JP2007063065A - ガラス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Tb2O3成分及び/又はEu2O3成分を含有し、酸化物基準のモル%で、これら成分の少なくとも1種以上の含有量が0.01〜15%であり、Ga2O3成分およびGeO2成分を含有せず、密度が3.0g/cm3以上であることを特徴とするガラスまたはシンチレータガラス。さらに好ましくは、上記の構成に加えて酸化物の一部又は全部をフッ化物置換したF成分の合計量が、酸化物基準で表わされた成分の合計に対して1〜100%モル%であるF成分を含有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
シンチレータは用途としてX線CTやPET(Positron Emission CT)などの医療診断装置、放射線を用いた非破壊検査装置、高エネルギー物理実験の電磁力カロリーメータなどに用いられている。
このような用途に使われるシンチレータには主に原子番号や密度が大きいこと、発光量が大きいこと、発光波長における透明性が高いこと、蛍光の減衰が早いこと、放射線照射に強いことなどの特性が要求される。
このうち、原子番号や密度は放射線の吸収率に関連しており、検出器の小型化に寄与するばかりでなく、照射位置の分解能を向上させることになり、重要である。
吸収率は、放射線のエネルギーが低いX線CTやPETでは、原子番号の4乗に比例し、極めて大きいエネルギーの場合には原子番号に比例する。いずれにしてもシンチレータには、原子番号が大きく、密度の高いものが必要となる。
それ以外の特性に、製造コストが安価であること、大きいサイズのものが製造できること、各種形状に簡単に作製できることが望まれている。
単結晶またはセラミックスに比べて、ガラスは発光効率が低いが、高い透明性を持つと共にファイバなど様々な形状に簡単に作製できるという利点があるので、これまでに精力的に研究されている。
たとえば、特許文献1、特許文献2、特許文献3にTbを賦活剤としたシンチレータガラスが開示されている。 しかし、これらのシンチレータガラスはいずれもアルカリ土類シリケートをベースにしたもので、密度が低いため、用途がかなり限定されている。
すなわち、本発明の好適な態様は以下の構成のいずれかで表わされる。
(構成1)Tb2O3成分及び/又はEu2O3成分を含有し、酸化物基準のモル%で、これら成分の少なくとも1種以上の含有量が0.01〜15%であり、Ga2O3成分およびGeO2成分を含有せず、密度が3.0g/cm3以上であることを特徴とするガラス又はシンチレータガラス。
(構成2)酸化物の一部又は全部をフッ化物置換したF成分の合計量が、酸化物基準で表わされた成分の合計に対して1〜100%モル%であるF成分を含有することを特徴とする構成1に記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成3)Gd2O3成分及び/又はLu2O3成分を含有し、酸化物基準のモル%で、これら成分の少なくとも1種以上の含有量が0.1〜50%であることを特徴とする構成1または2に記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成4)酸化物基準のモル%で、
SiO2+B2O3 30〜70%、
及び/又はAl2O3 0〜35%
の各成分を含有する事を特徴とする構成1〜3のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成5)酸化物基準のモル%で、0〜10%のP2O5成分を含有することを特徴とする構成1〜4のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成6)酸化物基準のモル%で、
Y2O3+La2O3 0〜30%、
及び/又はRO+Rn2O 0〜60%
ただし、R=Mg、Ca、Sr、Ba、Znの中から選ばれる少なくとも1種以上、
Rn=Li、Na、K、Csの中から選ばれる少なくとも1種以上、
及び/又はAs2O3+Sb2O3 0〜5%、
及び/又はM2O3 0〜15%
ただし、M=Ce、Nd、Pr、Sm、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Mn、Bi、Crの中から選ばれる少なくとも1種以上、
の各成分を含有することを特徴とする構成1〜5のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成7)減衰時間が5μs以下であることを特徴とする構成1〜6のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成8)放射線の励起で発光し、シンチレータとして用いられることを特徴とする構成1〜7のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成9)構成1〜8のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラスを用いた放射線測定装置。
(構成10)構成1〜8のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラスを用いたCT装置。
(構成11)Tb2O3成分及び/又はEu2O3成分を含有し、酸化物基準の質量%で、これら成分の少なくとも1種以上の含有量が0.01〜20%であり、Ga2O3成分およびGeO2成分を含有せず、密度が3.0g/cm3以上であることを特徴とするガラス又はシンチレータガラス。
(構成12)酸化物の一部又は全部をフッ化物置換したF成分の合計量が、酸化物基準で表わされた成分の合計に対して0.5〜20質量%であるF成分を含有することを特徴とする構成11に記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成13)Gd2O3成分及び/又はLu2O3成分を含有し、酸化物基準の質量%で、これら成分の少なくとも1種以上の含有量が0.5〜90%であることを特徴とする構成11または12に記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成14)酸化物基準の質量%で、
SiO2+B2O3 3〜60%、
及び/又はAl2O3 0〜20%
の各成分を含有する事を特徴とする構成11〜13のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成15)酸化物基準の質量%で、0〜15%のP2O5成分を含有することを特徴とする構成11〜14のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
(構成16)酸化物基準の質量%で、
Y2O3+La2O3 0〜50%、
及び/又はRO+Rn2O 0〜60%
ただし、R=Mg、Ca、Sr、Ba、Znの中から選ばれる少なくとも1種以上、
Rn=Li、Na、K、Csの中から選ばれる少なくとも1種以上、
及び/又はAs2O3+Sb2O3 0〜5%、
及び/又はM2O3 0〜10%
ただし、M=Nd、Pr、Sm、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Mn、Bi、Crの中から選ばれる少なくとも1種以上、
の各成分を含有することを特徴とする構成11〜15のいずれかに記載のガラス又はシンチレータガラス。
また、本発明のガラスは5μs以下の減衰時間を実現することが出来る。なお、本明細書において減衰時間とは最強の発光ピーク波長をモニタし、その発光強度が励起を止めてから1/e(36.8%)になるまでの時間をいう。
Gd2O3成分単独の上限値としては25%が発光量の観点から最も好ましい。
Lu2O3はガラスの密度を向上させる効果がより高いので、添加することがより好ましいが、原料が高価である為、多量に含有させることはコストの面で問題がある。したがって、Gd2O3とLu2O3の両成分を含有させることが最も好ましい。Gd2O3とLu2O3の両成分を含有させる場合、モル%によるLu2O3/(Gd2O3+Lu2O3)の値を0.005以上とすることが好ましい。
なお、本明細書中において「酸化物基準で表わす」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が熔融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定して、当該生成酸化物のモル%によってガラス中に含有される各成分を表記する方法であり、「上記酸化物の一部又は全部をフッ化物置換したFの合計量」とは、本発明のガラス組成物中に金属フッ化物等の形態で存在しうるFの含有量を、前記酸化基準によって表わされた組成物のモル数の合計に対して、F原子として計算した場合のモル数によってモル%で表したものである。
同様に、質量%を基準として組成を表わす場合には、「酸化物基準で表わす」とは、本発明のガラス構成成分の原料として使用される酸化物、複合塩、金属弗化物等が熔融時にすべて分解され酸化物へ変化すると仮定して、当該生成酸化物の質量%によってガラス中に含有される各成分を表記する方法であり、「上記酸化物の一部又は全部をフッ化物置換したFの合計量」とは、本発明のガラス組成物中に金属フッ化物等の形態で存在しうるFの含有量を、前記酸化基準によって表わされた組成物の全質量に対して、F原子として計算した場合の質量によって質量%で表したものである。
F成分に関するこれらの表記はいわゆる「外割」と呼ばれる表記である。
Sb2O3成分は還元剤としてより効果的であり、As2O3成分は環境上の観点からは好ましくない成分でもある為、As2O3成分を含まず、Sb2O3成分単独で上記の範囲の含有量である事がより好ましい。
また、Pb成分は近年有害な化学物質として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、および製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされるため、含有しないことが好ましい。
また、Ga2O3成分及びGeO2成分は多量に含有すると発光特性が低下してしまう。さらに原料が高価であるため、コストの観点からも含有しないことが好ましい。
なお、本明細書において実質的に含有しないとは、本発明によるガラスの各種特性を損なわない範囲内までなら他成分を含有することができることを意味する。そして本発明のガラスの各種特性を損なわない様にするためには不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことがより好ましい。
[実施例1]
酸化物基準でないモル%で50SiO2−20BaO−5MgO−10Li2O―6AlF3−6GdF3−3Tb2O3という組成になるように秤量し、均一に混合した後、白金坩堝を用いて1420℃で2時間溶解した。その後、ガラス溶液を予め温めた鉄板にキャストし、板状のガラスを作製する。こうして得られたガラスを研磨した後、諸物性の測定に供した。紫外線とX−線とのどちらの励起でも肉眼で緑の発光が観察された。実際のX−線励起での発光スペクトルを図1に示した。
[比較例1]
GdF3とAlF3を含まず、モル%で50SiO2−24BaO−7MgO−12Li2O―3K2O−2Al2O3−2Tb2O3という組成のガラスを作製した。
実施例1と同様な方法で、酸化物基準でないモル%で35SiO2−15B2O3−20AlF3−29.8Gd2O3―0.2Eu2O3(酸化物基準のモル%で38.9SiO2−16.7B2O3−11.1Al2O3−33.1Gd2O3―0.2Eu2O3+66.7%F(外割))いう組成のガラスを作製した。このガラスは5.40g/cm3の密度を有し、紫外線とX−線とのどちらの励起でも肉眼で赤の発光が観察された。実際のX−線励起での発光スペクトルを図2に示した。
Claims (10)
- Tb2O3成分及び/又はEu2O3成分を含有し、酸化物基準のモル%で、これら成分の少なくとも1種以上の含有量が0.01〜15%であり、Ga2O3成分およびGeO2成分を含有せず、密度が3.0g/cm3以上であることを特徴とするガラス。
- 酸化物の一部又は全部をフッ化物置換したF成分の合計量が、酸化物基準で表わされた成分の合計に対して1〜100%モル%であるF成分を含有することを特徴とする請求項1に記載のガラス。
- Gd2O3成分及び/又はLu2O3成分を含有し、酸化物基準のモル%で、これら成分の少なくとも1種以上の含有量が0.1〜50%であることを特徴とする請求項1または2に記載のガラス。
- 酸化物基準のモル%で、
SiO2+B2O3 30〜70%、
及び/又はAl2O3 0〜35%
の各成分を含有する事を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガラス。 - 酸化物基準のモル%で、0〜10%のP2O5成分を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のガラス。
- 酸化物基準のモル%で、
Y2O3+La2O3 0〜30%、
及び/又はRO+Rn2O 0〜60%
ただし、R=Mg、Ca、Sr、Ba、Znの中から選ばれる少なくとも1種以上、
Rn=Li、Na、K、Csの中から選ばれる少なくとも1種以上、
及び/又はAs2O3+Sb2O3 0〜5%、
及び/又はM2O3 0〜15%
ただし、M=Ce、Nd、Pr、Sm、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Mn、Bi、Crの中から選ばれる少なくとも1種以上、
の各成分を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のガラス。 - 減衰時間が5μs以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のガラス。
- 放射線の励起で発光し、シンチレータとして用いられることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のガラス。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のガラスを用いた放射線測定装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のガラスを用いたCT装置。
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