JP5311241B2 - 多結晶シンチレータ及びその製造方法並びに放射線検出器 - Google Patents
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Description
シンチレータに要求される性能は、材料の均一性が高く、X線特性のばらつきが小さく、放射線劣化が小さく、温度等の環境の変化に対して発光特性の変化が少なく、加工性が良く、加工劣化が小さく、吸湿性及び潮解性がなく、化学的に安定であること等である。
(Gd1−w−x−y−zYwLuxREyCez)3+a(Al1−u−sGauScs)5−aO12
(ただし、REはPr、Dy及びErのうち少なくとも1種の元素であり、0<a≦0.15、0.2≦w≦0.5、0≦x≦0.5、0<y≦0.003、0.0003≦z≦0.0167、0.2≦u≦0.6、0≦s≦0.1)により表わされる組成を有し、Feの含有量が外割りで0.05〜1質量ppmであり、Siの含有量が外割りで0.5〜10質量ppmであり、平均結晶粒径が2〜20μmであって、X線で励起したときの30℃〜40℃における発光強度の温度係数が−0.15%/℃〜+0.15%/℃であることを特徴とする。
本発明の多結晶シンチレータにおいて、前記yのより好ましい範囲としては、0.0001≦y≦0.0015である。
本発明の多結晶シンチレータにおいて、前記zのより好ましい範囲としては、0.001≦z≦0.005である。
本発明の多結晶シンチレータにおいて、前記uのより好ましい範囲としては、0.35≦u≦0.55である。
本発明の多結晶シンチレータにおいて、前記sのより好ましい範囲としては、0.01≦s≦0.1である。
本発明の多結晶シンチレータにおいて、前記Feのより好ましい含有量は、外割りで0.05〜0.4質量ppmである。
本発明の多結晶シンチレータにおいて、前記Siのより好ましい含有量は、外割りで0.5〜5質量ppmである。
本発明のシンチレータは、発光強度が大きく、残光が小さいとともに発光強度の温度係数を小さくしたものである。ここで、温度係数を改善するには、希土類イオンの主要成分であるGd3+を、これよりイオン半径の小さいY3+またはY3+及びLu3+で置換することで改善できることを新たに見出した。即ち、Gd3+イオン(イオン半径1.053Å)の一部をイオン半径の小さいY3+イオン(イオン半径1.019Å)またはY3+イオン及びLu3+イオン(イオン半径0.977Å)で置換することにより、当該GGAG:Ce系の格子定数は小さくなり、その結果、バンドギャップ(禁制帯のエネルギギャップ)は大きくなる。バンドギャップの拡大によりCe3+の励起準位と価電子帯との間のエネルギ差が大きくなり、エネルギ緩和が起こり難くなる。このため温度係数が低減される。しかし一方で、バンドギャップの拡大により、発光波長は短波長へシフトし、光検出器であるシリコンフォトダイオードからの出力は小さくなる(シリコンフォトダイオードは短波長側で感度が低下するため)。従って、温度係数の低減と発光強度を高めることは相反する関係にある。この点を考慮し本発明では、発光強度の低減を抑えながら、バンドギャップを拡大できるようなGGAG:Ce系シンチレータ、すなわち(Gd1−w−x−y−zYwLuxREyCez)3+a(Al1−u−sGauScs)5−aO12の組成を見出したものである。
図2はGd3+をY3+またはY3+及びLu3+で置換した種々のシンチレータについて、30℃〜60℃の温度範囲における相対発光強度の変化を示す。ここで、相対発光強度は、30℃での発光強度を100%としたときの発光強度である。図2よりY3+またはY3+及びLu3+で置換しない場合(w=x=0のとき)は、相対発光強度の低減が大きいことが分かる。
また、図3にGd3+をY3+で置換した場合(w=0〜1)の30℃〜40℃の温度範囲における相対発光強度の温度係数(●で示す)と、焼結体の密度(▲で示す)のwに対する依存性を示す。尚、ここでいう温度係数は、図2において、30℃〜40℃の温度範囲の測定値を直線近似して求めた発光強度の温度に対する傾きである。尚、ここでは(Gd1−w−x−y−zYwLuxREyCez)3+a(Al1−u−sGauScs)5−aO12の組成において、a=0.06、x=0.2、y=0.0003(REはDy)、z=0.006、u=0.45、s=0で一定とした。図3よりGd3+をY3+で置換しない場合(w=0)の温度係数は−0.28%/℃であるのに対し、wの値を増加させると温度係数は増加していき、w=0.2で−0.15%/℃まで増加し、温度係数としては低減することが分かった。その後も温度係数は増加するものの+0.15%/℃以内で収まっている。しかし一方で、wの増加とともに密度は低下し、その結果、X線吸収係数が小さくなりシンチレータを透過してしまうX線量が増加するという問題が生じる。本発明のシンチレータ組成においては、密度は5.7g/cm3以上が好ましい。温度係数が±0%/℃に近く、かつ密度が高いと言う点から、wの上限としては0.5以下が好ましい。なお、wが0.2〜0.5の範囲において、発光強度の変化は認められなかった。
以上の結果より、(Gd1−w−x−y−zYwLuxREyCez)3+a(Al1−u−sGauScs)5−aO12組成において、組成物温度が30〜40℃の温度範囲における温度係数を−0.15%/℃から+0.15%/℃(温度係数は±0.15%/℃以内で、±0%/℃に近いことが好ましい)以内で、かつ密度及び発光強度の低下も小さいwとxの範囲は、0.2≦w≦0.5、0≦x≦0.5であることを見出した。この範囲でGdの一部をYまたはY及びLuで置換することにより、バンドギャップは拡大しつつ温度上昇による発光強度の低下が抑えられて、相対的に温度係数が改善される。
シンチレータの発光は、X線励起により生成した電子と正孔が発光イオン(Ce3+)において結合することにより生じる。一方、残光は、電子及び正孔が一時的に結晶欠陥等に捕獲され、熱励起により開放されて発光イオンにおいて再結合することにより生じる。ガーネット結晶を有する多結晶シンンチレータは、主に希土類イオンが占有している8配位サイト、及び主にAl3+とGa3+が占有している6配位及び4配位サイトを有する。発光イオン(Ce3+イオン)は8配位サイトを占有するが、このサイトに空孔が生じると、X線励起で生成した電子が捕獲され、残光が増加する。そのため、0<aとすることにより空孔生成を抑制し、高い発光強度を得るとともに残光を低くすることができる。一方、aが大きくなりすぎると、シンチレータ中にガーネット構造と異なるペロブスカイト相(異相)のGdAlO3等が形成されやすくなる。この異相は母材のガーネット相と屈折率が異なるため、ペロブスカイト相で光散乱が生じ、発光波長の光に対する透過率が低くなり、シンチレータの発光強度を小さくする。
a<0の場合、発光強度と残光の両方とも高い。a≧0となると、上記の通り8配位サイトの空孔が減少するので、残光が急激に低くなる。一方、aの増加に伴って相対発光強度は徐々に低下し、a=0.15の場合に相対発光強度はa=0の場合の80%となる。aが0.15よりも大きくなるとペロブスカイト相の生成により相対発光強度がさらに低下する。従って、相対発光強度の下限を80%とすると、残光が低く、かつ発光強度が高いシンチレータをもたらすaの上限は0.15となり、aがこれよりも大きくなると残光は低いものの、相対発光強度が80%よりも小さくなる。高い発光強度を得ると共に低残光とするには、図5の結果から、aを0.005〜0.05の範囲内にすることがより好ましい。
co-activatorイオンであるPr3+,Dy3+及びEr3+の原子比yは、0<y≦0.003が好ましく、co-activatorを含まない場合の発光強度を100%としたとき、発光強度が103%以上となる0.0001〜0.0015の範囲内にすることがより好ましい。
3ms後の残光に及ぼすFe含有量の影響を図11に示す。図11より、Fe含有量が1質量ppmを超えると3ms残光が許容レベルの800ppmを超えるので、Fe含有量の上限は1質量ppmであり、好ましくは0.4質量ppmである。ただし、シンチレータの合成に用いる原料粉(特にAl2O3粉)には既に1〜20質量ppmのFeが含まれているので、得られるシンチレータは不可避的にFeを含有する。原料粉中のFe含有量を低減するためには、例えば原料粉を真空中で熱処理する。しかし、原料粉のFe含有量を0.05質量ppm未満まで低減させるための高温での真空中熱処理を行うと、原料粉が固く凝集してしまうので、粉砕処理が必要となる。しかし、粉砕処理によるFeの混入は避けられないので、Fe含有量の下限値は事実上0.05質量ppmである。
第2の実施の形態は、上記のシンチレータと、このシンチレータの発光を検出するシリコンフォトダイオードとを有する放射線検出器である。この放射線検出器は、X線CT、PET(Positron Emission Tomography)/CTなどの医療用の画像診断装置に搭載することが好適である。
上記シンチレータを用いた場合、X線に対し高感度で、応答性が高く、さらに安定性の優れた高性能の放射線検出器を得ることができる。
容量1リットルの樹脂製ポットに、直径5mmの高純度アルミナボール1300g及びエタノール200ccとともに、アルミナボールからのAl2O3の混入も考慮に入れて、表2の実施例1の組成になるように、Gd2O3粉を106.57g、Y2O3粉を16.66g、CeO2粉を0.381g、Dy2O3粉を0.02g、Al2O3粉を42.67g、Ga2O3粉を33.66g秤量し、合計200gの原料粉を入れた。なお、Fe及びSiの含有量を低減するため、Al2O3粉については、予め真空中(10Pa以下)において1400℃で1時間の熱処理した後、12時間ボールミル粉砕したものを用いた。これらの原料粉を12時間湿式ボールミル混合した後、乾燥した。尚、湿式ボールミル混合後のアルミナボールの質量変化は0.06g、混合した原料粉の平均粒径は0.4μmであった。
主成分の組成分析及びBの含有量は、ICP―AES(高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法、パーキンエルマー製:OPTIMA-3300XL)により求めた。
Fe及びSiの含有量は、GDMS法(グロー放電質量分析法、VG Elemental社製:VG9000)により求めた。
原料粉の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製LA920)を用いて水中での平均屈折率を1.5として求めた。
また、シンチレータの平均結晶粒径は、試料を1300℃に加熱することで粒界をエッチングし、組織写真上に任意に引いた直線の単位長さ当たりの粒界の交点数から平均粒径を求めるコード法により求めた。
以下、第1の実施の形態例である実施例1〜20と、比較例1〜10の分析結果を表2に示す。また、この測定結果から求めた化学式を表3に示す。さらに、表4には、原料粉の平均粒径、焼結体の平均結晶粒径及びB含有量を示す。
表2の実施例2の組成になるように、Gd2O3粉を102.45g、Y2O3粉を15.97g、CeO2粉を0.110g、Dy2O3粉を0.02g、Al2O3粉を32.47g、Ga2O3粉を48.93g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。
表2の実施例3の組成になるように、Gd2O3粉を84.01g、Y2O3粉を15.21g、Lu2O3粉を13.40g、CeO2粉を1.391g、Dy2O3粉を0.02g、Al2O3粉を22.82g、Ga2O3粉を63.10g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。
表2の実施例4の組成になるように、Gd2O3粉を91.81g、Y2O3粉を16.42g、Lu2O3粉を14.47g、CeO2粉を0.375g、Pr6O12粉を0.037g、Al2O3粉を42.95g、Ga2O3粉を33.89g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。
表2の実施例5の組成になるように、Gd2O3粉を64.47g、Y2O3粉を24.40g、Lu2O3粉を28.67g、CeO2粉を0.744g、Dy2O3粉を0.040g、Al2O3粉を32.55g、Ga2O3粉を49.06g秤量した。さらに、焼結温度を低温化するために焼結助剤としてB2O3粉を0.02g添加した。焼結温度は25℃低温化し1675℃とした。以上の原料粉と焼結条件以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。このシンチレータ中のBをICP―AES法で分析した結果、30質量ppm(表4参照)であった。
表2の実施例6の組成になるように、Gd2O3粉を65.69g、Y2O3粉を24.72g、Lu2O3粉を29.04g、CeO2粉を0.377g、Er2O3粉を0.041g、Al2O3粉を31.94g、Ga2O3粉を48.14g及びB2O3粉を0.02g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例5と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を25℃低温化することができた。
表2の実施例7の組成になるように、Gd2O3粉を49.93g、Y2O3粉を23.90g、Lu2O3粉を42.11g、CeO2粉を1.093g、Pr6O11粉を0.060g、Al2O3粉を27.67g、Ga2O3粉を48.80g、Sc2O3粉を6.38g及びB2O3を0.02g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例5と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を25℃低温化することができた。
表2の実施例8の組成になるように、Gd2O3粉を50.47g、Y2O3粉を23.97g、Lu2O3粉を42.24g、CeO2粉を0.731g、Dy2O3粉を0.066g、Al2O3粉を29.52g、Ga2O3粉を48.95g、Sc2O3粉を4.00g及びB2O3を0.02g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例5と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を25℃低温化することができた。
表2の実施例9の組成になるように、Gd2O3粉を25.76g、Y2O3粉を32.67g、Lu2O3粉を57.57g、CeO2粉を0.373g、Er2O3を0.068g、Al2O3粉を32.48g、Ga2O3粉を50.04g、Sc2O3粉を0.98g及びB2O3粉を0.08g秤量した。この原料粉を使用し、焼結温度を1650℃とした以外は実施例5と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加量を多くしたことにより、焼結温度を50℃低温化することができた。
表2の実施例10の組成になるように、Gd2O3粉を25.74g、Y2O3粉を32.67g、Lu2O3粉を57.57g、CeO2粉を0.374g、Pr6O12粉を0.086g、Al2O3粉を32.48g、Ga2O3粉を50.04g、Sc2O3粉を0.98g及びB2O3粉を0.08g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例9と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を50℃低温化することができた。
表2の実施例11の組成になるように、Gd2O3粉を12.54g、Y2O3粉を32.46g、Lu2O3粉を71.50g、CeO2粉を0.371g、Dy2O3粉を0.094g、Al2O3粉を32.27g、Ga2O3粉を49.72g、Sc2O3粉を0.98g及びB2O3を0.08g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例9と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を50℃低温化することができた。
表2の実施例12の組成になるように、Gd2O3粉を12.54g、Y2O3粉を32.46g、Lu2O3粉を71.50g、CeO2粉を0.371g、Er2O3粉を0.095g、Al2O3粉を32.27g、Ga2O3粉を49.72g、Sc2O3粉を0.98g及びB2O3粉を0.08g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例9と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を50℃低温化することができた。
表2の実施例13の組成になるように、Gd2O3粉を12.91g、Y2O3粉を41.87g、Lu2O3粉を59.03g、CeO2粉を0.383g、Pr6O12粉を0.126g、Al2O3粉を33.31g、Ga2O3粉を51.31g、Sc2O3粉を1.01g及びB2O3を0.08g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例9と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を50℃低温化することができた。wを0.5、xを0.4と大きな値にすることで、温度係数は−0.01%/℃まで小さくすることができた。
表2の実施例14の組成になるように、Gd2O3粉を12.90g、Y2O3粉を41.87g、Lu2O3粉を59.03g、CeO2粉を0.383g、Dy2O3粉を0.138g、Al2O3粉を33.31g、Ga2O3粉を51.31g、Sc2O3粉を1.01g及びB2O3粉を0.08g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例9と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を50℃低温化することができた。
表2の実施例15の組成になるように、Gd2O3粉を26.52g、Y2O3粉を42.15g、Lu2O3粉を44.56g、CeO2粉を0.385g、Er2O3粉を0.141g、Al2O3粉を33.53g、Ga2O3粉を51.65g、Sc2O3粉を1.01g及びB2O3粉を0.3g秤量した。この原料粉を使用し、焼結温度を1600℃とした以外は実施例9と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を100℃低温化することができた。
表2の実施例16の組成になるように、Gd2O3粉を26.27g、Y2O3粉を41.79g、Lu2O3粉を44.19g、CeO2粉を0.344g、Pr6O11粉を0.189g、Al2O3粉を29.47g、Ga2O3粉を49.23g、Sc2O3粉を8.46g及びB2O3粉を0.3g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例15と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、B2O3粉の添加により、焼結温度を100℃低温化することができた。
表2の実施例17の組成になるように、Gd2O3粉を54.26g、Y2O3粉を34.16g、Lu2O3粉を30.10g、CeO2粉を0.351g、Dy2O3粉を0.212g、Al2O3粉を33.19g、Ga2O3粉を46.71g、Sc2O3粉を0.96g及びH3BO3粉を0.1g秤量した。焼結助剤としてH3BO3を添加し、焼結温度を1675℃とした以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、H3BO3粉の添加により、焼結温度を25℃低温化することができた。
表2の実施例18の組成になるように、Gd2O3粉を52.94g、Y2O3粉を33.13g、Lu2O3粉を29.19g、CeO2粉を0.038g、Er2O3粉を0.208g、Al2O3粉を34.72g、Ga2O3粉を48.78g、Sc2O3粉を1.01g及びH3BO3粉を0.1g秤量した。この原料粉を使用した以外は実施例17と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、H3BO3粉の添加により、焼結温度を25℃低温化することができた。
表2の実施例19の組成になるように、Gd2O3粉を106.57g、Y2O3粉を16.66g、CeO2粉を0.381g、Dy2O3粉を0.02g、Al2O3粉を42.67g、Ga2O3粉を33.66g秤量した。湿式ボールミル混合時間を60時間とし、原料粉の平均粒径は0.2μmであった。この原料粉を使用した以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、このシンチレータの平均結晶粒径は2μmであった。
表2の実施例20の組成になるように、Gd2O3粉を106.57g、Y2O3粉を16.66g、CeO2粉を0.381g、Dy2O3粉を0.02g、Al2O3粉を42.67g、Ga2O3粉を33.66g秤量した。湿式ボールミル混合時間を8時間とし、原料粉の平均粒径は0.7μmであった。この原料粉を使用し焼結温度を1720℃で24時間とした以外は実施例19と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、このシンチレータの平均結晶粒径は19μmであった。
表2の比較例1の組成になるように、Gd2O3粉を125.26g、CeO2粉を0.358g、Al2O3粉を28.91g、Ga2O3粉を44.54g、Sc2O3粉を0.87g秤量した。Al2O3粉は、真空熱処理は行わず、購入した原料をそのまま用いた。この原料粉を用いた以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。このシンチレータ中のFeとSiの含有量は、それぞれ1.2質量ppm及び14質量ppmであった。以下、同様に分析した結果を表2に示す。比較例1のシンチレータはaが0.17と大きい。
表2の比較例2の組成になるように、Gd2O3粉を119.78g、CeO2粉を2.321g、Al2O3粉を30.28g、Ga2O3粉を46.65g、Sc2O3粉を0.92g秤量した。この原料粉を用いた以外は比較例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。比較例2のシンチレータはzが0.02と大きく、Fe量が他の比較例よりもさらに多い。
表2の比較例3の組成になるように、Gd2O3粉を114.44g、CeO2粉を0.329g、Pr6O11粉を0.542g、Al2O3粉を15.27g、Ga2O3粉を68.49g、Sc2O3粉を0.86秤量した。この原料粉を用いた以外は比較例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。比較例3のシンチレータはuが0.7と大きく、RE量も多い。
表2の比較例4の組成になるように、Gd2O3粉を110.20g、Y2O3粉を7.70g、CeO2粉を0.352g、Dy2O3粉を0.636g、Al2O3粉を23.88g、Ga2O3粉を47.15g、Sc2O3粉を10.02g秤量した。この原料粉を用いた以外は比較例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。比較例4のシンチレータはsが0.13と大きく、RE量も多い。
表2の比較例5の組成になるように、Gd2O3粉を111.52g、Y2O3粉を7.79g、CeO2粉を0.356g、Er2O3粉を0.652g、Al2O3粉を30.97g、Ga2O3粉を47.72g、Sc2O3粉を0.94g秤量した。この原料粉を用いた以外は比較例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。
表2の比較例6の組成になるように、Gd2O3粉を112.16g、Y2O3粉を7.79g、CeO2粉を0.356g、Al2O3粉を30.98g、Ga2O3粉を47.72g、Sc2O3粉を0.94g秤量した。この原料粉を用いた以外は比較例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。
表2の比較例7の組成になるように、Gd2O3粉を56.27g、Y2O3粉を52.98g、CeO2粉を0.404g、Al2O3粉を35.12g、Ga2O3粉を54.10g、Sc2O3粉を1.06g及び焼結助剤としてMgO粉を0.2g秤量した。Al2O3粉は、あらかじめ真空中(10Pa以下)、1400℃で1時間の熱処理を行った後、12時間ボールミル粉砕したものを用いた。この原料粉を用いた以外は実施例1と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、MgO粉の添加により、焼結温度を25℃低温化することができた。
表2の比較例8の組成になるように、Gd2O3粉を56.27g、Y2O3粉を52.98g、CeO2粉を0.404g、Al2O3粉を35.12g、Ga2O3粉を54.10g、Sc2O3粉を1.06g及び焼結助剤としてSiO2粉を0.2g秤量した。この原料粉を用いた以外は比較例7と同様の方法で、多結晶のシンチレータを作製した。尚、SiO2粉の添加により、焼結温度を25℃低温化することができた。但し、Siの混入量が増大した。
表2の比較例9の組成になるように、Gd2O3粉を106.57g、Y2O3粉を16.66g、CeO2粉を0.381g、Dy2O3粉を0.02g、Al2O3粉を42.67g、Ga2O3粉を33.66g秤量した。この原料粉の平均粒径は0.1μmであり、湿式ボールミル混合時間を120時間とした以外は実施例1と同様の方法で、平均結晶粒径が1.5μmの多結晶のシンチレータを作製した。
表2の比較例10の組成になるように、Gd2O3粉を106.57g、Y2O3粉を16.66g、CeO2粉を0.381g、Dy2O3粉を0.02g、Al2O3粉を42.67g、Ga2O3粉を33.66g秤量した。この原料粉の平均粒径は0.9μmであり、湿式ボールミル混合時間を6時間とし、焼結温度を1720℃で24時間焼結した以外は実施例1と同様の方法で、平均結晶粒径が25μmの多結晶のシンチレータを作製した。
2 Cu製サンプルフォルダー
3 石英ガラス
4 シンチレータ
5 シース熱電対
6 シリコンフォトダイオード
7 X線源
8 シンチレータ
9 光反射膜
10 配線基板
11 シリコンフォトダイオード
Claims (13)
- 発光元素としてのCeと、少なくともGd、Y、Al、Ga、RE及びOとを含有し、ガーネット結晶構造を有する多結晶シンチレータであって、
下記一般式:
(Gd1−w−x−y−zYwLuxREyCez)3+a(Al1−u−sGauScs)5−aO12
(ただし、REはPr、Dy及びErのうち少なくとも1種の元素であり、0<a≦0.15、0.2≦w≦0.5、0≦x≦0.5、0<y≦0.003、0.0003≦z≦0.0167、0.2≦u≦0.6、0≦s≦0.1)により表わされる組成を有し、Feの含有量が外割りで0.05〜1質量ppmであり、Siの含有量が外割りで0.5〜10質量ppmであり、平均結晶粒径が2〜20μmであって、X線で励起したときの30℃〜40℃における発光強度の温度係数が−0.15%/℃〜+0.15%/℃であることを特徴とする多結晶シンチレータ。 - 前記aが、0.005≦a≦0.05の範囲にある請求項1に記載の多結晶シンチレータ。
- 前記yが、0.0001≦y≦0.0015の範囲にある請求項1又は2に記載の多結晶シンチレータ。
- 前記zが、0.001≦z≦0.005の範囲にある請求項1〜3の何れか1項に記載の多結晶シンチレータ。
- 前記uが、0.35≦u≦0.55の範囲にある請求項1〜4の何れか1項に記載の多結晶シンチレータ。
- 前記sが、0.01≦s≦0.1の範囲にある請求項1〜5の何れか1項に記載の多結晶シンチレータ。
- 前記Feの含有量が外割りで0.05〜0.4質量ppmである請求項1〜6の何れか1項に記載の多結晶シンチレータ。
- 前記Siの含有量が外割りで0.5〜5質量ppmである請求項1〜6の何れか1項に記載の多結晶シンチレータ。
- 発光元素としてのCeと、少なくともGd、Y、Al、Ga、RE及びOとを含有し、ガーネット結晶構造を有する多結晶シンチレータであって(ただし、REはPr、Dy及びErのうち少なくとも1種の元素)、各元素の含有量は、質量%で、
0<Gd≦48.5、5.8≦Y≦18.6、0≦Lu≦32.7、0.01≦Ce≦0.9、0<RE≦0.17、4.2≦Al≦14.6、7.9≦Ga≦25.4、0≦Sc≦3.01、20.5≦O≦26.1であって、合計100質量%であり、かつFeの含有量が外割りで0.05〜1質量ppmであり、Siの含有量が外割りで0.5〜10質量ppmであり、平均結晶粒径が2〜20μmであって、X線で励起したときの30℃〜40℃における発光強度の温度係数が、−0.15%/℃〜+0.15%/℃であることを特徴とする多結晶シンチレータ。 - 請求項9に記載の多結晶シンチレータにおいて、各元素の含有量は、質量%で、0<Gd≦45.7、5.9≦Y≦17.5、0≦Lu≦30.8、0.05≦Ce≦0.25、0.01≦RE≦0.08、5.1≦Al≦11.2、13.8≦Ga≦23.5、0.24≦Sc≦2.88、20.9≦O≦24.9であって、合計100質量%であり、かつFeの含有量が外割りで0.05〜0.4質量ppmであり、Siの含有量が外割りで0.5〜5質量ppmであることを特徴とする多結晶シンチレータ。
- Bの含有量が外割りで10〜500質量ppmであることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の多結晶シンチレータ。
- 請求項1〜11の何れか1項に記載の多結晶シンチレータを製造する方法において、少なくともGd、Y、Al及びGaの各酸化物粉末と、Ceの酸化物粉末あるいは硝酸化物粉末と、Pr、Dy及びErのうち少なくとも1種の元素の酸化物粉末あるいは硝酸化物粉末と、からなる原料粉末をボールミル混合し、平均粒径を0.2〜0.7μmの混合原料粉となし、前記混合原料粉を仮焼することなく加圧成形し、酸素雰囲気中で1600〜1720℃で焼結することを特徴とする多結晶シンチレータの製造方法。
- 請求項1〜11の何れか1項に記載の多結晶シンチレータと、該シンチレータの発光を検出するシリコンフォトダイオードと、を有することを特徴とする放射線検出器。
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