KR20120036305A - 신틸레이터 - Google Patents

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KR20120036305A
KR20120036305A KR1020117028877A KR20117028877A KR20120036305A KR 20120036305 A KR20120036305 A KR 20120036305A KR 1020117028877 A KR1020117028877 A KR 1020117028877A KR 20117028877 A KR20117028877 A KR 20117028877A KR 20120036305 A KR20120036305 A KR 20120036305A
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켄타로 후쿠다
스미토 이시즈
노리아키 카와구치
도시히사 스야마
아키라 요시카와
다카유키 야나기다
유이 요코타
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가부시끼가이샤 도꾸야마
도호쿠 다이가쿠
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Abstract

본 발명은 경질 X선이나 γ선 등의 고에너지의 광자를 고감도로 검출할 수 있는 신틸레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
화학식 LiLu1 - xNdxF4로 표시되고, x가 0.00001 내지 0.2, 바람직하게는 0.0001 내지 0.05의 범위에 있고, 발광 중심으로서의 네오디뮴을 함유하는 불화리튬루테튬, 바람직하게는 그의 단결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터이다.

Description

신틸레이터{SCINTILLATOR}
[0001] 본 발명은 특정 무기 화합물을 포함하는 신규한 신틸레이터에 관한 것이다. 상기 신틸레이터는 방사선 검출기의 방사선 검출 소자로서 사용할 수 있고, 양전자 단층 촬영, X선 CT 등의 의료 분야, 각종 비파괴 검사 등의 공업 분야, 및 방사선 모니터나 소지품 검사 등의 보안 분야에서 바람직하게 사용할 수 있다.
[0002] 방사선 이용 기술은 양전자 단층 촬영, X선 CT 등의 의료 분야, 각종비파괴 검사 등의 공업 분야, 및 방사선 모니터나 소지품 검사 등의 보안 분야 등 다방면에 걸쳐 현재도 눈부신 발전을 계속하고 있다.
방사선 검출기는 방사선 이용 기술의 중요한 위치를 차지하는 요소 기술로서, 방사선 이용 기술의 발전에 따라, 검출 감도, 방사선의 입사 위치에 대한 위치 분해능 또는 계수율 특성에 대하여 보다 고도한 성능이 요구되고 있다. 또한, 방사선 이용 기술의 보급에 따라, 방사선 검출기의 저비용화 및 유감영역의 대면적화도 요구되고 있다.
[0003] 이러한 방사선 검출기에 대한 요구에 부응하고자, 본 발명자들은 이미, 고에너지의 광자에 대한 저지능이 큰 신틸레이터와, 고에너지의 광자에 대한 검출 감도가 부족하지만 위치 분해능이 우수하고, 소형화나 저비용화가 용이한 가스 증폭형 검출기를 조합한 신규한 방사선 검출기를 제안하고 있다(특허문헌 1 참조).
상기 방사선 검출기는 네오디뮴을 함유시킨 불화란탄 또는 네오디뮴을 함유시킨 불화리튬바륨을 신틸레이터로서 이용한 방사선 검출기로서, 입사한 방사선을 파장이 짧은 진공 자외선으로 변환할 수 있기 때문에 가스의 전리를 효율적으로 행할 수 있다. 그러나, 상기 방사선 검출기의 검출 감도 등의 성능을 더욱 향상시키기 위해서는 신틸레이터의 발광 강도를 개선할 필요가 있었다.
[0004] 한편, 상기 방사선 검출기에 이용하는 신틸레이터로서 유용한, 파장이 200 nm 이하인 진공 자외 영역에서 발광하는 신틸레이터는 검토된 예가 적어, 발광 강도가 우수한 신틸레이터를 발견하는 것은 매우 곤란하였다.
본 발명의 신틸레이터로서 이용한 네오디뮴을 함유하는 불화리튬루테튬에 대해서도, 저에너지의 광자를 조사했을 때의 발광 특성에 대해서는 보고가 이루어져 있긴 하지만(비특허문헌 1 참조), 고에너지의 광자를 조사했을 때의 발광 특성에 대해서는 보고예가 없고, 따라서 신틸레이터로서의 유용성은 미지였다.
[0005] 일본 특허 공개 제2008-202977호 공보
[0006] Semashko, V. V. et al., "Regarding the possibilities of upconversion UV and VUV lasers based on 5d-4f transitions of rare-earth ions in wide-bandgap dielectric crystals" Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 4061, 306-316 (2000). P. Schotanus, et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A272, 913-916(1988).
[0007] 본 발명은 경질 X선, γ선 등의 고에너지의 광자를 고감도로 검출할 수 있는 신틸레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[0008] 본 발명자들은 신틸레이터와 가스 증폭형 검출기를 조합하여 이루어지는 상기 방사선 검출기에 유용한, 파장이 200 nm 이하인 진공 자외 영역에서 발광하는 신틸레이터에 대하여 다양한 검토를 거듭하였다.
그 결과, 불화리튬루테튬에 발광 중심 원소로서 네오디뮴을 함유시킴으로써, 고에너지의 광자에 대한 검출 효율이 높으며 우수한 발광 강도를 갖는 신틸레이터가 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
[0009] 즉, 본 발명에 따르면,
하기 화학식으로 표시되는, 네오디뮴을 함유하는 불화리튬루테튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터가 제공된다.
Figure pct00001
〔식 중, x는 0.00001 내지 0.2의 수치를 나타냄〕
상기 신틸레이터에 있어서,
1) 네오디뮴을 함유하는 불화리튬루테튬이 단결정인 것,
2) 신틸레이터가 고에너지 광자용 신틸레이터인 것이 바람직하다.
[0010] 본 발명에 따르면, 경질 X선, γ선 등의 고에너지의 광자를 고감도로 검출할 수 있는 신틸레이터가 제공된다. 본 발명의 신틸레이터는 고에너지의 광자에 대한 검출 효율이 높으면서 우수한 발광 강도를 갖는다. 또한, 발광 파장이 약 180 내지 190 nm이기 때문에, 가스 증폭형 검출기에 있어서 가스의 전리가 효율적으로 행해지므로, 상기 신틸레이터와 가스 증폭형 검출기를 조합한 방사선 검출기는 검출 감도 등의 성능이 향상되어, 의료, 공업, 및 보안 등의 분야에서 바람직하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 신틸레이터의 발광 특성을 나타내는 발광 스펙트럼이다.
도 2는 마이크로 인하법에 의한 제조 장치의 개략도이다.
도 3은 실시예 1의 신틸레이터에 의한 알파선 조사 시의 파고 분포 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 2의 신틸레이터에 의한 알파선 조사 시의 파고 분포 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 3의 신틸레이터에 의한 알파선 조사 시의 파고 분포 스펙트럼이다.
도 6은 실시예 4의 신틸레이터에 의한 알파선 조사 시의 파고 분포 스펙트럼이다.
도 7은 신틸레이터와 가스 증폭형 검출기를 포함하는 방사선 검출기의 개략도이다.
본 발명의 신틸레이터는 화학식 LiLu1 - xNdxF4로 표시되고, x가 0.00001 내지 0.2의 범위의 수치인, 네오디뮴을 함유하는 불화리튬루테튬(이하, Nd 함유 불화리튬루테튬이라 함)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Nd 함유 불화리튬루테튬에 있어서, 네오디뮴은 발광 중심 원소이고, 불화리튬루테튬의 루테튬의 일부와 치환함으로써, 불화리튬루테튬에 함유된다.
x는 네오디뮴의 함유량을 나타내고, x가 0.00001 미만인 경우에는 발광이 매우 미약해져, 신틸레이터로서의 사용에 적합하지 않다. x가 0.2를 초과하는 경우에는, 예를 들면 불화네오디뮴(NdF3) 등의 이종의 화합물이 혼입하여 발광 특성이 저하되는 경향이 있다. 상기 x는 0.0001 내지 0.05의 범위로 하는 것이 바람직하다. x를 0.0001 이상으로 함으로써, 발광 중심 원소인 네오디뮴을 통한 발광의 확률이 높아지고, 따라서 높은 발광 강도를 얻을 수 있다. x를 0.05 이하로 함으로써, 농도 소광에 의한 발광의 감퇴를 피할 수 있다.
[0013] Nd 함유 불화리튬루테튬을 포함하는 신틸레이터는 방사선의 입사에 의해, 네오디뮴의 5d-4f 천이에 기초한 발광을 나타내기 때문에, 이러한 발광을 후단의 광 검출기로 검출함으로써, 방사선을 검출하는 것이 가능해진다.
상기 신틸레이터는 발광 파장이 약 180 내지 190 nm이고, 가스 증폭형 검출기에 있어서, 가스의 전리가 효율적으로 행해지기 때문에, 상기한 바와 같은 가스 증폭형 검출기와 조합하여 방사선 검출기를 이룰 수 있다. 또한, 네오디뮴을 함유하는 불화란탄을 포함하는 신틸레이터 등의 종래 알려져 있는 발광 파장이 200 nm 이하인 진공 자외 영역에서 발광하는 신틸레이터와 비교하여 발광 강도가 매우 높다.
[0014] 또한, Nd 함유 불화리튬루테튬을 포함하는 본 발명의 신틸레이터는 유효 원자 번호가 63 내지 64이고, 밀도가 약 6.0 내지 6.2 g/ml로, 모두 매우 높다. 이 때문에, 고에너지의 광자에 대한 저지능이 우수하고, 고에너지의 광자를 효율적으로 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 유효 원자 번호란 하기 식으로 정의되는 지표이다.
유효 원자 번호= (ΣWiZi 4)1/4
식 중, Wi 및 Zi는 각각 신틸레이터를 구성하는 원소 중의 i 번째의 원소의 질량분율 및 원자 번호이다.
[0015] 본 발명에서의 Nd 함유 불화리튬루테튬의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 결정 또는 유리 등을 모두 사용할 수 있다. 이 화합물은 일반적으로는 결정으로서 제조되고, 이 결정이 특히 높은 발광 강도를 얻을 수 있고, 또한 후술하는 쵸크랄스키법 또는 브릿지맨법 등의 융액 성장법에 의해 대형의 것을 공업적으로 생산하는 것이 용이하기 때문에 바람직하다.
Nd 함유 불화리튬루테튬의 결정은 불화리튬루테튬형의 결정 구조를 갖고, 공간군 I41/a에 속하는 정방정으로서, 분말 X선 회절 등의 수법에 의해 용이하게 동정할 수 있다. 결정 중에서도 단결정의 것을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 단결정을 이용함으로써, 입계에서의 빛의 산일이나 비복사 천이에 의한 손실을 발생시키지 않고 높은 발광 강도를 얻을 수 있다.
본 발명에서 사용하는 Nd 함유 불화리튬루테튬은 무색 내지는 근소하게 착색된 투명한 고체로서, 양호한 화학적 안정성을 갖고 있고, 통상의 사용에 있어서는 단기간에서의 성능의 열화는 보이지 않는다. 또한, 기계적 강도 및 가공성도 양호하고, 원하는 형상으로 가공하여 이용하는 것이 용이하다.
[0016] 본 발명에 있어서, 신틸레이터의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로는 원주상 또는 각기둥상의 형상으로 사용된다. 또한, 신틸레이터는 방사선 검출기에서의 후단의 가스 증폭형 검출기 등의 광 검출기에 대향하는 자외선 출사면(이하, 단순히 자외선 출사면이라고도 함)을 갖고, 이 자외선 출사면은 광학 연마가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 자외선 출사면을 가짐으로써, 신틸레이터에서 발생한 자외선을 효율적으로 후단의 광 검출기에 입사할 수 있다. 이 자외선 출사면의 형상은 한정되지 않고, 1변의 길이가 수 mm 내지 수백 mm변(角)인 사각형, 또는 직경이 수 mm 내지 수백 mm인 원 등, 용도에 따른 형상을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
신틸레이터의 방사선 입사 방향에 대한 두께는 검출 대상으로 하는 방사선의 종류 및 에너지에 따라 다르지만, 일반적으로 수백 μm 내지 수백 mm이다.
신틸레이터의 광 검출기에 대향하지 않는 면에, 알루미늄 또는 테플론 등을 포함하는 자외선 반사막을 실시하는 것은, 신틸레이터에서 발생한 자외선의 산일을 방지할 수 있기 때문에 바람직한 양태이다. 또한, 이러한 자외선 반사막이 실시된 신틸레이터를 다수 배열하여 이용함으로써, 방사선 검출기의 위치 분해능을 특히 높일 수 있다.
[0017] 본 발명의 신틸레이터는 검출 대상으로 하는 방사선에 제한은 없고, X선, α선, β선, γ선, 또는 중성자선 등의 방사선의 검출에 사용할 수 있지만, 상기한 바와 같이 높은 유효 원자 번호와 밀도를 갖기 때문에, 방사선 중에서도 경질 X선, γ선 등의 고에너지의 광자의 검출에 있어서 최대의 효과를 발휘한다.
[0018] Nd 함유 불화리튬루테튬의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지된 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 바람직하게는 마이크로 인하법, 쵸크랄스키법, 또는 브릿지맨법 등의 융액 성장법에 의해 그의 결정이 제조된다.
또한, 상기 화학식 LiLu1 - xNdxF4 중의 x값은 제조할 때의 원료에 포함되는 루테튬 및 네오디뮴의 양을 조정함으로써, 원하는 값으로 조정할 수 있다. Nd 함유 불화리튬루테튬이 결정인 경우에는, 편석이 발생하여, 원료에 포함되는 루테튬 및 네오디뮴의 양과 Nd 함유 불화리튬루테튬에 포함되는 루테튬 및 네오디뮴의 양과의 사이에 차이가 생기는 경우가 있다. 그러나, 이러한 편석이 발생하는 경우에 있어서도, 미리 편석계수를 구해 두고, 상기 편석계수를 가미하여 원료에 포함되는 루테튬 및 네오디뮴의 양을 조정함으로써, 원하는 x값을 갖는 Nd 함유 불화리튬루테튬을 얻을 수 있다.
[0019] 융액 성장법으로 제조함으로써, 발광 특성 등의 품질이 우수한 신틸레이터가 되는 Nd 함유 불화리튬루테튬을 제조할 수 있다. 특히 마이크로 인하법에 따르면, 원하는 형상의 결정을 직접, 게다가 단시간에 제조할 수 있다. 한편, 쵸크랄스키법 또는 브릿지맨법에 따르면, 직경이 수인치인 대형의 결정을 염가로 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 융액 성장법에 의한 결정의 제조에 있어서, 불소 원자의 결손 또는 열 왜곡 등에 기인하는 결정 결함을 제거할 목적으로, 결정의 제조 후에 어닐링 조작을 행할 수도 있다.
[0020] 이하, 마이크로 인하법에 의해 Nd 함유 불화리튬루테튬을 제조할 때의 일반적인 방법에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다.
우선, 소정량의 원료를, 바닥부에 구멍을 설치한 도가니 (5)에 충전한다. 도가니 바닥부에 설치하는 구멍의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 직경이 0.5 내지 5 mm, 길이가 0 내지 2 mm인 원주상으로 하는 것이 바람직하다.
원료로서는, 불화리튬(LiF), 불화루테튬(LuF3), 불화네오디뮴(NdF3) 등의 금속 불화물이 이용된다. 이러한 원료의 순도는 특별히 한정되지 않지만, 99.99％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 순도가 높은 혼합 원료를 이용함으로써, 얻어지는 Nd 함유 불화리튬루테튬의 순도를 높일 수 있고, 발광 강도 등의 특성이 향상된다. 원료는 분말상 또는 입상의 원료를 이용할 수도 있고, 미리 소결 또는 용융 고화시키고 나서 사용할 수도 있다.
[0021] 이어서, 상기 원료를 충전한 도가니 (5), 애프터 히터 (1), 히터 (2), 단열재 (3), 및 스테이지 (4)를, 도 2에 나타내는 바와 같이 세팅한다. 진공 배기 장치를 이용하여, 챔버 (6)의 내부를 1.0×10-3 Pa 이하까지 진공 배기한 후, 고순도 아르곤 등의 불활성 가스를 챔버 내에 도입하여 가스 치환을 행한다. 가스 치환 후의 챔버 내의 압력은 특별히 한정되지 않지만, 대기압이 일반적이다. 이 가스 치환 조작에 의해 원료 또는 챔버 내에 부착된 수분을 제거할 수 있고, 이러한 수분에서 유래하는 신틸레이터의 특성의 저하를 방해할 수 있다.
상기 가스 치환 조작에 의해서도 제거할 수 없는 수분에 의한 악영향을 피하기 위해, 수분과의 반응성이 높은 스캐빈저를 이용하여 수분을 제거하는 것이 바람직하다. 이러한 스캐빈저로서는, 불화아연 등의 고체 스캐빈저 또는 4불화메탄 등의 기체 스캐빈저를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 고체 스캐빈저를 이용하는 경우에는 원료 중에 미리 혼합해 두는 방법이 바람직하고, 기체 스캐빈저를 이용하는 경우에는 상기 불활성 가스에 혼합하여 챔버 내에 도입하는 방법이 바람직하다.
가스 치환 조작을 행한 후, 고주파 코일 (7) 및 히터 (2)에 의해 원료를 가열하여 용융시킨다. 가열 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 상기 고주파 코일과 히터의 구성 대신에, 저항 가열식의 카본 히터 등을 적절히 사용할 수 있다.
[0022] 이어서, 용융한 원료 융액을 인하 로드 (8)을 이용하여 도가니 바닥부의 구멍으로부터 인출하고, Nd 함유 불화리튬루테튬의 제조를 개시한다. 또한, 원료 융액을 도가니 바닥부의 구멍으로부터 원활하게 인출할 목적으로, 상기 인하 로드의 선단에 금속 와이어를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 금속 와이어로서는, 예를 들면 W-Re 합금을 포함하는 외경 약 0.5 mm의 와이어 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
Nd 함유 불화리튬루테튬의 제조를 개시한 후, 고주파 코일의 출력을 적절히 조정하면서 일정한 속도로 연속적으로 인하함으로써, 소기의 Nd 함유 불화리튬루테튬의 결정을 얻을 수 있다. 이러한 연속적으로 인하할 때의 속도는 특별히 한정되지 않지만, 0.5 내지 50 mm/hr의 범위로 함으로써, 균열이 없는 Nd 함유 불화리튬루테튬을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
[0023] 얻어진 Nd 함유 불화리튬루테튬은 양호한 가공성을 갖고 있어, 원하는 형상으로 가공하여 이용하는 것이 용이하다. 가공에 있어서는, 공지된 블레이드톱, 와이어톱 등의 절단기, 연삭기, 또는 연마반을 아무런 제한없이 사용할 수 있다.
[0024] Nd 함유 불화리튬루테튬을 포함하는 신틸레이터는 가스 증폭형 검출기와 조합하여 방사선 검출기로 할 수 있다. 이 가스 증폭형 검출기는 특허문헌 1에 기재된 마이크로스트립 가스 챔버(MSGC)에 더하여, 비특허문헌 2 등에 기재된 멀티와이어 비례 계수관(Multiwire proportional counter; MWPC) 등의 종래 공지된 가스 증폭형 검출기를 사용할 수 있다.
<실시예>
[0025] 이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 중에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 본 발명의 해결 수단에 필수적인 것이라고는 한정되지 않는다.
[0026] 실시예 1
〔Nd 함유 불화리튬루테튬의 제조〕
도 2에 나타내는 마이크로 인하법에 의한 결정 제조 장치를 이용하여 Nd 함유 불화리튬루테튬의 결정을 제조하였다. 원료로서는 순도가 99.99％ 이상인 불화리튬, 불화루테튬, 및 불화네오디뮴을 이용하였다. 또한, 애프터 히터 (1), 히터 (2), 단열재 (3), 스테이지 (4), 및 도가니 (5)는 고순도 카본제의 것을 사용하고, 도가니 바닥부에 설치한 구멍의 형상은 직경 2.2 mm, 길이 0.5 mm의 원주상으로 하였다.
우선, 상기 각 원료를 각각 칭량하여 잘 혼합하고, 얻어진 혼합 원료를 도가니 (5)에 충전하였다. 또한, 각 원료의 혼합비는 불화리튬 0.24 g, 불화루테튬 2.1 g, 및 불화네오디뮴 0.0018 g으로 하였다.
원료를 충전한 도가니 (5)를 애프터 히터 (1)의 상부에 세팅하고, 그 주위에 히터 (2) 및 단열재 (3)을 순차적으로 세팅하였다. 이어서, 오일 회전 펌프 및 오일 확산 펌프를 포함하는 진공 배기 장치를 이용하여 챔버 (6) 내를 5.0×10-4 Pa까지 진공 배기한 후, 4불화메탄-아르곤 혼합 가스를 챔버 (6) 내에 대기압까지 도입하여 가스 치환을 행하였다.
고주파 코일 (7)에 고주파 전류를 인가하고, 유도 가열에 의해 원료를 가열하여 용융시키고, 인하 로드 (8)의 선단에 설치한 W-Re 와이어를 도가니 (5) 바닥부의 상기 구멍에 삽입하고, 원료인 융액을 상기 구멍으로부터 인하하여 결정화를 개시하였다. 고주파의 출력을 조정하면서 3 mm/hr의 속도로 연속적으로 인하하여 결정을 얻었다. 상기 결정은 직경이 2.2 mm이고, 백탁이나 균열이 없는 양질의 단결정이었다.
[0027] 〔Nd 함유 불화리튬루테튬의 동정〕
상기 제조에 의해 얻어진 Nd 함유 불화리튬루테튬의 결정을 분쇄하여 분말로 하여 분말 X선 회절 측정에 제공하였다. 분말 X선 회절법에 의해 얻어진 회절 패턴을 해석한 결과로부터, 본 실시예의 신틸레이터는 불화리튬루테튬형의 결정만을 포함하는 것을 알 수 있었다.
상기 분쇄한 분말을 프레스 성형하여 펠릿으로 하여 형광 X선 측정에 제공하였다. 또한, 분석 장치는 파날리티칼사 제조의 파장 분산형 형광 X선 측정 장치 Axios를 이용하고, 분광 소자로는 파날리티칼사 제조의 PX10을 이용하였다.
우선, 소정량의 불화루테튬 및 불화네오디뮴을 혼합하고, 프레스 성형하여 제작한 루테튬에 대한 네오디뮴의 원소비(이하, Nd/Lu라 표시함)가 기지된 펠릿에 대하여 파장 분산형 형광 X선 측정을 행하고, 검량선을 작성하였다. 이러한 검량선의 작성에는 Nd/Lu가 0.0001 내지 0.05인 5종의 펠릿을 이용하였다. 이어서, 상기 Nd 함유 불화리튬루테튬의 결정을 분쇄하고, 프레스 성형하여 제작한 펠릿에 대하여 형광 X선 측정을 행하고, 상기 검량선과 비교하였다. 그 결과, 본 실시예의 Nd 함유 불화리튬루테튬의 Nd/Lu는 0.0003이었다.
상기 분말 X선 회절 측정 및 형광 X선 측정 결과로부터, 본 실시예의 Nd 함유 불화리튬루테튬은 화학식 LiLu1 - xNdxF4로 표시되고, 상기 식 중의 x는 0.0003인 것을 알 수 있었다.
[0028] 〔신틸레이터의 제작과 발광 특성의 평가〕
상기 제조에 의해 얻어진 단결정을, 다이아몬드 와이어를 구비한 와이어톱에 의해 15 mm의 길이로 절단한 후, 연삭하여 길이 15 mm, 폭 2 mm, 두께 1 mm의 직방체로 가공하였다. 이러한 직방체의 길이 15 mm, 폭 2 mm의 면을 자외선 출사면으로 하고, 상기 자외선 출사면에 광학 연마를 실시하여 신틸레이터를 얻었다.
이 신틸레이터에 대하여, 경질 X선을 입사했을 때의 발광 특성을 이하의 방법에 의해 측정하였다. 또한, 측정을 실시할 때에는 장치 내부를 질소로 치환하였다.
텅스텐을 타겟으로 하는 봉입식 X선 관구를 이용하여, 경질 X선을 신틸레이터에 조사하였다. 봉입식 X선 관구로부터 경질 X선을 발생시킬 때의 관 전압 및 관 전류는 각각 60 kV 및 40 mA로 하였다. 신틸레이터의 자외선 출사면으로부터 발생한 자외선을 집광 미러로 집광하고, 분광기(분코 게이키 제조, KV201형 극자외 분광기)로 단색화하고, 150 내지 280 nm 범위의 각 파장에서의 발광의 강도를 기록하여 신틸레이터로부터 발생한 발광의 스펙트럼을 얻었다. 얻어진 발광의 스펙트럼을 도 1에 나타내었다.
상기 측정 결과, 본 실시예의 신틸레이터는 경질 X선의 입사에 의해 파장 183 nm에서 매우 강하게 발광하는 것이 확인되었다.
[0029] 또한, 상기 신틸레이터의 알파선 조사 하에서의 파고 분포 스펙트럼을 이하의 방법에 의해 측정하였다.
신틸레이터를 광전자 증배관(하마마쯔 포토닉스사 제조 R8778)의 광전면에 접착한 후, 1 kBq의 방사능을 갖는 241Am 밀봉 선원을 상기 결정의 광전면과 접착해 있는 면과 반대 면의 가능한 한 가까운 위치에 설치하고, 신틸레이터에 알파선을 조사한 상태로 한 후, 외부로부터의 빛이 들어가지 않도록 차광 시트로 차광하였다. 이어서, 상기 신틸레이터로부터 발해진 발광을 계측하기 위해, 1300V의 고전압을 인가한 광전자 증배관을 통해, 신틸레이터로부터의 발광을 전기 신호로 변환하였다. 여기서, 광전자 증배관으로부터 출력되는 전기 신호는 신틸레이터의 발광을 반영한 펄스상의 신호이고, 상기 펄스상의 신호의 파고는 발광의 강도를 나타낸다.
이러한 광전자 증배관으로부터 출력된 전기 신호를 정형 증폭기로 정형, 증폭한 후, 다중 파고 분석기에 입력하여 해석하고, 파고 분포 스펙트럼을 작성하였다. 작성한 파고 분포 스펙트럼을 도 3에 나타내었다. 상기 파고 분포 스펙트럼의 횡축은 전기 신호의 파고치, 즉 신틸레이터의 발광의 강도를 나타낸다. 또한, 종축은 각 파고치를 나타낸 전기 신호의 빈도를 나타낸다.
상기 파고 분포 스펙트럼의 파고치가 약 370 채널인 영역에 있어서, 신틸레이션광에 의한 명료한 피크가 보여, 본 발명의 신틸레이터가 충분한 발광 강도를 가짐을 알 수 있다.
[0030] 실시예 2
각 원료의 혼합비를 불화리튬 0.24 g, 불화루테튬 2.1 g, 및 불화네오디뮴 0.0091 g으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Nd 함유 불화리튬루테튬을 제조하였다. 실시예 1과 동일하게 하여, 얻어진 결정의 동정을 행한 결과, 화학식 LiLu1-xNdxF4로 표시되고, x는 0.002인 것을 알 수 있었다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 발광 특성을 평가하였다. 얻어진 발광의 스펙트럼을 도 1에 나타내었다. 본 실시예의 신틸레이터는 경질 X선의 입사에 의해, 파장 183 nm에서 매우 강하게 발광하는 것이 확인되었다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 알파선 조사 하에서의 파고 분포 스펙트럼을 측정하였다. 얻어진 파고 분포 스펙트럼을 도 4에 나타내었다. 상기 파고 분포 스펙트럼의 파고치가 약 410 채널인 영역에 있어서, 신틸레이션광에 의한 명료한 피크가 보여, 본 발명의 신틸레이터가 충분한 발광 강도를 가짐을 알 수 있다.
[0031] 실시예 3
각 원료의 혼합비를 불화리튬 0.23 g, 불화루테튬 2.1 g, 및 불화네오디뮴 0.018 g으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Nd 함유 불화리튬루테튬을 제조하였다. 실시예 1과 동일하게 하여, 얻어진 결정의 동정을 행한 결과, 화학식 LiLu1-xNdxF4로 표시되고, x는 0.003인 것을 알 수 있었다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 발광 특성을 평가하였다. 얻어진 발광의 스펙트럼을 도 1에 나타내었다. 본 실시예의 신틸레이터는 경질 X선의 입사에 의해, 파장 183 nm에서 매우 강하게 발광하는 것이 확인되었다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 알파선 조사 하에서의 파고 분포 스펙트럼을 측정하였다. 얻어진 파고 분포 스펙트럼을 도 5에 나타내었다. 상기 파고 분포 스펙트럼의 파고치가 약 480 채널인 영역에 있어서, 신틸레이션광에 의한 명료한 피크가 보여, 본 발명의 신틸레이터가 충분한 발광 강도를 가짐을 알 수 있다.
[0032] 실시예 4
각 원료의 혼합비를 불화리튬 0.23 g, 불화루테튬 2.1 g, 및 불화네오디뮴 0.054 g으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 Nd 함유 불화리튬루테튬을 제조하였다. 실시예 1과 동일하게 하여, 얻어진 결정의 동정을 행한 결과, 화학식 LiLu1-xNdxF4로 표시되고, x는 0.01인 것을 알 수 있었다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 발광 특성을 평가하였다. 얻어진 발광의 스펙트럼을 도 1에 나타내었다. 본 실시예의 신틸레이터는 경질 X선의 입사에 의해, 파장 183 nm에서 매우 강하게 발광하는 것이 확인되었다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 알파선 조사 하에서의 파고 분포 스펙트럼을 측정하였다. 얻어진 파고 분포 스펙트럼을 도 6에 나타내었다. 상기 파고 분포 스펙트럼의 파고치가 약 360 채널인 영역에 있어서, 신틸레이션광에 의한 명료한 피크가 보여, 본 발명의 신틸레이터가 충분한 발광 강도를 가짐을 알 수 있다.
[0033] 비교예 1
각 원료의 혼합비를 불화란탄 2.0 g, 및 불화네오디뮴 0.23 mg으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 발광 중심 원소로서 네오디뮴을 함유하는 불화란탄의 제조 및 신틸레이터의 제작을 행하였다. 상기 네오디뮴을 함유하는 불화란탄을 포함하는 신틸레이터는 종래 공지된 신틸레이터이다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 발광 특성을 평가하였다. 얻어진 발광의 스펙트럼을 도 1에 나타내었다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 알파선 조사 하에서의 파고 분포 스펙트럼을 측정하였다. 얻어진 파고 분포 스펙트럼을 도 3 내지 6에 나타내었다.
상기 파고 분포 스펙트럼에 있어서, 신틸레이션광에 의한 피크의 파고치는 약 70 채널이기 때문에, 실시예 1 내지 4의 본 발명의 신틸레이터는 종래 공지된 신틸레이터에 비교하여 대폭 높은 발광 강도를 가짐을 알 수 있다.
[0034] 비교예 2
각 원료의 혼합비를 불화바륨 0.86 g, 불화리튬 0.13 g, 및 불화네오디뮴 0.0049 g으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 발광 중심 원소로서 네오디뮴을 함유하는 불화리튬바륨의 제조 및 신틸레이터의 제작을 행하였다. 상기 네오디뮴을 함유하는 불화리튬바륨을 포함하는 신틸레이터는 종래 공지된 신틸레이터이다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 발광 특성을 평가하였다. 얻어진 발광의 스펙트럼을 도 1에 나타내었다.
이들 결과로부터, 본 발명에 따르면, 종래 공지된 신틸레이터에 비교하여 발광 강도가 대폭 높은 신틸레이터가 얻어짐을 알 수 있었다.
[0035] 비교예 3
각 원료의 혼합비를 불화리튬 0.24 g, 및 불화루테튬 2.1 g으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 네오디뮴을 함유하지 않는, 즉 x가 0인 불화리튬루테튬의 제조 및 신틸레이터의 제작을 행하였다.
실시예 1과 동일하게 하여 신틸레이터의 발광 특성을 평가하였다. 얻어진 발광의 스펙트럼을 도 1에 나타내었다. 그 결과, x가 0.00001 미만인 경우에는 발광이 극히 미약해져, 신틸레이터로서의 사용에 적합하지 않음을 알 수 있었다.
1: 애프터 히터
2: 히터
3: 단열재
4: 스테이지
5: 도가니
6: 챔버
7: 고주파 코일

Claims (3)

  1. 하기 화학식으로 표시되는, 네오디뮴을 함유하는 불화리튬루테튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 신틸레이터.
    Figure pct00002

    〔식 중, x는 0.00001 내지 0.2의 수치를 나타냄〕
  2. 제1항에 있어서, 네오디뮴을 함유하는 불화리튬루테튬이 단결정인 것을 특징으로 하는 신틸레이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 신틸레이터가 고에너지 광자용 신틸레이터인 것을 특징으로 하는 신틸레이터.
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