｇａ５−ｙ Ｃｒｙ Ｏ１２（ただし
、ｘはガーネット１モル中におけるＣｅ３＋のモル数を
表わす）と書くことができる。同じことは、表中に示さ
れた残り２種の正孔捕捉物質（テルビウムおよびプラセ
オジム）についても言える。その結果、Ｇｄ２ Ｏ３
の重量百分率は純粋な化学量論的ＧＧＧの場合に比べて
存在する正孔捕捉物質の重量百分率の分だけ減少するこ
とになる。
【００９０】図表１、１Ａ、２および２Ａ中には一定範
囲のＧＧＧ組成物が示されている。図表１および１Ａ中
に示されたデータは同じ試料に関するものであり、また
図表２および２Ａ中に示されたデータも同じ試料に関す
るものである。なお、図表１および２中には実測値が示
されている一方、図表１Ａおよび２Ａ中にはデータの解
釈を簡単にするために役立つ相対値が示されている。こ
れらの試料の各々は、上記の方法に従って同様に調製さ
れかつ処理されたものである。各々の試料は理論密度の
９０％を越える密度を有していた。重量減少およびガー
ネットの格子定数分析結果に基づけば、最終組成はほぼ
設計通りのものであることが判明した。なお、いずれの
試料も同じ方法によって測定された。
囲のＧＧＧ組成物が示されている。図表１および１Ａ中
に示されたデータは同じ試料に関するものであり、また
図表２および２Ａ中に示されたデータも同じ試料に関す
るものである。なお、図表１および２中には実測値が示
されている一方、図表１Ａおよび２Ａ中にはデータの解
釈を簡単にするために役立つ相対値が示されている。こ
れらの試料の各々は、上記の方法に従って同様に調製さ
れかつ処理されたものである。各々の試料は理論密度の
９０％を越える密度を有していた。重量減少およびガー
ネットの格子定数分析結果に基づけば、最終組成はほぼ
設計通りのものであることが判明した。なお、いずれの
試料も同じ方法によって測定された。
【００９１】光出力は、３００〜１１００ｎｍの範囲内
の波長に対して感受性を有するホトダイオードを用いて
測定した。光出力測定のためには、６０ｋＶ／５ｍＡ／
０．３５秒のＸ線パルスによる刺激を行った。測定値は
得られた値の平均である。
の波長に対して感受性を有するホトダイオードを用いて
測定した。光出力測定のためには、６０ｋＶ／５ｍＡ／
０．３５秒のＸ線パルスによる刺激を行った。測定値は
得られた値の平均である。
【００９２】ポンプアップは、６０ｋＶ／５ｍＡ／１．
１２秒のＸ線パルスを用いて測定した。９０％から１０
０％の範囲内において、光出力を時間に対してプロット
した。ポンプアップの測定値は、一次到達レベルを越え
て上昇した値を百分率で表わしたものである。
１２秒のＸ線パルスを用いて測定した。９０％から１０
０％の範囲内において、光出力を時間に対してプロット
した。ポンプアップの測定値は、一次到達レベルを越え
て上昇した値を百分率で表わしたものである。
【００９３】放射線損傷の測定に際しては、試料を２つ
の連続した１２０ｋＶ／２００ｍＡ／４秒のパルスに１
０秒間隔で暴露することによって４８０ラドの全線量を
照射した。４８０ラドの照射の前後において、未照射試
料に対する光出力の減少（または増加）が試験パルス（
６０ｋＶ／５ｍＡ／０．２秒）を用いて測定された。光
出力の減少の百分率（すなわち、放射線損傷）を求める
ための「照射後」データ点としては、Ｘ線照射から３５
秒後に試験パルスを用いて測定された値を使用した。
の連続した１２０ｋＶ／２００ｍＡ／４秒のパルスに１
０秒間隔で暴露することによって４８０ラドの全線量を
照射した。４８０ラドの照射の前後において、未照射試
料に対する光出力の減少（または増加）が試験パルス（
６０ｋＶ／５ｍＡ／０．２秒）を用いて測定された。光
出力の減少の百分率（すなわち、放射線損傷）を求める
ための「照射後」データ点としては、Ｘ線照射から３５
秒後に試験パルスを用いて測定された値を使用した。
【００９４】残光は、６０ｋＶ／５０ｍＡ／０．５秒の
Ｘ線パルスを用いて測定した。光出力の測定はＸ線の停
止から約１００ミリ秒後に開始された。Ｘ線による刺激
中の信号に対する光出力の百分率を時間の関数として測
定し、そしてＸ線の停止から１００ミリ秒後の値をデー
タ点として使用した。なお、ダイオードの飽和を避ける
ために幅の狭いＸ線ビーム（幅０．１インチ）を使用し
た。
Ｘ線パルスを用いて測定した。光出力の測定はＸ線の停
止から約１００ミリ秒後に開始された。Ｘ線による刺激
中の信号に対する光出力の百分率を時間の関数として測
定し、そしてＸ線の停止から１００ミリ秒後の値をデー
タ点として使用した。なお、ダイオードの飽和を避ける
ために幅の狭いＸ線ビーム（幅０．１インチ）を使用し
た。
【００９５】一次速度は、１２０ｋＶ／０．０５秒のＸ
線パルスを用いて測定した。光出力の測定はＸ線の停止
から０．００５秒後に開始された。光出力を時間に対し
てプロットした。光出力が刺激中の値の１／ｅ （３６
．７％）にまで低下した時点におけるＸ線停止からの経
過時間が一次速度である。
線パルスを用いて測定した。光出力の測定はＸ線の停止
から０．００５秒後に開始された。光出力を時間に対し
てプロットした。光出力が刺激中の値の１／ｅ （３６
．７％）にまで低下した時点におけるＸ線停止からの経
過時間が一次速度である。
【００９６】シンチレータ特性の測定値の精度は、光出
力（ＬＯ）については±０．０５Ｖ、ポンプアップ（Ｐ
Ｕ）については±０．０５％、残光（ＡＦＧ）について
は±０．０２％、放射線損傷（ＲＤ）については±０．
２％、また一次速度（ＰＳ）については±５μｓである
。
力（ＬＯ）については±０．０５Ｖ、ポンプアップ（Ｐ
Ｕ）については±０．０５％、残光（ＡＦＧ）について
は±０．０２％、放射線損傷（ＲＤ）については±０．
２％、また一次速度（ＰＳ）については±５μｓである
。
【００９７】表中のデータを要約すれば、Ｃｒ３＋のみ
を含有する純粋なＧＧＧは、０．３１重量％のＣｒ２
Ｏ３ 濃度において１．０％、また０．１５重量％のＣ
ｒ２ Ｏ３ 濃度において０．７０％という比較的高い
残光レベルを示した。これらの残光レベルは僅か０．０
１５重量％のＣｅ２ Ｏ３ を添加することによって顕
著に低下し、また０．３１重量％のＣｒ２ Ｏ３ およ
び０．０６〜０．１２重量％のＣｅ２ Ｏ３ を含有す
る組成物においては９７％も低下した。テルビウム（Ｔ
ｂ）およびプラセオジム（Ｐｒ）を添加した場合にも、
残光レベルの低下は顕著であったが、それほど劇的とは
言えなかった。これらの試料の内で最良のものは、「ガ
ーネット型構造のシンチレータを用いた放射線抵抗性の
高速ＣＴシンチレータ装置」と称する米国特許出願第５
４７，００７号に従って製造された単結晶試料の内で最
良のものに比べて５倍も良好であった。
を含有する純粋なＧＧＧは、０．３１重量％のＣｒ２
Ｏ３ 濃度において１．０％、また０．１５重量％のＣ
ｒ２ Ｏ３ 濃度において０．７０％という比較的高い
残光レベルを示した。これらの残光レベルは僅か０．０
１５重量％のＣｅ２ Ｏ３ を添加することによって顕
著に低下し、また０．３１重量％のＣｒ２ Ｏ３ およ
び０．０６〜０．１２重量％のＣｅ２ Ｏ３ を含有す
る組成物においては９７％も低下した。テルビウム（Ｔ
ｂ）およびプラセオジム（Ｐｒ）を添加した場合にも、
残光レベルの低下は顕著であったが、それほど劇的とは
言えなかった。これらの試料の内で最良のものは、「ガ
ーネット型構造のシンチレータを用いた放射線抵抗性の
高速ＣＴシンチレータ装置」と称する米国特許出願第５
４７，００７号に従って製造された単結晶試料の内で最
良のものに比べて５倍も良好であった。
【００９８】Ｃｒ賦活ＧＧＧにＣｅ、ＴｂまたはＰｒを
添加した場合には、１つの試料を除いて光出力が低下し
た。ポンプアップの変化は、導入された各種の正孔捕捉
物質の各々について、残光レベルの変化と同じ傾向を示
した。放射線損傷もまた、正孔捕捉物質の添加量の増加
に伴って実質的に減少した。
添加した場合には、１つの試料を除いて光出力が低下し
た。ポンプアップの変化は、導入された各種の正孔捕捉
物質の各々について、残光レベルの変化と同じ傾向を示
した。放射線損傷もまた、正孔捕捉物質の添加量の増加
に伴って実質的に減少した。
【００９９】表中に示されたデータを得るために使用し
た試料は透明ではなくて、不透明ないし半透明のもので
あった。その理由は、試料の調製を迅速に行うため、「
透明な多結晶質ガーネット」と称する米国特許出願第５
４７，００６号明細書中に記載された方法から摩砕工程
および高温等圧圧縮工程を省いたことにある。米国特許
出願第５４７，００６号明細書中に開示された種類の透
明なシンチレータに対する上記添加剤の有用性を証明す
るための手段としてこの方法が有効であるかどうかを確
認するため、米国特許出願第５４７，００６号明細書中
に記載されたような摩砕工程および高温等圧圧縮工程を
含む完全な方法を使用することにより、５３．６９重量
％のＧｄ２ Ｏ３ 、０．０５１重量％のＣｅ、４５．
９４重量％のＧａ２ Ｏ３ および０．３１重量％のＣ
ｒ２ Ｏ３ から成る組成を持った試料を調製した。詳
しく述べれば、乾燥された沈殿を熱分解した後、得られ
たガーネット粉末をジルコニア製の摩砕媒体と共に水中
で２４時間にわたり摩砕することによって凝集体を破壊
した（その結果、全ての粒子は５ミクロン未満の粒度を
有していた）。摩砕後の懸濁液を室温下で２４時間にわ
たって風乾した後、得られた粉末を３５００ｐｓｉ の
圧力下で型圧縮し、次いで室温および６００００ｐｓｉ
の圧力の下で等圧圧縮することにより、円板状の圧縮
体を形成した。
た試料は透明ではなくて、不透明ないし半透明のもので
あった。その理由は、試料の調製を迅速に行うため、「
透明な多結晶質ガーネット」と称する米国特許出願第５
４７，００６号明細書中に記載された方法から摩砕工程
および高温等圧圧縮工程を省いたことにある。米国特許
出願第５４７，００６号明細書中に開示された種類の透
明なシンチレータに対する上記添加剤の有用性を証明す
るための手段としてこの方法が有効であるかどうかを確
認するため、米国特許出願第５４７，００６号明細書中
に記載されたような摩砕工程および高温等圧圧縮工程を
含む完全な方法を使用することにより、５３．６９重量
％のＧｄ２ Ｏ３ 、０．０５１重量％のＣｅ、４５．
９４重量％のＧａ２ Ｏ３ および０．３１重量％のＣ
ｒ２ Ｏ３ から成る組成を持った試料を調製した。詳
しく述べれば、乾燥された沈殿を熱分解した後、得られ
たガーネット粉末をジルコニア製の摩砕媒体と共に水中
で２４時間にわたり摩砕することによって凝集体を破壊
した（その結果、全ての粒子は５ミクロン未満の粒度を
有していた）。摩砕後の懸濁液を室温下で２４時間にわ
たって風乾した後、得られた粉末を３５００ｐｓｉ の
圧力下で型圧縮し、次いで室温および６００００ｐｓｉ
の圧力の下で等圧圧縮することにより、円板状の圧縮
体を形成した。
【０１００】上記のごとくにしてかかる圧縮体を焼結し
た後、焼結円板をモリブデン製のるつぼ内に配置された
充填粉末中に埋込んだ。このるつぼを高温等圧圧縮（Ｈ
ＩＰ）炉内に挿入し、次いで２５０００ｐｓｉ のアル
ゴン中において毎分２５℃の速度で１５００℃まで加熱
した。１時間にわたって１５００℃に保持した後、炉お
よびその内部に配置された試料を室温にまで冷却し、次
いで減圧した。ＨＩＰ炉からこの試料を取出した後、酸
素気流中において１５５０℃で２時間にわたり酸化処理
を施すことにより、ＨＩＰ炉内の条件下で生じた暗緑色
の着色を除去した。
た後、焼結円板をモリブデン製のるつぼ内に配置された
充填粉末中に埋込んだ。このるつぼを高温等圧圧縮（Ｈ
ＩＰ）炉内に挿入し、次いで２５０００ｐｓｉ のアル
ゴン中において毎分２５℃の速度で１５００℃まで加熱
した。１時間にわたって１５００℃に保持した後、炉お
よびその内部に配置された試料を室温にまで冷却し、次
いで減圧した。ＨＩＰ炉からこの試料を取出した後、酸
素気流中において１５５０℃で２時間にわたり酸化処理
を施すことにより、ＨＩＰ炉内の条件下で生じた暗緑色
の着色を除去した。
【０１０１】こうして得られた試料は透明であって、Ｌ
Ｏ＝０．５５Ｖ、ＰＵ＝０．１％、ＡＦＧ＝０．０２％
、ＲＤ＝０．３％、ＰＳ＝１３０μｓの測定値を示した
。これらの値はいずれも、図表中に示された対応する不
透明ないし半透明の試料に関して得られた値の測定誤差
の範囲内にある。
Ｏ＝０．５５Ｖ、ＰＵ＝０．１％、ＡＦＧ＝０．０２％
、ＲＤ＝０．３％、ＰＳ＝１３０μｓの測定値を示した
。これらの値はいずれも、図表中に示された対応する不
透明ないし半透明の試料に関して得られた値の測定誤差
の範囲内にある。
【０１０２】正孔捕捉物質としてセリウムを含有するＣ
ｒ３＋賦活ＧＧＧに関する本発明者等の研究においては
、８５０ｎｍまでの光出力中にセリウムの発光線は検出
されなかった。この事実に基づけば、正孔捕捉物質とし
てのセリウムは（１） 基礎シンチレータ組成物中のト
ラップの占拠率を低減させる正孔貯蔵部位として、（２
） 非放射性過程によって正孔を再結合させる再結合部
位として、あるいは（３） （１） と（２）との組合
せとして作用するという結論が得られる。なお、検出し
得ないほどに低い強度のセリウム発光が存在する可能性
もある。かかる発光が存在するにしても、それの強度が
低いことは、本発明の改良されたシンチレータ組成物中
においてそれが顕著な再結合部位ではないことを表わし
ている。
ｒ３＋賦活ＧＧＧに関する本発明者等の研究においては
、８５０ｎｍまでの光出力中にセリウムの発光線は検出
されなかった。この事実に基づけば、正孔捕捉物質とし
てのセリウムは（１） 基礎シンチレータ組成物中のト
ラップの占拠率を低減させる正孔貯蔵部位として、（２
） 非放射性過程によって正孔を再結合させる再結合部
位として、あるいは（３） （１） と（２）との組合
せとして作用するという結論が得られる。なお、検出し
得ないほどに低い強度のセリウム発光が存在する可能性
もある。かかる発光が存在するにしても、それの強度が
低いことは、本発明の改良されたシンチレータ組成物中
においてそれが顕著な再結合部位ではないことを表わし
ている。
【０１０３】セリウムがＧＧＧに添加される唯一の添加
剤（または潜在賦活剤）である場合、６０ｐｐｍ のセ
リウム濃度はＸ線による刺激に応答して弱いルミネセン
スを生じる。２６０ｐｐｍ ではルミネセンスがほとん
どもしくは全く存在せず、また６００ｐｐｍ ではルミ
ネセンスが実質的に検出不可能である。セリウム／クロ
ム含有ＧＧＧにおけるＣｒ３＋による顕著なルミネセン
スが存在しないことは、このような観察結果に合致して
いる。
剤（または潜在賦活剤）である場合、６０ｐｐｍ のセ
リウム濃度はＸ線による刺激に応答して弱いルミネセン
スを生じる。２６０ｐｐｍ ではルミネセンスがほとん
どもしくは全く存在せず、また６００ｐｐｍ ではルミ
ネセンスが実質的に検出不可能である。セリウム／クロ
ム含有ＧＧＧにおけるＣｒ３＋による顕著なルミネセン
スが存在しないことは、このような観察結果に合致して
いる。
【０１０４】残光が正孔トラップによって支配されると
いう本発明者等の理論を更に確証するため、基礎シンチ
レータ組成物への添加用として有効な電子捕捉物質（ユ
ーロピウム）が選択された。これは、電子捕捉物質の添
加が電子−正孔対の分離を促進し、それによって残光の
問題を一層悪化させるという予想に基づいている。換言
すれば、電子トラップとしてのＥｕ３＋の存在は、Ｅｕ
３＋部位に捕捉された電子と基礎シンチレータ組成物の
固有トラップに捕捉された正孔との間における荷電分離
を促進するものと考えられる。（図表２および２Ａの最
後の欄に示された）ユーロピウムのデータからわかるよ
うに、ユーロピウムの添加は実際に予想通りの残光増加
をもたらした。Ｃｒ３＋のみを含有する試料と比べた場
合、ユーロピウムの添加は光出力を３６％だけ低下させ
ると共に、残光レベルをほぼ２倍に上昇させた。
いう本発明者等の理論を更に確証するため、基礎シンチ
レータ組成物への添加用として有効な電子捕捉物質（ユ
ーロピウム）が選択された。これは、電子捕捉物質の添
加が電子−正孔対の分離を促進し、それによって残光の
問題を一層悪化させるという予想に基づいている。換言
すれば、電子トラップとしてのＥｕ３＋の存在は、Ｅｕ
３＋部位に捕捉された電子と基礎シンチレータ組成物の
固有トラップに捕捉された正孔との間における荷電分離
を促進するものと考えられる。（図表２および２Ａの最
後の欄に示された）ユーロピウムのデータからわかるよ
うに、ユーロピウムの添加は実際に予想通りの残光増加
をもたらした。Ｃｒ３＋のみを含有する試料と比べた場
合、ユーロピウムの添加は光出力を３６％だけ低下させ
ると共に、残光レベルをほぼ２倍に上昇させた。
【０１０５】個別に記述されたガーネットは、それぞれ
の化学量論的組成を有する必要はないのであって、処理
温度においてガーネット相組成範囲内に位置することに
よって単一相のガーネット型結晶構造を与えるような組
成を有する固溶体であればよいことを理解すべきである
。また、組成に関するこのような制約が適用されるのは
、透明なシンチレータが所望される場合に限られること
も理解すべきである。ここで言う「固溶体組成範囲」と
は、Ｇｄ２ Ｏ３ −Ｇａ２ Ｏ３ 系に関して公表さ
れている状態図に従えば、ガーネット相が単一相として
安定であるような組成範囲を意味する。かかる組成範囲
の外部においては、第２の相が存在して（固溶体ではな
く）相混合物を生成するから、得られる固体は単一相の
ものではない。
の化学量論的組成を有する必要はないのであって、処理
温度においてガーネット相組成範囲内に位置することに
よって単一相のガーネット型結晶構造を与えるような組
成を有する固溶体であればよいことを理解すべきである
。また、組成に関するこのような制約が適用されるのは
、透明なシンチレータが所望される場合に限られること
も理解すべきである。ここで言う「固溶体組成範囲」と
は、Ｇｄ２ Ｏ３ −Ｇａ２ Ｏ３ 系に関して公表さ
れている状態図に従えば、ガーネット相が単一相として
安定であるような組成範囲を意味する。かかる組成範囲
の外部においては、第２の相が存在して（固溶体ではな
く）相混合物を生成するから、得られる固体は単一相の
ものではない。
【０１０６】本明細書中には個々の組成物が明確に規定
されているとは言え、総合的な発光特性が満足すべきも
のである限りは、本発明の範囲から逸脱することなしに
ある元素の一部が別の有害でない置換体で置換されてい
ても差支えないことを理解すべきである。一例を挙げれ
ば、ジルコニア製の摩砕媒体と共に粉末を摩砕した場合
、組成物中にはジルコニアが導入されるのであって、そ
れの量はたとえば８９４ｐｐｍ にも達することが知ら
れている。こうして導入されたジルコニウムが他の元素
を置換するのか、それとも結晶構造中の格子間位置また
は（主として）結晶粒界に位置を占めるのかについては
不明である。このようなジルコニウムの添加は、シンチ
レータ材料の特性に対して明瞭な悪影響を及ぼすことな
しに行われる。このことは、上記のごとき透明な試料の
特性と、表１中に示された同じ組成の試料（摩砕を施さ
なかったのでジルコニウムを含有しないものである）の
特性とを比較することによって明らかとなる。たとえば
１２ｐｐｍ の濃度を有するハフニウムもまた、明瞭な
悪影響を及ぼすことなしに添加することができる。また
、焼結操作に際してジルコニウムが透明度向上剤として
作用することもあり得る。同様に、たとえば７９ｐｐｍ
および３９ｐｐｍ の濃度をそれぞれに有するイット
リウムおよびアルミニウムにより、ガドリニウムおよび
ガリウムのそれぞれを部分的に置換することもできる。 これらの濃度はグロー放電質量分析法によって測定され
たものである。 これらの置換体の各々が悪影響を及ぼさない濃度の上限
は不明であり、また悪影響を及ぼすことがなければその
他の置換体が含有されていてもよい。このように、シン
チレータ材料の発光特性に悪影響を及ぼすことなしに他
の元素を添加し得るのであるから、個々のシンチレータ
材料に関する組成範囲は明記された組成のみに厳しく限
定されるわけではなく、それの主成分およびそれの発光
特性によって規定されるものと解すべきである。すなわ
ち、ガドリニウムおよびガリウムを基材とするＣｒ３＋
賦活ガーネットの存在の結果としてルミネセンスを示す
ようなシンチレータ材料については、実際には広範囲の
組成物が存在するわけである。
されているとは言え、総合的な発光特性が満足すべきも
のである限りは、本発明の範囲から逸脱することなしに
ある元素の一部が別の有害でない置換体で置換されてい
ても差支えないことを理解すべきである。一例を挙げれ
ば、ジルコニア製の摩砕媒体と共に粉末を摩砕した場合
、組成物中にはジルコニアが導入されるのであって、そ
れの量はたとえば８９４ｐｐｍ にも達することが知ら
れている。こうして導入されたジルコニウムが他の元素
を置換するのか、それとも結晶構造中の格子間位置また
は（主として）結晶粒界に位置を占めるのかについては
不明である。このようなジルコニウムの添加は、シンチ
レータ材料の特性に対して明瞭な悪影響を及ぼすことな
しに行われる。このことは、上記のごとき透明な試料の
特性と、表１中に示された同じ組成の試料（摩砕を施さ
なかったのでジルコニウムを含有しないものである）の
特性とを比較することによって明らかとなる。たとえば
１２ｐｐｍ の濃度を有するハフニウムもまた、明瞭な
悪影響を及ぼすことなしに添加することができる。また
、焼結操作に際してジルコニウムが透明度向上剤として
作用することもあり得る。同様に、たとえば７９ｐｐｍ
および３９ｐｐｍ の濃度をそれぞれに有するイット
リウムおよびアルミニウムにより、ガドリニウムおよび
ガリウムのそれぞれを部分的に置換することもできる。 これらの濃度はグロー放電質量分析法によって測定され
たものである。 これらの置換体の各々が悪影響を及ぼさない濃度の上限
は不明であり、また悪影響を及ぼすことがなければその
他の置換体が含有されていてもよい。このように、シン
チレータ材料の発光特性に悪影響を及ぼすことなしに他
の元素を添加し得るのであるから、個々のシンチレータ
材料に関する組成範囲は明記された組成のみに厳しく限
定されるわけではなく、それの主成分およびそれの発光
特性によって規定されるものと解すべきである。すなわ
ち、ガドリニウムおよびガリウムを基材とするＣｒ３＋
賦活ガーネットの存在の結果としてルミネセンスを示す
ようなシンチレータ材料については、実際には広範囲の
組成物が存在するわけである。
【０１０７】これらの性能増強シンチレータ材料は、Ｘ
線、核放射線および電子ビームのごとき高エネルギー刺
激手段と共に使用するのに適している。
線、核放射線および電子ビームのごとき高エネルギー刺
激手段と共に使用するのに適している。
【０１０８】以上、特定の好適な実施の態様に関連して
本発明を詳しく説明したが、数多くの変更態様が可能で
あることは当業者にとって自明であろう。それ故、本発
明の精神および範囲から逸脱しない限り、かかる変更態
様の全てが前記特許請求の範囲によって包括されること
を理解すべきである。
本発明を詳しく説明したが、数多くの変更態様が可能で
あることは当業者にとって自明であろう。それ故、本発
明の精神および範囲から逸脱しない限り、かかる変更態
様の全てが前記特許請求の範囲によって包括されること
を理解すべきである。
【図１】数種のＧＧＧ組成物におけるルミネセンスの光
出力、ポンプアップ、残光、放射線損傷および一次速度
をそれらの組成に対応して示す図表（図表１）および同
じデータを相対値として示す図表（図表１Ａ）である。
出力、ポンプアップ、残光、放射線損傷および一次速度
をそれらの組成に対応して示す図表（図表１）および同
じデータを相対値として示す図表（図表１Ａ）である。
【図２】数種のＧＧＧ組成物におけるルミネセンスの光
出力、ポンプアップ、残光、放射線損傷および一次速度
をそれらの組成に対応して示す図表（図表２）および同
じデータを相対値として示す図表（図表２Ａ）である。
出力、ポンプアップ、残光、放射線損傷および一次速度
をそれらの組成に対応して示す図表（図表２）および同
じデータを相対値として示す図表（図表２Ａ）である。
【図３】ＣＴスキャナの一部分の概略斜視図である。
１００ ＣＴスキャナ
１１０ 包囲円筒
１１２ 架台
１１４ Ｘ線源
１１６ シンチレーション検出器列
１３０ ケーブル
１５０ 主制御装置
Claims (55)
- 【請求項１】 （ａ） 所定強度の刺激放射線に応答
して基本シンチレータ光出力強度のルミネセンスを示し
、かつ前記刺激の停止から所定の時間後において前記基
本シンチレータ光出力強度の基準百分率に相当する残光
を示すと共に、前記残光が少なくとも部分的には前記刺
激の停止後においてトラップから放出された正孔の放射
性再結合の結果として生じるようなガーネット型構造の
結晶質基礎シンチレータ組成物と、（ｂ） 前記所定強
度の刺激放射線による刺激の停止から前記所定の時間後
において、前記所定強度の刺激放射線による刺激に応答
してシンチレータから発生される光出力強度の前記基準
百分率の１／２ より少ないレベルにまでシンチレータ
の残光を低減させるのに有効な濃度で前記基礎シンチレ
ータ組成物中に分布した正孔捕捉物質を含む残光の顕著
な低減を示すガーネット型の結晶質性能増強シンチレー
タ。 - 【請求項２】 前記正孔捕捉物質が前記基礎シンチレ
ータ組成物の正孔トラップよりも早い熱平衡化速度を示
す請求項１記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３】 前記基礎シンチレータ組成物が効率的
なルミネセンスを生起させるために賦活剤を添加したホ
スト組成物から成り、かつ前記賦活剤および前記正孔捕
捉物質が別種のものである請求項１記載の性能増強シン
チレータ。 - 【請求項４】 純粋な状態にある前記ホスト組成物が
高々弱いルミネセンスしか示さない請求項１記載の性能
増強シンチレータ。 - 【請求項５】 前記正孔捕捉物質が前記ホスト組成物
中においてルミネセンス賦活剤として機能し得る請求項
４記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項６】 前記正孔捕捉物質のみによって賦活さ
れた場合に前記ホスト組成物がルミネセンスを示す振動
数において前記性能増強シンチレータが顕著な発光を生
じない請求項５記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項７】 前記性能増強シンチレータの出力スペ
クトルが前記正孔捕捉物質に関連した発光線を含まない
請求項６記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項８】 前記性能増強シンチレータが多結晶質
である請求項３記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項９】 前記性能増強シンチレータが透明であ
る請求項８記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１０】 前記ホスト組成物がガーネット型結
晶構造の固溶体から成り、かつ前記賦活剤がクロムから
成る請求項３記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１１】 前記正孔捕捉物質がセリウム、テル
ビウム、プラセオジムおよびそれらの混合物から成る群
より選ばれる請求項１０記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１２】 前記正孔捕捉物質がセリウムである
請求項１１記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１３】 前記ホスト組成物がガドリニウムガ
リウムガーネット、ガドリニウムスカンジウムガリウム
ガーネット、ガドリニウムスカンジウムアルミニウムガ
ーネット、イットリウムアルミニウムガーネットおよび
それらの混合物から成る群より選ばれたガーネット型結
晶構造の固溶体であり、かつ前記賦活剤がクロム、セリ
ウム、およびネオジムから成る群より選ばれる請求項３
記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１４】 前記正孔捕捉物質がセリウム、テル
ビウム、プラセオジムおよびそれらの混合物から成る群
より選ばれる請求項１３記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１５】 前記正孔捕捉物質がセリウムである
請求項１４記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１６】 前記賦活剤がクロムである請求項１
５記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１７】 前記性能増強シンチレータが多結晶
質である請求項１６記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１８】 前記性能増強シンチレータが透明で
ある請求項１７記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項１９】 前記賦活剤がクロムである請求項１
４記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項２０】 （ａ） 刺激の停止後における正孔
トラップの空虚化の結果として比較的強い残光を示すガ
ーネット型固溶体の基礎シンチレータ組成物と、（ｂ）
刺激の停止後においてシンチレータ組成物中の正孔ト
ラップの空虚化がもたらす残光誘起効果を前記基礎シン
チレータ組成物の残光レベルから少なくとも５０％低減
させるのに有効な濃度で存在する正孔捕捉物質を含み、
かつ結晶構造を有することをを特徴とする性能増強シン
チレータ。 - 【請求項２１】 前記正孔捕捉物質が前記基礎シンチ
レータ組成物の正孔トラップよりも早い熱平衡化速度を
示す請求項２０記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項２２】 前記基礎シンチレータ組成物がルミ
ネセンスを生起させるために賦活物質を添加したホスト
組成物から成り、かつ前記賦活物質および前記正孔捕捉
剤が別種のものである請求項２０記載の性能増強シンチ
レータ。 - 【請求項２３】 純粋な状態にある前記ホスト組成物
が高々弱いルミネセンスしか示さない請求項２２記載の
性能増強シンチレータ。 - 【請求項２４】 前記正孔捕捉物質が前記ホスト組成
物中においてルミネセンス賦活剤として機能し得る請求
項２３記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項２５】 前記性能増強シンチレータが多結晶
質である請求項２０記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項２６】 前記性能増強シンチレータが透明で
ある請求項２５記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項２７】 （ａ） 酸化ガドリニウム、（ｂ）
酸化ガリウム、（ｃ） 刺激放射線に応答してシンチ
レータにルミネセンスを生起させるのに有効な濃度で存
在する酸化クロム、および（ｄ） セリウムが存在しな
い場合に比べてシンチレータの残光レベルを低減させる
のに有効な濃度で存在する酸化セリウムの諸成分を含み
かつガーネット型結晶構造を有することを特徴とする性
能増強シンチレータ。 - 【請求項２８】 前記性能増強シンチレータが多結晶
質である請求項２７記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項２９】 前記性能増強シンチレータが透明で
ある請求項２８記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３０】 （ａ） ガドリニウムガリウムガー
ネット、（ｂ） 刺激放射線に応答してシンチレータに
ルミネセンスを生起させるのに有効な濃度で前記ガドリ
ニウムガリウムガーネット中に存在するクロム、および
（ｃ） 正孔捕捉物質が存在しない場合に比べてシンチ
レータの残光レベルを低減させるのに有効な濃度で前記
ガドリニウムガリウムガーネット中に存在する１種以上
の正孔捕捉物質を含む性能増強シンチレータ。 - 【請求項３１】 前記正孔捕捉物質がセリウム、テル
ビウム、プラセオジムおよびそれらの混合物から成る群
より選ばれる請求項３０記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３２】 前記正孔捕捉物質がセリウムを含有
する請求項３１記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３３】 前記正孔捕捉物質がセリウムである
請求項３２記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３４】 前記クロムが前記性能増強シンチレ
ータの全量を基準として０．０５〜１．０重量％の酸化
クロムに相当する濃度で前記ガドリニウムガリウムガー
ネット中に存在する請求項３０記載の性能増強シンチレ
ータ。 - 【請求項３５】 前記クロムが０．１〜０．６重量％
の酸化クロムに相当する濃度で存在する請求項３４記載
の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３６】 前記正孔捕捉物質がセリウムを含む
請求項３５記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３７】 前記セリウムが０．２重量％未満の
濃度で前記ガドリニウムガリウムガーネット中に存在す
る請求項３６記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項３８】 前記セリウムが前記性能増強シンチ
レータの全量を基準として０．００５〜０．１５重量％
の濃度で存在する請求項３７記載の性能増強シンチレー
タ。 - 【請求項３９】 前記セリウムが０．０１〜０．１５
重量％の濃度で存在する請求項３６記載の性能増強シン
チレータ。 - 【請求項４０】 前記クロムが０．１〜０．６重量％
の酸化クロムに相当する濃度で存在する請求項３４記載
の性能増強シンチレータ。 - 【請求項４１】 前記正孔捕捉物質が前記性能増強シ
ンチレータの全量を基準として０．００５〜０．２重量
％の濃度で前記ガドリニウムガリウムガーネット中に存
在するセリウムを含む請求項４０記載の性能増強シンチ
レータ。 - 【請求項４２】 前記セリウムが０．０１〜０．１重
量％の濃度で存在する請求項４１記載の性能増強シンチ
レータ。 - 【請求項４３】 前記性能増強シンチレータが結晶構
造を有する請求項３１記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項４４】 前記性能増強シンチレータが多結晶
質である請求項４３記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項４５】 前記性能増強シンチレータが透明で
ある請求項４４記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項４６】 （ａ） ガドリニウムガリウムガー
ネット、（ｂ） 性能増強シンチレータの全量を基準と
して０．０５〜１．０重量％の酸化クロムに相当する濃
度で存在するクロム、および（ｃ） 性能増強シンチレ
ータの全量を基準として０．００５〜０．１５重量％の
濃度で前記ガドリニウムガリウムガーネット中に存在す
る正孔捕捉物質の諸成分を含む性能増強シンチレータ。 - 【請求項４７】 前記正孔捕捉物質が前記性能増強シ
ンチレータの全量を基準として０．０１〜０．１重量％
の濃度のセリウムから成る請求項４６記載の性能増強シ
ンチレータ。 - 【請求項４８】 （ａ） ガーネット型結晶構造を有
するガドリニウムガリウムガーネットの固溶体、（ｂ）
性能増強シンチレータの全量を基準として０．０５〜
０．１重量％の酸化クロムに相当する濃度で存在するク
ロム、および（ｃ） 性能増強シンチレータの全量を基
準として０．００５〜０．１５重量％の濃度で前記ガド
リニウムガリウムガーネット中に存在するセリウムの諸
成分から成る性能増強シンチレータ。 - 【請求項４９】 前記性能増強シンチレータが多結晶
質である請求項４８記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項５０】 前記性能増強シンチレータが透明で
ある請求項４９記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項５１】 ガドリニウムおよびガリウムを基材
とし、かつ０．７〜３１の範囲内のクロム／セリウム重
量比でクロムおよびセリウムを含有するガーネット型結
晶構造の固溶体によって発光特性を付与された性能増強
シンチレータ。 - 【請求項５２】 前記性能増強シンチレータが多結晶
質である請求項５１記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項５３】 前記性能増強シンチレータが透明で
ある請求項５２記載の性能増強シンチレータ。 - 【請求項５４】 固体シンチレータを含む計算機断層
撮影装置において、前記固体シンチレータがガドリニウ
ム、ガリウム、クロム、セリウムおよび酸素から成るガ
ーネット型結晶構造の固溶体であることを特徴とする計
算機断層撮影装置。 - 【請求項５５】 前記固溶体がアルミニウム、イット
リウム、ジルコニウム、ハフニウム、プラセオジムおよ
びイッテルビウムの１種以上を含有する添加型ガドリニ
ウムガリウムガーネットである請求項５４記載の計算機
断層撮影装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US54682490A | 1990-06-29 | 1990-06-29 | |
| US546,824 | 1990-06-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04288393A true JPH04288393A (ja) | 1992-10-13 |
| JPH0776336B2 JPH0776336B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=24182181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3183987A Expired - Lifetime JPH0776336B2 (ja) | 1990-06-29 | 1991-06-28 | 正孔トラップを補償したシンチレータ材料 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5318722A (ja) |
| EP (1) | EP0467044A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0776336B2 (ja) |
| CN (1) | CN1034102C (ja) |
| CA (1) | CA2042147A1 (ja) |
| IL (1) | IL98438A (ja) |
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