JPS6359435B2 - - Google Patents

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JPS6359435B2
JPS6359435B2 JP10911983A JP10911983A JPS6359435B2 JP S6359435 B2 JPS6359435 B2 JP S6359435B2 JP 10911983 A JP10911983 A JP 10911983A JP 10911983 A JP10911983 A JP 10911983A JP S6359435 B2 JPS6359435 B2 JP S6359435B2
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mol
rare earth
temperature
polycrystalline ceramic
ceramic scintillator
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、計算機処理X線断層撮影(CT)並
びにその他のX線、ガンマ線および核放射線検出
用途のための希土類添加セラミツクシンチレータ
に関するものである。更に詳しく言えば、希土類
の添加された多結晶質イツトリアーガドリニア
(Y2O3―Gd2O3)セラミツクシンチレータに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to rare earth-doped ceramic scintillators for computerized x-ray tomography (CT) and other x-ray, gamma ray, and nuclear radiation detection applications. More specifically, the present invention relates to a polycrystalline yttriated gadolinia (Y 2 O 3 --Gd 2 O 3 ) ceramic scintillator doped with rare earth elements.

計算機処理X線断層撮影スキヤナは医学診断用
の装置であつて、それによれば被検者に対してほ
ぼ平面状のX線ビームが照射される。かかるX線
ビームの強度は被検者体内の複数の経路に沿つた
エネルギー吸収度に比例して変化する。それらの
経路に沿つたX線強度(すなわちX線吸収度)を
複数の相異なる角度または視点から測定すること
により、X線が通過する被検者の任意の断面内に
おける様々な区域についてのX線吸収係数を算出
することができる。そのような区域は、通例、約
1mm×1mmのほぼ正方形の部分から成つている。
こうして得られた吸収係数を使用することによ
り、たとえば、X線ビームによつて走査された体
内器官の断層像が得られる。
A computer-processed X-ray tomography scanner is an apparatus for medical diagnosis, according to which a substantially planar X-ray beam is irradiated onto a subject. The intensity of such an x-ray beam varies proportionally to the degree of energy absorption along multiple paths within the subject's body. By measuring the X-ray intensity (i.e., X-ray absorption) along their path from multiple different angles or viewpoints, the The linear absorption coefficient can be calculated. Such areas typically consist of approximately square sections of approximately 1 mm x 1 mm.
By using the absorption coefficient thus obtained, for example, a tomographic image of an internal organ scanned by an X-ray beam can be obtained.

かかるスキヤナに組込まれた重要な部分の1つ
として、検査すべき被検者を通過することによつ
て変調されたX線を検出するためのX線検出器が
ある。一般に、X線検出器は入射X線によつて励
起されると光学的波長の輻射線を放出するシンチ
レータ材料を含んでいる。通常の医学的または工
業的CT用途においては、シンチレータ材料から
の光出力を光電応答材料に入射させることによつ
て電気的出力信号が発生される。こうして得られ
た電気信号の振幅は入射X線の強度に比例してい
る。かかる電気信号をデイジタル化した後、デイ
ジタル形計算機で処理することによつて吸収係数
が求められ、次いで陰極線管スクリーン上への表
示またはその他の永久的媒体への記録が行われ
る。
One of the important parts incorporated into such scanners is an x-ray detector for detecting the x-rays modulated by passing through the subject to be examined. Generally, an x-ray detector includes a scintillator material that emits radiation at optical wavelengths when excited by incident x-rays. In typical medical or industrial CT applications, an electrical output signal is generated by directing the optical output from a scintillator material onto a photoelectrically responsive material. The amplitude of the electrical signal thus obtained is proportional to the intensity of the incident X-rays. After such electrical signals are digitized, absorption coefficients are determined by processing in a digital computer and then displayed on a cathode ray tube screen or recorded on some other permanent medium.

計算機処理断層撮影技術に特有の厳しい要求条
件のため、X線やガンマ線による励起に応じて光
学的輻射線を放出するシンチレータ材料の全てが
CT用途に適するというわけではない。有用なシ
ンチレータ材料は、光電子増倍管やホトダイオー
ドのごとき光センサによつて最も効率良く検出さ
れる電磁スペクトル領域(可視域および近可視
域)の光学的輻射線にX線を高い効率で変換する
ものでなければならない。また、シンチレータ材
料は光学的輻射線を効率良く伝達してそれを捕捉
することがなく、従つてシンチレータ材料の内部
深くで発生した光学的輻射線も外部に位置する光
センサによつて正しく検出されることが望まし
い。このことは、十分な量子検出効率および高い
SN比を維持しながら患者の受ける照射線量をで
きるだけ少なくすることが所望される医学診断用
途において特に重要である。
Due to the demanding requirements specific to computed tomography techniques, all scintillator materials that emit optical radiation upon excitation by X-rays or gamma rays are
It is not necessarily suitable for CT applications. Useful scintillator materials convert x-rays with high efficiency into optical radiation in the visible and near-visible range of the electromagnetic spectrum, which is most efficiently detected by optical sensors such as photomultiplier tubes and photodiodes. It has to be something. Additionally, scintillator materials do not efficiently transmit and capture optical radiation, so optical radiation generated deep inside the scintillator material cannot be correctly detected by an externally located optical sensor. It is desirable that This indicates sufficient quantum detection efficiency and high
This is particularly important in medical diagnostic applications where it is desired to receive as little radiation dose as possible to the patient while maintaining the signal-to-noise ratio.

シンチレータ材料にとつて望ましいその他の特
性としては、短い残光、少ないヒステリシス現
象、大きいX線阻止能およびスペクトル直線性が
挙げられる。残光とはX線による励起の終了後に
もシンチレータ材料が光学的輻射線を放出し続け
る傾向であつて、それにより情報を含んだ信号が
時間軸方向に関して不鮮明となることがある。従
つて、たとえば運動する体内器官の撮影の場合の
ように高速の連続走査を必要とする用途において
は、残光が短いことが望ましい。ヒステリシス現
象とは、同じX線励起に対する光出力が過去の照
射履歴に基づいて変化するというシンチレータ材
料の特性を指す。CTにおいては、各シンチレー
タセルからの光出力を正確に反復測定することが
必要であり、またシンチレータ材料に入射するX
線量が同じであれば光出力も実質的に同じでなけ
ればならないから、ヒステリシス現象は望ましく
ない。典型的な検出精度は、比較的早い速度で行
われる複数の連続的な測定に関して1/1000程度で
ある。また、X線の検出を効率良く行うためには
X線阻止能が大きいことも望ましい。シンチレー
タ材料によつて吸収されないX線は検出から漏れ
てしまうのである。更にまた、入射X線は様々な
周波数を持つているから、スペクトル直線性もシ
ンチレータ材料にとつて重要な特性の1つであ
る。すなわち、シンチレータ材料の応答は全ての
X線周波数において実質的に一様でなければなら
ないのである。
Other desirable properties for scintillator materials include short afterglow, low hysteresis phenomena, high X-ray stopping power, and spectral linearity. Afterglow is the tendency of the scintillator material to continue emitting optical radiation even after excitation by X-rays has ended, which can cause information-containing signals to become unclear in the temporal direction. Therefore, in applications that require high-speed continuous scanning, such as when photographing moving internal organs, it is desirable that the afterglow be short. The hysteresis phenomenon refers to a property of scintillator materials in which the optical output for the same X-ray excitation changes based on past irradiation history. In CT, it is necessary to accurately and repeatedly measure the light output from each scintillator cell, and the
Hysteresis phenomena are undesirable since the light output must be substantially the same for the same dose. Typical detection accuracy is on the order of 1/1000 for multiple consecutive measurements taken at a relatively fast rate. Further, in order to efficiently detect X-rays, it is also desirable that the X-ray blocking ability is large. X-rays not absorbed by the scintillator material escape detection. Furthermore, since incident X-rays have various frequencies, spectral linearity is also an important property for scintillator materials. That is, the response of the scintillator material must be substantially uniform at all x-ray frequencies.

CT用として検討の対象となるシンチレータ螢
光体の中には、ヨウ化セシウム(CsI)、ゲルマニ
ウム酸ビスマス(Bi4Ge3O12)、タングステン酸
カドミウム(CdWO4)およびヨウ化ナトリウム
(NaI)が含まれる。上記材料の多くは、通例、
1つ以上の欠点(たとえば過度の残光、低い光出
力、劈開、小さい機械的強度、ヒステリシス現象
および高い価格)を有している。単結晶シンチレ
ータにはまた、吸湿性を示すものが多い。公知の
多結晶質シンチレータは効率的かつ経済的であ
る。しかしながら、多結晶質である結果、かかる
材料は光の伝達効率が悪く、従つてかなりの光が
捕捉され易い。内部光路は極めて長くかつ曲がり
くねつているから、光出力の減衰度が不都合に大
きくなつてしまうのである。
Among the scintillator fluorescers considered for CT applications are cesium iodide (CsI), bismuth germanate (Bi 4 Ge 3 O 12 ), cadmium tungstate (CdWO 4 ), and sodium iodide (NaI). is included. Many of the above materials are typically
It has one or more disadvantages (eg excessive afterglow, low light output, cleavage, low mechanical strength, hysteresis phenomenon and high price). Many single crystal scintillators also exhibit hygroscopic properties. Known polycrystalline scintillators are efficient and economical. However, as a result of being polycrystalline, such materials have poor light transmission efficiency and are therefore susceptible to significant light trapping. Because the internal optical path is extremely long and tortuous, the degree of attenuation of the optical output is disadvantageously high.

多成分粉末組成物から単結晶シンチレータを製
造することは経済的と言えないのが通例であつ
て、多くの場合には実施不可能である。すなわ
ち、多成分粉末組成物を融点より高い温度にまで
加熱し、そして各々の検出器チヤネルより大きい
寸法のインゴツトを融液から成長させなければな
らない。シンチレータ棒材の所要寸法および所要
の温度を考慮すれば、そのような操作は本質的に
困難である。その上、ある種の材料は冷却時に相
変化を示すため、成長工程からの冷却に際して結
晶の割れが起こることもある。更にまた、単結晶
では結晶面に沿つて格子欠陥が広がり易い傾向も
ある。
Producing single crystal scintillators from multicomponent powder compositions is typically not economical and is often impractical. That is, the multicomponent powder composition must be heated above its melting point and an ingot of dimensions larger than each detector channel must be grown from the melt. Such an operation is inherently difficult given the required dimensions of the scintillator bar and the required temperatures. Additionally, some materials exhibit phase changes upon cooling, which may result in cracking of the crystals upon cooling from the growth process. Furthermore, in single crystals, lattice defects tend to spread along crystal planes.

本発明の場合と同じ譲受人に譲渡されたデイ
ー・エイ・クサーノ(D.A.Cusano)等の米国特
許第4242221号明細書中には、多結晶質螢光体を
CT用のセラミツク様シンチレータに加工するた
めの方法が記載されている。
DACusano et al., U.S. Pat. No. 4,242,221, assigned to the same assignee as the present invention, discloses that
A method for fabricating ceramic-like scintillators for CT is described.

さて本発明は、イツトリアーガドリニアを主体
としかつ発光効率の向上のために各種の希土類酸
化物活性剤を含有する改良されたセラミツクシン
チレータを提供するものである。
The present invention provides an improved ceramic scintillator mainly composed of yttriated gadolinia and containing various rare earth oxide activators to improve luminous efficiency.

本明細書中において使用される「透明」および
「半透明」という用語は、シンチレータ材料の光
学的透明度の大きさを表わす。研摩したシンチレ
ータ材料板上における標準的な分光透過率試験
(すなわち「狭角」透過率試験)をそれぞれのイ
オンの発光波長において行うことによつて測定し
た場合、本発明のセラミツクシンチレータは100
cm-1より小さい光学的減衰係数を示すのが通例で
ある。最も望ましいセラミツクシンチレータは、
一層小さい減衰係数を有し、従つて一層高い光学
的透明度を有している。
The terms "transparent" and "translucent" as used herein refer to the degree of optical clarity of the scintillator material. Ceramic scintillators of the present invention exhibit a
It is customary to exhibit an optical attenuation coefficient of less than cm −1 . The most desirable ceramic scintillator is
It has a smaller attenuation coefficient and therefore higher optical clarity.

発明の概要 高い光学的透明度、高い密度、高度の均一性お
よび立方晶系の結晶構造を有しかつCTにおいて
有用であるような希土類の添加された多結晶質イ
ツトリアーガドリニアセラミツクシンチレータ
は、(a)約5〜約50(モル)%のガドリニア
(Gd2O3)、(b)Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3
Tb2O3およびPr2O3から成る群より選ばれた約
0.02〜12(モル)%の少なくとも1種の希土類酸
化物活性剤、並びに(c)残部のイツトリア(Y2O3
から成るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A rare earth doped polycrystalline yttriated gadolinia ceramic scintillator having high optical clarity, high density, high degree of uniformity and cubic crystal structure and useful in CT is a ) about 5 to about 50 (mol)% gadolinia (Gd 2 O 3 ), (b) Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 ,
about selected from the group consisting of Tb 2 O 3 and Pr 2 O 3
0.02 to 12 (mol)% of at least one rare earth oxide activator, and (c) the balance yttria (Y 2 O 3 )
It consists of

本発明はまた、イツトリアーガドリニアセラミ
ツクシンチレータの製造方法にも関する。
The present invention also relates to a method of manufacturing an ittria gadolinia ceramic scintillator.

第1の方法は、(a)約5〜50(モル)%のGd2O3
(b)Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3およ
びPr2O3から成る群より選ばれた約0.02〜12(モ
ル)%の少なくとも1種の希土類酸化物活性剤、
並びに(c)残部のY2O3を含有した多成分粉末を調
製する工程を含んでいる。かかる多成分粉末を常
温圧縮することによつて粉末圧縮体が形成され、
次いでそれを焼結することによつて多結晶質セラ
ミツクシンチレータが形成される。
The first method includes (a) about 5 to 50 (mol)% Gd 2 O 3 ,
(b) at least one of about 0.02 to 12 (mol)% selected from the group consisting of Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and Pr 2 O 3 species of rare earth oxide activators,
and (c) preparing a multicomponent powder containing the remainder Y 2 O 3 . A powder compact is formed by compressing such multi-component powder at room temperature,
A polycrystalline ceramic scintillator is then formed by sintering it.

第2の方法は、(a)Y2O3,(b)Gd2O3並びに(c)
Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3および
Pr2O3から成る群より選ばれた少なくとも1種の
希土類酸化物活性剤を含有した多成分粉末を調製
する工程を含んでいる。かかる多成分粉末を圧縮
することによつて粉末圧縮体が形成され、次いで
それが密閉気孔含有状態になるように焼結され
る。こうして得られた焼結済みの圧縮体に所定の
温度でガス高温等圧圧縮を施すことによつて多結
晶質セラミツクシンチレータが形成される。
The second method uses (a) Y 2 O 3 , (b) Gd 2 O 3 and (c)
Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and
The method includes preparing a multicomponent powder containing at least one rare earth oxide activator selected from the group consisting of Pr 2 O 3 . A powder compact is formed by compacting such multicomponent powders, which is then sintered to a closed porosity state. A polycrystalline ceramic scintillator is formed by subjecting the thus obtained sintered compressed body to gas high temperature isobaric compression at a predetermined temperature.

第3の方法は、(a)約5〜50(モル)%のGd2O3
(b)Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3およ
びPr2O3から成る群より選ばれた約0.02〜12(モ
ル)%の少なくとも1種の希土類酸化物活性剤、
並びに(c)残部のY2O3を含有した多成分粉末を調
製する工程を含んでいる。かかる多成分粉末が真
空中において第1の温度および圧力下で圧縮され
る。次いで、温度および圧力を上昇させかつ維持
することによつて多結晶質セラミツクシンチレー
タが形成される。
A third method includes (a) about 5 to 50 (mol)% Gd 2 O 3 ,
(b) at least one of about 0.02 to 12 (mol)% selected from the group consisting of Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and Pr 2 O 3 species of rare earth oxide activators,
and (c) preparing a multicomponent powder containing the remainder Y 2 O 3 . Such multicomponent powders are compacted in a vacuum at a first temperature and pressure. A polycrystalline ceramic scintillator is then formed by increasing and maintaining temperature and pressure.

本発明のセラミツクシンチレータはまた、残光
を低減させるために0.1〜2(モル)%のストロン
チア(SrO)またはカルシア(CaO)を含有して
いてもよい。
The ceramic scintillator of the present invention may also contain 0.1 to 2 (mol)% strontia (SrO) or calcia (CaO) to reduce afterglow.

このように、大きいX線阻止能および高い輻射
効率を有する多結晶質イツトリアーガドリニアセ
ラミツクシンチレータを提供することが本発明の
目的の1つである。
Thus, it is one of the objects of the present invention to provide a polycrystalline yttriar-gadolinia ceramic scintillator having large X-ray stopping power and high radiation efficiency.

また、高い光学的透明度、高い密度、高度の均
一性および立方晶系の結晶構造を有しかつCTお
よびその他のX線検出用途において特に有用であ
るような希土類の添加された多結晶質イツトリア
ーガドリニアセラミツクシンチレータを提供する
ことも本発明の目的の1つである。
Rare earth-doped polycrystalline yttriants also have high optical clarity, high density, high degree of uniformity and cubic crystal structure and are particularly useful in CT and other X-ray detection applications. It is also an object of the present invention to provide a gadolinia ceramic scintillator.

更にまた、残光およびヒステリシス現象の少な
い多結晶質イツトリアーガドリニアセラミツクシ
ンチレータを提供することも本発明の目的の1つ
である。
Furthermore, it is another object of the present invention to provide a polycrystalline yttriar-gadolinia ceramic scintillator that exhibits less afterglow and hysteresis phenomena.

更にまた、立方晶系の結晶構造、大きいX線阻
止能、高い密度、高度の均一性および高い輻射効
率を有しかつCTおよびデイジタルラジオグラフ
イー用の放射線検出器において有用であるような
希土類の添加された透明ないし半透明の多結晶質
イツトリアーガドリニアセラミツクシンチレータ
を製造するための焼結法を提供することも本発明
の目的の1つである。
Furthermore, rare earth materials such as those having a cubic crystal structure, large X-ray stopping power, high density, high degree of uniformity and high radiation efficiency and are useful in radiation detectors for CT and digital radiography. It is also an object of the present invention to provide a sintering process for producing doped transparent to translucent polycrystalline yttriated gadolinia ceramic scintillators.

更にまた、立方晶系の結晶構造、大きいX線阻
止能、高い密度、高度の均一性および高い輻射効
率を有しかつCTおよびデイジタルラジオグラフ
イー用の放射線検出器において有用であるような
希土類の添加された透明ないし半透明の多結晶質
イツトリアーガドリニアセラミツクシンチレータ
を製造するための焼結―ガス高温等圧圧縮併用法
を提供することも本発明の目的の1つである。
Furthermore, rare earth materials such as those having a cubic crystal structure, large X-ray stopping power, high density, high degree of uniformity and high radiation efficiency and are useful in radiation detectors for CT and digital radiography. It is also an object of the present invention to provide a combined sintering-gas high-temperature isostatic compression method for producing doped transparent to translucent polycrystalline yttriated gadolinia ceramic scintillators.

更にまた、残光の少ない多結晶質イツトリアー
ガドリニアセラミツクシンチレータを製造するた
めの焼結法を提供することも本発明の目的の1つ
である。
Furthermore, it is another object of the present invention to provide a sintering method for producing a polycrystalline Yttri-Gadolinia ceramic scintillator with less afterglow.

更にまた、立方晶系の結晶構造、大きいX阻止
能、高い密度、高度の均一性および高い輻射効率
を有しかつCTおよびデイジタルラジオグラフイ
ー用の放射線検出器において有用であるような希
土類の添加された透明ないし半透明の多結晶質イ
ツトリアーガドリニアセラミツクシンチレータを
製造するための真空高温圧縮法を提供することも
本発明の目的の1つである。
Furthermore, the addition of rare earth elements has a cubic crystal structure, large X-stopping power, high density, high degree of uniformity and high radiation efficiency, and is useful in radiation detectors for CT and digital radiography. It is also an object of the present invention to provide a vacuum hot pressing method for producing transparent to translucent polycrystalline yttriated gadolinia ceramic scintillators.

更にまた、残光の少ない多結晶質イツトリアー
ガドリニアセラミツクシンチレータを製造するた
めの真空高温圧縮法を提供することも本発明の目
的の1つである。
Furthermore, it is another object of the present invention to provide a vacuum high-temperature compression method for producing a polycrystalline yttriated gadolinia ceramic scintillator with little afterglow.

発明の詳細な説明 新規であると信じられる本発明の特徴は前記特
許請求の範囲中に詳細に示されている。とは言
え、本発明の構成や実施方法並びに追加の目的や
利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明を
読むことによつて最も良く理解されよう。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The features of the invention believed to be novel are pointed out with particularity in the appended claims. The structure and manner of carrying out the invention, as well as additional objects and advantages, may, however, be best understood from the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings.

本発明の場合と同じ譲受人に譲渡されたアー
ル・シー・アンダーソン(R.C.Anderson)の米
国特許第3640887号明細書中には、透明な多結晶
質セラミツク材料の製造方法が記載されている。
かかる材料は、トリウム、ジルコニウムおよび
(または)ハフニウムの酸化物並びに周期表の58
番から71番までの希土類元素の酸化物を含有して
いる。かかる材料はまた、随意にイツトリアを含
有することもできる。イツトリアの有無にかかわ
らず、希土類酸化物の平均イオン半径は約0.93Å
を超えてはならず、また成分酸化物のイオン半径
の差は約0.22Åを超えてはならない。こうして得
られた多結晶質セラミツク材料は高温用途および
(または)光の透過を要求する用途において使用
される。かかる用途の実例としては、高温顕微
鏡、電球の外被、レーザ用途および炉の窓が挙げ
られる。
U.S. Pat. No. 3,640,887 to RC Anderson, assigned to the same assignee as the present invention, describes a method for making transparent polycrystalline ceramic materials.
Such materials include oxides of thorium, zirconium and/or hafnium and oxides of 58
Contains oxides of rare earth elements from No. 71 to No. 71. Such materials may also optionally contain itria. The average ionic radius of rare earth oxides is approximately 0.93 Å with or without ittria
, and the ionic radii of the component oxides should not differ by more than about 0.22 Å. The polycrystalline ceramic materials thus obtained are used in high temperature applications and/or applications requiring light transmission. Examples of such applications include high temperature microscopes, light bulb casings, laser applications and furnace windows.

上記の特許明細書によれば、かかる多結晶質セ
ラミツク材料は約2〜15(モル)%のトリア
(ThO2)、ジルコニア(ZrO2)、ハフニア
(HfO2)またはそれらの混合物を含有していて、
これらの成分は焼結時に高密度化剤として作用す
ることが述べられている。
According to the above patent specification, such polycrystalline ceramic materials contain about 2-15 (mol)% thoria (ThO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), hafnia (HfO 2 ) or mixtures thereof. hand,
It is stated that these components act as densifying agents during sintering.

しかるに本発明者等は、上記のアンダーソンの
特許明細書中に規定された量のThO2,ZrO2また
はHfO2を本発明のシンチレータ材料中に含有さ
せると、得られる材料はX線のごとき高エネルギ
ー線によつて励起された場合の光出力が著しく低
下し、そのためにかかる材料はCT用途にとつて
不適当であることを見出した。第1図を見ると、
約58.7(モル)%のY2O3,38(モル)%のGd2O3
3(モル)%のEu2O3および0.3(モル)%のYb2O3
から成る多結晶質セラミツクシンチレータの相対
光出力(縦軸)をThO2のモル百分率(横軸)に
対してプロツトしたグラフが示されている。な
お、ThO2の含量が増加するのに伴い、その分だ
けY2O3の含量は減少している。セラミツク成分
の平均イオン半径およびイオン半径間の差はアン
ダーソンの特許明細書中に規定された通りであ
る。第1図から明らかな通り、2(モル)%の
ThO2(アンダーソンによつて規定された最小量)
を含有するシンチレータ材料の光出力はThO2
含有しない同じシンチレータ材料の光出力の僅か
5%に過ぎない。実際、アンダーソンの特許明細
書中に規定された下限を遥かに下回る0.5(モル)
%ThO2を添加しただけでも、光出力はThO2
含有しないシンチレータ材料について測定された
光出力の約18%にまで低下してしまうのである。
CTにおいて有用なシンチレータ材料は、ThO2
を含有しないシンチレータ材料の光出力の約35%
以上に相当する光出力を有することが必要であ
る。
However, the present inventors have discovered that when ThO 2 , ZrO 2 or HfO 2 is incorporated into the scintillator material of the present invention in the amount specified in the above-mentioned Anderson patent specification, the resulting material has high radiation rays such as X-rays. It has been found that the light output when excited by energy beams is significantly reduced, making such materials unsuitable for CT applications. Looking at Figure 1,
Approximately 58.7 (mol)% Y 2 O 3 , 38 (mol) % Gd 2 O 3 ,
3 (mol)% Eu 2 O 3 and 0.3 (mol) % Yb 2 O 3
A graph is shown in which the relative light output (vertical axis) of a polycrystalline ceramic scintillator consisting of a polycrystalline ceramic scintillator is plotted against the molar percentage of ThO 2 (horizontal axis). Note that as the ThO 2 content increases, the Y 2 O 3 content decreases accordingly. The average ionic radius and the difference between the ionic radii of the ceramic components are as defined in the Anderson patent specification. As is clear from Figure 1, 2 (mol)%
ThO 2 (minimum amount prescribed by Anderson)
The light output of a scintillator material containing ThO2 is only 5% of the light output of the same scintillator material without ThO2. In fact, 0.5 (mole) is far below the lower limit specified in Anderson's patent specification.
% ThO 2 alone reduces the light output to about 18% of that measured for scintillator materials without ThO 2 .
Scintillator materials useful in CT include ThO 2
Approximately 35% of the light output of scintillator materials that do not contain
It is necessary to have a light output corresponding to the above.

光出力の実質的な低下はまた、酸化セリウム
(CeO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)および酸化タンタル(Ta2O5)のご
とき添加剤に関しても観察された。たとえば、
55.5(モル)%のY2O3,38(モル)%のGd2O3,1
(モル)%のEu2O3,0.5(モル)%のYb2O3および
2(モル)%のZrO2を含有するシンチレータ材料
の相対光出力は、ZrO2を含有しない点を除けば
同じであるシンチレータ材料の光出力の4%であ
ることが判明した。これら4価(4+)および5価
(5+)の添加剤は光出力に対して抑制効果を有し
ている。なお、ここで言う光出力はX線励起によ
る発光を指している点に留意すべきである。セラ
ミツク材料の中にはたとえば紫外線励起によつて
発光するがX線励起では発光しないものもあるか
ら、その点を明確に区別することは重要である。
Substantial reductions in light output have also been observed with additives such as cerium oxide (CeO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ). for example,
55.5 (mol)% Y 2 O 3 , 38 (mol) % Gd 2 O 3 , 1
The relative light output of scintillator materials containing (mol)% Eu 2 O 3 , 0.5 (mol) % Yb 2 O 3 and 2 (mol) % ZrO 2 is the same except that it does not contain ZrO 2 was found to be 4% of the light output of the scintillator material. These tetravalent ( 4+ ) and pentavalent ( 5+ ) additives have a suppressive effect on light output. It should be noted that the optical output referred to here refers to light emission due to X-ray excitation. It is important to make a clear distinction because some ceramic materials, for example, emit light when excited by ultraviolet light but not by excitation with X-rays.

本発明に従えば、発光を抑制する上記のごとき
高密度化剤を添加することなしに透明ないし半透
明の希土類セラミツクシンチレータが製造され
る。本発明のセラミツクシンチレータがX線励起
に応じて発生する光出力は、CTにおける使用の
ために十分なものである。
According to the present invention, a transparent or translucent rare earth ceramic scintillator can be produced without adding a densifying agent such as the one described above that suppresses luminescence. The optical output generated by the ceramic scintillator of the present invention in response to X-ray excitation is sufficient for use in CT.

本発明のセラミツクシンチレータは、イツトリ
アーガドリニアの希土類母材および3価の希土類
酸化物活性剤から成つている。かかるセラミツク
シンチレータは、焼結法、焼結―ガス高温等圧圧
縮(GHIP)併用法および高温圧縮法(いずれも
後記に詳述する)のごとき幾つかの方法によつて
製造される。最適の総合特性を有する完成後のセ
ラミツクシンチレータにおいては、X線回折技術
によつて確認される通り、化学的成分が立方晶系
の固溶体として存在している。
The ceramic scintillator of the present invention comprises a rare earth matrix of yttriated gadolinia and a trivalent rare earth oxide activator. Such ceramic scintillators are manufactured by several methods, including sintering, combined sintering and gas high temperature isostatic compression (GHIP), and high temperature compression (all described in detail below). In a finished ceramic scintillator with optimal overall properties, the chemical components exist as a cubic solid solution, as confirmed by X-ray diffraction techniques.

シンチレータ効率を高めるための活性剤とし
て、ユーロピウム、ネオジム、イツテルビウム、
ジスプロシウム、テルビウムおよびプラセオジム
のごとき3価の希土類元素の酸化物(すなわち、
Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3および
Pr2O3)がイツトリアーガドリニアの基本系に添
加される。Eu2O3を含有するイツトリアーガドリ
ニシンチレータ材料は優れた発光効率を示す。一
般に、希土類酸化物活性剤の含量は0.02〜12(モ
ル)%の範囲内にあればよい。Eu2O3の最適含量
は約1〜6(モル)%である。なぜなら、第2図
に示される通り、約1〜6(モル)%のEu2O3
量(横軸)にわたつて最高の相対光出力(縦軸)
が得られるからである。なお、第2図に示された
曲線は、25(モル)%のGd2O3および残部のY2O3
を含有するシンチレータ材料中のEu2O3含量を
様々に変化させることによつて求めたものであ
る。
europium, neodymium, itterbium, as activators to increase scintillator efficiency.
Oxides of trivalent rare earth elements such as dysprosium, terbium and praseodymium (i.e.
Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and
Pr 2 O 3 ) is added to the basic system of Ittria gadolinia. Ittrian gadolinis scintillator material containing Eu 2 O 3 exhibits excellent luminous efficiency. Generally, the content of the rare earth oxide activator may be in the range of 0.02 to 12 (mol)%. The optimum content of Eu 2 O 3 is about 1-6 (mol)%. Because, as shown in Figure 2, the highest relative light output (vertical axis) over Eu 2 O 3 content (horizontal axis) of about 1-6 (mol)%
This is because it can be obtained. The curve shown in Figure 2 is based on 25 (mol)% Gd 2 O 3 and the balance Y 2 O 3
This was determined by varying the Eu 2 O 3 content in the scintillator material containing .

酸化ネオジム(Nd2O3)活性剤を用いたイツト
リアーガドリニアシンチレータ材料の実例として
は、30(モル)%のGd2O3,0.25(モル)%の
Nd2O3および残部のY2O3から成るものが挙げら
れる。Nd2O3は0.05〜1.5(モル)%の含量で添加
されることが好ましい。なお、0.1〜0.5(モル)
%の含量でNd2O3を添加すれば最も好ましい。酸
化テルビウム(Tb2O3)活性剤の好適な含量は
0.05〜3.0(モル)%である一方、酸化ジスプシウ
ム(Dy2O3)活性剤の好適な含量は0.03〜1.0(モ
ル)%である。Tb2O3またはDy2O3活性剤を用い
たイツトリアーガドリニアシンチレータ材料の実
例としては、40(モル)%のGd2O3,0.15(モル)
%のTb2O3および残部のY2O3から成るもの並び
に40(モル)%のGd2O3,0.2(モル)%のDy2O3
よび残部のY2O3から成るものが挙げられる。
An illustrative example of an yttriar gadolinia scintillator material using a neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) activator is 30 (mol)% Gd 2 O 3 , 0.25 (mol) %
Those consisting of Nd 2 O 3 and the balance Y 2 O 3 are mentioned. Preferably , Nd2O3 is added in a content of 0.05-1.5 (mol)%. In addition, 0.1 to 0.5 (mol)
Most preferred is the addition of Nd 2 O 3 in a content of %. The preferred content of terbium oxide (Tb 2 O 3 ) activator is
0.05-3.0 (mol)%, while the preferred content of dyspsium oxide (Dy 2 O 3 ) activator is 0.03-1.0 (mol)%. Illustrative examples of Yttriar gadolinia scintillator materials with Tb 2 O 3 or Dy 2 O 3 activators include 40 (mol)% Gd 2 O 3 , 0.15 (mol)
% Tb 2 O 3 and balance Y 2 O 3 and 40 (mol) % Gd 2 O 3 , 0.2 (mol) % Dy 2 O 3 and balance Y 2 O 3 . It will be done.

Yb2O3活性剤の好適な含量は約0.10〜2.0(モル)
%である。Pr2O3活性剤の好適な含量は0.02〜
0.05(モル)%である。
The preferred content of Yb2O3 activator is about 0.10-2.0 (mol)
%. The preferred content of Pr2O3 activator is 0.02~
It is 0.05 (mol)%.

なお、活性剤の効果はY2O3およびGd2O3の組
成比に無関係である点に留意すべきである。好適
な活性剤はEu2O3であり、それに続いてNd2O3
よびDy2O3がこの順序で好ましい。
It should be noted that the effect of the activator is independent of the composition ratio of Y 2 O 3 and Gd 2 O 3 . A preferred activator is Eu 2 O 3 followed by Nd 2 O 3 and Dy 2 O 3 in that order.

第3a図は、3(モル)%のEu2O3を含有する
イツトリアーガドリニアシンチレータ材料におい
て、相対光出力によつて表わされたシンチレータ
効率がイツトリアおよびガドリニアの相対含量に
依存することを示している。図中では、Gd2O3
よびY2O3のモル百分率が横軸上に示され、また
相対光出力が縦軸上に示されている。50(モル)
%Gd2O3および50(モル)%Y2O3の位置にに引か
れた破線は、シンチレータ材料の結晶相が立方晶
系から単斜晶系へ徐々に転移し始める位置を表わ
している。高い相対光出力は約50(モル)%まで
のGd2O3を含有するシンチレータ材料から得られ
ることが認められよう。50〜65(モル)%の
Gd2O3を含有するシンチレータ材料は中等度の相
対光出力を与えるが、立方晶系から単斜晶系への
結晶相転移が進行するために粒界割れや相対光出
力の低下を生じ易い。
Figure 3a shows that in an yttria-gadolinia scintillator material containing 3 (mol)% Eu 2 O 3 , the scintillator efficiency, expressed by the relative light output, depends on the relative contents of yttria and gadolinia. ing. In the figure, the mole percentages of Gd 2 O 3 and Y 2 O 3 are shown on the horizontal axis, and the relative light output is shown on the vertical axis. 50 (mol)
The dashed lines drawn at %Gd 2 O 3 and 50 (mol)% Y 2 O 3 represent the position where the crystalline phase of the scintillator material begins to gradually transition from cubic to monoclinic. . It will be appreciated that high relative light output can be obtained from scintillator materials containing up to about 50 (mol)% Gd 2 O 3 . 50-65 (mol)%
Scintillator materials containing Gd 2 O 3 provide moderate relative light output, but are prone to grain boundary cracking and a decrease in relative light output due to the progression of the cubic to monoclinic crystal phase transition. .

立方晶系の結晶相は、結晶構造が高度の対称性
を有することを特徴とする。かかる結晶構造を持
つたシンチレータ材料は、CT用途にとつて特に
望ましい。単斜晶系の結晶相を多量に有するシン
チレータ材料は、粒界割れや不均一な結晶構造の
ために相対光出力および光学的透明度の低下を示
すことが特徴である。かかる非立方晶系の結晶構
造を持つたシンチレータ材料では、実効的な相対
光路長が長くなるために光の散乱および再吸収が
かなりの程度に起こり、従つて外部の光センサに
よる検出のために利用い得る光の量は減少する。
The cubic crystal phase is characterized by a high degree of symmetry in the crystal structure. Scintillator materials with such crystal structures are particularly desirable for CT applications. Scintillator materials with a large amount of monoclinic crystalline phase are characterized by a reduction in relative light output and optical clarity due to grain boundary cracking and non-uniform crystal structure. In scintillator materials with such non-cubic crystal structures, light scattering and reabsorption occurs to a significant extent due to the long effective relative optical path length, thus making it difficult for detection by external optical sensors. The amount of available light decreases.

CT用途におれるシンチレータ材料の有用性を
考察するに当つては、材料のX線阻止能もまた検
討しなければならない。第3b図には、透明で効
率の良いシンチレータ材料に関し、73keVのX線
に対するX線阻止距離がイツトリアーガドリニア
の組成比に依存することが示されている。X線阻
止能は、X線阻止距離(すなわち、光センサによ
つて検出可能な光学的波長の光子に変換されるま
でにX線光子がシンチレータ材料中に侵入する距
離)として測定される。X線阻止距離は主として
Gd2O3含量に依存するのであつて、第3b図に示
されるごとくGd2O3含量の増加に伴つて減少す
る。一般的に言えば、約5〜50(モル)%の
Gd2O3を使用することが好ましい。約5(モル)
%より少ない量のGd2O3を含有するシンチレータ
材料はほとんどの実用的検出器にとつて小さ過ぎ
るX線阻止能を有し、また50(モル)%より多い
量のGd2O3を含有するシンチレータ材料は次第に
非立方晶系の結晶構造が増加するために光学的透
明度の低下を示す。Gd2O3含量のより好適な範囲
は20〜40(モル)%である。また、Gd2O3含量の
最も好適な範囲は30〜40(モル)%であつて、こ
れは約0.45mmのX線阻止距離に対応している。
0.45mmのX線阻止距離を有する厚さ2mmのシンチ
レータ材料の場合には、入射したX線光子の約99
%が光学的波長の光子に変換されることになる。
When considering the usefulness of scintillator materials in CT applications, the X-ray stopping ability of the material must also be considered. FIG. 3b shows that for transparent and efficient scintillator materials, the X-ray blocking distance for 73 keV X-rays depends on the composition ratio of yttriated gadolinia. X-ray stopping power is measured as the X-ray stopping distance (ie, the distance that an X-ray photon penetrates into the scintillator material before being converted to a photon of an optical wavelength detectable by a photosensor). The X-ray stopping distance is mainly
It depends on the Gd 2 O 3 content and decreases as the Gd 2 O 3 content increases, as shown in Figure 3b. Generally speaking, about 5 to 50 (mol)%
Preference is given to using Gd2O3 . Approximately 5 (mol)
Scintillator materials containing less than 50 (mol)% Gd 2 O 3 have X-ray stopping power that is too small for most practical detectors, and scintillator materials containing less than 50 (mol) % Gd 2 O 3 Scintillator materials exhibit progressively lower optical clarity due to an increase in non-cubic crystal structure. A more preferred range of Gd 2 O 3 content is 20-40 (mol)%. Also, the most preferred range of Gd 2 O 3 content is 30-40 (mol)%, which corresponds to an X-ray blocking distance of about 0.45 mm.
For a 2 mm thick scintillator material with an X-ray stopping distance of 0.45 mm, approximately 99 of the incident X-ray photons
% will be converted into photons of optical wavelength.

本発明のイツトリアーガドリニアシンチレータ
系においては、再構成された像中に望ましくない
ゆがみやアーテイフアクトをもたらすことのある
残光を低減させるためにある種の添加剤が有用で
ある。残光減少は一次残光(または基礎残光)お
よび二次残光に分類することができる。一次残光
は比較的短い持続時間(約3ミリ秒以下)を有す
るのに対し、二次残光は一次減衰時間の数倍また
はそれにより遥かに長い減衰時間を有する。螢光
体の一次残光は、活性剤の種類および母材(この
場合にはイツトリアーガドリニア)中における活
性剤の局部環境と複雑に関係するものと考えられ
ている。最も不都合な種類の残光である二次残光
は、活性剤環境の一層微妙な変化に関係する場合
もあり、また天然の欠陥および(または)低レベ
ル不純物によつて生じた追加の電子―正孔捕捉中
心が母材中のその他の部位に存在することに関係
する場合もある。いずれの種類の残光も、適当な
精製操作または補償用添加剤の使用によつて低減
させることができる。残光を低減させるために使
用される添加剤は、本来ならば活性剤中心におい
て発光しながら結合する電子―正孔対に対し、活
性剤中心と競合するように作用するキラー
(killer)中心を形成するものと信じられる。
Certain additives are useful in the Yttriar gadolinia scintillator system of the present invention to reduce afterglow, which can lead to undesirable distortions and artifacts in the reconstructed image. Afterglow reduction can be classified into primary afterglow (or basic afterglow) and secondary afterglow. The primary afterglow has a relatively short duration (approximately 3 milliseconds or less), whereas the secondary afterglow has a decay time that is several times or even much longer than the primary decay time. The primary afterglow of a phosphor is believed to be intricately related to the type of activator and the local environment of the activator in the matrix (in this case, Yttriar gadolinia). Secondary afterglow, the most unfavorable type of afterglow, may involve more subtle changes in the activator environment and may also involve additional electrons caused by natural defects and/or low-level impurities. It may also be related to the presence of hole-trapping centers elsewhere in the base material. Afterglow of either type can be reduced by appropriate purification operations or by the use of compensating additives. Additives used to reduce afterglow create killer centers that compete with the activator center for electron-hole pairs that would otherwise bind while emitting light at the activator center. It is believed that it will form.

本発明の希土類添加イツトリアーガドリニアセ
ラミツクシンチレータの残光は、数種の添加剤の
使用によつて実質的に低減させることができる。
The afterglow of the rare earth-doped itria gadolinia ceramic scintillators of the present invention can be substantially reduced through the use of several additives.

酸化イツテルビウム(Yb2O3)はイツトリアー
ガドリニア母材中に単独で使用されれば前述のご
とく活性剤として働くが、それの添加は発光効率
の多少の低下を伴ないながらも望ましくない二次
残光を低減させるために役立つ。第4図に示され
るごとく、Yb2O3含量を0(モル)%から2(モ
ル)%まで増加させると、3(モル)%のEu2O3
活性剤を含有するシンチレータ材料の一次残光
(τ)は1.1ミリ秒から0.82ミリ秒にまで減少す
る。Yb2O3含量を0(モル)%から2(モル)%ま
で増加させることにはまた、第5図に示されるご
とく、約50%の発光効率低下が伴う。なお、第5
図は相対光出力を縦軸上に示しかつYb2O3含量を
横軸上に示したグラフである。
If ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) is used alone in the yttri-gadolinia matrix, it will act as an activator as mentioned above, but its addition will cause undesirable secondary effects, although it will cause some decrease in luminous efficiency. Helps to reduce afterglow. As shown in Figure 4, when the Yb 2 O 3 content is increased from 0 (mol) % to 2 (mol) %, 3 (mol) % of Eu 2 O 3
The primary afterglow (τ) of scintillator materials containing activators is reduced from 1.1 ms to 0.82 ms. Increasing the Yb 2 O 3 content from 0 (mol)% to 2 (mol)% is also accompanied by a decrease in luminous efficiency of about 50%, as shown in FIG. In addition, the fifth
The figure is a graph in which relative light output is shown on the vertical axis and Yb 2 O 3 content is shown on the horizontal axis.

第4図中に示される曲線A,B,CおよびD
は、X線励起の停止から10ミリ秒以上の時間(横
軸)が経過した時点において残留する二次残光の
比率(縦軸)を示している。30(モル)%の
Gd2O3,3(モル)%のEu2O3および67(モル)%
のY2O3を含有するがYb2O3は全く含有しないシ
ンチレータ材料の場合、曲線Aから明らかな通
り、X線遮断直後に存在する発光の約3%がX線
遮断の10ミリ秒後において残留している。曲線
B,CおよびDは、それぞれ0.2(モル)%、0.5
(モル)%および2(モル)%のYb2O3(並びにそ
の分だけ少ないY2O3)を含有する同様なシンチ
レータ材料に関する残光の比率を示している。
Yb2O3含量の増加に伴つて二次残光が低減される
ことは明らかである。たとえば、X線遮断の約10
ミリ秒後においては、Yb2O3を含有しないシンチ
レータ材料(曲線A)に関する残光の比率がX線
励起の停止直後の値の約3%(3×10-2)である
のに対し、2(モル)%のYb2O3を含有するシン
チレータ材料(曲線D)に関する残光の比率は約
0.7%(7×10-3)に過ぎないのである。66.7(モ
ル)%のY2O3,30(モル)%のGd2O3および3
(モル)%のEu2O3から成るシンチレータ材料に
0.3(モル)%のYb2O3を添加すれば、短い減衰時
間を有する極めて優れたCT用シンチレータ材料
が得られる。なお、残光の低減のために好適な
Yb2O3含量は約0.15〜0.7(モル)%である。
Curves A, B, C and D shown in Figure 4
indicates the proportion of secondary afterglow remaining (vertical axis) after a time of 10 milliseconds or more (horizontal axis) has elapsed since the stop of X-ray excitation. 30 (mol)%
Gd 2 O 3 , 3 (mol)% Eu 2 O 3 and 67 (mol)%
For a scintillator material containing Y 2 O 3 but no Yb 2 O 3 , it is clear from curve A that about 3% of the luminescence present immediately after X-ray interruption occurs 10 ms after X-ray interruption. It remains in the. Curves B, C and D are 0.2 (mol)% and 0.5, respectively.
Figure 2 shows the afterglow ratio for similar scintillator materials containing (mol)% and 2 (mol)% Yb 2 O 3 (as well as less Y 2 O 3 ).
It is clear that the secondary afterglow is reduced with increasing Yb 2 O 3 content. For example, about 10% of X-ray blocking
After milliseconds, the afterglow ratio for the scintillator material without Yb 2 O 3 (curve A) is about 3% (3 × 10 -2 ) of the value immediately after the cessation of X-ray excitation. The afterglow rate for the scintillator material containing 2 (mol)% Yb 2 O 3 (curve D) is approximately
It is only 0.7% (7×10 -3 ). 66.7 (mol)% Y 2 O 3 , 30 (mol) % Gd 2 O 3 and 3
scintillator material consisting of (mol) % Eu2O3
Addition of 0.3 (mol)% Yb 2 O 3 provides an extremely excellent scintillator material for CT with a short decay time. In addition, suitable for reducing afterglow
Yb2O3 content is about 0.15-0.7 (mol)%.

シンチレータ材料の残光を低減させるために有
効な別の添加剤としては、酸化ストロンチウム
(SrO)があるSrOの添加は、主として、発光効
率の比較的小さな低下を伴いながらも二次残光を
低減させるのに役立つ。イツトリアーガドリニア
シンチレータ系においては、残光の低減のために
有用なSrOの含量は一般に0.1〜2(モル)%であ
ることが判明した。第6図に示される通り、SrO
含量が0(モル)%から2(モル)%に増加しても
一次残光(τ)にはほとんど効果が無い(それぞ
れ1.08ミリ秒および1.10ミリ秒)。しかしながら、
曲線EおよびFによつて示されるごとく、二次残
光に対しては顕著な効果が存在する。30(モル)
%のGd2O3,2(モル)%のEu2O3および68(モ
ル)%のY2O3を含有するがSrOは全く含有しな
いシンチレータ材料(曲線E)の場合、X線遮断
の直後に存在する発光の約0.8%(8×10-3)が
X線遮断の約150ミリ秒後において残留している。
しかるに、2(モル)%のSrO(およびその分だけ
少ないY2O3)を含有する点以外では同じ組成を
有するシンチレータ材料(曲線F)では、第6図
の縦軸上に示された残光の比率は同じ経過時間後
において約0.03%(3×10-4)に過ぎないのであ
る。
Another additive that is effective in reducing afterglow in scintillator materials is strontium oxide (SrO).The addition of SrO primarily reduces secondary afterglow, albeit with a relatively small decrease in luminous efficiency. It helps to make it happen. In the Yttriar gadolinia scintillator system, the content of SrO useful for afterglow reduction has generally been found to be between 0.1 and 2 (mol)%. As shown in Figure 6, SrO
Increasing the content from 0 (mol)% to 2 (mol)% has little effect on the primary afterglow (τ) (1.08 ms and 1.10 ms, respectively). however,
As shown by curves E and F, there is a significant effect on secondary afterglow. 30 (mol)
For a scintillator material containing % Gd 2 O 3 , 2 (mol) % Eu 2 O 3 and 68 (mol) % Y 2 O 3 but no SrO (curve E), the X-ray blocking Approximately 0.8% (8×10 −3 ) of the immediately present emission remains approximately 150 milliseconds after X-ray interruption.
However, for a scintillator material (curve F) of the same composition except for containing 2 (mol)% SrO (and correspondingly less Y 2 O 3 ), the residue shown on the vertical axis in FIG. The proportion of light is only about 0.03% (3×10 −4 ) after the same elapsed time.

シンチレータ材料に(SrOに代えて)酸化カル
シウム(CaO)を添加しても、SrOの場合と同様
な残光低減効果の得られることが判明した。残光
低減剤として使用する場合に有用なCaOの含量は
0.1〜2(モル)%である。
It has been found that adding calcium oxide (CaO) to the scintillator material (instead of SrO) can provide the same afterglow reduction effect as SrO. The content of CaO useful when used as an afterglow reducer is
It is 0.1 to 2 (mol)%.

上記のごとき希土類の添加されたイツトリアー
ガドリニアセラミツクシンチレータは、焼結法、
焼結―ガス高温等圧圧縮併用法および高温圧縮法
によつて製造することができる。なお、かかるセ
ラミツクシンチレータの製造に際しては、焼結法
を使用することが好ましくかつ最も経済的であ
る。
The above-mentioned rare earth-added yttriar gadolinia ceramic scintillator can be produced using a sintering method.
It can be manufactured by a combination of sintering and gas high-temperature isobaric compression and a high-temperature compression method. Incidentally, when manufacturing such a ceramic scintillator, it is preferable and most economical to use a sintering method.

上記方法のいずれによつてセラミツクシンチレ
ータを製造する場合であれ、所望のシンチレータ
成分を含有する適当な粉末を調製することが予備
工程として要求される。かかる粉末を調製するた
めの第1の方法に従えば、たとえば、99.99〜
99.9999%の純度を有するイツトリア(Y2O3)お
よびガドリニア(Gd2O3)のサブミクロンないし
ミクロン粒度の粉末が活性剤として添加すべき希
土類元素の酸化物、シユウ酸塩、炭酸塩、硝酸塩
またはそれらの混合物と混合される。これらの成
分の混合は、水、ヘプタンまたはアルコール(た
とえばエチルアルコール)を液体媒質として使用
しながらメノウ製乳鉢またはボールミル内で実施
すればよい。また、混合および粉末凝結体の破砕
のために乾式摩砕を採用することもできる。乾式
摩砕を採用する場合には、ボールミル内における
粉末の凝結や付着を防止するために1〜5(重量)
%のステアリン酸またはオレイン酸のごとき摩砕
助剤を使用することが必要である。透明度向上剤
SrOもまた、ボールミル処理に先立つて酸化物、
硝酸塩炭酸塩またはシユウ酸塩の形で添加すれば
よい。各種の添加剤が硝酸塩、炭酸塩またはシユ
ウ酸塩の形で使用される場合には、後述される方
法のいずれかによつてセラミツクシンチレータを
製造するのに先立ち、焼成工程によつて対応する
酸化物を得ることが必要である。
When producing ceramic scintillators by any of the above methods, it is required as a preliminary step to prepare a suitable powder containing the desired scintillator components. According to the first method for preparing such a powder, for example 99.99 to
Ittria (Y 2 O 3 ) and Gadolinia (Gd 2 O 3 ) submicron to micron particle size powders with a purity of 99.9999% should be added as activators for rare earth oxides, oxalates, carbonates, and nitrates. or mixed with mixtures thereof. Mixing of these components may be carried out in an agate mortar or ball mill using water, heptane or alcohol (eg ethyl alcohol) as the liquid medium. Dry milling can also be employed for mixing and crushing the powder agglomerates. When dry grinding is used, a
It is necessary to use a grinding aid such as % stearic acid or oleic acid. Clarity improver
SrO is also oxidized prior to ball milling.
It may be added in the form of nitrate, carbonate or oxalate. When the various additives are used in the form of nitrates, carbonates or oxalates, the corresponding oxidation is carried out by a calcination step prior to the production of ceramic scintillators by any of the methods described below. It is necessary to obtain things.

所望のシンチレータ原料粉末を調製するための
第2の手段としては、湿式の化学的シユウ酸塩法
を使用することができる。この方法によれば、
Y,Gd,Eu,Nb,Dy,Tb,PrおよびSrの中か
ら選ばれた所望の希土類元素の硝酸塩が所定のモ
ル百分率で水に溶解され、次いでそれらをシユウ
酸中で共沈させることによつてそれぞれのシユウ
酸塩が生成される。かかるシユウ酸塩共沈工程
は、所望のシンチレータ成分の硝酸塩水溶液をた
とえば室温で80%飽和のシユウ酸溶液に添加する
ことから成る。こうして得られた共沈シユウ酸塩
は、洗浄、中和および別の後、空気中において
約100℃で約8時間にわたり乾燥される。次にか
かるシユウ酸塩を空気中において約700〜900℃の
温度下で1〜4時間にわたり焼成(熱分解)する
ことによつて対応する酸化物が生成される。通
例、800℃で1時間にわたり加熱すれば十分であ
る。高温圧縮法または焼結法を用いてセラミツク
シンチレータを製造する場合には、光学的透明度
を高めるため、ボールミル処理、コロイドミル処
理または流体エネルギー摩砕のごとき方法によつ
てシユウ酸塩および(または)それから生成され
た酸化物を摩砕することが好ましい。かかる粉末
の摩砕は1/2〜10時間にわたつて行えば十分であ
ることが判明している。なお、使用する製造方法
にかかわりなくシユウ酸塩および(または)酸化
物を摩砕すれば、得られるセラミツクシンチレー
タの光学的透明度は向上するのが通例である点に
留意すべきである。
A second means for preparing the desired scintillator raw material powder can be a wet chemical oxalate method. According to this method,
Nitrates of desired rare earth elements selected from Y, Gd, Eu, Nb, Dy, Tb, Pr and Sr are dissolved in water at predetermined molar percentages, and then they are coprecipitated in oxalic acid. Thus, the respective oxalates are produced. Such an oxalate coprecipitation step consists of adding an aqueous nitrate solution of the desired scintillator component to, for example, an 80% saturated oxalic acid solution at room temperature. The coprecipitated oxalate thus obtained, after washing, neutralization and further drying in air at about 100° C. for about 8 hours. The corresponding oxide is then produced by calcining (pyrolysis) the oxalate in air at a temperature of about 700-900°C for 1-4 hours. Typically, heating at 800°C for 1 hour is sufficient. When producing ceramic scintillators using hot compression or sintering methods, oxalate and/or Preferably, the oxide produced therefrom is milled. It has been found that it is sufficient to mill such powders over a period of 1/2 to 10 hours. It should be noted that, regardless of the manufacturing method used, milling the oxalate and/or oxide generally improves the optical clarity of the resulting ceramic scintillator.

焼結法によるセラミツクシンチレータの製造に
ついて述べれば、上記方法のいずれかによつて所
望の粉末組成物を調製した後、所定量の粉末組成
物から粉末圧縮体が形成される。そのためには、
粉末組成物に型圧縮を施すか、あるいは型圧縮に
続いて未焼結密度を一層高めるための等圧圧縮を
施せばよい、不要の反応や汚染を避けるため、シ
ンチレータ成分に対して不活性な型材料を使用す
ることが好ましい。適当な型材料としては、アル
ミナ、酸化シリコン、並びにモリブデン、焼入鋼
およびニツケル基合金のごとき金属が挙げられ
る。粉末圧縮体は、約3000〜15000psiの圧力下で
型圧縮を施すことによつて形成される。更にま
た、粉末圧縮体の未焼結密度を一層高めるため、
型圧縮済みの粉末圧縮体に約10000〜60000psiの
圧力下で等圧圧縮を施してもよい。摩砕助剤や圧
縮助剤(ワツクスのごとき減摩剤)を使用した場
合には、焼結に先立つて全ての有機添加剤を除去
するための酸化処理を行うのがよい。焼結工程に
際しては、たとえば高温タングステン炉の使用に
より粉末圧縮体が真空中または湿性水素雰囲気
(たとえば露点約23℃)のごとき還元雰囲気中に
おいて約100〜700℃/時の速度で1800〜2100℃の
焼結温度にまで加熱される。次いで、1〜約30時
間にわたつて焼結温度を維持することにより、顕
著な高密度化および光学的透明化が達成される。
焼結工程の完了後、得られたセラミツクシンチレ
ータは約2〜10時間にわたつて焼結温度から室温
にまで冷却される。
Regarding the production of ceramic scintillators by the sintering method, after preparing a desired powder composition by any of the above methods, a powder compact is formed from a predetermined amount of the powder composition. for that purpose,
The powder composition may be subjected to die compaction or die compaction followed by isobaric compaction to further increase the green density; Preferably, a mold material is used. Suitable mold materials include alumina, silicon oxide, and metals such as molybdenum, hardened steel, and nickel-based alloys. Powder compacts are formed by mold compaction under pressures of about 3,000 to 15,000 psi. Furthermore, in order to further increase the unsintered density of the powder compact,
The mold compacted powder compact may be subjected to isostatic compression under a pressure of about 10,000 to 60,000 psi. If grinding aids or compaction aids (friction reducers such as waxes) are used, an oxidation treatment to remove all organic additives is preferred prior to sintering. During the sintering process, the powder compact is heated at a rate of about 100-700°C/hour to 1800-2100°C in a vacuum or a reducing atmosphere such as a wet hydrogen atmosphere (e.g. dew point about 23°C), for example by using a high-temperature tungsten furnace. is heated to the sintering temperature of Significant densification and optical clarity is then achieved by maintaining the sintering temperature for 1 to about 30 hours.
After completion of the sintering process, the resulting ceramic scintillator is cooled from the sintering temperature to room temperature over a period of about 2 to 10 hours.

焼結セラミツクシンチレータはまた、最終焼結
温度よりも低い温度における保持を含んだ加熱操
作によつても製造することができる。通例、粉末
圧縮体は300〜400℃/時の速度で約1600〜1700℃
の保持温度にまで加熱される。保持時間は1〜20
時間の範囲内にあればよい。次いで、温度を約
1800〜2100℃にまで上昇させた後、1〜10時間に
わたつて最終的な焼結が施される。保持温度から
最終焼結温度への上昇は約25〜75℃/時の速度で
行われる。好適な加熱操作は、粉末圧縮体を5時
間で1660℃の保持温度にまで加熱し、この温度を
10時間にわたつて維持し、それから6時間で1950
℃にまで加熱し、そして1950℃で2時間にわたり
焼結することから成る。
Sintered ceramic scintillators can also be produced by heating operations involving holding at a temperature below the final sintering temperature. Typically, powder compacts are heated to approximately 1600-1700°C at a rate of 300-400°C/hour.
heated to a holding temperature of Retention time is 1-20
As long as it's within the time range. Then reduce the temperature to approx.
After increasing the temperature to 1800-2100°C, final sintering is performed for 1-10 hours. The increase from the holding temperature to the final sintering temperature takes place at a rate of about 25-75°C/hour. A suitable heating operation is to heat the powder compact to a holding temperature of 1660°C for 5 hours, and then
Maintained for 10 hours, then 1950 in 6 hours.
℃ and sintering at 1950℃ for 2 hours.

好適な焼結操作に従い、59.85(モル)%の
Y2O3,40(モル)%のGd2O3および0.15(モル)%
のTb2O3から成る第1のセラミツクシンチレータ
並びに59.8(モル)%のY2O3,40(モル)%の
Gd2O3および0.2(モル)%のDy2O3から成る第2
のセラミツクシンチレータを製造した。いずれの
場合にも、シユウ酸塩共沈法によつて所望成分の
シユウ酸塩を調製し、次いでそれらを800℃で1
時間にわたり焼成することによつて対応する酸化
物を得た。かかる酸化物を先ず3500psiで常温圧
縮して粉末圧縮体とし、次いで未焼結密度を一層
高めるために29000psiで等圧圧縮した。その後、
粉末圧縮体を湿性水素雰囲気中において5時間で
1660℃にまで加熱した。1660℃の温度を10時間に
わたつて維持した後、温度を1950℃にまで上昇さ
せてから2時間にわたつて維持した。その後、得
られたセラミツクシンチレータを室温にまで炉内
冷却した。
Following the preferred sintering operation, 59.85 (mol)%
Y2O3 , 40 ( mol)% Gd2O3 and 0.15 (mol)%
a first ceramic scintillator consisting of Tb 2 O 3 and 59.8 (mol) % Y 2 O 3 , 40 (mol) %
A second consisting of Gd 2 O 3 and 0.2 (mol)% Dy 2 O 3
A ceramic scintillator was manufactured. In either case, the oxalates of the desired components are prepared by the oxalate coprecipitation method, and then they are heated at 800°C for 1
The corresponding oxide was obtained by calcination for a period of time. The oxide was first cold pressed at 3500 psi to form a powder compact, then isostatically pressed at 29000 psi to further increase the green density. after that,
The powder compact was placed in a wet hydrogen atmosphere for 5 hours.
It was heated to 1660℃. After maintaining the temperature at 1660°C for 10 hours, the temperature was increased to 1950°C and maintained for 2 hours. Thereafter, the obtained ceramic scintillator was cooled to room temperature in a furnace.

発光用途のためのイツトリアーガドリニアセラ
ミツクシンチレータはまた、焼結およびガス高温
等圧圧縮(GHIP)の併用法によつても製造する
ことができる。上記方法のいずれかに従つて原料
酸化物の粉末組成物が調製される。そのためには
シユウ酸塩共沈法を使用することが好ましい。限
定ではなく例示を目的として述べれば、有用なイ
ツトリアーガドリニアシンチレータ材料の実例と
しては、66.7(モル)%のY2O3,30(モル)%の
Gd2O3,3(モル)%のEu2O3および0.3(モル)%
のYb2O3から成る組成物並びに49.7(モル)%の
Y2O3,45(モル)%のGd2O3,5(モル)%の
Eu2O3および0.3(モル)%のYb2O3から成る組成
物が挙げられる。透明なセラミツクシンチレータ
を得るために好ましくはシユウ酸塩および(また
は)酸化物の摩砕を必要とする前述の焼結法とは
異なり、焼結―ガス高温等圧圧縮併用法によれば
摩砕を施さない粉末組成物から透明なセラミツク
シンチレータを製造することができる。
Yttriar gadolinia ceramic scintillators for luminescent applications can also be produced by a combination of sintering and gas hot isostatic pressing (GHIP). A powder composition of raw oxide is prepared according to any of the above methods. For this purpose, it is preferable to use the oxalate coprecipitation method. By way of illustration and not limitation, examples of useful Yttriar gadolinia scintillator materials include 66.7 (mol)% Y 2 O 3 , 30 (mol)%
Gd 2 O 3 , 3 (mol)% Eu 2 O 3 and 0.3 (mol)%
of Yb 2 O 3 and 49.7 (mol)% of
Y 2 O 3 , 45 (mol)% Gd 2 O 3 , 5 (mol)%
Mention may be made of a composition consisting of Eu 2 O 3 and 0.3 (mol) % Yb 2 O 3 . Unlike the aforementioned sintering methods, which preferably require milling of oxalates and/or oxides to obtain transparent ceramic scintillators, the combined sintering-gas hot isopressing method requires milling. A transparent ceramic scintillator can be manufactured from a powder composition that is not subjected to any process.

焼結―ガス高温等圧圧縮併用法によるイツトリ
アーガドリニアセラミツクシンチレータの製造に
際しては、所望の粉末組成物を調製した後、3000
〜10000psiの圧力下で常温圧縮を施し、次いで
15000〜60000psiの圧力下で等圧圧縮を施すこと
によつて粉末圧縮体が形成される。次に、約1500
〜1700℃の温度下で1〜10時間にわたつて加熱す
ることにより、粉末圧縮体が理論値の93〜98%に
達するまで予備焼結される。予備焼結済みの粉末
圧縮体に対し、1000〜30000psiのアルゴンガス圧
および1500〜1800℃の温度下で1〜2時間にわた
りガス高温等圧圧縮が施される。
When manufacturing Yttriar gadolinia ceramic scintillators using a combination of sintering and gas high-temperature isostatic compression, after preparing the desired powder composition,
Cold compression under ~10000psi pressure and then
Powder compacts are formed by isostatic compression under pressures of 15,000 to 60,000 psi. Then about 1500
The powder compact is presintered by heating at temperatures of ~1700° C. for 1 to 10 hours until it reaches 93 to 98% of its theoretical value. The presintered powder compact is subjected to gas high temperature isobaric compression at an argon gas pressure of 1000 to 30000 psi and a temperature of 1500 to 1800° C. for 1 to 2 hours.

焼結―ガス高温等圧圧縮併用法によるセラミツ
クシンチレータ製造の一実施例を述べれば、方形
型の内部において約20gの粉末組成物を約
4000psiの圧力下で常温圧縮することによつて粉
末圧縮体を形成した。次に、粉末圧縮体を
30000psiの圧力下で等圧圧縮することにより、未
焼結密度を理論値の49%にまで上昇させた。かか
る常温圧縮の後、粉末圧縮体を湿性水素雰囲気
(露点23℃)中において1660℃で2時間にわたり
焼結することによつて密閉気孔含有状態が達成さ
れた。この段階における焼結済み粉末圧縮体の密
度を水浸法によつて測定したところ、理論値の93
〜98%に等しいことが判明した。一層の高密度化
および光学的透明度の向上を達成するため、かか
る粉末圧縮体に対し、炭素抵抗炉内において
25000psiのアルゴンガス圧および1750℃の温度下
で1時間にわたりガス高温等圧圧縮を施した。ガ
ス高温等圧圧縮に際しては、温度を1750℃の最終
値まで段階的に上昇させた。先ず最初に粉末圧縮
体を1時間で1400℃にまで加熱した後、次の1時
間で1750℃にまで昇温した。1750℃の温度を1時
間にわたり維持することによつて得られたセラミ
ツクシンチレータは、炉内の還元雰囲気による還
元のために黒色を呈していた。空気中において
1200℃で32時間にわたり加熱するなどの適当な酸
化処理を施すことにより、かかるセラミツクシン
チレータは可視光に対して透明になつた。ガス高
温等圧圧縮工程の前後における粉末圧縮体の物理
的寸法を比較すれば、粉末圧縮体はガス高温等圧
圧縮工程中に収縮し、従つて一層の高密度化が起
こつたことがわかる。完成後のセラミツクシンチ
レータは理論値の99.9%より高い密度を有してい
た。
To describe an example of manufacturing a ceramic scintillator using a combination of sintering and gas high-temperature isostatic compression, about 20 g of a powder composition is poured into a rectangular mold.
Powder compacts were formed by cold compaction under a pressure of 4000 psi. Next, the powder compact is
The green density was increased to 49% of the theoretical value by isobaric compression under a pressure of 30,000 psi. After such cold compaction, closed porosity was achieved by sintering the powder compact at 1660° C. for 2 hours in a humid hydrogen atmosphere (dew point 23° C.). The density of the sintered compacted powder body at this stage was measured by the water immersion method, and the theoretical value was 93.
It was found to be equal to ~98%. In order to achieve further densification and improved optical clarity, such powder compacts are processed in a carbon resistance furnace.
The gas was subjected to hot isostatic compression for 1 hour under an argon gas pressure of 25000 psi and a temperature of 1750°C. During gas hot isobaric compression, the temperature was increased stepwise to a final value of 1750°C. First, the powder compact was heated to 1400°C in one hour, and then raised to 1750°C in the next hour. The ceramic scintillator obtained by maintaining the temperature at 1750° C. for 1 hour had a black color due to the reduction caused by the reducing atmosphere in the furnace. in the air
By applying a suitable oxidation treatment, such as heating at 1200° C. for 32 hours, such ceramic scintillators became transparent to visible light. A comparison of the physical dimensions of the powder compacts before and after the gas hot isostatic compression process shows that the powder compacts contracted during the gas hot isostatic compression process, thus resulting in further densification. The completed ceramic scintillator had a density higher than 99.9% of the theoretical value.

透明なイツトリアーガドリニアセラミツクシン
チレータはまた、好ましくは上記の湿式シユウ酸
塩共沈法によつて調製されたシンチレータ原料粉
末に真空高温圧縮を施すことによつても製造でき
る。この方法に従えば、上部および下部黒鉛プラ
ンジヤの間にモリブデン箔をスペーサとして使用
した黒鉛型の内部において、所定量の(好ましく
は摩砕済みの)焼成シユウ酸塩粉末が圧縮され
る。あるいはまた、窒化ホウ素被覆黒鉛型を使用
することもできる。200ミクロン未満の真空中に
おいて約600〜700℃の温度下で約1000〜1200psi
の圧力が加えられ、そして約1時間にわたり維持
される。その後、圧力が約4000〜10000psiにまで
上昇させられ、また温度が1300〜1600℃にまで上
昇させられる。上記の圧力および温度を1/2〜4
時間にわたつて維持した後、圧力が解除され、そ
して得られたセラミツクシンチレータが室温にま
で炉内冷却される。
A transparent ittria gadolinia ceramic scintillator can also be produced by subjecting scintillator raw material powder, preferably prepared by the above-mentioned wet oxalate coprecipitation method, to high-temperature vacuum compression. According to this method, a predetermined amount of calcined oxalate powder (preferably ground) is compressed inside a graphite mold using molybdenum foil as a spacer between upper and lower graphite plungers. Alternatively, boron nitride coated graphite types can be used. Approximately 1000-1200psi at a temperature of approximately 600-700℃ in a vacuum less than 200 microns
of pressure is applied and maintained for about 1 hour. The pressure is then increased to about 4000-10000 psi and the temperature is increased to 1300-1600°C. Reduce the pressure and temperature above by 1/2 to 4
After holding for a period of time, the pressure is released and the resulting ceramic scintillator is cooled in the furnace to room temperature.

高温圧縮法に従つて製造されたセラミツクシン
チレータは、モリブデン箔スペーサとの表面反応
のために変色することがある。また、高温圧縮時
における炉内雰囲気中の酸素欠乏によつても変色
が起こることがある。しかしながら、かかるセラ
ミツクシンチレータは空気または酸素含有雰囲気
中において約800〜1200℃の温度下で1〜20時間
にわたり酸化することによつて透明にすることが
できる。それでも残留する変色は、通常の研削お
よび研摩技術によつて除去すればよい。
Ceramic scintillators manufactured according to the hot compression method may become discolored due to surface reactions with the molybdenum foil spacers. Discoloration may also occur due to oxygen deficiency in the furnace atmosphere during high-temperature compression. However, such ceramic scintillators can be made transparent by oxidation in air or an oxygen-containing atmosphere at temperatures of about 800 DEG to 1200 DEG C. for 1 to 20 hours. Any remaining discoloration may be removed by conventional grinding and polishing techniques.

真空高温圧縮法によるセラミツクシンチレータ
製造の一実施例を述べれば、上記のシユウ酸塩共
沈法から得られたシユウ酸塩を空気中において
800℃で1時間にわたり焼成することによつて10
gの酸化物を調製した。先ず、かかる酸化物を窒
化ホウ素被覆黒鉛型に入れた後、約20ミクロンの
真空中において700℃の温度および1200psiの圧力
下で1時間にわたり高温圧縮した。次いで、約
100ミクロンの真空中において温度および圧力を
それぞれ1400℃および6000psiにまで上昇させた。
これらの条件を2時間にわたつて維持した後、圧
力を解除し、そして得られたセラミツクシンチレ
ータを炉内冷却した。
An example of manufacturing a ceramic scintillator using a vacuum high-temperature compression method is to place oxalate obtained from the above oxalate coprecipitation method in air.
10 by baking at 800℃ for 1 hour.
An oxide of g was prepared. The oxide was first placed in a boron nitride coated graphite mold and then hot pressed in a vacuum of about 20 microns at a temperature of 700° C. and a pressure of 1200 psi for 1 hour. Then about
Temperature and pressure were increased to 1400° C. and 6000 psi, respectively, in a 100 micron vacuum.
After maintaining these conditions for 2 hours, the pressure was released and the resulting ceramic scintillator was cooled in the furnace.

かかるセラミツクシンチレータは、高温圧縮時
に生成した還元雰囲気のために灰色ないし灰黒色
を呈していた。セラミツクシンチレータの表面を
軽く研削してから950℃で4時間にわたつて加熱
することにより、表面に付着した炭素が除去され
た。残りの濃い変色は、空気中において1150℃で
2時間にわたり酸化することによつて除去され
た。こうして得られたセラミツクシンチレータは
淡褐色を呈し、光学的に半透明ないし透明であ
り、かつX線励起に応じて良好な相対光出力を示
した。
Such ceramic scintillators had a gray or gray-black color due to the reducing atmosphere generated during high-temperature compression. Carbon attached to the surface of the ceramic scintillator was removed by lightly grinding the surface and then heating it at 950°C for 4 hours. The remaining dark discoloration was removed by oxidation at 1150° C. for 2 hours in air. The ceramic scintillator thus obtained had a light brown color, was optically translucent to transparent, and exhibited good relative light output in response to X-ray excitation.

上記の説明からわかる通り、高い密度、高い光
学的透明度、高度の均一性および立方晶系の結晶
構造を有しかつ計算機処理X線断層撮影およびそ
の他のX線検出用途において有用であるような希
土類の添加された多結晶質イツトリアーガドリニ
アセラミツクシンチレータが本発明によつて提供
される。かかるセラミツクシンチレータはまた、
大きいX線阻止能および高い輻射効率をも有す
る。特定の添加剤が含有される結果、かかるセラ
ミツクシンチレータの残光およびヒステリシス現
象は最小限に抑えられている。
As can be seen from the above description, rare earths have high density, high optical clarity, high degree of uniformity and cubic crystal structure and are useful in computed x-ray tomography and other x-ray detection applications. A polycrystalline yttriated gadolinia ceramic scintillator is provided by the present invention. Such ceramic scintillators also include:
It also has large X-ray stopping power and high radiation efficiency. As a result of the inclusion of specific additives, the afterglow and hysteresis phenomena of such ceramic scintillators are minimized.

やはり上記の説明からわかる通り、立方晶系の
結晶構造、大きいX線阻止能、高い輻射効率、高
い密度、高度の均一性および少ない残光を有しか
つCTおよびデイジタルラジオグラフイー用の放
射線検出器において有用であるような希土類の添
加された透明ないし半透明の多結晶質イツトリア
ーガドリニアセラミツクシンチレータを製造する
ため焼結法、焼結―ガス高温等圧圧縮併用法およ
び真空高温圧縮法もまた本発明によつて提供され
る。
As can be seen from the above description, it has a cubic crystal structure, large X-ray stopping power, high radiation efficiency, high density, high degree of uniformity and low afterglow, and is suitable for radiation detection for CT and digital radiography. Sintering, combined sintering with gas high temperature isostatic compression, and vacuum high temperature compression are also used to produce rare earth-doped transparent or translucent polycrystalline yttriated gadolinia ceramic scintillators useful in equipment. Provided by the present invention.

以上、特定の好適な実施例に関連して本発明を
記載したが、数多くの変形実施例が可能であるこ
とは当業者にとつて自明であろう。それ故、前記
特許請求の範囲は本発明の精神に反しないもので
あれば全てのかかる変形実施例を包括するように
意図されたものであることを理解すべきである。
Although the invention has been described in connection with specific preferred embodiments, it will be obvious to those skilled in the art that many variations are possible. It is therefore to be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications as do not depart from the spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は3(モル)%のEu2O3を含有するイツ
トリアーガドリニアセラミツクシンチレータの光
出力に対するトリア(ThO2)含量の効果を示す
グラフ、第2図は25(モル)%のGd2O3を含有す
る本発明のセラミツクシンチレータにおいて相対
光出力がEu2O3活性剤含量に依存することを示す
グラフ、第3a図は3(モル)%のEu2O3を含有
する本発明のセラミツクシンチレータにおいてシ
ンチレータ効率がイツトリアーガドリニアの組成
比に依存することを示すグラフ、第3b図は本発
明のセラミツクシンチレータのX線阻止能
(73keV)をイツトリアーガドリニアの組成比に
対してプロツトしたグラフ、第4図はシンチレー
タ材料の残光に対するYb2O3含量の効果を示すグ
ラフ、第5図は本発明のセラミツクシンチレータ
の相対光出力をYb2O3含量に対してプロツトした
グラフ、そして第6図はシンチレータ材料の残光
に対するSrO含量の効果を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the effect of thorium (ThO 2 ) content on the light output of a yttriated gadolinia ceramic scintillator containing 3 (mol)% Eu 2 O 3 , and FIG. Graph illustrating the dependence of relative light output on Eu 2 O 3 activator content in ceramic scintillators of the invention containing O 3 , Figure 3a shows the dependence of the relative light output on the Eu 2 O 3 activator content in ceramic scintillators of the invention containing 3 (mol)% Eu 2 O 3 . A graph showing that the scintillator efficiency of a ceramic scintillator depends on the composition ratio of yttriar gadolinia. Figure 3b is a graph plotting the X-ray stopping power (73 keV) of the ceramic scintillator of the present invention against the composition ratio of yttriated gadolinia. , FIG. 4 is a graph showing the effect of Yb 2 O 3 content on the afterglow of scintillator materials, FIG. 5 is a graph plotting the relative light output of the ceramic scintillator of the present invention against Yb 2 O 3 content, and FIG. Figure 6 is a graph showing the effect of SrO content on the afterglow of scintillator materials.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a)約5〜50(モル)%のGd2O3,(b)Eu2O3
Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3およびPr2O3
ら成る群より選ばれた約0.02〜12(モル)%の少
なくとも1種の希土類酸化物活性剤、並びに(c)残
部のY2O3から本質的に成ることを特徴とする多
結晶質セラミツクシンチレータ。 2 前記希土類酸化物活性剤が約1〜6(モル)
%のEu2O3から本質的に成る特許請求の範囲第1
項記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 3 約20〜40(モル)%のGd2O3を含有する特許
請求の範囲第1項記載の多結晶質セラミツクシン
チレータ。 4 前記希土類酸化物活性剤が約0.05〜1.5(モ
ル)%のNd2O3から本質的に成る特許請求の範囲
第1項記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 5 前記希土類酸化物活性剤が約0.1〜0.5(モル)
%のNd2O3から本質的に成る特許請求の範囲第4
項記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 6 前記希土類酸化物活性剤が約0.05〜3(モル)
%のTb2O3から本質的に成る特許請求の範囲第1
項記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 7 前記希土類酸化物活性剤が0.1〜2(モル)%
のYb2O3から本質的に成る特許請求の範囲第1項
記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 8 前記希土類酸化物活性剤が約0.15〜0.7(モ
ル)%のYb2O3から成る特許請求の範囲第7項記
載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 9 前記希土類酸化物活性剤が約0.03〜1(モル)
%のDy2O3から本質的に成る特許請求の範囲第1
項記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 10 前記希土類酸化物活性剤が約0.02〜0.05
(モル)%のPr2O3から本質的に成る特許請求の
範囲第1項記載の多結晶質セラミツクシンチレー
タ。 11 (a)約5〜50(モル)%のGd2O3,(b)Eu2O3
Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3およびPr2O3
ら成る群より選ばれた約0.02〜12(モル)%の少
なくとも1種の希土類酸化物活性剤、(c)CaOおよ
びSrOから成る群より選ばれたそれぞれ約0.1〜
2(モル)%の少なくとも1種の残光低減剤、並
びに(d)残部のY2O3から本質的に成ることを特徴
とする多結晶質セラミツクシンチレータ。 12 前記希土類酸化物活性剤が約1〜6(モル)
%のEu2O3から本質的に成る特許請求の範囲第1
1項記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 13 約20〜40(モル)%のGd2O3を含有する特
許請求の範囲第11項記載の多結晶質セラミツク
シンチレータ。 14 前記希土類酸化物活性剤が約0.05〜1.5(モ
ル)%のNd2O3から本質的に成る特許請求の範囲
第11項記載の多結晶質セラミツクシンチレー
タ。 15 前記希土類酸化物活性剤が約0.1〜0.5(モ
ル)%のNd2O3から本質的に成る特許請求の範囲
第14項記載の多結晶質セラミツクシンチレー
タ。 16 前記希土類酸化物活性剤が約0.05〜3(モ
ル)%のTb2O3から本質的に成る特許請求の範囲
第11項記載の多結晶質セラミツクシンチレー
タ。 17 前記希土類酸化物活性剤が0.1〜2(モル)
%のYb2O3から本質的に成る特許請求の範囲第1
1項記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 18 前記希土類酸化物活性剤が約0.15〜0.7(モ
ル)%のYb2O3から成る特許請求の範囲第17項
記載の多結晶質セラミツクシンチレータ。 19 前記希土類酸化物活性剤が約0.03〜1(モ
ル)%のDy2O3から本質的に成る特許請求の範囲
第11項記載の多結晶質セラミツクシンチレー
タ。 20 前記希土類酸化物活性剤が約0.02〜0.05
(モル)%のPr2O3から本質的に成る特許請求の
範囲第11項記載の多結晶質セラミツクシンチレ
ータ。 21 (A)(a)約5〜50(モル)%のGd2O3,(b)
Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3および
Pr2O3から成る群より選ばれた約0.02〜12(モル)
%の少なくとも1種の希土類酸化物活性剤、並び
に(c)残部のY2O3を含有した多成分粉末を調製し、
(B)前記多成分粉末を常温圧縮することによつて粉
末圧縮体を形成し、次いで(C)前記粉末圧縮体を焼
結することによつて多結晶質セラミツクシンチレ
ータを形成する諸工程から成ることを特徴とする
多結晶質セラミツクシンチレータの製造方法。 22 前記多成分粉末が約20〜40(モル)%の
Gd2O3を含有する特許請求の範囲第21項記載の
方法。 23 前記多成分粉末が約1〜6(モル)%の
Eu2O3を含有する特許請求の範囲第21項記載の
方法。 24 前記多成分粉末が0.1〜2(モル)%の
Yb2O3を含有する特許請求の範囲第21項記載の
方法。 25 前記多成分粉末が約20〜40(モル)%の
Gd2O3,約1〜6(モル)%のEu2O3,0.1〜2(モ
ル)%のYb2O3および残部のY2O3を含有する特
許請求の範囲第21項記載の方法。 26 前記多成分粉末が約0.05〜1.5(モル)%の
Nd2O3を含有する特許請求の範囲第21項記載の
方法。 27 前記多成分粉末が約0.05〜3(モル)%の
Tb2O3を含有する特許請求の範囲第21項記載の
方法。 28 前記多成分粉末が約0.03〜1(モル)%の
Dy2O3を含有する特許請求の範囲第21項記載の
方法。 29 前記多成分粉末が約0.02〜0.05(モル)%
のPr2O3を含有する特許請求の範囲第21項記載
の方法。 30 前記多成分粉末が約0.1〜2(モル)%の
SrOまたはCaOを追加含有する特許請求の範囲第
21項記載の方法。 31 多成分粉末を調製する前記工程が、
Gd2O3,Y2O3および少なくとも1種の前記希土
類酸化物活性剤のミクロンないしサブミクロン粒
度の高純度粉末を混合する工程から成る特許請求
の範囲第21項記載の方法。 32 多成分粉末を調製する前記工程が、湿式の
化学的シユウ酸塩法によつてY,Gdおよび活性
剤として添加すべき少なくとも1種の希土類元素
のシユウ酸塩を共沈させ、次いで前記シユウ酸塩
を焼成することによつて対応する酸化物を得る両
工程から成る特許請求の範囲第21項記載の方
法。 33 前記焼成工程が前記シユウ酸塩を空気中に
おいて700〜900℃の温度下で1〜4時間にわたり
加熱する工程から成る特許請求の範囲第32項記
載の方法。 34 前記焼成工程に先立つて前記シユウ酸塩を
摩砕する工程が追加包含される特許請求の範囲第
32項記載の方法。 35 前記焼成工程において得られた酸化物を摩
砕する工程が追加包含される特許請求の範囲第3
2または34項に記載の方法。 36 前記多成分粉末を常温圧縮する前記工程が
前記多成分粉末を約3000〜15000psiの圧力下で型
圧縮する工程から成る特許請求の範囲第21,3
1または32項に記載の方法。 37 前記多成分粉末を常温圧縮する前記工程
が、前記粉末圧縮体の未焼結密度および均一性を
一層高めるために型圧縮済みの前記多成分粉末を
10000〜60000psiの圧力下で等圧圧縮する工程を
追加包含する特許請求の範囲第36項記載の方
法。 38 前記粉末圧縮体を焼結する前記工程が、前
記粉末圧縮体を約100〜700℃/時の速度で1800〜
2100℃の焼結温度にまで加熱し、次いで前記焼結
温度を約1〜30時間にわたつて維持する両工程か
ら成る特許請求の範囲第37項記載の方法。 39 前記粉末圧縮体を焼結する前記工程が、前
記粉末圧縮体を300〜400℃/時の速度で1600〜
1700℃の保持温度にまで加熱し、前記保持温度を
1〜20時間にわたり維持してから25〜75℃/時の
速度で1800〜2100℃の最終焼結温度にまで昇温
し、次いで最終焼結温度を1〜10時間にわたつて
維持する諸工程から成る特許請求の範囲第37項
記載の方法。 40 前記加熱工程が空気中または還元雰囲気中
において実施される特許請求の範囲第38項記載
の方法。 41 得られた多結晶質セラミツクシンチレータ
を約2〜10時間にわたつて室温にまで冷却する工
程が追加包含される特許請求の範囲第37項記載
の方法。 42 (A)(a)約5〜50(モル)%のGd2O3,(b)
Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3および
Pr2O3から成る群より選ばれた約0.02〜12(モル)
%の少なくとも1種の希土類酸化物活性剤、並び
に(C)残部のY2O3を含有した多成分粉末を調製し、
(B)前記多成分粉末を圧縮することによつて粉末圧
縮体を形成し、(C)前記粉末圧縮体を予備焼結して
密閉気孔含有状態とし、次いで(D)予備焼結体にガ
ス高温等圧圧縮を施すことによつてより高密度の
多結晶セラミツクシンチレータを形成する諸工程
から成ることを特徴とする多結晶質セラミツクシ
ンチレータの製造方法。 43 前記多成分粉末が約20〜40(モル)%の
Gd2O3を含有する特許請求の範囲第42項記載の
方法。 44 前記多成分粉末が約1〜6(モル)%の
Eu2O3を含有する特許請求の範囲第42項記載の
方法。 45 前記多成分粉末が0.1〜2(モル)%の
Yb2O3を含有する特許請求の範囲第42項記載の
方法。 46 前記多成分粉末が約20〜40(モル)%の
Gd2O3,約1〜6(モル)%のEu2O3,0.1〜2(モ
ル)%のYb2O3および残部のY2O3を含有する特
許請求の範囲第42項記載の方法。 47 前記多成分粉末が約0.05〜1.5(モル)%の
Nd2O3を含有する特許請求の範囲第42項記載の
方法。 48 前記多成分粉末が約0.05〜3(モル)%の
Tb2O3を含有する特許請求の範囲第42項記載の
方法。 49 前記多成分粉末が約0.03〜1(モル)%の
Dy2O3を含有する特許請求の範囲第42項記載の
方法。 50 前記多成分粉末が約0.02〜0.05(モル)%
のPr2O3を含有する特許請求の範囲第42項記載
の方法。 51 前記多成分粉末が約0.1〜2(モル)%の
SrOまたはCaOを追加含有する特許請求の範囲第
42項記載の方法。 52 多成分粉末を調製する前記工程が、
Gd2O3,Y2O3および少なくとも1種の前記希土
類酸化物活性剤のミクロンないしサブミクロン粒
度の高純度粉末を混合する工程から成る特許請求
の範囲第42項記載の方法。 53 多成分粉末を調製する前記工程が、湿式の
化学的シユウ酸塩法によつてY,Gdおよび活性
剤として添加すべき少なくとも1種の希土類元素
のシユウ酸塩を共沈させ、次いで前記シユウ酸塩
を焼成することによつて対応する酸化物を得る両
工程から成る特許請求の範囲第42項記載の方
法。 54 前記焼成工程が前記シユウ酸塩を空気中に
おいて700〜900℃の温度下で1〜4時間にわたり
加熱する工程から成る特許請求の範囲第53項記
載の方法。 55 前記焼成工程に先立つて前記シユウ酸塩を
摩砕する工程が追加包含される特許請求の範囲第
53項記載の方法。 56 前記焼成工程において得られた酸化物を摩
砕する工程が追加包含される特許請求の範囲第5
3または55項に記載の方法。 57 前記多成分粉末を圧縮する前記工程が、前
記多成分粉末を約3000〜10000psiの圧力下で常温
圧縮することによつて予備粉末圧縮体を形成し、
次いで前記予備粉末圧縮体の未焼結密度を高める
ために前記予備粉末圧縮体を約15000〜60000psi
の圧力下で等圧圧縮する両工程から成る特許請求
の範囲第42,52または53項に記載の方法。 58 前記粉末圧縮体を予備焼結する前記工程
が、前記粉末圧縮体を約1500〜1700℃の温度下で
1〜10時間にわたり加熱する工程から成る特許請
求の範囲第57項記載の方法。 59 予備焼結体にガス高温等圧圧縮を施す前記
工程が、約1500〜1800℃の温度および約1000〜
30000psiのアルゴンガス圧の下で1〜2時間にわ
たり加熱する工程から成る特許請求の範囲第58
項記載の方法。 60 予備焼結体にガス高温等圧圧縮を施す前記
工程が、更に詳しくは、1時間にわたり加熱して
1400℃まで昇温し、更に1時間にわたり加熱し続
けて1750℃まで昇温し、1時間にわたつて1750℃
に維持し、次いで室温にまで炉内冷却する諸工程
から成り、しかも前記加熱および維持工程は
25000psiのアルゴンガス圧の下で実施される特許
請求の範囲第59項記載の方法。 61 (A)(a)約5〜50(モル)%のGd2O3,(b)
Eu2O3,Nd2O3,Yb2O3,Dy2O3,Tb2O3および
Pr2O3から成る群より選ばれた約0.02〜12(モル)
%の少なくとも1種の希土類酸化物活性剤、並び
に(c)残部のY2O3を含有した多成分粉末を調製し、
(B)前記多成分粉末を200ミクロン以下の真空中に
おいて約600〜700℃の温度および約1000〜
1200psiの圧力下で1時間にわたり圧縮し、次い
で(C)温度を約1300〜1600℃まで上昇させ、圧力を
約4000〜10000psiにまで上昇させ、次いで上昇後
の温度および圧力を1/2〜4時間にわたり維持す
ることによつて多結晶質セラミツクシンチレータ
を形成する諸工程から成ることを特徴とする多結
晶質セラミツクシンチレータの製造方法。 62 前記多成分粉末が約20〜40(モル)%の
Gd2O3を含有する特許請求の範囲第61項記載の
方法。 63 前記多成分粉末が約1〜6(モル)%の
Eu2O3を含有する特許請求の範囲第61項記載の
方法。 64 前記多成分粉末が0.1〜2(モル)%の
Yb2O3を含有する特許請求の範囲第61項記載の
方法。 65 前記多成分粉末が約20〜40(モル)%の
Gd2O3、約1〜6(モル)%のEu2O3,0.1〜2(モ
ル)%のYb2O3および残部のY2O3を含有する特
許請求の範囲第61項記載の方法。 66 前記多成分粉末が約0.05〜1.5(モル)%の
Nd2O3を含有する特許請求の範囲第61項記載の
方法。 67 前記多成分粉末が約0.05〜3(モル)%の
Tb2O3を含有する特許請求の範囲第61項記載の
方法。 68 前記多成分粉末が約0.03〜1(モル)%の
Dy2O3を含有する特許請求の範囲第61項記載の
方法。 69 前記多成分粉末が約0.02〜0.05(モル)%
のPr2O3を含有する特許請求の範囲第61項記載
の方法。 70 前記多成分粉末が約0.1〜2(モル)%の
SrOまたはCaOを追加含有する特許請求の範囲第
61項記載の方法。 71 多成分粉末を調製する前記工程が、
Gd2O3,Y2O3および少なくとも1種の前記希土
類酸化物活性剤のミクロンないしサブミクロン粒
度の高純度粉末を混合する工程から成る特許請求
の範囲第61項記載の方法。 72 多成分粉末を調製する前記工程が、湿式の
化学的シユウ酸塩法によつてY,Gdおよび活性
剤として添加すべき少なくとも1種の希土類元素
のシユウ酸塩を共沈させ、次いで前記シユウ酸塩
を焼成することによつて対応する酸化物を得る両
工程から成る特許請求の範囲第61項記載の方
法。 73 前記焼成工程が前記シユウ酸塩を空気中に
おいて700〜900℃の温度下で1〜4時間にわたり
加熱する工程から成る特許請求の範囲第72項記
載の方法。 74 前記焼成工程に先立つて前記シユウ酸塩を
摩砕する工程が追加包含される特許請求の範囲第
72項記載の方法。 75 前記焼成工程において得られた酸化物を摩
砕する工程が追加包含される特許請求の範囲第7
2または74項に記載の方法。 76 変色を除去するために得られた多結晶質セ
ラミツクシンチレータを酸化する工程が追加包含
され、かつ前記酸化工程が前記多結晶質セラミツ
クシンチレータを酸素含有雰囲気中において約
800〜1200℃の温度下で約1〜20時間にわたり加
熱する工程から成る特許請求の範囲第61項記載
の方法。
[Claims] 1 (a) about 5 to 50 (mol)% Gd 2 O 3 , (b) Eu 2 O 3 ,
about 0.02 to 12 (mol)% of at least one rare earth oxide activator selected from the group consisting of Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and Pr 2 O 3 ; and (c) a polycrystalline ceramic scintillator consisting essentially of the remainder Y 2 O 3 . 2 The rare earth oxide activator is about 1 to 6 (mol)
Claim 1 consisting essentially of % Eu 2 O 3
The polycrystalline ceramic scintillator described in Section 1. 3. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 1 containing about 20-40 (mol)% Gd 2 O 3 . 4. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 1 , wherein said rare earth oxide activator consists essentially of about 0.05-1.5 (mol)% Nd2O3 . 5 The rare earth oxide activator is about 0.1 to 0.5 (mol)
Claim 4 consisting essentially of % Nd 2 O 3
The polycrystalline ceramic scintillator described in Section 1. 6 The rare earth oxide activator is about 0.05 to 3 (mol)
Claim 1 consisting essentially of % Tb 2 O 3
The polycrystalline ceramic scintillator described in Section 1. 7 The rare earth oxide activator is 0.1 to 2 (mol)%
A polycrystalline ceramic scintillator according to claim 1, consisting essentially of Yb 2 O 3 . 8. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 7, wherein said rare earth oxide activator comprises about 0.15-0.7 (mol)% Yb2O3 . 9 The rare earth oxide activator is about 0.03 to 1 (mol)
Claim 1 consisting essentially of % Dy 2 O 3
The polycrystalline ceramic scintillator described in Section 1. 10 The rare earth oxide activator is about 0.02 to 0.05
A polycrystalline ceramic scintillator as claimed in claim 1 consisting essentially of (mol)% Pr 2 O 3 . 11 (a) about 5 to 50 (mol)% Gd 2 O 3 , (b) Eu 2 O 3 ,
about 0.02 to 12 (mol)% of at least one rare earth oxide activator selected from the group consisting of Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and Pr 2 O 3 ; (c) each selected from the group consisting of CaO and SrO, about 0.1 to
A polycrystalline ceramic scintillator characterized in that it consists essentially of 2 ( mol)% of at least one afterglow reducing agent, and (d) the balance Y2O3 . 12 The rare earth oxide activator is about 1 to 6 (mol)
Claim 1 consisting essentially of % Eu 2 O 3
The polycrystalline ceramic scintillator according to item 1. 13. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 11 containing about 20-40 (mol)% Gd 2 O 3 . 14. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 11 , wherein said rare earth oxide activator consists essentially of about 0.05-1.5 (mol)% Nd2O3 . 15. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 14 , wherein said rare earth oxide activator consists essentially of about 0.1-0.5 (mol)% Nd2O3 . 16. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 11, wherein said rare earth oxide activator consists essentially of about 0.05-3 ( mol )% Tb2O3 . 17 The rare earth oxide activator is 0.1 to 2 (mol)
Claim 1 consisting essentially of % Yb 2 O 3
The polycrystalline ceramic scintillator according to item 1. 18. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 17 , wherein said rare earth oxide activator comprises about 0.15-0.7 (mol)% Yb2O3 . 19. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 11, wherein said rare earth oxide activator consists essentially of about 0.03-1 (mol)% Dy 2 O 3 . 20 The rare earth oxide activator is about 0.02 to 0.05
12. The polycrystalline ceramic scintillator of claim 11 consisting essentially of (mole) % Pr 2 O 3 . 21 (A) (a) about 5-50 (mol)% Gd 2 O 3 , (b)
Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and
Approximately 0.02 to 12 (mol) selected from the group consisting of Pr 2 O 3
% of at least one rare earth oxide activator, and ( c ) the balance Y2O3 ;
(B) forming a compacted powder body by compressing the multi-component powder at room temperature; and (C) forming a polycrystalline ceramic scintillator by sintering the compacted powder body. A method for producing a polycrystalline ceramic scintillator, characterized by: 22 The multi-component powder contains about 20 to 40 (mol)%
22. The method of claim 21 containing Gd 2 O 3 . 23 The multi-component powder contains about 1 to 6 (mol)%
22. The method of claim 21 containing Eu 2 O 3 . 24 The multi-component powder contains 0.1 to 2 (mol)%
22. The method of claim 21 containing Yb 2 O 3 . 25 The multi-component powder contains about 20 to 40 (mol)%
Claim 21 containing Gd 2 O 3 , about 1-6 (mol) % Eu 2 O 3 , 0.1-2 (mol) % Yb 2 O 3 and the balance Y 2 O 3 Method. 26 The multi-component powder contains about 0.05 to 1.5 (mol)%
22. The method of claim 21 containing Nd 2 O 3 . 27 The multi-component powder contains about 0.05 to 3 (mol)%
22. The method of claim 21 containing Tb 2 O 3 . 28 The multi-component powder contains about 0.03 to 1 (mol)%
22. The method according to claim 21, containing Dy 2 O 3 . 29 The multi-component powder is about 0.02 to 0.05 (mol)%
22. The method of claim 21, comprising Pr 2 O 3 . 30 The multi-component powder contains about 0.1 to 2 (mol)%
22. The method according to claim 21, further comprising SrO or CaO. 31 The step of preparing a multi-component powder comprises:
22. The method of claim 21, comprising the step of mixing micron to submicron particle size high purity powders of Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 and at least one of said rare earth oxide activators. 32 The step of preparing a multicomponent powder comprises coprecipitating Y, Gd and the oxalate of at least one rare earth element to be added as an activator by a wet chemical oxalate method, and then adding the oxalate of the at least one rare earth element to be added as an activator. 22. A method according to claim 21, comprising the steps of obtaining the corresponding oxide by calcining the acid salt. 33. The method of claim 32, wherein said calcination step comprises heating said oxalate salt in air at a temperature of 700 to 900C for 1 to 4 hours. 34. The method of claim 32, further comprising the step of grinding the oxalate salt prior to the calcination step. 35 Claim 3 additionally includes a step of grinding the oxide obtained in the firing step
2 or 34. 36. Claims 21 and 3, wherein said step of cold compacting said multicomponent powder comprises the step of mold compacting said multicomponent powder under a pressure of about 3000 to 15000 psi.
33. The method according to item 1 or 32. 37 The step of compressing the multi-component powder at room temperature compresses the multi-component powder that has been mold-compressed in order to further increase the green density and uniformity of the compacted powder body.
37. The method of claim 36, further comprising the step of isobaric compression at a pressure of 10,000 to 60,000 psi. 38 The step of sintering the compacted powder body is performed by sintering the compacted powder body at a rate of about 100 to 700°C/hour.
38. The method of claim 37, comprising the steps of heating to a sintering temperature of 2100<0>C and then maintaining said sintering temperature for about 1 to 30 hours. 39 The step of sintering the compacted powder body may include sintering the compacted powder body at a rate of 300 to 400°C/hour to 1600 to
Heating to a holding temperature of 1700°C, maintaining said holding temperature for 1 to 20 hours, then increasing the temperature at a rate of 25 to 75°C/hour to a final sintering temperature of 1800 to 2100°C, and then final sintering. 38. The method of claim 37, comprising the steps of maintaining the freezing temperature for 1 to 10 hours. 40. The method of claim 38, wherein the heating step is performed in air or in a reducing atmosphere. 41. The method of claim 37, further comprising the step of cooling the resulting polycrystalline ceramic scintillator to room temperature for about 2 to 10 hours. 42 (A) (a) about 5-50 (mol)% Gd 2 O 3 , (b)
Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and
Approximately 0.02 to 12 (mol) selected from the group consisting of Pr 2 O 3
% of at least one rare earth oxide activator, and ( C ) the balance Y2O3 ;
(B) forming a compacted powder body by compressing the multi-component powder; (C) presintering the compacted powder body to a closed pore-containing state; and (D) applying gas to the presintered body. 1. A method for producing a polycrystalline ceramic scintillator, comprising steps of forming a polycrystalline ceramic scintillator with higher density by subjecting the method to high-temperature isobaric compression. 43 The multi-component powder contains about 20 to 40 (mol)%
43. The method of claim 42 containing Gd 2 O 3 . 44 The multi-component powder contains about 1 to 6 (mol)%
43. The method of claim 42 containing Eu 2 O 3 . 45 The multi-component powder contains 0.1 to 2 (mol)%
43. The method of claim 42 containing Yb 2 O 3 . 46 The multi-component powder contains about 20 to 40 (mol)%
Claim 42 containing Gd 2 O 3 , about 1-6 (mol) % Eu 2 O 3 , 0.1-2 (mol) % Yb 2 O 3 and the balance Y 2 O 3 Method. 47 The multi-component powder contains about 0.05 to 1.5 (mol)%
43. The method of claim 42 containing Nd 2 O 3 . 48 The multi-component powder contains about 0.05 to 3 (mol)%
43. The method of claim 42 containing Tb 2 O 3 . 49 The multi-component powder contains about 0.03 to 1 (mol)%
43. The method of claim 42 containing Dy 2 O 3 . 50 The multi-component powder is about 0.02 to 0.05 (mol)%
43. The method of claim 42, comprising Pr 2 O 3 . 51 The multi-component powder contains about 0.1 to 2 (mol)%
43. The method according to claim 42, further comprising SrO or CaO. 52 The step of preparing a multi-component powder comprises:
43. The method of claim 42, comprising the step of mixing micron to submicron particle size high purity powders of Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 and at least one of said rare earth oxide activators. 53 The step of preparing a multicomponent powder comprises coprecipitating Y, Gd and the oxalate of at least one rare earth element to be added as an activator by a wet chemical oxalate method, and then adding the oxalate of the at least one rare earth element to be added as an activator. 43. A method according to claim 42, comprising the steps of obtaining the corresponding oxide by calcining the acid salt. 54. The method of claim 53, wherein said calcination step comprises heating said oxalate salt in air at a temperature of 700 to 900C for 1 to 4 hours. 55. The method of claim 53, further comprising the step of grinding the oxalate salt prior to the calcination step. 56 Claim 5 additionally includes a step of grinding the oxide obtained in the firing step
3 or 55. 57. The step of compacting the multicomponent powder forms a pre-powder compact by cold compacting the multicomponent powder under a pressure of about 3000 to 10000 psi;
The preliminary powder compact is then heated to about 15,000 to 60,000 psi to increase the green density of the preliminary powder compact.
54. A method according to claim 42, 52 or 53, comprising both steps of isobaric compression under a pressure of . 58. The method of claim 57, wherein said step of pre-sintering said powder compact comprises the step of heating said powder compact at a temperature of about 1500-1700<0>C for 1-10 hours. 59 The step of subjecting the preliminary sintered body to gas high temperature isobaric compression is performed at a temperature of about 1500 to 1800°C and a temperature of about 1000 to
Claim 58 comprising heating under 30000 psi argon gas pressure for 1 to 2 hours.
The method described in section. 60 The step of subjecting the preliminary sintered body to gas high-temperature isobaric compression is more specifically performed by heating the pre-sintered body for one hour.
Raise the temperature to 1400℃, continue heating for 1 hour, raise the temperature to 1750℃, and then heat to 1750℃ for 1 hour.
It consists of various steps of maintaining the temperature at a temperature of
60. The method of claim 59 carried out under argon gas pressure of 25000 psi. 61 (A) (a) about 5-50 (mol)% Gd 2 O 3 , (b)
Eu 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 and
Approximately 0.02 to 12 (mol) selected from the group consisting of Pr 2 O 3
% of at least one rare earth oxide activator, and ( c ) the balance Y2O3 ;
(B) The multi-component powder is heated in a vacuum of 200 microns or less at a temperature of about 600 to 700°C and a temperature of about 1000 to
Compress for 1 hour under a pressure of 1200psi, then (C) increase the temperature to about 1300-1600℃, increase the pressure to about 4000-10000psi, then reduce the temperature and pressure after increasing by 1/2-4 1. A method for producing a polycrystalline ceramic scintillator, comprising steps of forming a polycrystalline ceramic scintillator by maintaining it over a period of time. 62 The multi-component powder contains about 20 to 40 (mol)%
62. The method of claim 61 containing Gd 2 O 3 . 63 The multi-component powder contains about 1 to 6 (mol)%
62. The method of claim 61 containing Eu 2 O 3 . 64 The multi-component powder contains 0.1 to 2 (mol)%
62. The method of claim 61 containing Yb 2 O 3 . 65 The multi-component powder contains about 20 to 40 (mol)%
Claim 61 containing Gd 2 O 3 , about 1-6 (mol) % Eu 2 O 3 , 0.1-2 (mol) % Yb 2 O 3 and the balance Y 2 O 3 Method. 66 The multi-component powder contains about 0.05 to 1.5 (mol)%
62. The method of claim 61 containing Nd 2 O 3 . 67 The multi-component powder contains about 0.05 to 3 (mol)%
62. The method of claim 61, comprising Tb 2 O 3 . 68 The multi-component powder contains about 0.03 to 1 (mol)%
62. The method of claim 61, comprising Dy 2 O 3 . 69 The multi-component powder is about 0.02 to 0.05 (mol)%
62. The method of claim 61, comprising Pr 2 O 3 . 70 The multi-component powder contains about 0.1 to 2 (mol)%
62. The method of claim 61, further comprising SrO or CaO. 71 The step of preparing a multi-component powder comprises:
62. The method of claim 61, comprising the step of mixing micron to submicron particle size high purity powders of Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 and at least one of said rare earth oxide activators. 72 Said step of preparing a multicomponent powder comprises co-precipitating Y, Gd and the oxalate of at least one rare earth element to be added as an activator by a wet chemical oxalate method, and then adding said oxalate to said sulfur. 62. The method of claim 61, comprising the steps of obtaining the corresponding oxide by calcining the acid salt. 73. The method of claim 72, wherein said calcination step comprises heating said oxalate salt in air at a temperature of 700 to 900C for 1 to 4 hours. 74. The method of claim 72, further comprising the step of grinding the oxalate prior to the calcination step. 75 Claim 7 additionally includes a step of grinding the oxide obtained in the calcination step
2 or 74. 76 A step of oxidizing the obtained polycrystalline ceramic scintillator to remove discoloration is additionally included, and said oxidation step oxidizes said polycrystalline ceramic scintillator in an oxygen-containing atmosphere.
62. The method of claim 61, comprising heating at a temperature of 800-1200<0>C for about 1-20 hours.
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