JPH0940440A - シンチレーターガラス - Google Patents

シンチレーターガラス

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JPH0940440A
JPH0940440A JP18957495A JP18957495A JPH0940440A JP H0940440 A JPH0940440 A JP H0940440A JP 18957495 A JP18957495 A JP 18957495A JP 18957495 A JP18957495 A JP 18957495A JP H0940440 A JPH0940440 A JP H0940440A
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JP
Japan
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glass
scintillator
scintillator glass
chemical durability
range
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JP18957495A
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Kazuhiro Kido
一博 木戸
Etsuo Tamura
恵都夫 田村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/095Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing rare earths

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】Ceを含有するシンチレーターガラスにおい
て、高い発光効率を持ち、高品質かつ化学的耐久性の良
好なガラスを提供する。 【解決手段】少なくとも、重量比(以下wt%)で、 SiO2 50 〜 80 wt% Al23 12 〜 25 wt% Li2O 1 〜 15 wt% MgO 0.5 〜 30 wt% Ce23 0.5 〜 15 wt% を含有してなることを特徴とするシンチレーターガラ
ス。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SiO2−Al23
Li2O−MgO−Ce23の基本組成系からなるシン
チレーターガラスに関する。
【0002】
【従来の技術】現在、核物理学,原子力エネルギーの関
連分野において、シンチレーターは幅広く応用されてい
る。シンチレーターとして用いられる物質はガラスの他
に、結晶、有機物等の多岐にわたる。そのなかでも、形
状及びサイズの点で自由度が高く、熱及び腐食性雰囲気
に耐性を持つシンチレーターガラスは近年、特に注目さ
れている。
【0003】放射線検出用のシンチレーターガラス、特
に中性子検出用シンチレーターガラスとしては、古くか
らCe含有のアルミノ珪酸塩ガラスが知られている。ま
た、その後の研究により、放射線によ り発光するガラ
ス中の活性中心には、Ceが最も有効であることがわか
っている。Ceを含有するアルミノ珪酸塩シンチレータ
ーガラスの組成として、米国特許明細書3097172号にS
iO2 62〜80mol%,Al23 2〜15mo
l%,Li2O 11.5〜30.5mol%,Ce2
3 0.3〜2mol%、また特公昭38-6270号公報にS
iO2 75〜82wt%,Al23 3〜10wt
%,Li2O 10〜20wt%(Na2OまたはK2
2〜5wt%で一部置換),MgO 2〜10wt%
活性剤として、Ce231〜2wt%、還元剤として
As23 0.1〜2wt%を含有していることが開示
されている。
【0004】また、通常の大気中で溶解したCeを含有
するガラスは、酸化作用でCe4+となったCe4+によ
り、褐色に着色している。Ce4+を含有するガラスの光
の吸収波長は、Ce3+を含有するガラスが紫外線、放射
線を照射された時に発光する発光波長と非常に近いた
め、これに起因して光の自己吸収が起こり、シンチレー
ターガラスの発光効率が悪化する。よって、Ceを含有
するガラスが十分な発光効率を持つシンチレーターガラ
スとなるためには、Ceが3価の状態でガラス中に存在
することが重要である。
【0005】これを実現するために、米国特許明細書30
97172号ではCe23を含有するSiO2−Al23−L
2Oの基本組成系のシンチレーターガラスに還元剤と
して炭素を添加する還元溶解法により製造されている。
また、特公昭38-6270号公報では、SiO2−Al23
Li2O−RO(アルカリ土類金属酸化物)−R’2
(アルカリ金属酸化物)−Ce23の基本組成系のシン
チレーターガラスを石英るつぼを用いて強い還元性にし
たガス炉(1400〜1500 ℃)にて溶解している。
【0006】以上のように、Ceを含有するアルミノ珪
酸塩シンチレーターガラスを溶解する場合はCe4+→C
3+にするために高温で還元溶解する必要がある。ガラ
スを還元溶解する方法として、シュウ酸塩、糖、炭素、
酒石酸、ケイ素、アルミニウム等の還元剤を添加する方
法と、還元炎、還元性の雰囲気ガスを用いる方法が知ら
れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一般に、均質で、泡・
異物・未溶解等の内部欠陥のない高品質なガラスを溶解
するためには、貴金属るつぼを使用することが有効であ
る。しかしながら、前記のような高温で強還元雰囲気中
で貴金属るつぼを用いた場合、貴金属るつぼが損傷して
しまうという問題が生じる。
【0008】また、貴金属るつぼの損傷を考慮して、貴
金属るつぼの使用可能な溶解温度、還元雰囲気の条件で
溶解した場合は、十分な還元力が得られず、Ce4+をC
3+に還元することができず、結果的に高い発光効率の
シンチレーターガラスを得ることができないという問題
がある。また、強還元性の雰囲気に耐えうる石英又はア
ルミナるつぼなどのセラミックるつぼを使用した場合
は、これらのるつぼ材料がガラス融液中に溶出し、泡や
条痕を形成し、ガラスの品質を低下させるという問題が
生じる。
【0009】一方、多量のLi2Oを含有することによ
り、比較的低温の還元性の雰囲気中で、貴金属るつぼを
使用して溶解が可能であるが、このような組成のシンチ
レーターガラスは、化学的耐久性が悪く、酸性雰囲気、
高湿度環境等の過酷な条件下における長期間使用には適
していない。本発明は、この様な従来の問題に鑑みてな
されたものであり、Ceを含有するシンチレーターガラ
スにおいて、高い発光効率を持ち、高品質かつ化学的耐
久性の良好なガラスを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、SiO2、A
23、Li2O、MgO、Ce23を必須成分とする
シンチレーターガラスが、比較的低温の還元性の雰囲気
で、所定の組成範囲内において、所望の化学的耐久性お
よび品質を得られることを見い出し、本発明を成すに至
った。
【0011】すなわち、本発明は、第一に「少なくと
も、重量比(以下wt%)で、 SiO2 50 〜 80 wt% Al23 12 〜 25 wt% Li2O 1 〜 15 wt% MgO 0.5 〜 30 wt% Ce23 0.5 〜 15 wt% を含有してなることを特徴とするシンチレーターガラス
(請求項1)」を提供する。
【0012】また、本発明は第二に「少なくとも、重量
比(以下wt%)で、 前記SiO2 55 〜 60 wt% 前記Al23 12 〜 20 wt% 前記Li2O 2 〜 10 wt% 前記MgO 4 〜 23 wt% 前記Ce23 1 〜 10 wt% を含有してなることを特徴とする請求項1記載のシンチ
レーターガラス(請求項2)」を提供する。
【0013】また、本発明は第三に「前記Li2Oに、
同位体原料6−Li2Oを含有してなることを特徴とす
る請求項1又は2記載の中性子計測用のシンチレーター
ガラス(請求項3)」を提供する。
【0014】
【作用】前記組成範囲は、実験化学的に見い出されたも
のであり、組成範囲限定の理由は次の通りである。Si
2は、ガラス形成酸化物であり、失透に対する安定性
および化学的耐久性を向上させるが、50wt%以下で
は十分な効果が得られず、80wt%を越えると、未溶
物が生じ易くなり、溶解温度を上昇させる。
【0015】したがって、高品質かつ化学的耐久性の良
好な性質が得られる範囲は50〜80wt%であるが、
特に良好な性質を得るためには、55〜60wt%の範
囲内が好ましい。Al23は、失透に対する安定性およ
び化学的耐久性を向上させるが、12wt%以下では十
分な効果が得られず、25wt%を越えると、溶解温度
を上昇させる。
【0016】したがって、高品質かつ化学的耐久性の良
好な性質が得られる範囲は12〜25wt%であるが、
特に良好な性質を得るためには、12〜20wt%の範
囲内が好ましい。Li2Oは、溶解温度を低下させる必
須成分であるが、1wt%未満では十分な効果が得られ
ず、15wt%を越えると化学的耐久性及び失透に対す
る安定性が悪化する。
【0017】したがって、高品質かつ化学的耐久性の良
好な性質が得られる範囲は1〜15wt%であるが、特
に良好な性質を得るためには、2〜10wt%の範囲内
が好ましい。また、中性子計測に用いるシンチレーター
ガラスにおいては、同位体原料6−Li2Oは中性子を
検出するための必須成分であり、Li2Oの一部又は全
量として用いる。
【0018】MgOは、溶解温度を低下させるが、0.
5wt%未満では十分な効果が得られず、30wt%を
越えると失透に対する安定性が低下し、分相傾向も増大
する。したがって、高品質かつ化学的耐久性の良好な性
質が得られる範囲は0.5〜30wt%であるが、特に
良好な性質を得るためには、4〜23wt%の範囲内が
好ましい。
【0019】Ce23は、シンチレーションによる発光
のための必須成分であるが、0.5wt%未満では十分
な効果が得られず、15wt%を越えるとガラスに着色
を与え、発光効率を悪化させる。したがって、高い発光
効率を得られる範囲は0.5〜15wt%であるが、特
に良好な性質を得るためには、1〜10wt%の範囲内
が好ましい。
【0020】
【実施例】
〔実施例1〕本発明に係るシンチレーターガラスは、各
成分の原料として各々相当する酸化物、炭酸塩、シュウ
酸塩等を使用し、所望の割合に秤量し、粉末で十分に混
合して調合原料と成し、これを1200〜1420℃に
加熱された還元雰囲気炉中の貴金属るつぼに投入し、溶
解清澄後、攪拌均質化して予め加熱された鉄製の鋳型に
鋳込み、徐冷して製造した。
【0021】本発明に係る実施組成例(数値はwt%)
を、光学恒数(nd,νd)、比重、励起波長および蛍
光波長とともに表1に示す。また、比較例として、市販
の中性子計測用シンチレーターガラスについても併せて
示している。表中の発光効率は熱中性子に対するもので
あり、アントラセンの発光強度に対する百分率で示して
いる。
【0022】また、化学的耐久性は日本光学硝子工業会
規格、JOGIS06−75、光学ガラスの化学的耐久
性の測定方法(粉末法)に基づいて、耐水性の測定を行
い、評価した。その方法は、製造したガラスを粉砕、
ふるいにかけて590μm〜420μmの間の大きさの
粉末を得る、ガラスの比重グラム量を試料として採取
し、pH6.5〜7.5の純水(80ml)とともに丸
底フラスコに入れ、99℃以上に保持した沸騰水浴で6
0分間保持する、 、の操作を2回繰り返す、
試料の質量とその減量から減量率(wt%)を算定し、
2回の平均値を求めて、耐水性分類の級に該当する級を
読みとる、方法である。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、失透に対する安定性に
優れ、発光効率が高く、高品質かつ化学的耐久性の良好
なシンチレーターガラスが得られる。さらに、本発明に
よるシンチレーターガラスは溶解温度が低いため、貴金
属るつぼを用いて還元性雰囲気中の溶解が可能である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、重量比(以下wt%)で、 SiO2 50 〜 80 wt% Al23 12 〜 25 wt% Li2O 1 〜 15 wt% MgO 0.5 〜 30 wt% Ce23 0.5 〜 15 wt% を含有してなることを特徴とするシンチレーターガラ
    ス。
  2. 【請求項2】少なくとも、重量比(以下wt%)で、 前記SiO2 55 〜 60 wt% 前記Al23 12 〜 20 wt% 前記Li2O 2 〜 10 wt% 前記MgO 4 〜 23 wt% 前記Ce23 1 〜 10 wt% 含有してなることを特徴とする請求項1記載のシンチレ
    ーターガラス。
  3. 【請求項3】前記Li2Oに、同位体原料6−Li2Oを
    含有してなることを特徴とする請求項1又は2記載の中
    性子計測用のシンチレーターガラス。
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