JPH08507856A - 電離放射線に対して敏感な材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電離放射線に敏感な材料は、ＮａＣｌ型の構造を持つアルカリ−ハライド結晶をニッケル、ガリウム、インジウム、タリウム、およびパラジウムのイオンで改質したものである。

Description

【発明の詳細な説明】 電離放射線に対して敏感な材料 技術分野 本発明は、大略的には電離放射線の検出に関し、より詳しくは放射線フォトル ミネセンスによる検出に関し、特に電離放射線に対して敏感な材料に関する。 背景技術 電離放射線の検出の基本原理は、電離放射線の作用下で蛍光物質中に生成した 電荷担体が、捕捉サイトに集中して吸収エネルギーが蓄積され、例えば光スペク トルの特定範囲による蛍光物質発光（phsophor illumination）による過剰活性 化の際に放出されることである。測定される光学的効果は、吸収エネルギーの尺 度となり得る。例えばルミネセンス特性、蛍光物質発光色、およびルミネセンス 劣化を挙げることができる。 現在多くの研究が対象としているものに電離放射線に敏感な材料があるが、実 際には絶縁性の固体で、広い範囲で光学透明性があり、例えばアルカリとハライ ドの化合物（ＮａＣｌ、ＬｉＦ）であり、アルカリ金属とハライドイオンから成 る２つの立方格子が組み合わさったものである。 このような結晶で、電離放射線の影響下において、空孔、自由電子、およびよ り複雑な集合体の形成等の多種多様の結晶格子欠陥が生成する。欠陥が存在する と結晶の光学特性が変わり、例えば、元々は透明であった結晶が、吸収帯内の光 照射により光を吸収して発光（ルミネセンス）を生ずることができるように変わ る。この場合、 電離放射線による欠陥で光の吸収と放射の両方が生ずる。 しかし、純粋結晶を用いた材料は、放射線検出の効率および再現性がいずれも 実用的には不十分であったため、これまで電離放射線検出用として広く普及する には至っていない。しかし、電離放射線に敏感な材料がハライド結晶とある種の 改質剤を固溶体の形で含有すると状況は変わる。これにより、改質剤は、放射線 起因の欠陥が主に集中する主中心になる。結晶成長時の欠陥の悪影響がかなり低 減される結果、電離放射線検出の再現性が向上する。効率および再現性の向上に 加えて、改質剤イオンを含む放射線起因欠陥はエネルギー的に安定性が高いため 、この欠陥は放射線の検出とそれにより得られた情報を室温で保存しておくこと ができる。 従来、光電トランスジューサによりＸ線像を検出するために用いるＲ線に敏感 な材料が知られている。この材料はＣｓＩ単結晶をＴｌまたはＮａのイオンで改 質したものである（参考文献：ハンドブック「Ｘ線光学（X-ray engineering） 」、著者：V.V.Klyuev，1980,p.141（ロシア語））。 この材料は空間的な分解能が１０ライン／ｍｍで、像が検出されるのはその放 射の瞬間のみであるため、情報が断片的に読み取られるだけなので、一時に全体 の情報を得ることができない。 現在知られている１つの材料は、ＢａＦＢｒ化合物結晶を基体とし、これを２ 価のＥｕのイオンで改質したもので、Ｘ線検出に用いられている。この材料はＸ 線の作用に曝すとＥｕ²⁺からＥｕ³⁺への転換によるエネルギーが蓄積される。蓄 積されたエネルギーは、Ｈｅ−Ｎｅレーザによって励起するとルミネセンスとし て表示できる。個々の点でルミネセンス強度を測定すると、検出された像につい ての情報が得られる（参考文献：「レーザ励起ルミネセンスを用いたコンピュー タラジオグラフィー（Computer radiography with use of laser-stimulated luminescence）」、著者：M.Sonoda et al.、Radiography ，1983，pp.148，833）。上記の材料は、密度１０²ｐｈ／（１００ｍ）²のＸ線 の８０％以上を検出することができ、動作範囲が広い点に特徴がある。しかし、 この材料は空間解像度が１００ｍ（１０ライン／ｍｍ）であり、実用可能な動作 感度範囲（１０³）が小さすぎて多くの問題を解決することができない。ルミネ センス中心の緩和による損失が１日当たり３０％にもなるため、検出した像を長 期間保存できない。像は読み出しによって破壊されるので、読み出しが１回しか できない。 もう１つ知られている電離放射線敏感材料は塩化ナトリウム多結晶を銀イオン で改質したものである（参考文献：「線量測定法（A course indosimetry）」、 著者：V.I.Ivanov、1970，Atmizdat PH,Moscow，p.195（ロシア語））。この材 料を用いて開発した放射線フォトルミネセンス線量計は、検出した情報を長期間 （１〜３カ月間）保存でき、多数回の読み出しが可能である。しかし、この材料 は、解像度（１００ライン／ｍｍ以内）が低すぎるため、Ｘ線ラジオグラフィー にはほとんど実用できない。更に、この材料は感度閾値が高いため、低ドーズ（ １Ｒ未満）の電離放射線を測定できない。 上記とは別に、安定性が高く多数回の情報読み出しができる材料は銀を含有し ている。 このように、電離放射線を効率的に検出できる諸性質を兼備した材料はこれま でに知られていない。 発明の開示 本発明の主たる目的は、電離放射線の作用下で生成する安定したルミネセンス 中心を形成することによって、貴金属を用いることなく、電離放射線に対する感 度が高く、空間解像度が向上し、得た情 報を多数回繰り返し再生可能な材料を提供することである。 上記の目的は、金属イオンで改質したＮａＣｌ型構造を持つアルカリとハライ ドの結晶を含む、電離放射線に敏感な材料であって、本発明により、改質イオン としてＮｉ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇａ、およびＰｄから成る群から選択した金属のイオ ンを含む材料によって達成される。 本発明によれば、上記材料は動作感度範囲が５×１０³すなわち５０ｍＲ〜２ ５０ｍＲであり、また３〜５カ月の情報保存と多数回繰り返し情報読み出しが可 能である。 本発明により望ましくは、上記材料はアルカリ−ハライド結晶（これは実質的 に単結晶である）を含むことにより、光の散乱と結晶格子欠陥の集中とを低減し 、それにより解像度を限定する。 本発明の一実施態様によれば、本発明の材料は改質イオンとして２価のＮｉイ オンを０．０２〜１．００ mol％の濃度で含む。この組成の材料は最小の感度閾 値（５０ｍＲ）を有するので、電離放射線の線量測定に最も適している。 本発明のもう一つの実施態様によれば、本発明の材料は改質イオンとしてＧａ 、Ｉｎ、Ｐｄ、およびＴｌのイオンを０．１〜１．０ mol％の濃度で含む。 この組成の材料は、空間的解像度が高いので、ラジオグラフィーに適用できる 。 以下に、本発明のその他の目的および利点を、幾つかの特定の実施例により電 離放射線に敏感な材料の詳細な説明により明らかにする。 発明を実施するための最良の方法 本発明において提案した電離放射線に敏感な材料は、ＮａＣｌ型 の体心立方格子を持つアルカリ−ハライドの多結晶または単結晶を実質とする。 塩化カリウム、フッ化リチウム、臭化ナトリウム、ヨウ化カリウム、および塩 化ナトリウムの各結晶を例とする。 本発明によれば、上記各結晶をＮｉ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴｌおよびＰｄのイオンで 改質してあり、これらイオンは本発明の材料中に固溶した状態になっている。上 記の改質イオンは、前述の他のイオンによる改質で得られるルミネセンス中心よ りも安定なルミネセンス中心を上記各結晶中に形成する手段となり、動作感度範 囲５×１０³すなわち５０ｍＲから２５０ｍＲ、解像度１００〜３００ライン／ ｍｍ、および情報保存３〜５カ月と多数回繰り返し読み出しとを可能にする。 濃度０．０２〜１．００ mol％の２価のＮｉイオンで改質したアルカリ−ハラ イド結晶は最も低い感度閾値（５０ｍＲ）を特徴とする。 上記改質イオンの濃度が０．０２ mol％未満であると、材料の解像度が低下し 、感度閾値が低下し（２５０Ｒ）、一方、２価のＮｉイオンの濃度が１．０ mol ％を超えると、電離放射線の作用に曝さなくともルミネセンス発光してしまい、 やはり材料の特性に悪影響を及ぼす。 本発明の材料の解像度が最も高くなるのは、アルカリ−ハライド結晶を濃度０ ．１〜１．０ mol％のＩｎ、Ｇａ、Ｔｌ、およびＰｄのイオンで改質した場合で ある。上記改質イオンの濃度範囲を選択した理由は、０．１ mol％未満の濃度で は材料の感度が低下し、１．０ mol％を超える濃度では解像度が低下するからで ある。 Ｎｉイオンを含む本発明の材料の最も望ましい用途は、５０ｍＲから始まる放 射線ドーズ検出のための電離放射線の放射線フォトル ミネセンス線量計測で、多数回繰り返し測定を行うものである。 Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、およびＰｄのイオンを含む本発明の材料の最も適した用途 は、解像度が最大になるラジオグラフィーである。 アルカリ−ハライド単結晶を基体とする本発明の材料は、限定された解像度の 値を達成することができ、感度閾値が最も低く、一方、多結晶を基体とする材料 は製造が容易である。 本発明の材料は繰り返し用いても特性変化を生じない。 本発明をより良く理解するために、以下に特定の実施例を説明する。 実施例１ 電離放射線に敏感な材料は、実質は融液から成長した塩化カリウムの単結晶を 濃度０．１ mol％のインジウムイオンで改質したものである。 この材料にＸ線を照射した後に光に露出する。その結果、改質イオンを含む構 造欠陥によって潜像が形成される。こうして得た像の読み出しは、量子エネルギ ー１２ｋｅＶ、放射ドーズ１Ｒの照射条件で、３１４ｍ（ＵＶ光）に最大値を持 つ上記欠陥の励起帯の範囲内で、波長５３０〜５８０ｎｍについて材料を照射し て上記結晶の構造欠陥によって生成したルミネセンスを検出することによって行 う。 これにより得られる解像度は２００ライン／ｍｍである。この像はその品質に 影響を及ぼさずに繰り返し読み出すことができ、６か月間保存できる。 実施例２ 電離放射線に敏感な材料は、実質は加圧成形した塩化ナトリウムの多結晶を濃 度０．５ mol％のＴｌイオンで改質したものである。 この材料を実施例１と同様な条件で照射したが、像の読み出しは 波長３２０〜３５ｎｍについて励起した結晶構造欠陥で行う。 このようにして得られた像は、解像度が３００ライン／ｍｍであり、何ら影響 なく繰り返し読み出すことができ、６か月間保存できる。 実施例３ 電離放射線に敏感な材料は、実質はフッ化リチウム単結晶を濃度１．０ mol％ のＧａイオンで改質したものである。 この材料を実施例１と同様な条件で照射したが、生成した像の読み出しは波長 ３３０ｍについて励起した結晶構造欠陥で行う。 このようにして得られた像は、解像度が３００ライン／ｍｍであり、その品質 に影響を及ぼすことなく多数回読み出すことができる。この像は６か月間保存で きる。 実施例４ 電離放射線に敏感な材料は、事実上、塩化カリウムの単結晶を濃度０．５ mol ％のＰｄイオンで改質したものである。 この材料を実施例１と同様な条件で照射したが、像の読み出しは波長２５０〜 ３３０ｍについて励起した結晶構造欠陥で行う。 像は、解像度が１００ライン／ｍｍであり、その品質に影響を及ぼすことなく 多数回読み出すことができ、３か月保存できる。 実施例５ 電離放射線に敏感な材料は、フッ化リチウムの単結晶を濃度０．０２ mol％の Ｎｉイオンで改質したものである。 この材料を実施例１と同様な条件で照射したが、照射ドーズは５０Ｒとした。 像の読み出しは、波長３９０〜５８０ｍについて結晶構造欠陥により発生する ルミネセンスを検出することにより行う。この欠陥の励起帯範囲２４０〜２７０ ｍである。 像は、解像度が２００ライン／ｍｍであり、その品質に悪影響を及ぼすことな く多数回読み出すことができ、１年間保存できる。 実施例６ 電離放射線に敏感な材料は、塩化ナトリウムの単結晶を濃度０．２５ mol％の Ｎｉイオンで改質したものである。 この材料を、ラジウムから発生した放射線に厚さ０．２５ｍｍの鉛シールドを 通して露出した。照射ドーズは５０ｍｍＲである。受け入れられた照射ドーズを 、実施例４と同様な条件下で結晶構造欠陥により生成するルミネセンスの測定に より検出する。ＳＮ比は２である。 蓄積された照射ドーズに関する情報を３か月間保存する。 産業上の利用可能性 以上説明した電離放射線に敏感な材料は、特に欠陥観察、回折、およびＸ線組 織学において、Ｘ線の線量計測および空間分布の測定と、その視覚化、分析、お よび保存に用いることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グユンスバーグ，コンスエラ エブゲニエ フナ ロシア連邦共和国，410600，サラトフ，ウ リツァ ミチューリナ，デー．62／68，ク バルチーラ 134 (72)発明者 ゴリン，ゲンナディ ボリソビチ ロシア連邦共和国，413121，サラトフスカ ヤ オブラスト，エンゲルス，ウリツァ ポルタフスカヤ，デー．48，クバルチーラ 36 (72)発明者 コチュベイ，ビヤチェスラフ イバノビチ ロシア連邦共和国，413100，サラトフスカ ヤ，オブラスト，エンゲルス，ウリツァ ジェルジンスコゴ，デー．25 (72)発明者 ゼベズドバ，ニナ ペトロフナ ロシア連邦共和国，410071，サラトフ，ウ リツァ シェルコビチナヤ，デー．170, クバルチーラ 25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＮａＣｌ型の構造を持つアルカリ−ハライド結晶を金属イオンで改質した 、電離放射線に敏感な材料において、改質イオンとしてニッケル、ガリウム、イ ンジウム、タリウムおよびパラジウムからなる群から選択した金属のイオンを含 むことを特徴とする材料。 ２．実質的に単結晶であるアルカリ−ハライド結晶を含むことを特徴とする請 求項１記載の材料。 ３．改質イオンとして２価のニッケルイオンを０．０２〜１．００ mol％の濃 度で含むことを特徴とする請求項１記載の材料。 ４．改質イオンとしてガリウム、インジウム、タリウム、およびパラジウムを ０．１〜１．０ mol％の濃度で含むことを特徴とする請求項１記載の材料。