JP5167101B2 - Scintillator, radiation detector, and method of manufacturing scintillator - Google Patents
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Description
本発明は、シンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a scintillator, a radiation detector, and a method for manufacturing the scintillator.
放射線検出器は、例えばＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置に用いられる。ＰＥＴ装置に用いられる放射線検出器は、陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互いに逆方向に飛行する一対のガンマ線を検出する。ＰＥＴ装置は、複数の放射線検出器を利用した同時計数法により一対のガンマ線を検出し、この同時計数情報を蓄積してヒストグラムを作成する。そして、ＰＥＴ装置は、このヒストグラムに基づいて、測定空間における一対のガンマ線の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。 The radiation detector is used in, for example, a PET (Positron Emission Tomography) apparatus. A radiation detector used in a PET apparatus detects a pair of gamma rays that are generated in association with the annihilation of electrons and positrons in a subject to which a positron emission isotope (RI radiation source) is injected and fly in opposite directions. The PET apparatus detects a pair of gamma rays by a coincidence method using a plurality of radiation detectors, accumulates the coincidence information, and creates a histogram. Then, the PET apparatus reconstructs an image representing the spatial distribution of the frequency of occurrence of a pair of gamma rays in the measurement space based on this histogram. This PET apparatus plays an important role in the field of nuclear medicine and the like, and can be used to study, for example, biological functions and higher-order brain functions.
このようなＰＥＴ装置等において好適に用いられる放射線検出器として、シンチレータおよび光検出器を備えているものがある。シンチレータは、入射したガンマ線を吸収してシンチレーション光を発生する。光検出器は、シンチレータ表面に取り付けられ、シンチレーション光を検出する。このような構成により、シンチレータにおけるガンマ線入射位置およびガンマ線量が特定される。 As a radiation detector suitably used in such a PET apparatus or the like, there is one provided with a scintillator and a photodetector. The scintillator absorbs incident gamma rays and generates scintillation light. The photodetector is attached to the scintillator surface and detects scintillation light. With such a configuration, the gamma ray incident position and the gamma dose in the scintillator are specified.
特許文献１には、シンチレータおよび光検出器を備える放射線検出器が開示されている。この文献に記載されたシンチレータは、シンチレーション光の進行方向を制限する光導体領域を内部に有している。この光導体領域は、センサが配置された面に対して垂直な方向に延びており、シンチレーション光をセンサへ導く。このような光導体領域の構成例としては、シンチレータに対して複数の平行な溝を形成することが挙げられており、その他、実質的に異なる屈折率の媒体間の界面、反射フィルム、気泡、欠陥、結晶粒界のような結晶欠陥なども記載されている。 Patent Document 1 discloses a radiation detector including a scintillator and a photodetector. The scintillator described in this document has a light guide region inside that restricts the traveling direction of the scintillation light. The light guide region extends in a direction perpendicular to the surface on which the sensor is disposed, and guides the scintillation light to the sensor. Examples of the configuration of such a light guide region include forming a plurality of parallel grooves with respect to the scintillator, and in addition, interfaces between media having substantially different refractive indexes, reflective films, bubbles, Defects and crystal defects such as crystal grain boundaries are also described.
また、特許文献２には、フェムト秒パルスレーザ光による多光子吸収を用いて、シリコン基板、シリカガラス、サファイア等の加工対象物の内部に、屈折率が周囲と異なるアモルファス構造の改質領域を形成する技術が開示されている。
従来より、ＰＥＴ等で用いられている放射線検出器のシンチレータは、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列したシンチレータアレイによって実現されている。このようなシンチレータアレイにおいて位置分解能を向上するには個々のシンチレータセルを小さくする必要があり、近年ではシンチレータセルのピッチが数ミリメートルないしサブミリメートル程度であることが求められている。しかし、シンチレータセルを小さくするほどシンチレータアレイの組み立てが困難となり、製造期間の長期化や製造コストの増大を招いてしまう。また、個々のシンチレータセルを機械的に加工する必要があるので、シンチレータセルの小型化には限界がある。したがって、放射線検出器の位置分解能ひいてはＰＥＴの解像度の向上が抑制されてしまう。 Conventionally, a scintillator of a radiation detector used in PET or the like is realized by a scintillator array in which a plurality of scintillator cells are arranged two-dimensionally or three-dimensionally. In order to improve the position resolution in such a scintillator array, it is necessary to reduce the size of each scintillator cell, and in recent years, it is required that the pitch of the scintillator cell is about several millimeters to sub-millimeters. However, the smaller the scintillator cell is, the more difficult it is to assemble the scintillator array, leading to a longer manufacturing period and an increased manufacturing cost. Moreover, since it is necessary to machine each scintillator cell mechanically, there is a limit to downsizing the scintillator cell. Therefore, an improvement in the position resolution of the radiation detector and thus the resolution of the PET is suppressed.
なお、特許文献１には、光導体領域の構成例としてシンチレータに複数の溝を形成することが主に記載されているが、このような構成では位置分解能を向上させるために微細な機械的加工が必要となるため、上記課題を解決することは困難である。また、レーザ光を使用してシンチレータ結晶内部を部分的に溶融し、気泡を発生させることが記載されているが、結晶性を有するシンチレータ内部にこのような気泡を作成することは困難であり、気泡ではシンチレーション光の進路を効果的に変更させることが難しい。なお、光導体領域を構成するための結晶欠陥については、その作製方法及び実現可能性について何ら記載されていない。また、特許文献２に記載された技術は光メモリ素子を生産する方法であって、放射線検出器とは異なる。 Note that Patent Document 1 mainly describes forming a plurality of grooves in the scintillator as a configuration example of the light guide region. In such a configuration, fine mechanical processing is performed in order to improve the position resolution. Therefore, it is difficult to solve the above problem. In addition, it is described that the inside of the scintillator crystal is partially melted using laser light to generate bubbles, but it is difficult to create such bubbles inside the scintillator having crystallinity, With bubbles, it is difficult to effectively change the path of the scintillation light. In addition, about the crystal defect for comprising a photoconductor area | region, the preparation method and feasibility are not described at all. The technique described in Patent Document 2 is a method for producing an optical memory element, and is different from a radiation detector.
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a scintillator, a radiation detector, and a scintillator manufacturing method that can be easily manufactured and can realize high position resolution.
上記した課題を解決するために、本発明によるシンチレータは、結晶性を有し放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータであって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a scintillator according to the present invention includes a crystal lump that has crystallinity and generates scintillation light upon incidence of radiation, and is a photodetector that is optically coupled to the surface of the crystal lump. A scintillator used for providing scintillation light, which is formed by irradiating a laser beam inside a crystal lump, and extends inside the crystal lump along two or more plane directions parallel to a certain axis. It is characterized by having a plurality of scattering regions formed of two or more cracks that exist and intersect each other.
また、本発明によるシンチレータの製造方法は、結晶性を有し放射線の入射によりシンチレーション光を発生する結晶塊を備え、該結晶塊の表面と光学的に結合される光検出器にシンチレーション光を提供するために用いられるシンチレータを製造する方法であって、結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数形成する工程を含むことを特徴とする。 The scintillator manufacturing method according to the present invention also includes a crystal mass that has crystallinity and generates scintillation light upon incidence of radiation, and provides the scintillation light to a photodetector optically coupled to the surface of the crystal mass. A scintillator used for manufacturing a scintillator is formed by irradiating a laser beam inside the crystal mass and extending along two or more plane directions parallel to a certain axis inside the crystal mass. The method includes a step of forming a plurality of scattering regions composed of two or more cracks intersecting each other.
上記したシンチレータ、およびシンチレータの製造方法においては、複数の散乱領域が結晶塊内部に形成される。複数の散乱領域は、或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる。結晶塊内部において発生したシンチレーション光は、このような複数の散乱領域によって次第に拡散されるので、その発生位置からの移動距離に応じて光強度が減衰されていく。これにより、シンチレータ表面において検出されたシンチレーション光の光強度に基づいて、該表面から発生位置までの距離を求めることが可能となる。すなわち、該表面と交差する方向におけるシンチレーション光の位置分解能を得ることができる。 In the scintillator and the scintillator manufacturing method described above, a plurality of scattering regions are formed inside the crystal mass. The plurality of scattering regions are each composed of two or more cracks extending along two or more plane directions parallel to a certain axis and intersecting each other. Since the scintillation light generated inside the crystal lump is gradually diffused by such a plurality of scattering regions, the light intensity is attenuated according to the moving distance from the generation position. Thereby, based on the light intensity of the scintillation light detected on the scintillator surface, the distance from the surface to the generation position can be obtained. That is, the position resolution of the scintillation light in the direction intersecting the surface can be obtained.
また、本発明者は、このような複数の散乱領域を結晶塊内部にレーザ光を照射して形成した場合、レーザ光の焦点を中心として複数の面方向に延在し互いに交差するクラックが形成されることを見出した。このような形状の散乱領域は、例えば単に結晶を溶融してできた気泡や単独で形成されたクラック等と比較して、シンチレーション光をより効果的に散乱することができる。すなわち、上記したシンチレータおよびシンチレータの製造方法によれば、結晶塊内部においてシンチレーション光をより効果的に散乱させて位置分解能を高めることができるので、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。 In addition, when the inventor forms such a plurality of scattering regions by irradiating the inside of the crystal mass with laser light, cracks extending in a plurality of plane directions centering on the focal point of the laser light and intersecting each other are formed. I found out that The scattering region having such a shape can scatter scintillation light more effectively than, for example, a bubble formed by simply melting a crystal or a single crack formed. That is, according to the scintillator and the scintillator manufacturing method described above, the scintillation light can be more effectively scattered inside the crystal mass and the position resolution can be increased, so that a plurality of scintillator cells can be two-dimensionally or three-dimensionally arranged. Compared with the conventional method of arranging, high position resolution can be realized.
また、上記したシンチレータおよびシンチレータの製造方法によれば、結晶塊にレーザ光を照射することにより複数の散乱領域を形成するので、複数の散乱領域を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータの製造が格段に容易となる。 In addition, according to the scintillator and the scintillator manufacturing method described above, since a plurality of scattering regions are formed by irradiating the crystal lump with laser light, mechanical processing is not necessary when forming the plurality of scattering regions, The manufacturing of the scintillator becomes much easier compared to the conventional method of arranging a plurality of scintillator cells.
また、上記シンチレータは、複数の散乱領域が、第１の面方向に沿って延在する第１のクラックと、第１の面方向と交差する第２の面方向に沿って延在する第２のクラックとを各々含んでおり、各散乱領域において、第１及び第２のクラックの軸線と直交する方向の幅（以下、クラック幅とする）が２つ以上のクラックのうちの他のクラックのクラック幅より広いことを特徴としてもよい。同様に、上記したシンチレータの製造方法は、複数の散乱領域を、第１の面方向に沿って延在する第１のクラックと、第１の面方向と交差する第２の面方向に沿って延在する第２のクラックとを各々含むように形成し、各散乱領域において、第１及び第２のクラックの軸線と直交する方向の幅（以下、クラック幅とする）が２つ以上のクラックのうちの他のクラックのクラック幅より広いことを特徴としてもよい。このような形状の散乱領域を形成することで、シンチレーション光の散乱効果をより高めることができる。
In the scintillator, the plurality of scattering regions include a first crack extending along the first surface direction, and a second surface extending along the second surface direction intersecting the first surface direction. cracks and contains respectively, in each scattering region, the width in the direction perpendicular to the first and the axis of the second crack (hereinafter referred to as crack width) of other cracks of the two or more cracks It may be characterized by being wider than the crack width . Similarly, in the above-described scintillator manufacturing method, the plurality of scattering regions are divided into a first crack extending along the first surface direction and a second surface direction intersecting the first surface direction. formed so as to include each a second crack extending, in each scattering region, the width in the direction perpendicular to the first and the axis of the second crack (hereinafter referred to as crack width) two or more cracks It may be characterized by being wider than the crack width of other cracks. By forming the scattering region having such a shape, the scattering effect of scintillation light can be further enhanced.
また、上記シンチレータは、複数の散乱領域が第１及び第２のクラックを含む場合、各散乱領域における２つ以上のクラックの交差部分が、当該散乱領域と隣り合う散乱領域の第１及び第２のクラックの各延長面上から外れるように配置されていることを特徴としてもよい。同様に、上記したシンチレータの製造方法は、各散乱領域における２つ以上のクラックの交差部分を、当該散乱領域と隣り合う散乱領域の第１及び第２のクラックの各延長面上から外れるように配置することを特徴としてもよい。複数の散乱領域をこのように配置することによって、隣り合う散乱領域のクラック同士が繋がることによる結晶塊の機械的強度の低下を防止しつつ、複数の散乱領域を高密度に配置することが可能となる。
Further, in the scintillator, when the plurality of scattering regions include the first and second cracks, the intersection of two or more cracks in each scattering region is the first and second of the scattering region adjacent to the scattering region. It is good also as arrange | positioning so that it may remove | deviate from each extended surface of a crack of. Similarly, in the above-described scintillator manufacturing method, the intersection of two or more cracks in each scattering region is removed from the extended surfaces of the first and second cracks in the scattering region adjacent to the scattering region. It is good also as arranging. By arranging a plurality of scattering regions in this way, it is possible to arrange a plurality of scattering regions at high density while preventing a decrease in the mechanical strength of the crystal mass due to the cracks in adjacent scattering regions being connected. It becomes.
或いは、上記シンチレータは、複数の散乱領域が第１及び第２のクラックを含む場合、軸線と交差する方向に互いに隣り合う散乱領域同士の２つ以上のクラックの交差部分の間隔が、結晶塊内での第１及び第２のクラックのクラック幅の平均値より長いことを特徴としてもよい。同様に、上記したシンチレータの製造方法は、軸線と交差する方向に互いに隣り合う散乱領域同士の２つ以上のクラックの交差部分の間隔を、結晶塊内での第１及び第２のクラックのクラック幅の平均値より長くすることを特徴としてもよい。複数の散乱領域をこのように配置することによって、隣り合う散乱領域のクラック同士が繋がることによる結晶塊の機械的強度の低下を効果的に防止できる。 Alternatively, in the scintillator, when the plurality of scattering regions include the first and second cracks, the interval between the two or more cracks in the scattering regions adjacent to each other in the direction intersecting the axis is within the crystal lump. It may be longer than the average value of the crack widths of the first and second cracks. Similarly, the above-described scintillator manufacturing method uses the interval between two or more cracks in the scattering regions adjacent to each other in the direction intersecting the axis to determine the cracks of the first and second cracks in the crystal mass. The width may be longer than the average value. By arranging a plurality of scattering regions in this way, it is possible to effectively prevent a decrease in the mechanical strength of the crystal mass due to the cracks in adjacent scattering regions being connected.
また、本発明による第１の放射線検出器は、上記したいずれかのシンチレータと、軸線と交差する所定方向における結晶塊の端面と光学的に結合された光検出器とを備えることを特徴とする。この放射線検出器は上記シンチレータを備えるので、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる。 A first radiation detector according to the present invention includes any one of the scintillators described above and a photodetector optically coupled to the end face of the crystal block in a predetermined direction intersecting the axis. . Since this radiation detector includes the scintillator, it can be easily manufactured and can realize high position resolution.
また、本発明による第２の放射線検出器は、上記したいずれかのシンチレータと、軸線と交差する所定方向における結晶塊の一方の端面と光学的に結合された第１の光検出器と、所定方向における結晶塊の他方の端面と光学的に結合された第２の光検出器とを備えることを特徴とする。この放射線検出器は上記シンチレータを備えるので、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現できる。 A second radiation detector according to the present invention includes any one of the scintillators described above, a first photodetector optically coupled to one end face of the crystal block in a predetermined direction intersecting the axis, and a predetermined detector. And a second photodetector optically coupled to the other end face of the crystal mass in the direction. Since this radiation detector includes the scintillator, it can be easily manufactured and can realize high position resolution.
また、上記第１及び第２の放射線検出器は、光検出器が、結晶塊の端面上に並置された複数の光検出素子を有するか、または位置検出型光検出器により構成されることを特徴としてもよい。これにより、シンチレータ表面に沿った面方向におけるシンチレーション光の位置分解能を更に得ることができる。 In the first and second radiation detectors, the photodetector may include a plurality of photodetector elements juxtaposed on the end face of the crystal block, or may be configured by a position detection photodetector. It may be a feature. Thereby, the position resolution of the scintillation light in the surface direction along the scintillator surface can be further obtained.
本発明によれば、容易に製造でき、且つ高い位置分解能を実現可能なシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a scintillator, a radiation detector, and a scintillator manufacturing method that can be easily manufactured and that can realize high position resolution.
以下、添付図面を参照しながら本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a scintillator, a radiation detector, and a scintillator manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
まず、本発明に係るシンチレータ、及びこのシンチレータを備える放射線検出器の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出器１の外観を示す斜視図である。なお、理解を容易にするため、図１にはＸＹＺ直交座標系が示されている。 First, an embodiment of a scintillator according to the present invention and a radiation detector including the scintillator will be described. FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of the radiation detector 1 according to the present embodiment. For easy understanding, FIG. 1 shows an XYZ orthogonal coordinate system.
本実施形態の放射線検出器１は、シンチレータ２と、シンチレータ２の表面と光学的に結合される一対の光検出器３，４とを備えている。 The radiation detector 1 of this embodiment includes a scintillator 2 and a pair of photodetectors 3 and 4 that are optically coupled to the surface of the scintillator 2.
シンチレータ２は、光検出器３，４にシンチレーション光を提供するための部材である。シンチレータ２は、ガンマ線などの放射線Ｒの入射によりシンチレーション光を発生する単結晶性の部材である結晶塊（シンチレータ結晶）２０により構成されている。この結晶塊２０は、例えば多面体状や球形状といった様々な外観を有することができるが、本実施形態の結晶塊２０は略直方体状の外観を有しており、Ｘ軸方向における一対の端面２０ａ，２０ｂを有している。 The scintillator 2 is a member for providing scintillation light to the photodetectors 3 and 4. The scintillator 2 is composed of a crystal lump (scintillator crystal) 20 that is a single crystal member that generates scintillation light by the incidence of radiation R such as gamma rays. The crystal lump 20 can have various appearances such as a polyhedron shape and a spherical shape, but the crystal lump 20 of the present embodiment has a substantially rectangular parallelepiped appearance, and a pair of end faces 20a in the X-axis direction. , 20b.
シンチレータ２は、結晶塊２０に入射した放射線Ｒを吸収し、その線量に応じた強さのシンチレーション光を発生する。結晶塊２０は、例えばＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２（ＢＧＯ）、ＣｅがドープされたＬｕ２ＳｉＯ５（ＬＳＯ）、Ｌｕ２（１−Ｘ）Ｙ２ＸＳｉＯ５（ＬＹＳＯ）、Ｇｄ２ＳｉＯ５（ＧＳＯ）、ＰｒがドープされたＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）などの結晶によって好適に構成される。 The scintillator 2 absorbs the radiation R incident on the crystal mass 20 and generates scintillation light having an intensity corresponding to the dose. The crystal mass 20 includes, for example, Bi 4 Ge 3 O 12 (BGO), Ce 2 doped Lu 2 SiO 5 (LSO), Lu 2 (1-X) Y 2X SiO 5 (LYSO), Gd 2 SiO 5 (GSO). ) And Pr, doped with a crystal such as LuAG (Lu 3 Al 5 O 12 ) doped with Pr.
光検出器３は本実施形態における第１の光検出器であり、光検出器４は本実施形態における第２の光検出器である。光検出器３，４は、例えば光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalance Photo Diode）、或いはＭＰＰＣ（Multi-Pixel PhotonCounter）といった半導体光検出器により好適に構成される。なお、ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤのピクセルから成るフォトンカウンティングデバイスである。本実施形態の放射線検出器１は２個の光検出器３，４を備えており、その一方の光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと対向するように結晶塊２０上に取り付けられており、他方の光検出器４は結晶塊２０の端面２０ｂと対向するように結晶塊２０上に取り付けられている。換言すれば、光検出器３，４は、間に結晶塊２０を挟んでＸ軸方向に互いに対向して配置されている。これにより、光検出器３は結晶塊２０の端面２０ａと光学的に結合され、光検出器４は結晶塊２０の端面２０ｂと光学的に結合されている。 The photodetector 3 is a first photodetector in the present embodiment, and the photodetector 4 is a second photodetector in the present embodiment. The photodetectors 3 and 4 are preferably configured by a semiconductor photodetector such as a photomultiplier tube, an avalanche photodiode (APD), or an MPPC (Multi-Pixel PhotonCounter). The MPPC is a photon counting device composed of a plurality of Geiger mode APD pixels. The radiation detector 1 of the present embodiment includes two photodetectors 3 and 4, and one of the photodetectors 3 is attached on the crystal mass 20 so as to face the end surface 20 a of the crystal mass 20. The other photodetector 4 is mounted on the crystal mass 20 so as to face the end face 20 b of the crystal mass 20. In other words, the photodetectors 3 and 4 are arranged to face each other in the X-axis direction with the crystal mass 20 interposed therebetween. Thereby, the photodetector 3 is optically coupled to the end surface 20 a of the crystal mass 20, and the photodetector 4 is optically coupled to the end surface 20 b of the crystal mass 20.
なお、結晶塊２０の端面２０ａに取り付けられた光検出器３、及び対向する端面２０ｂに取り付けられた光検出器４は、それぞれ複数の光検出素子を二次元状に並置して実現されてもよいし、端面２０ａ及び２０ｂにそれぞれ単一の位置検出型光検出器が取り付けられて実現されてもよい。位置検出型光検出器とは、受光面上の光入射位置に応じた電気信号を出力する素子である。 Note that the photodetector 3 attached to the end face 20a of the crystal lump 20 and the photodetector 4 attached to the opposite end face 20b may be realized by arranging a plurality of photodetector elements side by side in a two-dimensional manner. Alternatively, a single position detection type photodetector may be attached to each of the end faces 20a and 20b. The position detection type photodetector is an element that outputs an electrical signal corresponding to the light incident position on the light receiving surface.
ここで、本実施形態のシンチレータ２について更に説明する。シンチレータ２の結晶塊２０の内部には、複数の散乱領域２１が形成されている。図２は、一つの散乱領域２１の形状の一例を示す写真である。図２（ａ）は、散乱領域２１を或る軸線方向（Ｚ軸方向）から撮影した写真であり、図２（ｂ）は、散乱領域２１を上記軸線と直交する方向（Ｙ軸方向）から撮影した写真である。なお、この散乱領域２１は、ＬＹＳＯ結晶の内部に生成されたものである。図２（ａ），（ｂ）に示されるように、各散乱領域２１は、結晶塊２０の内部において或る軸線（本実施形態ではＺ軸）と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し、且つ互いに交差する２つ以上のクラック２１ａによって構成されている。このような散乱領域２１は、結晶塊２０の内部にレーザ光を照射することにより好適に形成され、レーザ光の集光点が各クラック２１ａの交差する部分となる。 Here, the scintillator 2 of the present embodiment will be further described. A plurality of scattering regions 21 are formed inside the crystal mass 20 of the scintillator 2. FIG. 2 is a photograph showing an example of the shape of one scattering region 21. 2A is a photograph of the scattering region 21 taken from a certain axial direction (Z-axis direction), and FIG. 2B is a photograph of the scattering region 21 from a direction orthogonal to the axis (Y-axis direction). It is a photograph taken. The scattering region 21 is generated inside the LYSO crystal. As shown in FIGS. 2A and 2B, each scattering region 21 is arranged along two or more plane directions parallel to a certain axis (Z axis in the present embodiment) inside the crystal mass 20. It is constituted by two or more cracks 21a that extend and intersect each other. Such a scattering region 21 is suitably formed by irradiating the inside of the crystal mass 20 with laser light, and the condensing point of the laser light is a portion where each crack 21a intersects.
また、図２に示される複数の散乱領域２１は、或る第１の面方向（図２においてはＹＺ平面方向）に沿って延在する第１のクラック２２と、この第１の面方向と交差する第２の面方向（図２においてはＺＸ平面方向）に沿って延在する第２のクラック２３とを各々含んでいる。なお、本実施形態では、これらの第１及び第２の面方向は互いに略垂直に交差している。そして、各散乱領域２１において、第１のクラック２２の上記軸線（Ｚ軸）と直交する方向の幅（クラック幅）、および第２のクラック２３のクラック幅は、他のクラック２１ａのクラック幅より広くなっており、第１及び第２のクラック２２，２３が散乱領域２１において主要なクラックとなっている。第１及び第２のクラック２２，２３の交差部分からは、第１及び第２のクラック２２，２３より小さい多数のクラック２１ａが髭状に延びている。 2 includes a first crack 22 extending along a certain first surface direction (YZ plane direction in FIG. 2), and the first surface direction. And a second crack 23 extending along the intersecting second plane direction (ZX plane direction in FIG. 2). In the present embodiment, the first and second plane directions intersect each other substantially perpendicularly. In each scattering region 21, the width (crack width) in the direction perpendicular to the axis (Z axis) of the first crack 22 and the crack width of the second crack 23 are larger than the crack widths of the other cracks 21a. The first and second cracks 22 and 23 are the main cracks in the scattering region 21. A large number of cracks 21 a smaller than the first and second cracks 22, 23 extend in a bowl shape from the intersection of the first and second cracks 22, 23.
図３は、本実施形態における複数の散乱領域２１の配置を模式的に示す図である。同図に示すように、本実施形態において、各散乱領域２１における複数のクラック２１ａの交差部分２１ｂは、当該散乱領域２１と隣り合う散乱領域２１の第１及び第２のクラック２２，２３の各延長面上から外れるように配置されている。すなわち、複数の散乱領域２１のうち一部の散乱領域２１の交差部分２１ｂが、Ｚ軸方向から見てＸ軸方向およびＹ軸方向に沿った格子点状に配列されており、残りの散乱領域２１の交差部分２１ｂが、各格子の中央付近にそれぞれ配置されている。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the arrangement of the plurality of scattering regions 21 in the present embodiment. As shown in the figure, in the present embodiment, the intersections 21b of the plurality of cracks 21a in each scattering region 21 are the first and second cracks 22 and 23 of the scattering region 21 adjacent to the scattering region 21, respectively. It arrange | positions so that it may remove | deviate from an extended surface. That is, the intersections 21b of some of the scattering regions 21 among the plurality of scattering regions 21 are arranged in lattice points along the X-axis direction and the Y-axis direction when viewed from the Z-axis direction, and the remaining scattering regions 21 crossing portions 21b are arranged near the center of each lattice.
なお、上記一部の散乱領域２１においては、互いに隣り合う散乱領域２１の交差部分２１ｂ同士の間隔が第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅（具体的には、結晶塊２０内でのこれらのクラック幅の平均値）より長くなっており、各散乱領域２１の第１（第２）のクラック２２（２３）同士が互いに繋がらないように距離をあけて各散乱領域２１が配置されている。なお、第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅は、例えば５００μｍ〜６００μｍである。 Note that, in the part of the scattering regions 21, the interval between the intersecting portions 21 b of the adjacent scattering regions 21 is the crack width of the first and second cracks 22 and 23 (specifically, in the crystal mass 20. Each of the scattering regions 21 is arranged at a distance so that the first (second) cracks 22 (23) of the scattering regions 21 are not connected to each other. ing. In addition, the crack width of the 1st and 2nd cracks 22 and 23 is 500 micrometers-600 micrometers, for example.
再び図１を参照する。ガンマ線等の放射線Ｒがシンチレータ２（結晶塊２０）に入射すると、その放射線Ｒの線量に応じた光強度のシンチレーション光が結晶塊２０の内部で発生する。このシンチレーション光の一部（図中のＳＣ１）は、Ｘ軸負方向に進行して端面２０ａから光検出器３へ入射する。また、他の一部（図中のＳＣ２）は、Ｘ軸正方向に進行して端面２０ｂから光検出器４へ入射する。このとき、各シンチレーション光ＳＣ１，ＳＣ２は、結晶塊２０の内部に形成された複数の散乱領域２１によって次第に拡散される。 Refer to FIG. 1 again. When radiation R such as gamma rays enters the scintillator 2 (crystal lump 20), scintillation light having a light intensity corresponding to the dose of the radiation R is generated inside the crystal lump 20. Part of this scintillation light (SC1 in the figure) travels in the negative direction of the X axis and enters the photodetector 3 from the end face 20a. The other part (SC2 in the figure) travels in the positive direction of the X axis and enters the photodetector 4 from the end face 20b. At this time, the scintillation lights SC1 and SC2 are gradually diffused by the plurality of scattering regions 21 formed inside the crystal mass 20.
その際、シンチレーション光ＳＣ１は、放射線Ｒの入射位置が端面２０ａから遠いほど、多くの散乱領域２１によって拡散され、その光量が減衰される。シンチレーション光ＳＣ２に関しても同様であり、放射線Ｒの入射位置が端面２０ｂから遠いほど、その光量が減衰される。したがって、光検出器３に入射するシンチレーション光ＳＣ１の光量と、光検出器４に入射するシンチレーション光ＳＣ２の光量との比が、放射線Ｒの入射位置に応じて直線的に変化することとなり、この比に基づいて放射線Ｒの入射位置を検出することが可能となる。すなわち、この放射線検出器１では、Ｘ軸方向におけるシンチレーション光の位置分解能が得られる。なお、本実施形態では端面２０ａ及び２０ｂの双方に光検出器が配置されているが、端面２０ａ及び２０ｂのいずれか一方のみに光検出器が配置された構成であっても、シンチレーション光の入射光量に基づいて放射線Ｒの入射位置を好適に検出することができる。 At that time, the scintillation light SC1 is diffused by more scattering regions 21 as the incident position of the radiation R is farther from the end face 20a, and the amount of light is attenuated. The same applies to the scintillation light SC2. The farther the incident position of the radiation R is from the end face 20b, the more the amount of light is attenuated. Therefore, the ratio of the amount of scintillation light SC1 incident on the photodetector 3 and the amount of scintillation light SC2 incident on the photodetector 4 changes linearly according to the incident position of the radiation R. The incident position of the radiation R can be detected based on the ratio. That is, in this radiation detector 1, the position resolution of the scintillation light in the X-axis direction can be obtained. In this embodiment, the photodetectors are arranged on both the end faces 20a and 20b. However, even if the photodetector is arranged only on one of the end faces 20a and 20b, the incident scintillation light is incident. The incident position of the radiation R can be suitably detected based on the amount of light.
また、シンチレーション光ＳＣ１及びＳＣ２は、Ｙ軸方向やＺ軸方向においても、放射線Ｒの入射位置から遠くなるほどその光量が減衰される。したがって、光検出器３，４が、それぞれ複数の光検出素子を二次元状に並置して構成されるか、或いは単一の位置検出型光検出器によって構成されることにより、ＹＺ平面方向におけるシンチレーション光の位置分解能を更に得ることができる。 Further, the amount of the scintillation light SC1 and SC2 is attenuated in the Y-axis direction and the Z-axis direction as the distance from the incident position of the radiation R increases. Therefore, each of the photodetectors 3 and 4 is configured by arranging a plurality of photodetector elements in two dimensions, or by a single position detection type photodetector. The position resolution of scintillation light can be further obtained.
図４は、複数の散乱領域２１を含むシンチレータ２を製造する一工程を説明するための図であり、この工程に使用されるレーザ加工装置１００の構成を示している。 FIG. 4 is a view for explaining one process of manufacturing the scintillator 2 including a plurality of scattering regions 21, and shows the configuration of the laser processing apparatus 100 used in this process.
レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの光路上に設けられたシャッタ１０３と、レーザ光Ｌの反射機能を有し且つレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０４と、ダイクロイックミラー１０４で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される結晶塊２０が載置される載置台１０７と、載置台１０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら３つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５とを備える。 The laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that generates laser light L, a laser light source control unit 102 that controls the laser light source 101 to adjust the output, pulse width, and the like of the laser light L, and an optical path of the laser light L. , A dichroic mirror 104 having a function of reflecting the laser beam L and changing the direction of the optical axis of the laser beam L by 90 °, and the laser beam L reflected by the dichroic mirror 104 Condensing lens 105, mounting table 107 on which crystal mass 20 irradiated with laser light L collected by condensing lens 105 is mounted, and mounting table 107 is moved in the X-axis direction. An X-axis stage 109 for moving the stage 107, a Y-axis stage 111 for moving the stage 107 in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and the stage 107 in the X-axis and Y-axis directions. It comprises a Z-axis stage 113 for moving the Z-axis direction, and a stage controller 115 for controlling the movement of these three stages 109, 111 and 113.
なお、Ｚ軸方向は、結晶塊２０に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。したがって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることにより、結晶塊２０の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。また、この集光点ＰのＸ軸方向、Ｙ軸方向への各移動は、結晶塊２０をＸ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１によりＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることによりそれぞれ行う。 Note that the Z-axis direction is the direction of the focal depth of the laser light L incident on the crystal lump 20. Therefore, by moving the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction, the condensing point P of the laser light L can be adjusted inside the crystal mass 20. The focusing point P is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by moving the crystal mass 20 in the X-axis direction and the Y-axis direction by the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111, respectively.
レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。なお、結晶塊２０の加工にはパルスレーザ光を用いても良く、連続波レーザ光を用いても良い。パルスレーザ光としてはナノ秒パルスレーザ光等が挙げられる。ナノ秒のレーザパルスは、複数のクラック２１ａからなる散乱領域２１を好適に形成できる。 The laser light source 101 is an Nd: YAG laser that generates pulsed laser light. Other lasers that can be used for the laser light source 101 include an Nd: YVO 4 laser, an Nd: YLF laser, and a titanium sapphire laser. In addition, a pulse laser beam may be used for the processing of the crystal lump 20, and a continuous wave laser beam may be used. Examples of pulsed laser light include nanosecond pulsed laser light. The nanosecond laser pulse can suitably form the scattering region 21 composed of a plurality of cracks 21a.
レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された結晶塊２０を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９とを備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０４が配置されている。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５を透過し、結晶塊２０の被加工部位を照明する。 The laser processing apparatus 100 further includes an observation light source 117 that generates visible light to illuminate the crystal mass 20 mounted on the mounting table 107 with visible light, and the same optical axis as the dichroic mirror 104 and the condensing lens 105. And a visible light beam splitter 119 disposed above. A dichroic mirror 104 is disposed between the beam splitter 119 and the condensing lens 105. The beam splitter 119 has a function of reflecting about half of visible light and transmitting the other half, and is arranged so as to change the direction of the optical axis of visible light by 90 °. About half of the visible light generated from the observation light source 117 is reflected by the beam splitter 119, and the reflected visible light passes through the dichroic mirror 104 and the condensing lens 105 to illuminate the processed portion of the crystal mass 20. .
レーザ加工装置１００はさらに、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０４及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置されたＣＣＤカメラ１２１及び結像レンズ１２３を備える。被加工部位を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０４、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されてＣＣＤカメラ１２１で撮像され、撮像データとなる。 The laser processing apparatus 100 further includes a CCD camera 121 and an imaging lens 123 disposed on the same optical axis as the beam splitter 119, the dichroic mirror 104, and the condensing lens 105. The reflected light of the visible light that illuminates the part to be processed passes through the condensing lens 105, the dichroic mirror 104, and the beam splitter 119, is imaged by the imaging lens 123, is imaged by the CCD camera 121, and becomes imaging data. .
レーザ加工装置１００はさらに、ＣＣＤカメラ１２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９とを備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点を結晶塊２０上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が結晶塊２０に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして結晶塊２０の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。 The laser processing apparatus 100 further includes an imaging data processing unit 125 to which imaging data output from the CCD camera 121 is input, an overall control unit 127 that controls the entire laser processing apparatus 100, and a monitor 129. The imaging data processing unit 125 calculates focus data for focusing the visible light generated by the observation light source 117 on the crystal block 20 based on the imaging data. The stage control unit 115 controls the movement of the Z-axis stage 113 based on this focus data, so that the visible light is focused on the crystal mass 20. Therefore, the imaging data processing unit 125 functions as an autofocus unit. In addition, the imaging data processing unit 125 calculates image data such as an enlarged image of the crystal mass 20 based on the imaging data. This image data is sent to the overall control unit 127, where various processes are performed by the overall control unit, and sent to the monitor 129. Thereby, an enlarged image or the like is displayed on the monitor 129.
全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、シャッタ１０３、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。 Data from the stage control unit 115, image data from the imaging data processing unit 125, and the like are input to the overall control unit 127. Based on these data, the laser light source control unit 102, the shutter 103, the observation light source 117, and the like. By controlling the stage control unit 115, the entire laser processing apparatus 100 is controlled. Therefore, the overall control unit 127 functions as a computer unit.
続いて、本実施形態に係るシンチレータ２の製造方法について説明する。図５は、上述したレーザ加工装置１００を用いてシンチレータ２の結晶塊２０を製造する方法を示すフローチャートである。 Then, the manufacturing method of the scintillator 2 which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart showing a method of manufacturing the crystal mass 20 of the scintillator 2 using the laser processing apparatus 100 described above.
まず、結晶塊２０をレーザ加工装置１００の載置台１０７上に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて結晶塊２０を照明する。照明された結晶塊２０の表面（例えば結晶塊２０のＺ軸方向の端面）をＣＣＤカメラ１２１により撮像する。ＣＣＤカメラ１２１により撮像された撮像データは、撮像データ処理部１２５に送られる。この撮像データに基づいて、撮像データ処理部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置するような焦点データを演算する。この焦点データは、ステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させる。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が結晶塊２０の表面に位置する（Ｓ１０１）。なお、撮像データ処理部１２５は、撮像データに基づいて結晶塊２０の表面の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に結晶塊２０の表面の拡大画像が表示される。 First, the crystal mass 20 is mounted on the mounting table 107 of the laser processing apparatus 100. Then, visible light is generated from the observation light source 117 to illuminate the crystal block 20. The surface of the illuminated crystal mass 20 (for example, the end surface of the crystal mass 20 in the Z-axis direction) is imaged by the CCD camera 121. The imaging data captured by the CCD camera 121 is sent to the imaging data processing unit 125. Based on this imaging data, the imaging data processing unit 125 calculates focus data such that the visible light focus of the observation light source 117 is located on the surface of the crystal block 20. This focus data is sent to the stage controller 115. The stage control unit 115 moves the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction based on the focus data. Thereby, the focus of the visible light of the observation light source 117 is located on the surface of the crystal mass 20 (S101). Note that the imaging data processing unit 125 calculates enlarged image data of the surface of the crystal mass 20 based on the imaging data. The enlarged image data is sent to the monitor 129 via the overall control unit 127, whereby an enlarged image of the surface of the crystal mass 20 is displayed on the monitor 129.
続いて、結晶塊２０の内部に散乱領域２１を形成するためのレーザ光Ｌの集光点が、結晶塊２０の内部における一つの散乱領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる（Ｓ１０３）。この状態でシャッタ１０３を開いてレーザ光Ｌを断続的に照射しつつ、Ｘ軸ステージ１０９により結晶塊２０をＸ軸方向に一定速度で移動させる（Ｓ１０５）。このとき、レーザ光Ｌが照射された結晶塊２０の集光部分には、複数のクラック２１ａが発生することにより、図２に示したような散乱領域２１が形成される。すなわち、この散乱領域２１は、結晶塊２０の内部において或る軸線（本実施形態ではＺ軸）と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し、且つ互いに交差する２つ以上のクラック２１ａによって構成される。そして、レーザ光の集光点が、各クラック２１ａの交差する部分となる。このような散乱領域２１を断続的に形成しながら結晶塊２０をＸ軸方向に一定速度で移動させることによって、Ｘ軸方向に一定間隔で並ぶ複数の散乱領域２１が形成される（Ｓ１０７）。その後、レーザ光Ｌのシャッタ１０３を閉じる（Ｓ１０９）。 Subsequently, the X-axis stage 109, so that the condensing point of the laser light L for forming the scattering region 21 inside the crystal mass 20 is the processing initial position of one scattering region 21 inside the crystal mass 20, The crystal mass 20 is moved by the Y-axis stage 111 and the Z-axis stage 113 (S103). In this state, the shutter 103 is opened and the laser beam L is intermittently irradiated, and the crystal mass 20 is moved at a constant speed in the X-axis direction by the X-axis stage 109 (S105). At this time, a plurality of cracks 21a are generated in the condensing portion of the crystal mass 20 irradiated with the laser light L, whereby a scattering region 21 as shown in FIG. 2 is formed. That is, the scattering region 21 extends in two or more plane directions parallel to a certain axis (in this embodiment, the Z axis) inside the crystal mass 20 and two or more cracks intersecting each other. 21a. And the condensing point of a laser beam becomes a part where each crack 21a crosses. A plurality of scattering regions 21 arranged at regular intervals in the X-axis direction are formed by moving the crystal mass 20 at a constant speed in the X-axis direction while intermittently forming such scattering regions 21 (S107). Thereafter, the shutter 103 of the laser light L is closed (S109).
こうして形成される複数の散乱領域２１は、図２に示したように、或る第１の面方向（ＹＺ平面方向）に沿って延在する第１のクラック２２と、この第１の面方向と交差する第２の面方向（ＺＸ平面方向）に沿って延在する第２のクラック２３とを各々含むこととなる。これは、結晶塊２０が単結晶性の部材なので、その結晶面に沿ってクラックが発生し易いためと考えられる。なお、本実施形態に係るシンチレータ材料においては、これらの第１及び第２の面方向は互いに略垂直に交差する。そして、各散乱領域２１において、第１のクラック２２の上記軸線（Ｚ軸）と直交する方向の幅（クラック幅）、および第２のクラック２３のクラック幅は、他のクラック２１ａのクラック幅より広くなり、第１及び第２のクラック２２，２３が散乱領域２１において主要なクラックとなる。第１及び第２のクラック２２，２３の交差部分からは、第１及び第２のクラック２２，２３より小さい多数のクラック２１ａが髭状に延びる。 As shown in FIG. 2, the plurality of scattering regions 21 thus formed include a first crack 22 extending along a certain first surface direction (YZ plane direction), and the first surface direction. And a second crack 23 extending along the second surface direction (ZX plane direction) intersecting with each other. This is presumably because cracks are likely to occur along the crystal plane because the crystal mass 20 is a single crystal member. In the scintillator material according to the present embodiment, the first and second plane directions intersect with each other substantially perpendicularly. In each scattering region 21, the width (crack width) in the direction perpendicular to the axis (Z axis) of the first crack 22 and the crack width of the second crack 23 are larger than the crack widths of the other cracks 21a. The first and second cracks 22 and 23 become main cracks in the scattering region 21. A large number of cracks 21 a smaller than the first and second cracks 22, 23 extend in a bowl shape from the intersection of the first and second cracks 22, 23.
続いて、他に形成すべき散乱領域２１がある場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、レーザ光Ｌの集光点が結晶塊２０の内部における当該散乱領域２１の加工初期位置となるよう、Ｘ軸ステージ１０９、Ｙ軸ステージ１１１及びＺ軸ステージ１１３により結晶塊２０を移動させる。例えば、先に形成した散乱領域２１に対して所定のピッチだけＹ軸方向に結晶塊２０を移動させ（Ｓ１１３）、その後、Ｘ軸方向に半ピッチだけ結晶塊２０を移動させる（Ｓ１１５）。これにより、図３に示したように、各散乱領域２１における複数のクラック２１ａの交差部分２１ｂを、当該散乱領域２１と隣り合う散乱領域２１の第１及び第２のクラック２２，２３の各延長面上から外れるように配置できる。なお、同一のＸＹ平面内に形成すべき散乱領域２１をすべて形成し終えている場合は、先に形成した散乱領域２１に対して所定のピッチだけＺ軸方向に結晶塊２０を移動させるとよい。 Subsequently, when there is another scattering region 21 to be formed (S111: Yes), the X-axis stage 109 is set so that the condensing point of the laser light L becomes the processing initial position of the scattering region 21 inside the crystal block 20. The crystal mass 20 is moved by the Y-axis stage 111 and the Z-axis stage 113. For example, the crystal mass 20 is moved in the Y-axis direction by a predetermined pitch with respect to the previously formed scattering region 21 (S113), and then the crystal mass 20 is moved by a half pitch in the X-axis direction (S115). Thereby, as shown in FIG. 3, the intersections 21 b of the plurality of cracks 21 a in each scattering region 21 are extended to the first and second cracks 22 and 23 of the scattering region 21 adjacent to the scattering region 21. It can be arranged so that it is off the surface. When all of the scattering regions 21 to be formed in the same XY plane have been formed, the crystal mass 20 may be moved in the Z-axis direction by a predetermined pitch with respect to the previously formed scattering region 21. .
以降、上述したステップＳ１０５ないしＳ１１５を繰り返すことによって、複数の散乱領域２１を形成することができる。複数の散乱領域２１の全てを形成し終えると（Ｓ１１１：Ｎｏ）、この工程を終了する。 Thereafter, the plurality of scattering regions 21 can be formed by repeating the above-described steps S105 to S115. When all of the plurality of scattering regions 21 have been formed (S111: No), this process ends.
以上に説明した本実施形態のシンチレータ２及びその製造方法、並びに該シンチレータ２を備える放射線検出器１においては、複数の散乱領域２１を結晶塊２０内部にレーザ光を照射して形成することにより、レーザ光Ｌの焦点を中心として複数の面方向に延在し互いに交差する幅数百μｍのクラック２１ａが形成される。すなわち、図２に示した第１及び第２のクラック２２，２３、並びに他のクラック２１ａがそれである。このような形状の散乱領域２１は、例えば単にシンチレータ結晶を溶融してできた気泡や単独で形成されたクラック等と比較して、シンチレーション光をより効果的に散乱することができる。すなわち、本実施形態によるシンチレータ２及びその製造方法、並びに放射線検出器１によれば、結晶塊２０内部においてシンチレーション光をより効果的に散乱させて位置分解能を高めることができるので、複数のシンチレータセルを２次元的あるいは３次元的に配列する従来の方法と比較して、高い位置分解能を実現することができる。 In the scintillator 2 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment described above and the radiation detector 1 including the scintillator 2, by forming a plurality of scattering regions 21 by irradiating laser light inside the crystal mass 20, Cracks 21a having a width of several hundreds of μm extending in a plurality of plane directions centering on the focal point of the laser beam L and intersecting each other are formed. That is, the first and second cracks 22 and 23 and the other crack 21a shown in FIG. The scattering region 21 having such a shape can scatter scintillation light more effectively than, for example, a bubble formed by simply melting a scintillator crystal or a single crack formed. That is, according to the scintillator 2 and the method for manufacturing the same and the radiation detector 1 according to the present embodiment, the scintillation light can be more effectively scattered inside the crystal mass 20 to increase the position resolution. Compared with the conventional method of arranging the two-dimensionally or three-dimensionally, it is possible to realize a high position resolution.
また、本実施形態によるシンチレータ２及びその製造方法によれば、結晶塊２０にレーザ光Ｌを照射することにより複数の散乱領域２１を形成するので、複数の散乱領域２１を形成する際に機械的な加工が必要なく、複数のシンチレータセルを配列する従来の方法と比較して当該シンチレータ２の製造が格段に容易となる。したがって、製造コストの低減および製造期間の短縮が可能となる。 Further, according to the scintillator 2 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, since the plurality of scattering regions 21 are formed by irradiating the crystal lump 20 with the laser light L, the mechanical properties are formed when the plurality of scattering regions 21 are formed. The manufacturing of the scintillator 2 becomes much easier compared with the conventional method in which a plurality of scintillator cells are arranged. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost and the manufacturing period.
また、本実施形態のように、複数の散乱領域２１は、第１の面方向（ＹＺ平面方向）に沿って延在する第１のクラック２２と、第１の面方向と交差する第２の面方向（ＺＸ平面方向）に沿って延在する第２のクラック２３とを各々含んでおり、各散乱領域２１において第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅が他のクラック２１ａより広いことが好ましい。このような形状の散乱領域２１を形成することで、シンチレーション光の散乱効果をより高めることができる。そして、第１及び第２のクラック２２，２３の交差部分から第１及び第２のクラック２２，２３より小さい多数のクラック２１ａが髭状に延びることによって、散乱効果を更に高めることができる。 In addition, as in the present embodiment, the plurality of scattering regions 21 includes a first crack 22 extending along the first surface direction (YZ plane direction), and a second crossing the first surface direction. And a second crack 23 extending along the plane direction (ZX plane direction), and the crack widths of the first and second cracks 22 and 23 in each scattering region 21 are wider than those of the other cracks 21a. It is preferable. By forming the scattering region 21 having such a shape, the scattering effect of scintillation light can be further enhanced. Then, a large number of cracks 21a smaller than the first and second cracks 22 and 23 extend from the intersecting portions of the first and second cracks 22 and 23 in a bowl shape, thereby further enhancing the scattering effect.
また、複数の散乱領域２１が第１及び第２のクラック２２，２３を含む場合、本実施形態のように、各散乱領域２１における複数のクラック２１ａの交差部分２１ｂが、当該散乱領域２１と隣り合う散乱領域２１の第１及び第２のクラック２２，２３の各延長面上から外れるように配置されていることが好ましい。複数の散乱領域２１をこのように配置することによって、隣り合う散乱領域２１のクラック２１ａ同士が繋がることによる結晶塊２０の機械的強度の低下を防止しつつ、複数の散乱領域２１を高密度に配置することが可能となる。 Further, when the plurality of scattering regions 21 include the first and second cracks 22 and 23, the intersecting portion 21 b of the plurality of cracks 21 a in each scattering region 21 is adjacent to the scattering region 21 as in the present embodiment. It is preferable that the first and second cracks 22 and 23 of the mating scattering region 21 are arranged so as to be separated from the extended surfaces. By arranging the plurality of scattering regions 21 in this manner, the plurality of scattering regions 21 can be made dense while preventing the mechanical strength of the crystal mass 20 from being lowered due to the cracks 21a of the adjacent scattering regions 21 being connected to each other. It becomes possible to arrange.
［実施例］
本発明者は、上述した実施形態に係るシンチレータ２を実際に作製した。作製時の条件は以下の通りである。
・レーザ光源…Ｎｄ：ＹＡＧ ＳＨＧレーザ
・レーザ光の波長…５３２［ｎｍ］
・レーザ光のパルス幅…６［ｎｓ］
・レーザ光の繰り返し周波数…２０［Ｈｚ］
・レーザ光の照射エネルギー…８４５［μＪ］
・Ｘ軸ステージ移動速度…４［ｍｍ／ｓ］
[Example]
The inventor actually produced the scintillator 2 according to the above-described embodiment. The conditions at the time of production are as follows.
Laser light source: Nd: YAG SHG laser Laser wavelength: 532 [nm]
・ Pulse width of laser beam: 6 [ns]
・ Repetition frequency of laser light: 20 [Hz]
・ Irradiation energy of laser light ... 845 [μJ]
・ X-axis stage moving speed: 4 [mm / s]
図６は、上記条件および図５に示した製造方法に従い、ＬＹＳＯから成る結晶塊２０に散乱領域２１を形成した様子を示す写真である。図６（ａ）は結晶塊２０をＺ軸方向から見た写真であり、図６（ｂ）は結晶塊２０をＹ軸方向から見た断面写真である。ここでは、複数の散乱領域２１を間隔２００μｍで形成している。これらの写真に示されるように、上記実施形態に係るシンチレータ２及びその製造方法によれば、互いに交差する複数のクラックからなる散乱領域２１を、結晶塊２０内部の任意の位置に高密度に形成することができる。 FIG. 6 is a photograph showing a state in which the scattering region 21 is formed in the crystal mass 20 made of LYSO in accordance with the above conditions and the manufacturing method shown in FIG. 6A is a photograph of the crystal lump 20 viewed from the Z-axis direction, and FIG. 6B is a cross-sectional photograph of the crystal lump 20 viewed from the Y-axis direction. Here, a plurality of scattering regions 21 are formed with an interval of 200 μm. As shown in these photographs, according to the scintillator 2 and the method for manufacturing the scintillator 2 according to the above embodiment, the scattering region 21 composed of a plurality of cracks intersecting with each other is formed at a high density in an arbitrary position inside the crystal mass 20. can do.
［変形例］
図７及び図８は、上記実施形態の変形例として、複数の散乱領域２１の配置を模式的に示す図である。これらの図に示すように、各散乱領域２１の交差部分２１ｂは、Ｚ軸方向から見てＸ軸方向およびＹ軸方向に沿った格子点状にのみ配列されてもよい。このような配置であっても、上記した実施形態と同様の効果を好適に奏することができる。なお、複数の散乱領域２１をこのように配置する際には、互いに隣り合う散乱領域２１の交差部分２１ｂ同士の間隔を第１及び第２のクラック２２，２３のクラック幅（具体的には、結晶塊２０内でのこれらのクラック幅の平均値）より長くし、各散乱領域２１の第１（第２）のクラック２２（２３）同士が互いに繋がらないように距離をあけることが好ましい。図７は複数の散乱領域２１を互いに離して配置した例であり、図８は複数の散乱領域２１を比較的近接させて配置した例である。
[Modification]
7 and 8 are diagrams schematically showing the arrangement of a plurality of scattering regions 21 as a modification of the embodiment. As shown in these figures, the intersecting portions 21b of the scattering regions 21 may be arranged only in the form of lattice points along the X-axis direction and the Y-axis direction when viewed from the Z-axis direction. Even with such an arrangement, the same effects as those of the above-described embodiment can be suitably achieved. When arranging the plurality of scattering regions 21 in this way, the interval between the intersecting portions 21b of the scattering regions 21 adjacent to each other is set to the crack width of the first and second cracks 22 and 23 (specifically, It is preferable to make the distance longer than the first cracks 22 (23) of the scattering regions 21 so as not to be connected to each other. FIG. 7 shows an example in which a plurality of scattering regions 21 are arranged apart from each other, and FIG. 8 shows an example in which a plurality of scattering regions 21 are arranged relatively close to each other.
本発明によるシンチレータ、放射線検出器、およびシンチレータの製造方法は、上記した実施形態および変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および変形例ではシンチレータの結晶塊の形状として直方体を例示したが、本発明における結晶塊の形状はこれに限られるものではなく、例えばこれ以外の多面体や、曲面を有する球などの形状も可能である。 The scintillator, the radiation detector, and the manufacturing method of the scintillator according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and modifications, and various other modifications are possible. For example, in the above embodiments and modifications, a rectangular parallelepiped is illustrated as the shape of the crystal lump of the scintillator, but the shape of the crystal lump in the present invention is not limited to this, for example, other polyhedrons, spheres having curved surfaces, and the like Other shapes are possible.
１…放射線検出器、２…シンチレータ、３…（第１の）光検出器、４…（第２の）光検出器、２０…結晶塊、２０ａ，２０ｂ…端面、２１…散乱領域、２１ａ…クラック、２１ｂ…交差部分、２２…第１のクラック、２３…第２のクラック、１００…レーザ加工装置、１０３…シャッタ、１０４…ダイクロイックミラー、１０５…集光用レンズ、１０７…載置台、１０９…Ｘ軸ステージ、１１１…Ｙ軸ステージ、１１３…Ｚ軸ステージ、１１９…ビームスプリッタ、１２１…カメラ、１２３…結像レンズ、１２９…モニタ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点、Ｒ…放射線、ＳＣ１，ＳＣ２…シンチレーション光。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Radiation detector, 2 ... Scintillator, 3 ... (1st) photodetector, 4 ... (2nd) photodetector, 20 ... Crystal lump, 20a, 20b ... End surface, 21 ... Scattering region, 21a ... Cracks, 21b ... intersection, 22 ... first crack, 23 ... second crack, 100 ... laser processing device, 103 ... shutter, 104 ... dichroic mirror, 105 ... condensing lens, 107 ... mounting table, 109 ... X axis stage, 111 ... Y axis stage, 113 ... Z axis stage, 119 ... beam splitter, 121 ... camera, 123 ... imaging lens, 129 ... monitor, L ... laser light, P ... condensing point, R ... radiation, SC1, SC2 ... Scintillation light.
Claims (11)
前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより形成され、前記結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数有することを特徴とする、シンチレータ。 A scintillator used for providing the scintillation light to a photodetector having a crystallinity and generating scintillation light upon incidence of radiation and optically coupled to the surface of the crystal mass,
It is formed by irradiating the inside of the crystal mass with laser light, and comprises two or more cracks extending along two or more plane directions parallel to a certain axis and intersecting each other inside the crystal mass. A scintillator having a plurality of scattering regions.
前記軸線と交差する所定方向における前記結晶塊の端面と光学的に結合された光検出器と、
を備えることを特徴とする、放射線検出器。 The scintillator according to any one of claims 1 to 4,
A photodetector optically coupled to an end face of the crystal mass in a predetermined direction intersecting the axis;
A radiation detector comprising:
前記軸線と交差する所定方向における前記結晶塊の一方の端面と光学的に結合された第１の光検出器と、
前記所定方向における前記結晶塊の他方の端面と光学的に結合された第２の光検出器と
を備えることを特徴とする、放射線検出器。 The scintillator according to any one of claims 1 to 4,
A first photodetector optically coupled to one end face of the crystal mass in a predetermined direction intersecting the axis;
A radiation detector, comprising: a second photodetector optically coupled to the other end face of the crystal mass in the predetermined direction.
前記結晶塊の内部にレーザ光を照射することにより、前記結晶塊の内部において或る軸線と平行な２以上の面方向に沿って各々延在し互いに交差する２つ以上のクラックからなる散乱領域を複数形成する工程を含むことを特徴とする、シンチレータの製造方法。 A method for producing a scintillator used to provide a scintillation light to a photodetector having crystallinity and generating scintillation light upon incidence of radiation and optically coupled to the surface of the crystal mass Because
By irradiating the inside of the crystal mass with a laser beam, a scattering region comprising two or more cracks extending along two or more plane directions parallel to a certain axis and intersecting each other inside the crystal mass. The manufacturing method of the scintillator characterized by including the process of forming two or more.
The interval between the two or more cracks in the scattering regions adjacent to each other in the direction intersecting the axis is determined by an average value of the crack widths of the first and second cracks in the crystal mass. The method of manufacturing a scintillator according to claim 9, wherein the scintillator is lengthened.
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