JPH05263075A - 熱蛍光体 - Google Patents

熱蛍光体

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JPH05263075A
JPH05263075A JP6034892A JP6034892A JPH05263075A JP H05263075 A JPH05263075 A JP H05263075A JP 6034892 A JP6034892 A JP 6034892A JP 6034892 A JP6034892 A JP 6034892A JP H05263075 A JPH05263075 A JP H05263075A
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JP
Japan
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thermophosphor
aluminum nitride
oxygen content
dosimeter
dissolved oxygen
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JP6034892A
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English (en)
Inventor
Fumio Ueno
文雄 上野
Mitsuo Kasori
光男 加曽利
Akihiro Horiguchi
昭宏 堀口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギー依存性が小さく、かつ高感度の熱
蛍光体、及びそれを用いた熱蛍光線量計を提供すること
を目的とする。 【構成】 酸素固溶量が10ppm〜5000ppmで
ある窒化アルミニウムを含有する熱蛍光体、及びこの熱
蛍光体を用いた熱蛍光線量計。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱蛍光体及びそれを用
いた熱蛍光線量計に関する。
【0002】
【従来の技術】X線、γ線、中性子線、紫外線などを照
射した物質を加熱すると熱螢光(thermoluminescence)
を生じることは、今世紀の初頭にM.Curie 等によって見
いだされており、そのような熱蛍光体として、LiF、
CaF2 、CaSO4 、Li24 7 、MgB
4 7 、BeO、Mg2 SiO4 、LaOBrなどを母
体とし、Mn2+や希土類イオンをドープしたものが実用
化もしくは提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来知
られている熱蛍光体は、エネルギ−依存性が比較的大き
く、かつ感度が低いため、実用上、問題があった。特
に、熱蛍光線量計としての特性が低く、これらに代わる
熱蛍光体が求められていた。本発明は、このような事情
の下になされ、エネルギー依存性が小さく、かつ高感度
の熱蛍光体を提供することを目的とする。本発明の他の
目的は、優れた熱蛍光線量計特性を有する熱蛍光線量計
を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来知られて
いた、酸化物や酸素酸塩もしくはハロゲン化物といった
既知の熱蛍光体では達成されなかった熱蛍光線量計特性
を、全く新規な熱蛍光体である窒化アルミニウムを主成
分とする材料により実現したものである。即ち、本発明
は、酸素固溶量が10ppm〜5000ppmである窒
化アルミニウムを含有する熱蛍光体を提供する。また、
本発明は、酸素固溶量が10ppm〜5000ppmで
ある窒化アルミニウムを含有する熱蛍光体を用いた熱蛍
光線量計を提供する。本発明の熱蛍光体の主成分をなす
窒化アルミニウムの酸素固溶量は、10〜2000pp
mであるのが好ましい。窒化アルミニウムの酸素固溶量
が10ppm未満では、熱蛍光の発生が困難であり、逆
に5000ppmを越えると、自己失活を起し、好まし
くない。
【0005】本発明の熱蛍光体中には、窒化アルミニウ
ムの発する熱蛍光を著しく吸収はしない相、例えば希土
類アルミネート化合物やケイ素化合物、酸窒化アルミニ
ウムもしくは樹脂等が含まれていても差し支えない。な
お、窒化アルミニウム中にマンガンや鉄などの遷移金属
不純物が含まれていると、発光中心波長は長波長側にシ
フトすることが観測される。
【0006】本発明の熱蛍光体は、窒化アルミニウム粉
末単独、又は窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加
し、常圧もしくは加圧下で焼結もしくはホットプレス等
により緻密化させることにより製造することが出来る。
この際、MnO4 、Fe2 3等を微量添加することも
できる。
【0007】使用される焼結助剤としては、Y2 3
TbF3 等の希土類化合物、及びCaCO3 、CaH2
などのアルカリ土類化合物等を用いることが出来る。
【0008】また、本発明の熱蛍光体は、スパッタやC
VD等の手法で、薄膜として形成して用いることが出来
る。スパッタにより形成する場合には、窒化アルミニウ
ムもしくは金属アルミニウム等をターゲットとして用
い、アルゴンガス、窒素ガス、さらに必要により微量の
酸素ガス等を混合してスパッタを行う。
【0009】さらに、本発明の熱蛍光体は、窒化アルミ
ニウム粉末の加熱処理もしくは焼結体の粉砕により得ら
れた粉末の形で用いることもできる。このような粉末
は、耐熱性樹脂、ガラス等で成形固化して用いてもよ
い。
【0010】
【作用】本発明の熱蛍光体は、窒化アルミニウム中に酸
素を固溶不純物として含むが、それ以外に発光中心とな
る固溶不純物を含まない。このような本発明の熱蛍光体
に、X線、γ線、中性子線等の放射線もしくは紫外線も
しくは電子線等を照射し、その後、加熱すると、350
〜450nmを中心波長とする熱蛍光が発生する。な
お、加熱の代わりに可視光照射、電界付与等によっても
発光をもたらす事ができる。
【0011】本発明による熱蛍光体の熱発光の原因につ
いてはいまだ完全に明らかになっていないが、本発明者
らの研究によれば、窒化アルミニウムに酸素固溶に原因
するアルミニウム欠陥が導入されたことにより達成され
たものと推定されている。窒化アルミニウムが放射線も
しくは紫外線の照射を受けたとき、窒化アルミニウムは
その一部を吸収し、窒化アルミニウム結晶中に電子励起
が起こり、電子が該アルミニウム格子欠陥に捕捉されて
準安定状態になる。このような窒化アルミニウムを放射
線もしくは紫外線の照射中もしくは照射後に加熱する
と、捕捉されていた電子が解放されて、正孔と再結合
し、元の安定状態に戻る。この再結合の際に螢光が発生
する。このとき、熱蛍光体中にマンガンや鉄などの遷移
金属イオンが含まれていると、これらの遷移金属不純物
中心にエネルギー移動が起こり、再結合中心からではな
く、遷移金属不純物イオンによる発光が観測される。
【0012】図1に示すように、加熱温度を横軸に、発
光強度を縦軸にとると、固溶酸素量により、350℃〜
550℃の範囲で、発光極大が少なくとも3つ存在す
る。例えば、3400ppmの固溶酸素量の場合には、
394Kが発光極大温度であり、200ppmの固溶酸
素量の場合には、468Kが発光極大温度である。
【0013】また、ある一定の範囲内、例えば5000
ppm以下の固溶酸素量で、他の条件、例えば酸素以外
の不純物量等が一定出あれば、固溶酸素量が増大するほ
ど発光強度が増大する。従って、熱発光特性を制御する
ためには、固溶酸素量を制御する必要がある。
【0014】以上説明したように本発明によれば、窒化
アルミニウムに酸素固溶に基づくアルミニウム欠陥を制
御性良く導入することにより、エネルギー依存性が小さ
くかつ高感度の熱蛍光体を具体化でき、また用途によ
り、薄膜、厚膜、セラミックス、粉末のいずれの形でも
比較的安価に提供できる。
【0015】本発明の熱蛍光体は、熱蛍光体線量計に好
適に利用可能である。熱蛍光体線量計は、例えば図3に
示すような方法で使用される。即ち、例えばX線を取扱
う作業に従事する者1が、本発明の熱蛍光体線量計2を
収容する線量計ホルダ−3を身体の一部に装着し、所定
期間経過したとする。この者のX線照射量を求めるに
は、熱蛍光体線量計2を線量計ホルダ−3から取り外
し、線量計加熱器4の上に載置する。そして、線量計加
熱器4により熱蛍光体線量計2を加熱すると、熱蛍光体
は発光し、それを光検出器5により検出する。光検出器
5からの検出信号は、線量計測器6に送られ、そこでX
線照射線量が求められる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明につい
て詳細に説明する。 (実施例1)
【0017】不純物酸素量1.0重量%、平均一次粒子
径0.6μmのAIN粉に、添加物として平均粒径0.
1μm、純度99.9重量%のY2 3 粉3重量%(Y
換算:2.38重量%)を加え、ボールミルを用いて解
砕し、混合して原料粉を調製した。続いて、この原料粉
に、アクリル系バインダーを5重量%添加して造粒した
後、この造粒粉を500Kg・cm-2の一軸加圧下で成
形し、約30×30×7mmの圧粉体とした。
【0018】この圧粉体を窒素ガス雰囲気中で500℃
まで加熱し、アクリル系バインダーを除去した。次い
で、この圧粉体をカーボン製容器中、窒素ガス1気圧の
雰囲気下で1850℃で48時間、カーボン製ヒータ炉
内で焼成し、急冷してAIN焼結体を製造した。
【0019】このようにして得られた焼結体は、X線回
折実験の結果、窒化アルミニウム単相である事がわかっ
た。また放射化学分析の結果、酸素含有量は300pp
mであった。
【0020】次に、この焼結体を研磨した後、低圧水銀
灯を30分照射し、その後、室温から1.3℃/秒で定
速昇温させた際の発光強度の温度依存性を図1の曲線c
に示した。発光強度が最大になる温度は468Kであっ
た。また、焼結体を200℃に加熱した際の発光スペク
トルを図2に示した。熱螢光の最大波長は370nmで
あった。
【0021】このような焼結体からなる熱蛍光体を機械
加工して、直径2mm、長さ12mmの熱螢光線量計を
作製し、熱螢光線量計特性を測定した。その結果、エネ
ルギー依存性を30kevでの値と60Co照射の場合と
の比で表すと2.4であった。さらに60Co照射により
LiF素子と感度比較を行ったところ、熱螢光発生効率
は200倍であった。 (実施例2〜4)
【0022】不純物酸素量0.6重量%、平均一次粒子
径0.6μmのAIN粉を1000℃の空気中で加熱す
る事で作製した酸素量1.9%及び2.7%の粉末に、
添加物として平均粒径0.1μm、純度99.9重量%
のY2 3 粉3重量%(Y換算:2.38重量%)を加
え、ボールミルを用いて解砕し、混合して原料粉を調製
した。続いて、この原料粉にアクリル系バインダーを5
重量%添加して造粒した後、この造粒粉を500Kg・
cm-2の一軸加圧下で成形して、約30×30×7mm
の圧粉体とした。
【0023】この圧粉体を窒素ガス雰囲気中で500℃
まで加熱し、アクリル系バインダーを除去した。次い
で、この圧粉体をカーボン製容器中にセットし、窒素ガ
ス1気圧の雰囲気下で1850℃で48時間、カーボン
製ヒータ炉内で焼成してAIN焼結体を製造した。原料
粉末の酸素量が0.6%、1.9%、2.7%のものか
ら出発して作製した焼結体試料の発光強度の温度依存性
を、実施例1と同様にして求めた。
【0024】発光強度が最大になる温度はそれぞれ、4
77K、394K、408Kであった。各々の試料の酸
素量は、200ppm、1900ppm、3400pp
mであった。 (実施例5)
【0025】実施例1と同様にして作製した焼結体を粉
砕して平均粒径2μmの粉末とし、直径2mm、長さ1
2mmのガラス容器に封入して、熱螢光線量計特性を測
定した。その結果、60Co照射による感度の比較は、熱
螢光発生効率がLiF熱螢光線量計の120倍であっ
た。 (実施例6)
【0026】スパッタ槽内を真空度10-2Paに排気し
た後、アルゴンガスと窒素ガスを1:1の割合で導入
し、圧力0.5Paに維持しながら金属アルミニウムを
ターゲットとして、ガラス基板上に、高周波出力1kW
で40分間高周波マグネトロンスパッタリングすること
により、フィルム層上に厚さが5000Aの窒化アルミ
ニウム薄膜を形成した。該薄膜の発光強度の温度依存性
を実施例1と同様にして求めたところ、最大発光温度は
208℃であった。
【0027】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、エネルギー依存性が小さくかつ高感度の熱蛍光体
を具体化でき、また用途に応じて、薄膜、厚膜、セラミ
ックス、粉末のいずれの形でも比較的安価に提供するこ
とが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱蛍光体の熱螢光強度の温度依存性を
示す特性図。
【図2】本発明の熱蛍光体の熱螢光の発光スペクトルを
示す特性図。
【図3】本発明の熱螢光線量計によるX線の照射線量を
測定方法を示す図。
【符号の説明】
1…身体、2…熱蛍光体線量計、3…線量計ホルダ−、
4…線量計加熱器、5…光検出器、6…線量計測器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素固溶量が10ppm〜5000pp
    mである窒化アルミニウムを含有する熱蛍光体。
  2. 【請求項2】 酸素固溶量が10ppm〜5000pp
    mである窒化アルミニウムを含有する熱蛍光体を用いた
    熱蛍光線量計。
JP6034892A 1992-03-17 1992-03-17 熱蛍光体 Pending JPH05263075A (ja)

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