KR101204334B1 - Radiation Sensor Scintillator, and Method of Fabricating and Applying the Same - Google Patents

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김홍주
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

방사선 센서용 섬광체가 제공된다. 이 섬광체는 세슘 브로마이드(CsBr), 리튬 브로마이드(LiBr)와 세륨 브로마이드(CeBr3)를 모체로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드(Cs2LiCeBr6) 섬광체이다.There is provided a scintillator for a radiation sensor. This scintillator is cesium lithium cerium bromide (Cs 2 LiCeBr 6 ) scintillator based on cesium bromide (CsBr), lithium bromide (LiBr) and cerium bromide (CeBr 3 ).

Description

방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법{Radiation Sensor Scintillator, and Method of Fabricating and Applying the Same}Radiation Sensor Scintillator, and Method of Fabricating and Applying the Same}

본 발명은 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 세슘 리튬 세륨 브로마이드 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 산업자원부의 차세대신기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호 : 200907190100, 과제명 : PET용 섬광체 제작 기술 개발]
The present invention relates to a scintillator for a radiation sensor, and a method of manufacturing and applying the same, and more particularly to a scintillator for cesium lithium cerium bromide radiation sensor, and a method of manufacturing and applying the same.
The present invention is derived from a study performed as part of the next generation new technology development project of the Ministry of Commerce, Industry and Energy. [Task control number: 200907190100, Title: Development of scintillator manufacturing technology for PET]

섬광(Scintillation) 현상은 섬광체에 엑스선(X-ray) 등과 같은 방사선을 조사할 때, 방사선 조사와 동시에 빛이 발생하는 현상이다. 이때 발생한 빛을 포토다이오드(photodiode) 또는 광증배관(Photo-MultiplierTube : PMT) 등과 같은 적절한 광전 소자(photoelectric element)를 이용하여 측정함으로써, 방사선 정보가 획득될 수 있다. 이렇게 획득된 방사선 정보를 적절한 방식으로 처리함으로써, 방사선 영상이 획득될 수 있다.Scintillation is a phenomenon in which light is generated simultaneously with irradiation when the scintillator emits radiation such as X-rays. In this case, radiation information may be obtained by measuring the generated light using a suitable photoelectric element such as a photodiode or a photomultiplier tube (PMT). By processing the radiation information thus obtained in an appropriate manner, a radiographic image can be obtained.

섬광체(Scintillator)는 입사한 자외선(UltraViolet ray : UV ray), 엑스선, 알파선(α-ray), 베타선(β-ray), 전자선(electron ray), 감마선(γ-ray) 및 중성자선(neutron ray) 등과 같은 이온화 방사선을 가시광선 파장 영역의 빛으로 변환해 주는 방사선 센서로서, 전산화 단층촬영(Computed Tomography : CT) 시스템, 양전자 방출 단층촬영(Positron Emission Tomography : PET) 시스템, 단일 광자 방출 단층촬영(Single Photon Emission Computed Tomography : SPECT) 시스템 또는 앵거 카메라(anger camera)라 불리는 감마 카메라(gamma camera) 등과 같은 의료 영상 시스템, 각종 방사선 검출기 및 공업용 방사선 센서 등과 같이 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.Scintillator is composed of incident ultraviolet rays (UltraViolet ray (UV ray), X-ray, alpha ray (α-ray), beta ray (β-ray), electron ray, gamma ray (γ-ray) and neutron ray A radiation sensor that converts ionized radiation into light in the visible wavelength range, including Computed Tomography (CT) systems, Positron Emission Tomography (PET) systems, and single photon emission tomography ( Background Art It is widely used in various fields, such as medical imaging systems such as single photon emission computed tomography (SPECT) systems or gamma cameras called anger cameras, various radiation detectors, and industrial radiation sensors.

방사선 검출 효율이 높고, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 섬광체가 다양한 분야에 응용될 수 있다. 대부분의 분야에서 응용되기 위한 이상적인 섬광체는 밀도가 높고, 원자번호가 크고, 광 출력이 크고, 잔광(afterglow)이 없으며, 그리고 형광 감쇠 시간(luminescence decay time)이 짧아야 한다. 또한, 섬광체는 발광 파장이 광전 소자의 스펙트럼과 일치해야 하는 동시에 기계적으로 견고하고, 내방사선(radiation hardness) 정도가 높고, 그리고 가격이 낮아야 한다. 그러나 섬광체들은 각각의 장단점이 있기 때문에, 하나의 섬광체가 모든 분야에 이상적으로 응용될 수는 없다.Scintillators having high radiation detection efficiency and short fluorescence decay time can be applied to various fields. Ideal scintillators for most applications require high density, high atomic number, high light output, no afterglow, and short fluorescence decay time. In addition, the scintillator must have a light emission wavelength consistent with the spectrum of the optoelectronic device while at the same time being mechanically robust, having a high degree of radiation hardness, and having a low price. However, because scintillators have their advantages and disadvantages, one scintillator may not be ideally suited for all applications.

1948년 호프스태터(Hofstadter)에 의해 NaI:Tl 섬광체가 등장한 이래, 섬광체는 방사선 의학, 핵물리학 또는 고에너지 물리학 등이 발전함에 따라, 현재까지 여러 가지 종류의 섬광체들이 개발되어 실용화되어 왔다. 주요한 섬광체들로는 NaI:Tl 섬광체를 시초로 하여 CsI, CsI:Tl 등과 같은 알칼리 할라이드(alkali halide) 섬광체들 외, BGO(Bi4Ge3O12), PbWO4, LSO(Lu2SiO5) 등과 같은 섬광체들이 있다. 밀도가 높은 BGO 섬광체는 전산화 단층촬영 시스템에 활용되고 있으며, 반면에 PbWO4 섬광체는 일반적으로 고에너지 물리학을 위해 개발되어 활용되고 있으며, 좋은 시간 분해능(τ = 40 ns)과 우수한 검출 효율을 갖는 LSO 섬광체는 양전자 방출 단층촬영 시스템에 활용되고 있다.Since the introduction of NaI: Tl scintillators by Hofstadter in 1948, scintillators have been developed and put into practical use as far as radiomedical, nuclear physics or high energy physics has developed. The main scintillators are based on NaI: Tl scintillators and alkali halide scintillators such as CsI, CsI: Tl, etc., BGO (Bi 4 Ge 3 O 12 ), PbWO 4 , LSO (Lu 2 SiO 5 ), etc. There are scintillators. Dense BGO scintillators are used in computed tomography systems, while PbWO 4 scintillators are generally developed and utilized for high energy physics, and LSOs with good time resolution (τ = 40 ns) and good detection efficiency Scintillators have been utilized in positron emission tomography systems.

본 발명이 해결하려는 과제는 방사선에 대한 감도가 높고, 광 출력이 크며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 방사선 센서용 섬광체를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a scintillator for a radiation sensor having high sensitivity to radiation, high light output, and short fluorescence decay time.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 방사선에 대한 감도가 높고, 광 출력이 크며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 방사선 센서용 섬광체의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a scintillator for a radiation sensor having high sensitivity to radiation, high light output, and short fluorescence decay time.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 방사선에 대한 감도가 높고, 광 출력이 크며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 섬광체를 포함하는 방사선 센서를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a radiation sensor including a scintillator having high sensitivity to radiation, high light output, and short fluorescence decay time.

본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선 센서용 섬광체를 제공한다. 이 섬광체는 세슘 브로마이드(CsBr), 리튬 브로마이드(LiBr)와 세륨 브로마이드(CeBr3)를 모체로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드(CsLiCeBr6) 섬광체일 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a scintillator for a radiation sensor. The scintillator may be a cesium lithium cerium bromide (CsLiCeBr 6 ) scintillator based on cesium bromide (CsBr), lithium bromide (LiBr) and cerium bromide (CeBr 3 ).

세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 370 ~ 460 nm 범위의 발광 파장 및 420 nm의 피크 파장을 가질 수 있다.The cesium lithium cerium bromide scintillator may have an emission wavelength in the range of 370 to 460 nm and a peak wavelength of 420 nm.

세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 10 mm3 이상의 크기를 가질 수 있다.The cesium lithium cerium bromide scintillator may have a size of at least 10 mm 3 .

세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 분말, 단결정 또는 다결정 형태를 가질 수 있다.Cesium lithium cerium bromide scintillators may have a powder, monocrystalline or polycrystalline form.

또한, 상기한 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선 센서용 섬광체의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 세슘 브로마이드(CsBr), 리튬 브로마이드(LiBr)와 세륨 브로마이드(CeBr3)를 모체를 준비하는 단계 및 모체로부터 세슘 리튬 세륨 브로마이드(CsLiCeBr6)를 육성하는 단계를 포함할 수 있다.Moreover, in order to achieve the said another subject, this invention provides the manufacturing method of the scintillator for radiation sensors. The method may include preparing a parent cesium bromide (CsBr), lithium bromide (LiBr) and cerium bromide (CeBr 3 ), and growing cesium lithium cerium bromide (CsLiCeBr 6 ) from the parent.

모체를 준비하는 단계는 세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드를 2:1:1 몰비로 혼합하는 것일 수 있다.Preparing the parent may be mixing cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide in a 2: 1: 1 molar ratio.

세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 단계는 초클라스키 방식 또는 브리지만 방식을 이용하는 것일 수 있다.The step of growing cesium lithium cerium bromide may be to use the choklasky method or bridgeman method.

육성된 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 원통형으로 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include preparing the grown cesium lithium cerium bromide into a cylinder.

이에 더하여, 상기한 또 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선 센서를 제공한다. 이 방사선 센서는 상기한 세슘 리튬 세륨 브로마이드(CsLiCeBr6) 섬광체를 포함할 수 있다.In addition, in order to achieve the above another object, the present invention provides a radiation sensor. This radiation sensor may comprise the cesium lithium cerium bromide (CsLiCeBr 6 ) scintillator.

방사선 센서는 의학 분야 또는 산업 분야에서 방사선 검출 장치로 사용될 수 있다.The radiation sensor may be used as a radiation detection device in the medical field or the industrial field.

의학 분야에서 앵거 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일광자 방출 단층촬영 시스템에 포함될 수 있다.It may be included in the medical field in Anger cameras, computerized tomography systems, positron emission tomography systems or single photon emission tomography systems.

산업 분야에서 엑스선, 감마선, 자외선, 전자선, 알파입자, 베타입자 및 중성자 중에서 선택된 적어도 하나의 방사선량을 측정할 수 있다.In the industrial field, at least one radiation dose selected from X-rays, gamma rays, ultraviolet rays, electron beams, alpha particles, beta particles, and neutrons may be measured.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 방사선에 대한 감도가 높고, 광 출력이 크며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체가 제공될 수 있다. 이에 따라, 방사선 영상을 획득하기 위한 앵거 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일광자 방출 단층촬영 시스템 등과 같은 의학 영상 시스템에 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체가 응용될 수 있다. 특히, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 감쇠 시간 특성이 매우 빠르기 때문에, 양전자 방출 단층촬영 시스템에 적합한 편이다.As described above, the cesium lithium cerium bromide scintillator having high sensitivity to radiation, high light output, and short fluorescence decay time can be provided according to the solution of the problem of the present invention. Accordingly, cesium lithium cerium bromide scintillators may be applied to medical imaging systems such as an Anger camera, a computed tomography system, a positron emission tomography system, or a single photon emission tomography system for obtaining radiographic images. In particular, cesium lithium cerium bromide scintillators are very suitable for positron emission tomography systems because of their very fast decay time characteristics.

아울러, 자외선, 엑스선, 전자선, 알파입자(α-particle), 베타입자(β-particle), 감마선 및 중성자 등과 같은 다양한 방사선에 대한 방사선량 측정을 위한 방사선 센서에 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체가 응용될 수도 있다. 특히, 리튬은 열중성자 포획 단면적이 큰 장점을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 중성자 검출에 활용될 수 있다.In addition, cesium lithium cerium bromide scintillators may be applied to radiation sensors for measuring radiation doses for various radiations such as ultraviolet rays, X-rays, electron beams, alpha particles, beta particles, gamma rays, and neutrons. have. In particular, since lithium has a large thermal neutron capture cross-sectional area, the cesium lithium cerium bromide scintillator according to the embodiment of the present invention can be utilized for neutron detection.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서용 섬광체의 발광 스펙트럼 그래프;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서용 섬광체의 형광 감쇠 시간 특성 그래프.
1 is a light emission spectrum graph of a scintillator for a radiation sensor according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a graph of the fluorescence decay time characteristic of the scintillator for a radiation sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is to be understood that the terms 'comprises' and / or 'comprising' as used herein mean that an element, step, operation, and / or apparatus is referred to as being present in the presence of one or more other elements, Or additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 구성 요소들의 크기 및/또는 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 구성 요소들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 구성 요소들의 모양은 장치의 구성 요소의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the size and / or thickness of the components are exaggerated for the effective description of the technical content. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. Accordingly, the components illustrated in the figures have schematic attributes, and the appearance of the components illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of component of the apparatus and is not intended to limit the scope of the invention.

본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서용 섬광체는 세슘 리튬 세륨 브로마이드(Cs2LiCeBr6) 섬광체일 수 있다. 이 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 세슘 브로마이드(CsBr), 리튬 브로마이드(LiBr)와 세륨 브로마이드(CeBr3)를 모체로 할 수 있다.The scintillator for a radiation sensor according to the embodiment of the present invention may be a cesium lithium cerium bromide (Cs 2 LiCeBr 6 ) scintillator. This cesium lithium cerium bromide scintillator can be based on cesium bromide (CsBr), lithium bromide (LiBr) and cerium bromide (CeBr 3 ).

세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 제조 방법은 세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드로 이루어진 모체를 준비하는 단계 및 모체로부터 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 단계를 포함할 수 있다.The method for producing cesium lithium cerium bromide scintillator may include preparing a matrix consisting of cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide, and growing cesium lithium cerium bromide from the mother.

모체를 준비하는 단계는 세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드를 2:1:1 몰비로 혼합하는 것일 수 있다. 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 단계는 초크랄스키(Czochralski) 방식 또는 브리지만(bridgman) 방식을 이용할 수 있다.Preparing the parent may be mixing cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide in a 2: 1: 1 molar ratio. The step of growing cesium lithium cerium bromide may use a Czochralski method or a bridgman method.

브리지만 방식을 이용하여 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 것은 혼합된 세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드를 진공 분위기에서 일 단부가 뾰족한 석영 앰플(ampule)에 주입하여 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다. 진공 분위기는 약 10-5 torr일 수 있다.The growing of cesium lithium cerium bromide using the Bridgman method may include injecting the mixed cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide into a quartz ampule with one end point in a vacuum atmosphere to seal. The vacuum atmosphere may be about 10 −5 torr.

혼합된 세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드를 밀봉하고 있는 석영 앰플을 브리지만 전기로를 이용하여 단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드의 육성 조건들인 브리지만 전기로에서 석영 앰플의 하강 속도 및 결정 성장부의 온도 기울기는 각각 0.2 mm/h 및 10 ℃/cm로 하였다. 이러한 육성 조건들은 모체의 양 또는 석영 앰플의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 브리지만 전기로에서 석영 앰플의 하강 속도 및 결정 성장부의 온도 기울기는 서로 상보성을 가지는 특징이 있다. 일 단부가 뾰족한 석영 앰플을 사용한 이유는 단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성시키기 위한 단결정의 씨결정(seed crystal)을 용이하게 생성시키기 위한 것이다.A single crystal of cesium lithium cerium bromide can be grown using a Bridgman electric furnace in a quartz ampoule sealing the mixed cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide. The falling rate of the quartz ampoule and the temperature gradients of the crystal growth section were 0.2 mm / h and 10 ° C./cm, respectively, in the Bridgman electric furnace, which were the growth conditions of the single crystal cesium lithium cerium bromide according to the embodiment of the present invention. These growth conditions may vary depending on the amount of the mother or the size of the quartz ampoule, and the falling speed of the quartz ampule and the temperature gradient of the crystal growth part in the Bridgeman electric furnace are complementary to each other. The reason for using a quartz ampoule with one point is to easily generate a single crystal seed crystal for growing single crystal cesium lithium cerium bromide.

초크랄스키 방식을 이용하여 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 것은 혼합된 세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드를 도가니에 넣고, 초크랄스키 장치 내에서 용융시킨 후, 미리 제조된 단결정의 씨결정을 이용하여 단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 것일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 단결정의 세슘 세륨 브로마이드의 육성 조건들인 결정 인장 속도 및 결정 회전 속도는 각각 1.0 mm/h 및 10 rpm으로 하였다. 이러한 육성 조건들은 모체의 양 또는 결정의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 초크랄스키 장치에서 결정 인장 속도 및 결정 회전 속도는 서로 상보성을 가지는 특징이 있다.The growth of cesium lithium cerium bromide using the Czochralski method is carried out by mixing the mixed cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide into the crucible, melting them in a Czochralski device, and then using a previously prepared single crystal seed crystal. It may be to grow cesium lithium cerium bromide of a single crystal. Crystal growth rate and crystal rotation speed, which are the growth conditions of the single crystal cesium cerium bromide according to the embodiment of the present invention, were 1.0 mm / h and 10 rpm, respectively. These growth conditions may vary depending on the amount of the parent or the size of the crystal, and in the Czochralski device, the crystal tensile speed and the crystal rotation speed are complementary to each other.

단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 원통형으로 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드의 섬광 특성을 조사하기 위한 것일 수 있다. 단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 일정한 크기로 자른 후, 모든 표면을 연마하여 원통형의 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체를 제조할 수 있다. 단결정의 세슘 리튬 세륨 브로마이드의 모든 표면은 연마 천(polishing cloth) 위에서 0.02 μm 크기의 산화 알루미늄(Al2O3) 분말을 연마제로 사용하는 연마 공정으로 연마될 수 있다. 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 10 mm3 이상의 크기를 가질 수 있다.The method may further include preparing a single crystal cesium lithium cerium bromide into a cylinder. This may be to investigate the flash characteristics of the single crystal cesium lithium cerium bromide. After the single crystal cesium lithium cerium bromide is cut to a certain size, all surfaces may be polished to prepare a cylindrical cesium lithium cerium bromide scintillator. All surfaces of the single crystal cesium lithium cerium bromide can be polished by a polishing process using 0.02 μm aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder as an abrasive on a polishing cloth. The cesium lithium cerium bromide scintillator may have a size of at least 10 mm 3 .

이와는 달리, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 분말(powder) 형태 또는 다결정(poly crystal) 형태의 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체로도 제조될 수 있다.Alternatively, the cesium lithium cerium bromide scintillator may also be prepared as a cesium lithium cerium bromide scintillator in powder form or polycrystal form.

본 발명은 상기한 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체를 포함하는 방사선 센서를 제공할 수 있다. 방사선 센서는 의학 분야 또는 산업 분야에서 방사선 검출 장치로 사용될 수 있다. 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체를 포함하는 방사선 센서는 의학 분야에서 앵거 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일광자 방출 단층촬영 시스템에 포함될 수 있으며, 산업 분야에서 엑스선, 감마선, 자외선, 전자선, 알파입자, 베타입자 및 중성자 중에서 선택된 적어도 하나의 방사선량을 측정할 수 있다.The present invention can provide a radiation sensor comprising the cesium lithium cerium bromide scintillator. The radiation sensor may be used as a radiation detection device in the medical field or the industrial field. Radiation sensors, including cesium lithium cerium bromide scintillators, can be included in Anger cameras, computerized tomography systems, positron emission tomography systems or single photon emission tomography systems in the medical field, and in the industrial field include X-rays, gamma rays, ultraviolet rays, electron beams, At least one radiation dose selected from alpha particles, beta particles, and neutrons can be measured.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서용 섬광체의 발광 스펙트럼 그래프 및 형광 감쇠 시간 특성 그래프이다.1 and 2 are light emission spectrum graphs and fluorescence decay time characteristic graphs of the scintillator for a radiation sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, respectively.

실온에서의 상대적인 광 출력과 형광 감쇠 시간은 RbCs 광전자 증배관을 사용하는 파고 분석장치(pulse height analysis system)로 측정한 것이다. 광전자 증배관에서 나온 신호는 증폭기(×10 또는 ×100)를 사용하여 증폭한 후, 400 MHz 플래시 아날로그 디지털 변환기(Flash Analog to Digital Converter : FADC)를 거친 다음 ROOT 프로그램을 사용하여 분석하였다.Relative light output and fluorescence decay time at room temperature were measured with a pulse height analysis system using RbCs photomultipliers. The signal from the photomultiplier was amplified using an amplifier (× 10 or × 100), followed by a 400 MHz Flash Analog to Digital Converter (FADC), and then analyzed using a ROOT program.

도 1을 참조하면, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 광 출력 특성을 알아보기 위해 분광기를 사용하여 380 ~ 480 nm 범위에서 측정한 발광 스펙트럼이 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 380 ~ 470 nm 범위의 발광 파장 및 420 nm의 최대 피크(peak) 파장을 가질 수 있다. 또한, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 광 출력은 26,000 phs/MeV 정도임을 알 수 있다.Referring to Figure 1, the emission spectrum measured in the range of 380 ~ 480 nm using a spectrophotometer to determine the light output characteristics of the cesium lithium cerium bromide scintillator. As shown, the cesium lithium cerium bromide scintillator according to an embodiment of the present invention may have an emission wavelength in the range of 380 to 470 nm and a maximum peak wavelength of 420 nm. In addition, it can be seen that the light output of the cesium lithium cerium bromide scintillator is about 26,000 phs / MeV.

도 2를 참조하면, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 형광 감쇠 시간 특성을 알아보기 위해 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체에 137Cs 662 keV 감마선을 조사하여 측정한 형광 감쇠 시간들이 도시되어 있다. 그래프에서 파동치는 변동선은 실제 측정값들이고, 변동성 내의 선은 실제 측정값들의 추세선이다. 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 세 개의 시간 성분을 가지는 것을 알 수 있다. 세 개의 시간 성분은 각각 86 ns인 빠른 시간 성분(짧은 점선)과 444 ns인 중간 시간 성분(중간 점선)과 3.8 μs인 느린 시간 성분(긴 점선)이다. 빠른 시간 성분인 79 ns는 전체 형광의 76%를 차지하며, 중간 시간 성분인 444 ns는 전체 형광의 8%를 차지하며, 느린 시간 성분인 3.8 μs는 전체 형광의 16%를 차지한다. 이에 따라, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 86 ns인 빠른 시간 특성을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, fluorescence decay times measured by irradiating 137 Cs 662 keV gamma rays to the cesium lithium cerium bromide scintillator are illustrated to determine the fluorescence decay time characteristic of the cesium lithium cerium bromide scintillator. The fluctuation lines in the graph are actual measurements, and the lines within the variability are trend lines of the actual measurements. As shown, it can be seen that the cesium lithium cerium bromide scintillator according to the embodiment of the present invention has three time components. The three time components are 86 ns fast time component (short dotted line), 444 ns intermediate time component (middle dotted line) and 3.8 μs slow time component (long dotted line). The fast time component 79 ns accounts for 76% of the total fluorescence, the medium time component 444 ns accounts for 8% of the total fluorescence, and the slow time component 3.8 μs accounts for 16% of the total fluorescence. Accordingly, it can be seen that the cesium lithium cerium bromide scintillator has a fast time characteristic of 86 ns.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 방사선에 대한 감도가 높고, 광 출력이 26,000 phs/MeV로 크며, 형광 감쇠 시간이 86 ns(76%)로 빠른 시간 특성을 보이기 때문에, 방사선 영상을 획득하기 위한 감마 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일 광자 방출 단층촬영 시스템에 포함되어 사용될 수 있다. 특히, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 시간 특성이 매우 빠르기 때문에, 양전자 방출 단층촬영 시스템용 섬광체로 적합하다. 아울러, 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 자외선, 엑스선, 전자선, 알파입자, 베타입자, 감마선 및 중성자 등과 같은 다양한 방사선에 대한 방사선량 측정을 위한 방사선 센서에 포함되어 사용될 수도 있다. 게다가, 리튬(6Li)은 열중성자 포획 단면적이 큰 장점을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 루비듐 리튬 세륨 브로마이드 섬광체는 중성자 검출에 활용될 수 있다.Since the cesium lithium cerium bromide scintillator according to the embodiment of the present invention has high sensitivity to radiation, has a high light output of 26,000 phs / MeV, and shows a fast time characteristic of fluorescence decay time of 86 ns (76%), Gamma cameras, computerized tomography systems, positron emission tomography systems, or single photon emission tomography systems for obtaining radiographic images can be used. In particular, cesium lithium cerium bromide scintillators are very fast in time characteristics and are therefore suitable as scintillators for positron emission tomography systems. In addition, cesium lithium cerium bromide scintillator may be used in a radiation sensor for measuring the radiation dose for various radiations such as ultraviolet rays, X-rays, electron beams, alpha particles, beta particles, gamma rays and neutrons. In addition, since lithium ( 6 Li) has a large thermal neutron capture cross-sectional area, the rubidium lithium cerium bromide scintillator according to the embodiment of the present invention can be utilized for neutron detection.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

Claims (9)

세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드를 모체로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체.Cesium lithium cerium bromide scintillator based on cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide. 제 1항에 있어서,
380 ~ 470 nm 범위의 발광 파장 및 420 nm의 피크 파장들을 갖는 것을 특징으로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체.
The method of claim 1,
Cesium lithium cerium bromide scintillator having a light emission wavelength in the range of 380 to 470 nm and peak wavelengths of 420 nm.
제 1항에 있어서,
10 mm3 이상의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체.
The method of claim 1,
Cesium lithium cerium bromide scintillator having a size of 10 mm 3 or more.
제 1항에 있어서,
분말, 단결정 또는 다결정 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체.
The method of claim 1,
Cesium lithium cerium bromide scintillator having a powder, monocrystalline or polycrystalline form.
세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드로 이루어진 모체를 준비하는 단계; 및
상기 모체로부터 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 단계를 포함하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 제조 방법.
Preparing a matrix consisting of cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide; And
Method of producing a cesium lithium cerium bromide scintillator comprising the step of growing cesium lithium cerium bromide from the parent.
제 5항에 있어서,
상기 모체를 준비하는 단계는 상기 세슘 브로마이드, 상기 리튬 브로마이드와 상기 세륨 브로마이드를 2:1:1 몰비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The preparing of the matrix may include cesium bromide, the lithium bromide and the cerium bromide in a 2: 1: 1 molar ratio.
제 5항에 있어서,
상기 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 육성하는 단계는 초클라스키 방식 또는 브리지만 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The step of growing the cesium lithium cerium bromide is a method of producing a cesium lithium cerium bromide scintillator, characterized in that using the Choklasky method or Bridgeman method.
제 5항에 있어서,
육성된 세슘 리튬 세륨 브로마이드를 원통형으로 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
A method of producing a cesium lithium cerium bromide scintillator further comprising the step of producing a grown cesium lithium cerium bromide in a cylindrical shape.
세슘 브로마이드, 리튬 브로마이드와 세륨 브로마이드를 모체로 하는 세슘 리튬 세륨 브로마이드 섬광체를 포함하는 방사선 센서.A radiation sensor comprising cesium lithium cerium bromide scintillator based on cesium bromide, lithium bromide and cerium bromide.
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