JP6948829B2 - A scintillator array, a radiation detector using the scintillator array, a radiation inspection device, and a method for manufacturing the scintillator array. - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、シンチレータアレイ、並びにそれを用いた放射線検出器並びに放
射線検査装置、およびシンチレータアレイの製造方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a scintillator array, a radiation detector and a radiation inspection device using the scintillator array, and a method for manufacturing the scintillator array.

医療診断や工業用検査などの分野においてはＸ線断層写真撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）な
どの放射線検査装置を用いた検査が行われている。このＸ線ＣＴ装置は扇状のファンビー
ムＸ線を照射するＸ線管（Ｘ線源）と多数のＸ線検出素子を併設したＸ線検出器とを、被
検体の断層面を中央として対向配置して構成されている。このようなＸ線ＣＴ装置におい
てはＸ線検出器に向けてＸ線管からファンビームＸ線を照射し、１回照射を行う毎に断層
面に対して例えば角度を１度ずつ変えてゆくことによってＸ線吸収データを収集した後、
このデータをコンピュータで解析することによって断層面の個々の位置のＸ線吸収率を算
出し、その吸収率に応じた画像を構成するものである。
Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器では、Ｘ線の刺激により発光して可視光線等を放射する固体
シンチレータを使用したシンチレータアレイが用いられている。固体シンチレータとは、
シンチレータ材料からなる多結晶セラミックスシンチレータもしくは単結晶シンチレータ
のことであり、シンチレータアレイとはこの固体シンチレータを加工して複数のシンチレ
ータ素子を作製し、反射層を介してこれらシンチレータ素子を一体化したものである。こ
のシンチレータアレイとフォトダイオードとを組み合わせた検出器の開発が進められてい
る。このシンチレータアレイを用いた検出器では、検出素子を小型化し、チャンネル数を
増やすことが容易であることから、高解像度のＸ線ＣＴ装置を得ることが可能となる。
従来、Ｘ線などの放射線検出器に用いられる固体シンチレータとしては、例えばタング
ステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ_４）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化セシウム（Ｃ
ｓＩ）等の単結晶体、特開昭５９−４５０２２号公報（特許文献１）に示される塩化弗化
バリウム：ユーロピウム（ＢａＦＣｌ：Ｅｕ）、ランタンオキシ臭化物：テルビウム（Ｌ
ａＯＢｒ：Ｔｂ）、ヨウ化セシウム：タリウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）、タングステン酸カルシ
ウム（ＣａＷＯ_４）およびタングステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ_４）の多結晶セラミック
ス、特開昭５９−２７２８３号公報（特許文献２）に示される立方晶系希土類酸化物セラ
ミックス、特開昭５８−２０４０８８号公報（特許文献３）に示されるガドリニウムオキ
シ硫化物：プラセオジウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ）セラミックス等が知られている。 In fields such as medical diagnosis and industrial inspection, inspections using a radiation inspection device such as an X-ray tomography device (X-ray CT device) are performed. In this X-ray CT device, an X-ray tube (X-ray source) that irradiates a fan-shaped fan beam X-ray and an X-ray detector with a large number of X-ray detection elements are arranged facing each other with the tomographic plane of the subject as the center. It is composed of. In such an X-ray CT apparatus, a fan beam X-ray is irradiated from an X-ray tube toward an X-ray detector, and the angle is changed, for example, by 1 degree with respect to the fault plane each time the irradiation is performed. After collecting X-ray absorption data by
By analyzing this data with a computer, the X-ray absorption rate at each position of the tomographic plane is calculated, and an image corresponding to the absorption rate is constructed.
In the X-ray detector of the X-ray CT apparatus, a scintillator array using a solid scintillator that emits light by stimulation of X-rays and emits visible light or the like is used. What is a solid scintillator?
A polycrystalline ceramic scintillator or a single crystal scintillator made of a scintillator material. A scintillator array is a solid scintillator processed to produce a plurality of scintillator elements, and these scintillator elements are integrated via a reflective layer. be. The development of a detector that combines this scintillator array and a photodiode is underway. In the detector using this scintillator array, the detection element can be miniaturized and the number of channels can be easily increased, so that a high-resolution X-ray CT apparatus can be obtained.
Conventionally, solid scintillators used for radiation detectors such as X-rays include, for example, cadmium tungstate (CdWO ₄ ), sodium iodide (NaI), and cesium iodide (C).
Single crystals such as sI), barium chloride fluoride (BaFCl: Eu), lanthanum oxy bromide: terbium (L) shown in JP-A-59-4502 (Patent Document 1).
aOBr: Tb), cesium iodide: thallium (CsI: Tl), calcium tungstate (CaWO ₄ ) and cadmium tungstate (CdWO ₄ ) polycrystalline ceramics, JP-A-59-27283 (Patent Document 2). The cubic rare earth oxide ceramics shown, gadolinium oxysulfide shown in JP-A-58-240888 (Patent Document 3): placeodium (Gd ₂ O ₂ S: Pr) ceramics and the like are known.

（Ｇｄ_１−ｘＰｒ_ｘ）_２Ｏ_２Ｓ、（Ｇｄ_{１−ｘ−ｙ}Ｐｒ_ｘＣｅ_ｙ ）_２Ｏ_２Ｓ等の式で
表される希土類オキシ硫化物セラミックスをシンチレータ材料として使用した固体シンチ
レータは、Ｘ線吸収係数が大きく、発光の残光時間が短いことからＸ線検出器用シンチレ
ータとして望ましい。
さらに、特許第５４９８９０８号（特許文献４）に示されたようなガーネット構造酸化物
の多結晶体からなる固体シンチレータも開示されている。ガーネット構造酸化物の多結晶
体からなる固体シンチレータは、前記の希土類オキシ硫化物セラミックスをシンチレータ
材料として使用した固体シンチレータよりも同等以上の光出力で、発光の残光時間がより
短い（残光の減衰がより早い）。
しかし、これら固体シンチレータは、組成を制御することにより、光出力（発光強度）の
向上は見られるものの、Ｘ線ＣＴ装置では患者へのさらなる低被ばく線量が望まれており
、このためにはさらなる光出力の高強度化（高感度化）によるＸ線照射量の削減、および
高速スキャンによる照射時間の削減のための短残光（残光の減衰が早い）特性が要求され
ている。さらに、Ｘ線ＣＴ装置の画像は、微細組織などの撮影画像の画質のさらなる高解
像度化や心臓などの動く臓器の動画撮影のための高精細高画質化も要求されている。
また、昨今、注目されているテロ防止として空港での手荷物検査装置などのセキュリテ
ィ分野で、最も多く使われている固体シンチレータはタングステン酸カドミウム（ＣｄＷ
Ｏ_４）単結晶であるが、カドミウム（Ｃｄ）は有害性物質であり、環境面での問題が残る
。 _{(Gd 1-x Pr x)} 2 O 2 S, (Gd 1-x-y Pr x Ce y) solid scintillator using a rare earth oxysulfide ceramics represented by the formula, such as 2 _{O 2} S as a scintillator material It is desirable as a scintillator for an X-ray detector because it has a large X-ray absorption coefficient and a short afterglow time of light emission.
Further, a solid scintillator composed of a polycrystal of a garnet structure oxide as shown in Japanese Patent No. 5489908 (Patent Document 4) is also disclosed. A solid scintillator composed of polycrystals of garnet structure oxide has a light output equal to or higher than that of a solid scintillator using the rare earth oxysulfide ceramics as a scintillator material, and has a shorter afterglow time of light emission (afterglow). Decays faster).
However, although these solid scintillators can improve the light output (emission intensity) by controlling the composition, an X-ray CT apparatus is desired to have a lower exposure dose to the patient, and for this purpose, further reduction is desired. Short afterglow (fast attenuation of afterglow) characteristics are required to reduce the amount of X-ray irradiation by increasing the intensity (high sensitivity) of the light output and to reduce the irradiation time by high-speed scanning. Further, the image of the X-ray CT apparatus is required to have a higher resolution of the image quality of the captured image such as a fine tissue and a high-definition image quality for moving image of a moving organ such as the heart.
In addition, cadmium tungstate (CdW) is the most widely used solid scintillator in the security field such as baggage inspection equipment at airports to prevent terrorism, which has been attracting attention these days.
O ₄ ) Although it is a single crystal, cadmium (Cd) is a toxic substance, and environmental problems remain.

前記のガーネット構造酸化物の多結晶体からなる固体シンチレータは、ガーネット構造酸
化物粉末を適当な形状に成形し、これを焼結することにより作製されている。得られた前
記のガーネット構造酸化物の多結晶体からなる固体シンチレータの焼結体から、矩形棒状
あるいは平板状のシンチレータプレートが切り出され、さらにこのシンチレータプレート
は複数の直方体のシンチレータ素子にスライスされる。前記のシンチレータアレイを用い
た検出素子は、例えば前記の複数のシンチレータ素子を約８０μｍの幅の反射層を介して
集積したシンチレータアレイにより構成される。
最近のＸ線ＣＴ装置においては、高解像度化のための多チャンネル化に伴い、検出素子の
小型化などが求められている。さらには、微細な組織の撮影のために、検出素子のシンチ
レータ素子当たりのサイズを従来の１／２以下と微細化した検出器も開発されている。 The solid scintillator made of a polycrystal of a garnet structure oxide is produced by molding a garnet structure oxide powder into an appropriate shape and sintering the powder. A rectangular rod-shaped or flat plate-shaped scintillator plate is cut out from the obtained sintered body of the solid scintillator made of the polycrystal of the garnet structure oxide, and the scintillator plate is further sliced into a plurality of rectangular parallelepiped scintillator elements. .. The detection element using the scintillator array is composed of, for example, a scintillator array in which the plurality of scintillator elements are integrated via a reflection layer having a width of about 80 μm.
In recent X-ray CT devices, there is a demand for miniaturization of detection elements and the like as the number of channels increases for higher resolution. Further, a detector having been developed in which the size of the detection element per scintillator element is reduced to 1/2 or less of the conventional size for photographing a fine structure.

このような検出素子の小型化、シンチレータ素子の微細化などに伴って、焼結工程により
得た前記の固体シンチレータの焼結体から例えば幅２０ｍｍ以上、長さ３０ｍｍ以上、厚
み０．５ｍｍ以上というような大きさのシンチレータプレートを切り出し、このシンチレ
ータプレートからＸ線が入射する面に相当する面の面積が縦１ｍｍ以下、横１ｍｍ以下、
さらには縦０．５ｍｍ以下、横０．５ｍｍ以下の直方体の複数の微細なシンチレータ素子
を作成する必要が生じている。
そして、これらの微細シンチレータ素子を集積するシンチレータアレイでは、反射層の幅
も８０μｍ以下と従来の約１００μｍより狭くなってきている。しかしながら、前記のガ
ーネット構造酸化物の多結晶体からなる固体シンチレータは、前記の希土類オキシ硫化物
セラミックスをシンチレータ材料として使用した固体シンチレータよりも硬度が高く（例
えば、ビッカース硬度で希土類オキシ硫化物セラミックスは約５００Ｈｖに対して、ガー
ネット構造酸化物は、約１３００Ｈｖと約２．５倍の硬度である）、前記の希土類オキシ
硫化物セラミックスをシンチレータ材料として使用した固体シンチレータよりも微細加工
が難しい。 With the miniaturization of the detection element and the miniaturization of the scintillator element, for example, the width is 20 mm or more, the length is 30 mm or more, and the thickness is 0.5 mm or more from the sintered body of the solid scintillator obtained by the sintering step. A scintillator plate of such a size is cut out, and the area of the surface corresponding to the surface on which X-rays are incident from this scintillator plate is 1 mm or less in length and 1 mm or less in width.
Further, it is necessary to produce a plurality of fine scintillator elements having a rectangular parallelepiped having a length of 0.5 mm or less and a width of 0.5 mm or less.
In the scintillator array that integrates these fine scintillator elements, the width of the reflective layer is 80 μm or less, which is narrower than the conventional approximately 100 μm. However, the solid scintillator composed of the polycrystal of the garnet structure oxide has a higher hardness than the solid scintillator using the rare earth oxysulfide ceramics as the scintillator material (for example, the rare earth oxysulfide ceramics having Vickers hardness). The garnet structural oxide has a hardness of about 1300 Hv, which is about 2.5 times that of about 500 Hv), and is more difficult to finely process than a solid scintillator using the rare earth oxysulfide ceramics as a scintillator material.

従来の前記固体シンチレータの焼結体は、多結晶体であり、その結晶粒の分布については
、特段の注意は払われていなかった。しかし、シンチレータ素子は、固体シンチレータの
大きな焼結体であるインゴットから切り出して製造している。インゴット内に粗大粒と微
小な結晶粒との混在領域が存在していると個々のシンチレータ素子の光出力低下になり易
く、その結果、前記の複数のシンチレータ素子を反射層を介して集積したシンチレータア
レイの光出力バラツキにつながっていた。
例えば結晶粒の分布が粗大な結晶粒(粗大粒)と微小な結晶粒とが混在する状態あるいは平
均結晶粒径のばらつきが大きい状態では、前記のようにシンチレータ素子を微細化しても
、シンチレータ素子内およびシンチレータ素子間の結晶粒の平均結晶粒径が一定でないた
め、前記のシンチレータアレイの光出力や光の透過度などの特性のバラツキが大きくなり
やすい。特に、前記シンチレータ素子のサイズがＸ線が入射する面に相当する面の面積で
縦１ｍｍ以下、横１ｍｍ以下、さらには縦０．５ｍｍ以下、横０．５ｍｍ以下のように小
型化、微細化になると、従来のように粗大粒と微小な結晶粒との混在領域が存在した場合
、微小な結晶粒の多いシンチレータ素子と粗大な結晶粒の多いシンチレータ素子とが一つ
のシンチレータアレイ内に混在することとなり、このためシンチレータアレイとして光出
力や光の透過度などの特性のバラツキを大きくしてしまうことが分かった。平均結晶粒径
のばらつきが大きい場合も同様に、光出力や光の透過度などの特性のバラツキを大きくし
てしまうことが分かった。特に、前記の複数のシンチレータ素子を反射層を介して縦横に
２次元的に並べるシンチレータアレイでは部分的にシンチレータ素子の光出力が低下する
と、シンチレータアレイとしての感度バラツキが大きくなるといった問題が生じていた。
さらに、ガーネット構造酸化物は、前記の通り硬度が高いため、粗大粒と微小な結晶粒
との混在領域が存在していると、特に粗大粒が存在する部分では加工が難しく、したがっ
て微細な加工をすることが困難であった。 The conventional sintered body of the solid scintillator is a polycrystalline body, and no particular attention has been paid to the distribution of the crystal grains. However, the scintillator element is manufactured by cutting out from an ingot, which is a large sintered body of a solid scintillator. If a mixed region of coarse grains and fine crystal grains exists in the ingot, the light output of each scintillator element tends to decrease, and as a result, the scintillator in which the plurality of scintillator elements are integrated via a reflection layer. This led to variations in the optical output of the array.
For example, in a state where crystal grains having a coarse distribution of crystal grains (coarse grains) and fine crystal grains are mixed or a state in which the average crystal grain size varies widely, even if the scintillator element is made finer as described above, the scintillator element is used. Since the average crystal grain size of the crystal grains inside and between the scintillator elements is not constant, the variation in characteristics such as the light output and the light transmission of the scintillator array tends to be large. In particular, the size of the scintillator element is miniaturized and miniaturized so that the area of the surface corresponding to the surface on which X-rays are incident is 1 mm or less in length and 1 mm or less in width, and further 0.5 mm or less in length and 0.5 mm or less in width. Then, when there is a mixed region of coarse grains and fine crystal grains as in the conventional case, the scintillator element having many fine crystal grains and the scintillator element having many coarse crystal grains are mixed in one scintillator array. As a result, it was found that the scintillator array increases the variation in characteristics such as light output and light transmission. It was also found that when the average crystal grain size varies widely, the variation in characteristics such as light output and light transmittance increases. In particular, in a scintillator array in which the plurality of scintillator elements are two-dimensionally arranged vertically and horizontally via a reflection layer, if the optical output of the scintillator elements is partially reduced, there is a problem that the sensitivity variation of the scintillator array becomes large. rice field.
Further, since the garnet structure oxide has a high hardness as described above, if a mixed region of coarse grains and fine crystal grains is present, it is difficult to process particularly in the portion where the coarse grains are present, and therefore fine processing is performed. It was difficult to do.

特開昭５９−４５０２２号公報JP-A-59-45022 特開昭５９−２７２８３号公報JP-A-59-27283 特開昭５８−２０４０８８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-204808 特許第５４９８９０８号公報Japanese Patent No. 5498908

本発明の実施形態は以上の課題に鑑みてなされたものであり、特性面で高い光出力を有
し短残光であり、さらに微細組織の撮影に最適な高精細な解像度を有し、かつ有害物質を
含まないシンチレータアレイ、並びにそれを用いた放射線検出器並びに放射線検査装置、
および前記シンチレータアレイの製造方法を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in view of the above problems, has a high light output in terms of characteristics, has a short afterglow, has a high-definition resolution optimal for photographing a fine structure, and has a high-definition resolution. A scintillator array that does not contain harmful substances, and radiation detectors and radiation inspection equipment that use it.
And an object of the present invention is to provide a method for manufacturing the scintillator array.

本発明の実施形態であるシンチレータアレイは、
下記一般式で表わされるシンチレータ材料であるガーネット構造酸化物の多結晶体からな
る固体シンチレータから作成した複数のシンチレータ素子を反射層を介して一体化したシ
ンチレータアレイであり、
前記シンチレータ素子の１個の寸法が、縦１．０ｍｍ以下×横１．０ｍｍ以下×深さ２．
５ｍｍ以下であり、
前記シンチレータ素子間の反射層の厚さが８０μｍ以下であり、
前記ガーネット構造酸化物の多結晶体の平均結晶粒径は、２μｍ以上５０μｍ以下であり
、前記多結晶体の平均結晶粒径のばらつきは、平均結晶粒径の最大値と最小値の差が５μ
ｍ以下である、
ことを特徴とするシンチレータアレイである。
一般式：（Ｇｄ_{１−α−β−γ}Ｔｂ_αＬｕ_βＣｅ_γ）_３（Ａｌ_１−ｘＧａ_ｘ）_ａＯ_ｂ
０≦α≦０．５５
０＜β≦０．５５
０．０００１≦γ≦０．１
α+β+γ＜1
０＜ｘ＜１
４．８≦ａ≦５．２
１１．６≦ｂ≦１２．４
さらに、０≦α≦０．４８、０．００１≦β≦０．４９、０．０１≦ｘ≦０．８であるこ
とが好ましい。また、Ｂａ含有量が１０〜４００質量ｐｐｍであることが好ましい。Ｆ含
有量が３００ｐｐｍ質量以下（ゼロ含む）であることが好ましい。
前記ガーネット構造酸化物の多結晶体からなる固体シンチレータをＸＲＤ分析したとき、
ガーネット相の最強ピークをＩ_Ｇ、ペロブスカイト相の最強ピークをＩ_Ｐとしたとき、Ｉ
_Ｐ／Ｉ_Ｇ比が０．０１以下（ゼロ含む）であることが好ましい。
また、Ｘ線で励起したとき、５３０〜５６０ｎｍに最強の発光ピークを具備することが好
ましい。
さらに、前記シンチレータアレイに入射したＸ線による光出力のばらつきとして、光出力
の最大値と最小値の差が５％以下であることが好ましい。
また、６８０ｎｍの発光ピークを有する光の透過度が５０％以上であることが好ましい。
また、前記シンチレータアレイに入射したＸ線による光出力が最強に発光させたときを
１００％として、光出力の残光の減衰が５％になるまでの時間が、４ｍｓ以下であること
が好ましい。前記多結晶体からなる固体シンチレータの相対密度が９９．５％以上である
ことが好ましい。
このような固体シンチレータから作製したシンチレータ素子を反射層を介して一体化し
たシンチレータアレイは、放射線検出器並びにそれを用いた放射線検査装置に好適である
。 The scintillator array according to the embodiment of the present invention
It is a scintillator array in which a plurality of scintillator elements prepared from a solid scintillator made of a polycrystal of a garnet structure oxide, which is a scintillator material represented by the following general formula, are integrated via a reflection layer.
One dimension of the scintillator element is 1.0 mm or less in length × 1.0 mm or less in width × depth 2.
5 mm or less
The thickness of the reflective layer between the scintillator elements is 80 μm or less, and the thickness is 80 μm or less.
The average crystal grain size of the polycrystal of the garnet structure oxide is 2 μm or more and 50 μm or less, and the difference in the average crystal grain size of the polycrystal is 5 μm between the maximum value and the minimum value of the average crystal grain size.
m or less,
It is a scintillator array characterized by this.
General formula: (Gd _1-α-β-γ Tb _α Lu _β Ce _γ ) ₃ (Al _1-x Ga _x ) _{a Ob}
0 ≤ α ≤ 0.55
0 <β ≤ 0.55
0.0001 ≤ γ ≤ 0.1
α + β + γ <1
0 <x <1
4.8 ≤ a ≤ 5.2
11.6 ≤ b ≤ 12.4
Further, it is preferable that 0 ≦ α ≦ 0.48, 0.001 ≦ β ≦ 0.49, and 0.01 ≦ x ≦ 0.8. Further, the Ba content is preferably 10 to 400 mass ppm. The F content is preferably 300 ppm mass or less (including zero).
When the solid scintillator composed of the polycrystal of the garnet structure oxide was XRD-analyzed,
When the strongest peak of the garnet phase was I _G, the strongest peak of the perovskite phase and I _P, I
_{The P} / _IG ratio is preferably 0.01 or less (including zero).
Further, when excited by X-rays, it is preferable to have the strongest emission peak at 530 to 560 nm.
Further, as the variation of the light output due to the X-rays incident on the scintillator array, the difference between the maximum value and the minimum value of the light output is preferably 5% or less.
Further, it is preferable that the transmittance of light having an emission peak of 680 nm is 50% or more.
Further, it is preferable that the time until the attenuation of the afterglow of the light output becomes 5% or less is 4 ms or less, assuming that the light output by the X-rays incident on the scintillator array emits the strongest light. The relative density of the solid scintillator composed of the polycrystalline material is preferably 99.5% or more.
A scintillator array in which a scintillator element manufactured from such a solid scintillator is integrated via a reflection layer is suitable for a radiation detector and a radiation inspection device using the scintillator array.

本発明の実施形態によれば、ガーネット構造酸化物の組成や不純物、平均結晶粒径の分
布などを制御し、微細加工を可能にすることにより、高い光出力でそのばらつきを低減し
た固体シンチレータを使用した複数の微細なシンチレータ素子を含むシンチレータアレイ
を提供することができる。また、カドミウムのような有毒物質を使わないので環境負荷も
低減できる。このようなシンチレータアレイを用いた放射線検出器並びに放射線検査装置
は、優れた特性を示す。 According to the embodiment of the present invention, a solid scintillator with high light output and reduced variation by controlling the composition and impurities of the garnet structure oxide, the distribution of the average crystal grain size, and the like to enable fine processing. It is possible to provide a scintillator array including a plurality of fine scintillator elements used. In addition, since toxic substances such as cadmium are not used, the environmental load can be reduced. Radiation detectors and radiation inspection devices using such scintillator arrays exhibit excellent characteristics.

本発明の放射線検出器の一例を示す図。The figure which shows an example of the radiation detector of this invention. 本発明の放射線検査装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the radiation inspection apparatus of this invention.

本発明の実施形態であるシンチレータアレイは、下記一般式で表わされるガーネット構
造酸化物からなるシンチレータ材料を使用する。なお、シンチレータ材料とは、固体シン
チレータの原料となる蛍光体のことである。
一般式：（Ｇｄ_{１−α−β−γ}Ｔｂ_αＬｕ_βＣｅ_γ）_３（Ａｌ_１−ｘＧａ_ｘ）_ａＯ_ｂ
０≦α≦０．５５
０＜β≦０．５５
０．０００１≦γ≦０．１
α+β+γ＜1
０＜ｘ＜１
４．８≦ａ≦５．２
１１．６≦ｂ≦１２．４ The scintillator array according to the embodiment of the present invention uses a scintillator material made of a garnet structural oxide represented by the following general formula. The scintillator material is a phosphor that is a raw material for a solid scintillator.
General formula: (Gd _1-α-β-γ Tb _α Lu _β Ce _γ ) ₃ (Al _1-x Ga _x ) _{a Ob}
0 ≤ α ≤ 0.55
0 <β ≤ 0.55
0.0001 ≤ γ ≤ 0.1
α + β + γ <1
0 <x <1
4.8 ≤ a ≤ 5.2
11.6 ≤ b ≤ 12.4

ガーネット構造酸化物は、その基本構造がＲ_３Ａ_５Ｏ_１２（Ｒ：希土類元素、Ａ：Ａｌ、
Ｇａ）で表される。なお、「Ｏ」は酸素である。
前記のＲ元素は希土類元素であり、上記一般式ではＧｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テル
ビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｃｅ（セリウム）である。また、これ以外の希土類元素
は５０質量ｐｐｍ以下含有していてもよい。
Ｇｄ，Ｔｂ，Ｌｕは４配位のサイトを占める元素である。Ｘ線管ではＸ線管ターゲット
の電子線照射面が、タングステンまたはタングステン合金（Ｒｅ−Ｗ合金）でできている
ことがほとんどである。タングステン（またはタングステン合金）からなる電子照射面に
電子線があたるとＸ線が発生する仕組みである。
Ｇｄはタングステンから発生するＸ線の吸収係数が最も高いため、発光材料の構成元素
として好ましい。そのためＧｄ量は、１−α−β−γ＞０である。
Ｔｂは発光にも寄与する元素である。Ｔｂ量を示すα値は、０≦α≦０．５５である。
好ましくは０≦α≦０．４８であり、この範囲であれば短残光特性が向上する。α値が０
．５５を超えると、これ以上の効果が得られないだけでなく、他の成分の割合が減るので
光出力が低下する。
Ｌｕは異相の析出を抑える元素である。異相としては、ペロブスカイト相（Ｒ（ＡｌＧ
ａ）Ｏ_３で例えばＧｄＡｌＯ_３；Ｒは希土類元素）やモノクリニック相（例えば一般式Ｒ
_４（ＡｌＧａ）_２Ｏ_９で表され、具体例としてＧｄ_４Ａｌ_２Ｏ_９；Ｒは希土類元素）が挙
げられる。特にペロブスカイト相ができ易く、Ｌｕの存在は重要である。Ｌｕ量を示すβ
値は０＜β≦０．５５である。好ましくは０．００１≦β≦０．４９である。一方、β値
が０．５５を超えると光出力が低下する。 The basic structure of garnet structural oxide is R ₃ A ₅ O ₁₂ (R: rare earth element, A: Al,
It is represented by Ga). In addition, "O" is oxygen.
The R element is a rare earth element, and in the above general formula, it is Gd (gadolinium), Tb (terbium), Lu (lutetium), and Ce (cerium). Further, other rare earth elements may be contained in an amount of 50 mass ppm or less.
Gd, Tb, and Lu are elements that occupy 4-coordinated sites. In most X-ray tubes, the electron beam irradiation surface of the X-ray tube target is made of tungsten or a tungsten alloy (Re-W alloy). This is a mechanism in which X-rays are generated when an electron beam hits an electron irradiation surface made of tungsten (or a tungsten alloy).
Gd has the highest absorption coefficient of X-rays generated from tungsten, and is therefore preferable as a constituent element of a light emitting material. Therefore, the amount of Gd is 1-α-β-γ> 0.
Tb is an element that also contributes to light emission. The α value indicating the amount of Tb is 0 ≦ α ≦ 0.55.
Preferably, 0 ≦ α ≦ 0.48, and within this range, the short afterglow characteristic is improved. α value is 0
.. If it exceeds 55, not only no further effect can be obtained, but also the proportion of other components decreases, so that the light output decreases.
Lu is an element that suppresses the precipitation of different phases. As a heterogeneous phase, the perovskite phase (R (AlG)
a) _{O 3,} for example GdAlO _3; R is a rare earth element) and a monoclinic phase (e.g. general formula R
₄ (AlGa) _{is represented by 2} O ₉ , and specific examples thereof include Gd ₄ Al ₂ O ₉ ; R is a rare earth element). In particular, the perovskite phase is likely to occur, and the presence of Lu is important. Β indicating the amount of Lu
The value is 0 <β ≦ 0.55. Preferably 0.001 ≦ β ≦ 0.49. On the other hand, when the β value exceeds 0.55, the light output decreases.

また、Ｃｅは発光させるための元素であり、その量を示すγ値は０．０００１≦γ≦０
．１である。この範囲外では、光出力が弱くなる。
α＋β＋γ＜１である。
Ａｌ（アルミニウム）およびＧａ（ガリウム）はガーネット構造を構成する必須の元素
である。これらは、いずれも単一元素でもガーネット構造を形成するが、Ａｌ単独では不
純物（例えばＢａ）が取り込まれ易く、一方Ｇａ単独では光出力が弱くなると共にコスト
高になるおそれがある。従って、０＜ｘ＜１である。好ましくは、０．０１≦ｘ≦０．８
であり、さらに好ましくは０．１≦ｘ≦０．６である。 In addition, Ce is an element for emitting light, and the γ value indicating the amount thereof is 0.0001 ≦ γ ≦ 0.
.. It is 1. Outside this range, the light output is weak.
α + β + γ <1.
Al (aluminum) and Ga (gallium) are essential elements constituting the garnet structure. All of these form a garnet structure even with a single element, but impurities (for example, Ba) are easily taken in by Al alone, while Ga alone may weaken the light output and increase the cost. Therefore, 0 <x <1. Preferably 0.01 ≤ x ≤ 0.8
, And more preferably 0.1 ≦ x ≦ 0.6.

なお、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｇａの定量分析はアルカリ融解−ＩＣＰ発光分
光法で行うものとする。また、酸素量の定量分析は不活性ガス融解−赤外線吸収法により
行うものとする。
また、本来ガーネット構造はＲ_３Ａ_５Ｏ_１２（Ｒ：希土類元素、Ａ：Ａｌ，Ｇａ）で表
されるが、化学量論組成から外れても十分な特性は得られる。具体的には、原子比で希土
類元素Ｒの原子比３に対して、Ａの原子比ａ、Ｏの原子比ｂは、４．８≦ａ≦５．２、１
１．６≦ｂ≦１２．４である。この比を超えると、異相、例えばペロブスカイト相などが
必要以上に析出する。なお、希土類元素量を求めるときは、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕ、Ｃｅの原
子比の合計値を「３」とする。他の希土類元素成分が存在していたとしてもそれぞれ５０
質量ｐｐｍ以下と少量なのでカウントしなくてもよい。 Quantitative analysis of Gd, Tb, Lu, Ce, Al, and Ga shall be performed by alkaline melting-ICP emission spectroscopy. In addition, the quantitative analysis of the amount of oxygen shall be performed by the Infrared gas melting-infrared absorption method.
The garnet structure is originally represented by R ₃ A ₅ O ₁₂ (R: rare earth element, A: Al, Ga), but sufficient properties can be obtained even if it deviates from the stoichiometric composition. Specifically, the atomic ratio a of A and the atomic ratio b of O are 4.8 ≦ a ≦ 5.2, 1 with respect to the atomic ratio 3 of the rare earth element R in terms of atomic ratio.
1.6 ≦ b ≦ 12.4. If this ratio is exceeded, a heterogeneous phase, such as a perovskite phase, is precipitated more than necessary. When determining the amount of rare earth elements, the total value of the atomic ratios of Gd, Tb, Lu, and Ce is set to "3". 50 each, even if other rare earth elemental components are present
Since it is a small amount of mass ppm or less, it is not necessary to count it.

また、Ｂａ含有量が１０〜４００質量ｐｐｍであることが好ましい。また、Ｆ含有量が
３００質量ｐｐｍ以下（ゼロ含む）であることが好ましい。Ｂａが４００質量ｐｐｍを超
えると固体シンチレータの透明性や光出力のバラツキが生じやすい。同様に、Ｆが３００
質量ｐｐｍを超えると固体シンチレータの透明性や光出力のバラツキが生じやすい。
ＢａはＢａＦとして液相を生じやすく、反応を活性化させる効果があり、異相を形成さ
せず均質なガーネット構造を形成するのに効果的である。一方、ＢａはＡｌと反応し易く
、あまり多いとガーネット構造を形成する前にＢａとＡｌの反応が促進して異相が形成さ
れる原因となるおそれがある。そのため、Ｂａ含有量は１０質量ｐｐｍ以上であり、好ま
しくは１０〜２００質量ｐｐｍである。また、Ｆはゼロ（検出限界以下）であることが好
ましい。なお、Ｂａ含有量はアルカリ融解−ＩＣＰ発光分光法で行うものとし、Ｆ含有量
は熱加水分解分離−イオンクロマトグラフ法で行うものとする。 Further, the Ba content is preferably 10 to 400 mass ppm. Further, the F content is preferably 300 mass ppm or less (including zero). If Ba exceeds 400 mass ppm, the transparency of the solid scintillator and the variation in light output are likely to occur. Similarly, F is 300
If the mass exceeds ppm, the transparency of the solid scintillator and the variation in light output are likely to occur.
Ba tends to form a liquid phase as BaF, has an effect of activating the reaction, and is effective in forming a homogeneous garnet structure without forming a heterogeneous phase. On the other hand, Ba easily reacts with Al, and if it is too large, the reaction between Ba and Al may be promoted before forming a garnet structure, which may cause the formation of a heterogeneous phase. Therefore, the Ba content is 10 mass ppm or more, preferably 10 to 200 mass ppm. Further, F is preferably zero (below the detection limit). The Ba content shall be performed by alkali melting-ICP emission spectroscopy, and the F content shall be performed by thermal hydrolysis separation-ion chromatography.

ガーネット構造型酸化物からなるシンチレータ材料を製造する際、反応促進剤としてフ
ッ化バリウム（ＢａＦ_２）やフッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）などのフラックスを使用す
ることが好ましい。特に、ＢａＦ２は本発明の実施形態である固体シンチレータ用のシン
チレータ材料の製造には有効である。一方でＢａ（バリウム）やＦ（フッ素）は、Ａｌの
みのガーネット酸化物では粒成長しやすく、その過程で粒子内部に取り込まれやすい。ま
た、ＢａやＦはＡｌと反応し易く、特にＢａＡｌＯ_ｘ化合物（主にｘ＝３）を生成し易い
。本発明の実施形態ではＡｌとＧａを併用しているのでシンチレータ材料に必要以上にＢ
ａやＦが取り込まれるのを防ぐことができる。 When producing a scintillator material made of a garnet structure type oxide, it is preferable to use a flux such _{as barium fluoride (BaF 2} ) or aluminum fluoride (AlF _{3) as a reaction accelerator.} In particular, BaF2 is effective for producing a scintillator material for a solid scintillator according to the embodiment of the present invention. On the other hand, Ba (barium) and F (fluorine) are likely to grow grains in the garnet oxide containing only Al, and are easily incorporated into the particles in the process. In addition, Ba and F easily react with Al, and in particular, easily form a BaAlO _x compound (mainly x = 3). In the embodiment of the present invention, since Al and Ga are used in combination, B is more than necessary for the scintillator material.
It is possible to prevent a and F from being taken in.

また、本発明の実施形態であるシンチレータアレイを構成する固体シンチレータをＸＲ
Ｄ分析したとき、ガーネット相の最強ピークをＩ_Ｇ、ペロブスカイト相の最強ピークをＩ
_Ｐとしたとき、Ｉ_Ｐ／Ｉ_Ｇ比が０．０１以下（ゼロ含む）であることが好ましい。０．０
１を超えると異相の割合が大きいことから光の散乱が発生し、シンチレータとしての光出
力が低下する。ＸＲＤ分析（Ｘ線回折分析）は、ターゲットＣｕ、電圧４０ｋＶ、電流値
４０ｍＡ、スキャンスピード１．０°／ｍｉｎで行うものとする。ＸＲＤ分析したときの
ガーネット相の最強ピーク高さＩ_Ｇとペロブスカイト相の最強ピーク高さＩ_Ｐの比（Ｉ_Ｐ
／Ｉ_Ｇ）が０．０１以下（ゼロ含む）ということは、異相であるペロブスカイト相が非常
に少ないことを示している。また、これ以外のすべての異相（モノクリニック相など）に
ついても同様にガーネット相との最強ピーク比を比較すると、０．０１以下、好ましくは
ゼロ（検出限界以下）である。つまり、ガーネット相以外の相、つまりは異相が無いこと
が好ましい。異相が無いことまたはほとんど無いことにより、光出力や透明性（光の透過
度）が向上する。 Further, the solid scintillator constituting the scintillator array according to the embodiment of the present invention is XR.
When D analysis, the strongest peak of the garnet phase I _G, the strongest peak of the perovskite phase I
_{When P} , the _IP / _IG ratio is preferably 0.01 or less (including zero). 0.0
If it exceeds 1, light scattering occurs because the proportion of different phases is large, and the light output as a scintillator decreases. XRD analysis (X-ray diffraction analysis) shall be performed with a target Cu, a voltage of 40 kV, a current value of 40 mA, and a scan speed of 1.0 ° / min. The ratio of the strongest peak heights I _P of the strongest peak of the garnet phase height I _G and perovskite phase when the XRD analysis (I _P
A / _IG ) of 0.01 or less (including zero) indicates that there are very few perovskite phases that are heterogeneous. Similarly, for all other phases (monoclinic phase, etc.), the strongest peak ratio with the garnet phase is 0.01 or less, preferably zero (detection limit or less). That is, it is preferable that there is no phase other than the garnet phase, that is, no different phase. Light output and transparency (light transmittance) are improved by having no or almost no heterogeneity.

また、本発明の実施形態であるシンチレータアレイを構成する固体シンチレータをＸ線
で励起したとき、５３０〜５６０ｎｍに最強の発光ピークを具備することが好ましい。こ
の発光ピークはＴｂのシャープな発光スペクトルであり、Ｔｂが発光に寄与していること
が分かる。本発明の実施形態である固体シンチレータはＴｂのシャープな発光スペクトル
とＣｅのブロードな発光スペクトルの両方を使うことにより、高光出力（高い発光強度）
かつ短残光（残光の減衰が早い）の固体シンチレータを提供することができる。また、こ
の範囲に発光ピークを有するということは、ガーネット構造酸化物として異相がなく、安
定した結晶構造を有することを示すことである。また、この範囲に発光ピークが存在する
ことにより、シンチレータアレイとして放射線検出器を構成したときに光電変換素子であ
るフォトダイオードとのマッチング性がよく、検出器の感度が上がる。 Further, when the solid scintillator constituting the scintillator array according to the embodiment of the present invention is excited by X-rays, it is preferable to have the strongest emission peak at 530 to 560 nm. This emission peak is a sharp emission spectrum of Tb, and it can be seen that Tb contributes to emission. The solid-state scintillator according to the embodiment of the present invention uses both the sharp emission spectrum of Tb and the broad emission spectrum of Ce to obtain high light output (high emission intensity).
Moreover, it is possible to provide a solid scintillator having a short afterglow (the afterglow decays quickly). Further, having an emission peak in this range means that the garnet structure oxide has no heterogeneous phase and has a stable crystal structure. Further, since the emission peak is present in this range, when the radiation detector is configured as the scintillator array, the matching property with the photodiode, which is a photoelectric conversion element, is good, and the sensitivity of the detector is increased.

本発明の実施形態であるシンチレータアレイは、前記一般式で表わされるシンチレータ
材料であるガーネット構造酸化物の多結晶体からなる固体シンチレータからなる複数のシ
ンチレータ素子を反射層を介して一体化したシンチレータアレイであり、前記シンチレー
タ素子の１個の寸法が、縦１．０ｍｍ以下×横１．０ｍｍ以下×深さ２．５ｍｍ以下であ
り、前記シンチレータ素子間の反射層の厚さが８０μｍ以下であることを特徴とする。 The scintillator array according to the embodiment of the present invention is a scintillator array in which a plurality of scintillator elements made of a solid scintillator made of a polycrystal of garnet structure oxide, which is a scintillator material represented by the general formula, are integrated via a reflection layer. The dimensions of one scintillator element are 1.0 mm or less in length × 1.0 mm or less in width × 2.5 mm or less in depth, and the thickness of the reflection layer between the scintillator elements is 80 μm or less. It is characterized by.

さらに、前記の固体シンチレータの多結晶体の平均結晶粒径は、２μｍ以上５０μｍ以
下であり、前記多結晶体の平均結晶粒径のばらつきは、平均結晶粒径の最大値と最小値の
差が５μｍ以下である。平均結晶粒径が２μｍ未満のように結晶粒径が小さいと粒界の割
合が増えて光の透過度が低下する。一方、５０μｍを超えて大きいと多結晶体の強度が低
下しクラックなどの欠陥が発生するおそれがある。さらには、平均結晶粒径は５〜２０μ
ｍが好ましい。平均結晶粒径の最大値と最小値の差が５μｍを越えて大きい場合は、光出
力のばらつきが大きくなってしまい、解像度を上げられない。
平均結晶粒径の測定方法は、単位面積２００μｍ×２００μｍの拡大写真として倍率２０
００倍以上のＳＥＭ写真（二次電子像）を用いて線インターセプト法により測定する。つ
まり、２００μｍの直線（線幅０．５ｍｍ以下）を引き、その直線上に存在する粒子数を
カウントする。そして、「２００μｍ／直線２００μｍ上に存在する粒子数」の式により
平均の結晶粒径を求める。この作業を３回行った結果の平均値を「平均結晶粒径」とする
。なお、拡大写真として単位面積２００μｍ×２００μｍとしたが、粒界が判別し難いと
きは「単位面積５０μｍ×５０μｍ」×４を一つの単位面積として、この作業を３回（単
位面積５０μｍ×５０μｍを計１２枚）行う方法としてもよい。 Further, the average crystal grain size of the polycrystal of the solid scintillator is 2 μm or more and 50 μm or less, and the variation of the average crystal grain size of the polycrystal is the difference between the maximum value and the minimum value of the average crystal grain size. It is 5 μm or less. If the crystal grain size is small, such as when the average crystal grain size is less than 2 μm, the ratio of grain boundaries increases and the light transmittance decreases. On the other hand, if it exceeds 50 μm, the strength of the polycrystal may decrease and defects such as cracks may occur. Furthermore, the average crystal grain size is 5 to 20 μ.
m is preferable. If the difference between the maximum value and the minimum value of the average crystal grain size is larger than 5 μm, the variation in light output becomes large and the resolution cannot be increased.
The method for measuring the average crystal grain size is a magnified photograph of a unit area of 200 μm × 200 μm with a magnification of 20.
It is measured by the line interception method using an SEM photograph (secondary electron image) of 00 times or more. That is, a straight line of 200 μm (line width 0.5 mm or less) is drawn, and the number of particles existing on the straight line is counted. Then, the average crystal grain size is obtained by the formula of "200 μm / number of particles existing on a straight line 200 μm". The average value of the results of performing this operation three times is defined as the "average crystal grain size". The unit area is 200 μm × 200 μm as an enlarged photograph, but when it is difficult to distinguish the grain boundaries, this work is performed three times (unit area 50 μm × 50 μm) with “unit area 50 μm × 50 μm” × 4 as one unit area. A total of 12 sheets) may be used.

多結晶体の相対密度は９９．５％以上であることが好ましい。より好ましくは９９．９
％以上１００％以下である。相対密度の測定方法は、アルキメデス法による実測値を、格
子定数から求めた理論値で割ったもので、（実測値／理論値）×１００（％）で求められ
る。 The relative density of the polycrystal is preferably 99.5% or more. More preferably 99.9
% Or more and 100% or less. The relative density is measured by dividing the measured value by the Archimedes method by the theoretical value obtained from the lattice constant, and is obtained by (measured value / theoretical value) × 100 (%).

光出力のばらつきは、光出力の最大値と最小値の差が５％以下であることが好ましい。光
出力の最大値と最小値の差が５％を越えて大きい場合は、光出力のばらつきが大きいため
、シンチレータアレイとしての光出力が低下し解像度を上げられない。 As for the variation in the optical output, the difference between the maximum value and the minimum value of the optical output is preferably 5% or less. When the difference between the maximum value and the minimum value of the optical output is larger than 5%, the variation in the optical output is large, so that the optical output as the scintillator array is lowered and the resolution cannot be increased.

６８０ｎｍの発光ピークを有する光の透過度が５０％以上であることが好ましい。本発
明の実施形態である固体シンチレータは波長６８０ｎｍでは発光しない。そのため、透過
度を測定するには有効な波長である。透過度が５０％以上であるということは、透明性が
高いことを意味している。平均結晶粒径を制御することおよび相対密度を制御することに
より、透過度を６０％以上にすることができる。これは透過度を低下させる気孔がほとん
どないためである。本発明の実施形態である固体シンチレータは緻密な多結晶体とするこ
とができるので粒界が透過度低下の要因となり難いためである。なお、透過度の測定には
厚さ１ｍｍの固体シンチレータを用いるものとする。 It is preferable that the transmittance of light having an emission peak of 680 nm is 50% or more. The solid scintillator according to the embodiment of the present invention does not emit light at a wavelength of 680 nm. Therefore, it is an effective wavelength for measuring the transmittance. A transparency of 50% or more means that the transparency is high. By controlling the average crystal grain size and the relative density, the permeability can be 60% or more. This is because there are few pores that reduce the permeability. This is because the solid scintillator according to the embodiment of the present invention can be a dense polycrystalline body, so that the grain boundaries are unlikely to cause a decrease in permeability. A solid scintillator having a thickness of 1 mm shall be used for measuring the transmittance.

前記シンチレータアレイに入射したＸ線による光出力が、最強に発光させたときを１０
０％として、残光の減衰が５％になるまでの時間が４ｍｓ以下であることが好ましい。本
発明の実施形態である固体シンチレータは、ＴｂとＣｅを併用している。このため、高い
光出力と残光の減衰が早い（短残光）固体シンチレータを提供することができる。残光の
減衰とは、光出力の最大値を１００％としたとき、スイッチオフ後その最大値が５％にな
るまでの時間を示す。残光の減衰が５％になるまでの時間が４ｍｓ以下であるということ
は光の減衰時間が短時間であることを意味するものである。短時間で減衰できると放射線
検査装置のスイッチのオンオフを短時間でできるので高速スキャンのような効率的な測定
ができる。 When the light output from the X-rays incident on the scintillator array is the strongest, 10
As 0%, it is preferable that the time until the attenuation of the afterglow becomes 5% is 4 ms or less. The solid scintillator according to the embodiment of the present invention uses both Tb and Ce in combination. Therefore, it is possible to provide a solid scintillator having a high light output and fast afterglow attenuation (short afterglow). The attenuation of afterglow indicates the time from when the switch is turned off until the maximum value reaches 5% when the maximum value of the light output is set to 100%. The fact that the time required for the afterglow to decay to 5% is 4 ms or less means that the light decay time is short. If it can be attenuated in a short time, the switch of the radiation inspection device can be turned on and off in a short time, so that efficient measurement such as high-speed scanning can be performed.

本発明の実施形態おけるシンチレータ素子のサイズは、縦１．０ｍｍ以下、横１．０ｍ
ｍ以下、深さ２．５ｍｍ以下の直方体が挙げられる。このような直方体としても、前述の
光出力、透過度、残光の減衰などで優れた特性を示す。前記のシンチレータアレイは、前
記の複数のシンチレータ素子を素子間の反射層の厚さが８０μｍ以下となるよう一体化し
たものである。 The size of the scintillator element in the embodiment of the present invention is 1.0 mm or less in length and 1.0 m in width.
Examples thereof include a rectangular parallelepiped having a depth of 2.5 mm or less. Even such a rectangular parallelepiped exhibits excellent characteristics in terms of the above-mentioned light output, transmittance, attenuation of afterglow, and the like. The scintillator array is one in which the plurality of scintillator elements are integrated so that the thickness of the reflective layer between the elements is 80 μm or less.

次に放射線検出器を説明する。図１に放射線検出器の一例を示した。図中、１はシンチ
レータ素子、２は反射層、３はシンチレータアレイ、４は光電変換素子、５は放射線検出
器、である。シンチレータ素子１は反射層２を介して２次元的に並べられる。一体化した
ものはシンチレータアレイ３となる。シンチレータアレイ３の下に光電変換素子４を一体
化して放射線検出器５となる。光電変換素子４はフォトダイオードが使われている。また
、シンチレータアレイ１に光電変換素子４からの電気信号配線（図示しない）やコリメー
タ（図示しない）を付けて放射線検出器５となる。 Next, the radiation detector will be described. FIG. 1 shows an example of a radiation detector. In the figure, 1 is a scintillator element, 2 is a reflection layer, 3 is a scintillator array, 4 is a photoelectric conversion element, and 5 is a radiation detector. The scintillator elements 1 are arranged two-dimensionally via the reflection layer 2. The integrated one is the scintillator array 3. A photoelectric conversion element 4 is integrated under the scintillator array 3 to form a radiation detector 5. A photodiode is used for the photoelectric conversion element 4. Further, an electric signal wiring (not shown) and a collimator (not shown) from the photoelectric conversion element 4 are attached to the scintillator array 1 to form the radiation detector 5.

また、図２に放射線検査装置の一例を示した。図２は放射線検査装置の一例であるＸ線
ＣＴ装置の概略図である。図中、５は放射線検出器、６はＸ線ＣＴ装置、７は被検体、８
はＸ線管、９はコンピュータ、１０はモニタ、１１は被検体画像、である。Ｘ線管８から
照射されたＸ線は被検体７を透過して、複数個並べられた放射線検出器５に到達する。放
射線検出器５ではシンチレータ素子１で透過したＸ線に応じた発光を示し、それを光電変
換素子４にて電気信号に変換される。変換された電気信号をコンピュータ９にて再構成し
、モニタ１０に被検体画像１１を映し出すことができる。また、Ｘ線ＣＴ装置６では、被
検体７の周囲をＸ線管８を動かしながら角度を変えて測定することにより、被検体画像１
１を立体的に映し出すことができる。 Further, FIG. 2 shows an example of a radiation inspection device. FIG. 2 is a schematic view of an X-ray CT apparatus which is an example of a radiation inspection apparatus. In the figure, 5 is a radiation detector, 6 is an X-ray CT device, 7 is a subject, and 8 is.
Is an X-ray tube, 9 is a computer, 10 is a monitor, and 11 is a subject image. The X-rays emitted from the X-ray tube 8 pass through the subject 7 and reach a plurality of arranged radiation detectors 5. The radiation detector 5 emits light according to the X-rays transmitted by the scintillator element 1, and the photoelectric conversion element 4 converts it into an electric signal. The converted electric signal can be reconstructed by the computer 9 and the subject image 11 can be displayed on the monitor 10. Further, in the X-ray CT apparatus 6, the subject image 1 is measured by changing the angle while moving the X-ray tube 8 around the subject 7.
1 can be projected three-dimensionally.

本発明の放射線検出器は、透明度が高く、異相が極めて少なく、さらに粒界や気孔を制
御した固体シンチレータを使っているので光出力が高く、短残光の放射線検出器を提供す
ることができる。そのため、それを用いた放射線検査装置は、高速スキャン撮影ができる
ので被験体のＸ線の被ばく量を低減できると共に感度を向上させることができる。なお、
図２ではＸ線ＣＴ装置を例示したが、本発明の放射線検査装置はＸ線ＣＴ装置に限定され
るものではなく、荷物検査装置などの人体以外の検査装置にも有効である。 Since the radiation detector of the present invention has high transparency, extremely few heterogeneous phases, and uses a solid scintillator with controlled grain boundaries and pores, it can provide a radiation detector with high light output and short afterglow. .. Therefore, the radiological examination apparatus using the radiation inspection apparatus can perform high-speed scan imaging, so that the X-ray exposure dose of the subject can be reduced and the sensitivity can be improved. note that,
Although the X-ray CT apparatus is illustrated in FIG. 2, the radiation inspection apparatus of the present invention is not limited to the X-ray CT apparatus, and is also effective for inspection apparatus other than the human body such as a baggage inspection apparatus.

次に、本発明の実施形態のシンチレータアレイに使用されるシンチレータ材料および固
体シンチレータの製造方法について説明する。その製造方法は特に限定されるものではな
いが、効率よく得るための方法として次の方法が挙げられる。
まず、原料となる酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）粉末、酸化テルビウム（Ｔｂ_４Ｏ_７
）粉末、酸化ルテチウム（Ｌｕ_２Ｏ_３）粉末、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）粉末、酸化アル
ミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末を目的とする組成範囲になるように混合して、混合原料粉末
を調製する。原料粉末は、効率よくガーネット構造酸化物とするには前記のように原料粉
末が酸化物粉末であることが好ましい。 Next, a scintillator material and a method for producing a solid scintillator used in the scintillator array of the embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method is not particularly limited, but the following method can be mentioned as a method for obtaining the product efficiently.
First, gadolinium oxide (Gd ₂ O ₃ ) powder and terbium oxide (Tb ₄ O _{7), which are raw materials,}
) Powder, lutetium oxide (Lu ₂ O ₃ ) powder, cerium oxide (CeO ₂ ) powder, aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) powder are mixed so as to have a desired composition range to prepare a mixed raw material powder. .. As the raw material powder, it is preferable that the raw material powder is an oxide powder as described above in order to efficiently obtain a garnet structure oxide.

次に、混合原料粉末に反応促進剤としてフッ化バリウム（ＢａＦ_２）などのフラックス
を混合する。フラックスはフッ化バリウムであることが好ましい。フッ化バリウムは、異
相の少ないガーネット構造酸化物を得やすく、さらに緻密化にも有効なフラックスである
。反応促進剤を混合した原料混合粉末は造粒してもよい。また、フラックスの添加量は原
料粉末の合計を１００質量部としたとき、２〜６質量部が好ましい。２質量部未満ではフ
ラックスの添加の効果が小さく、６質量部を超えるとフラックスが多すぎて異相が形成さ
れ易い。
反応促進剤を混合した後、１２００〜１８００℃で焼成する。１２００℃未満では反応
が不十分となるおそれがあり、１８００℃を超えると温度が高すぎてフッ化バリウムが気
化し易く異相が形成され易い。また、焼成雰囲気は、Ａｒガスなどの不活性雰囲気が好ま
しい。また、場合によっては真空中（１０^−２Ｐａ以下）または還元性雰囲気で行っても
よい。また、焼成時間は１〜８時間が好ましい。 Next, a flux such as _{barium fluoride (BaF 2} ) is mixed with the mixed raw material powder as a reaction accelerator. The flux is preferably barium fluoride. Barium fluoride is a flux that makes it easy to obtain a garnet-structured oxide with few heterogeneous phases and is also effective for densification. The raw material mixed powder mixed with the reaction accelerator may be granulated. The amount of flux added is preferably 2 to 6 parts by mass when the total amount of the raw material powder is 100 parts by mass. If it is less than 2 parts by mass, the effect of adding the flux is small, and if it exceeds 6 parts by mass, the flux is too large and a different phase is likely to be formed.
After mixing the reaction accelerator, it is calcined at 1200 to 1800 ° C. If it is less than 1200 ° C., the reaction may be insufficient, and if it exceeds 1800 ° C., the temperature is too high and barium fluoride is easily vaporized and a heterogeneous phase is easily formed. Further, the firing atmosphere is preferably an inert atmosphere such as Ar gas. In some cases, this may be performed in vacuum ( ^10-2 Pa or less) or in a reducing atmosphere. The firing time is preferably 1 to 8 hours.

焼成後は、ガーネット構造酸化物粉末となっている。しかしながら、焼成後のガーネッ
ト構造酸化物粉末は、反応促進剤が多く残存している。例えば、反応促進剤としてＢａＦ
_２を使った場合、焼成後のガーネット構造酸化物粉末には、Ｂａ（バリウム）とＦ（フッ
素）が多く残存している。そのため、焼成後のガーネット構造型酸化物粉末を洗浄して残
存する反応促進剤を洗い流すことが重要である。洗浄を効率的に行うために焼成後のガー
ネット構造酸化物粉末を、必要に応じ、粉砕、篩分けして平均粒径を０．５〜２０μｍに
することも効果的である。 After firing, it becomes a garnet-structured oxide powder. However, a large amount of reaction accelerator remains in the garnet structure oxide powder after firing. For example, BaF as a reaction accelerator
_When No. 2 is used, a large amount of Ba (barium) and F (fluorine) remain in the garnet structure oxide powder after firing. Therefore, it is important to wash the garnet structure type oxide powder after firing to wash away the remaining reaction accelerator. It is also effective to grind and sieve the fired garnet structure oxide powder to an average particle size of 0.5 to 20 μm, if necessary, in order to carry out cleaning efficiently.

洗浄工程は、純水（イオン交換樹脂にて不純物を除去した水）と酸洗浄とを組み合わせ
た洗浄を行うことが好ましい。酸洗浄は希塩酸が好ましい。希塩酸で洗浄後、純水で洗浄
を行う、この作業を数回繰り返すことによって、残存する反応促進剤を除去することがで
きる。また、洗浄後の純水がｐＨ６以上になるまで行うものとする。例えば、反応促進剤
としてＢａＦ_２を使った場合、残存する元素はＢａとＦになる。このとき、洗浄容器の容
積の５〜３０ｖｏｌ％の割合でガーネット構造酸化物粉末を入れて希塩酸または純水を追
加して洗浄する。一定時間攪拌後、希塩酸または純水を捨てる。この作業を数回繰り返す
。
Ｆは水と反応し易い元素であるから、比較的除去し易く３００質量ｐｐｍ以下になる。ま
た、洗浄工程を５回以上行えばＦ量はゼロ（検出限界以下）にできる。一方、ＢａはＡｌ
に取り込まれ易い元素であるため、ゼロ（検出限界以下）にするには、かなりの回数洗浄
が必要である。また、Ｂａ含有量が１０ｐｐｍ未満となると、一度取り込まれたＢａが除
去されることになるので小さな気孔や欠陥となり透明性を低下させる原因となる。洗浄工
程は５回以上１０回以下が好ましい。洗浄後のガーネット構造酸化物粉末を乾燥して、シ
ンチレータ材料（蛍光体粉末）となる。 The cleaning step is preferably a combination of pure water (water from which impurities have been removed with an ion exchange resin) and acid cleaning. Dilute hydrochloric acid is preferable for acid cleaning. The residual reaction accelerator can be removed by repeating this operation of washing with dilute hydrochloric acid and then washing with pure water several times. In addition, it shall be carried out until the pure water after washing reaches pH 6 or higher. _{For example, when BaF 2} is used as the reaction accelerator, the remaining elements are Ba and F. At this time, garnet structure oxide powder is added at a ratio of 5 to 30 vol% of the volume of the washing container, and dilute hydrochloric acid or pure water is added for washing. After stirring for a certain period of time, discard dilute hydrochloric acid or pure water. Repeat this process several times.
Since F is an element that easily reacts with water, it is relatively easy to remove and the amount is 300 mass ppm or less. Further, if the cleaning step is performed 5 times or more, the amount of F can be reduced to zero (below the detection limit). On the other hand, Ba is Al
Since it is an element that is easily incorporated into, it is necessary to wash it a considerable number of times to make it zero (below the detection limit). Further, when the Ba content is less than 10 ppm, the Ba once taken in is removed, which causes small pores and defects and reduces the transparency. The cleaning step is preferably 5 times or more and 10 times or less. The washed garnet structure oxide powder is dried to obtain a scintillator material (fluorescent powder).

本発明の実施形態のシンチレータアレイの製造方法は、 前記のシンチレータ材料(蛍光
体粉末)であるガーネット構造酸化物の粉末粒子同士が焼結して結晶粒となる焼結法で固
体シンチレータである焼結体を製造し、
前記固体シンチレータである焼結体から複数のシンチレータ素子を加工する時に前記固体
シンチレータである焼結体に前記焼結体の降伏応力以上の応力がかからない機械加工でシ
ンチレータ素子の１個の寸法が、縦１．０ｍｍ以下×横１．０ｍｍ以下×深さ２．５ｍｍ
以下となる形状に加工し、
前記シンチレータ素子間の反射層の厚さが８０μｍ以下となるよう反射層を形成すること
を特徴とするシンチレータアレイの製造方法である。 The method for manufacturing the scintillator array according to the embodiment of the present invention is a sintering method in which powder particles of garnet structure oxide, which is the scintillator material (phosphor powder), are sintered to form crystal grains, which is a solid scintillator. Manufacture the body,
When a plurality of scintillator elements are processed from the sintered body which is the solid scintillator, one dimension of the scintillator element is determined by machining so that the sintered body which is the solid scintillator is not stressed more than the yield stress of the sintered body. Length 1.0 mm or less x Width 1.0 mm or less x Depth 2.5 mm
Process it into the following shape
A method for manufacturing a scintillator array, which comprises forming a reflective layer so that the thickness of the reflective layer between the scintillator elements is 80 μm or less.

前記で得られたシンチレータ材料（蛍光体粉末）を成形、焼結して固体シンチレータであ
る焼結体を製造する。
焼結方法は、ホットプレス法、ＨＩＰ法（熱間静水圧プレス法）、真空焼結法、ＳＰＳ（
放電プラズマ焼結）法、ミリ波加熱による焼結法などが挙げられる。また、焼結温度は１
４００〜１７００℃、焼結時間は１〜１０時間が好ましい。
また、付加する圧力は２０ＭＰａ以上であることが好ましい。焼結雰囲気は、Ａｒなどの
不活性雰囲気中または真空中（１０^−２Ｐａ以下）であることが好ましい。焼結後の焼結
体は多結晶体となる。すなわち固体シンチレータは、多結晶体の焼結体である。なお、成
形工程は、金型プレス、ラバープレス、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）法などにより行うこ
とが好ましい。
また、ガーネット構造酸化物粉末の平均粒径を０．５〜２０μｍにしておけば、得られ
る多結晶体である焼結体の固体シンチレータの平均結晶粒径は２〜５０μｍに調整し易い
。
前記焼結体は、加圧しながら前記のガーネット構造酸化物の粉末内部を発熱させて焼結す
る焼結法により製造されることが好ましい。また、焼結法がＳＰＳ（放電プラズマ焼結）
法であることがさらに好ましい。また、焼結法がミリ波加熱による焼結法であることも好
ましい。 The scintillator material (fluorescent powder) obtained above is molded and sintered to produce a sintered body which is a solid scintillator.
The sintering method is hot press method, HIP method (hot hydrostatic pressure press method), vacuum sintering method, SPS (
Discharge plasma sintering method, sintering method by millimeter wave heating, etc. can be mentioned. The sintering temperature is 1
The temperature is preferably 400 to 1700 ° C. and the sintering time is preferably 1 to 10 hours.
Further, the applied pressure is preferably 20 MPa or more. The sintering atmosphere is preferably in an inert atmosphere such as Ar or in vacuum ( ^10-2 Pa or less). The sintered body after sintering becomes a polycrystalline body. That is, the solid scintillator is a sintered body of polycrystalline material. The molding step is preferably performed by a die press, a rubber press, a CIP (cold hydrostatic press) method, or the like.
Further, if the average particle size of the garnet structure oxide powder is set to 0.5 to 20 μm, the average crystal grain size of the solid scintillator of the sintered body obtained as a polycrystalline body can be easily adjusted to 2 to 50 μm.
The sintered body is preferably produced by a sintering method in which the inside of the powder of the garnet structure oxide is heated while being pressurized to be sintered. In addition, the sintering method is SPS (discharge plasma sintering).
The method is even more preferred. It is also preferable that the sintering method is a sintering method by millimeter wave heating.

次に、得られた多結晶体である焼結体の固体シンチレータのサイズが、そのままシンチ
レータ素子として使える場合は、そのまま使ってもよいが、サイズが大きいときは必要な
サイズに機械加工で所定の形状寸法に加工されて使うことも可能である。言い換えれば、
大きなサイズの板状多結晶体を製造した後、機械加工で個々のシンチレータ素子にしても
よい。機械加工の工程は、マルチワイヤソー、ダイサーなどの切断加工が含まれる。その
際、前記焼結体に前記多結晶体である焼結体の固体シンチレータの降伏応力以上の応力が
かからない機械加工で加工することが望ましい。そのために、所定のチップ形状に加工す
るダイサーのブレード刃などを固体シンチレータの割れやクラックやチッピングや剥離な
どの欠陥が生じにくい切断刃として、刃厚を薄くしたり、刃のボンド剤の材質を超硬合金
製あるいはサーメット製などの剛性の高い材質にしたり、ダイサーの駆動時に超音波振動
を発生させて切断したりすることによって、加工による前記の欠陥の発生を抑制すること
ができる。特に、刃の厚さが６０μｍ以下の切断刃を使用して切断加工することが好まし
い。さらに好ましくは、４０μｍ以下の切断刃である。刃の厚さが６０μｍを超えると、
切断加工時に焼結体に前記多結晶体である焼結体の固体シンチレータの降伏応力以上の応
力がかかり易くなり、前記の欠陥が発生し易い。また、ダイサーの駆動時に超音波振動を
発生させて切断することによって、加工時の切粉による目詰まりを削減したり、潤滑冷却
液の流動性を改善するため、切断加工時に焼結体に前記多結晶体である焼結体の固体シン
チレータの降伏応力以上の応力がかかりにくく、加工時の応力負荷を低減できる。 さら
に、ダイサーによる切断加工時の切断刃の回転数および送り速度などの条件を適正化する
ことによって、切断箇所の切断曲りおよび切断箇所の溝幅のばらつきを大幅に改善するこ
とができる。ひいては、これらの切断加工で作成したシンチレータ素子を反射層を介して
集積したシンチレータアレイのピッチズレや反射層幅のばらつきを低減することができる
。適正なダイサーによる切断条件としては、例えば回転数１００００ｒｐｍで送り速度１
．０ｍｍ／ｓで加工するのが好ましい。 Next, if the size of the solid scintillator of the obtained polycrystalline body of the sintered body can be used as it is as a scintillator element, it may be used as it is, but when the size is large, it is determined by machining to the required size. It is also possible to use it after being processed into shape dimensions. In other words,
After producing a large-sized plate-shaped polycrystal, it may be machined into individual scintillator elements. The machining process includes cutting of a multi-wire saw, a dicer, and the like. At that time, it is desirable to process the sintered body by machining in which a stress equal to or higher than the yield stress of the solid scintillator of the sintered body, which is the polycrystalline body, is not applied. For this reason, the blade blade of the dicer that processes the blade into a predetermined chip shape is used as a cutting blade that is less likely to cause defects such as cracks, cracks, chipping, and peeling of the solid scintillator. The occurrence of the above-mentioned defects due to processing can be suppressed by using a highly rigid material such as cemented carbide or cermet, or by generating ultrasonic vibration and cutting when the dicer is driven. In particular, it is preferable to perform cutting using a cutting blade having a blade thickness of 60 μm or less. More preferably, the cutting blade is 40 μm or less. When the thickness of the blade exceeds 60 μm,
During the cutting process, a stress equal to or greater than the yield stress of the solid scintillator of the sintered body, which is a polycrystalline body, is likely to be applied to the sintered body, and the above-mentioned defects are likely to occur. Further, in order to reduce clogging due to chips during processing and improve the fluidity of the lubricating coolant by generating ultrasonic vibration during cutting when the dicer is driven, the sintered body is described as described above during cutting. It is difficult to apply a stress higher than the yield stress of a solid scintillator of a sintered body, which is a polycrystalline body, and the stress load during processing can be reduced. Further, by optimizing the conditions such as the rotation speed and the feed rate of the cutting blade during the cutting process by the dicer, it is possible to significantly improve the cutting bend of the cutting portion and the variation of the groove width of the cutting portion. As a result, it is possible to reduce the pitch deviation and the variation in the width of the reflective layer of the scintillator array in which the scintillator elements produced by these cutting processes are integrated via the reflective layer. Cutting conditions with an appropriate dicer include, for example, a feed rate of 1 at a rotation speed of 10000 rpm.
.. It is preferable to process at 0 mm / s.

また、得られた多結晶体である焼結体の固体シンチレータを熱処理する熱処理工程を行
うことが好ましい。焼結工程後や切り出し工程後の歪取りや結晶粒径の均質化を目的とし
て１０００〜１４００℃、２〜６時間の熱処理を行うことが好ましい。また、必要に応じ
、表面研磨加工を施すものとする。 Further, it is preferable to carry out a heat treatment step of heat-treating the solid scintillator of the obtained sintered polycrystal. It is preferable to perform heat treatment at 1000 to 1400 ° C. for 2 to 6 hours for the purpose of removing strain and homogenizing the crystal grain size after the sintering step and the cutting step. In addition, surface polishing shall be performed as necessary.

前記シンチレータアレイの製造方法において、反射層は、粘度２００〜１０００ｃｐｓの
エポキシ樹脂などの透明樹脂に反射粒子を混合し、予め並べられたシンチレータ素子間に
減圧下で含浸させることが好ましい。反射粒子は酸化チタンを含み、かつＡｌ_２Ｏ_３、Ｚ
ｒＯ_２、ＳｉＯ_２のいずれか１種類の無機物質とで構成されることが好ましい。 In the method for manufacturing the scintillator array, it is preferable that the reflective layer is made by mixing reflective particles with a transparent resin such as an epoxy resin having a viscosity of 200 to 1000 cps and impregnating the scintillator elements arranged in advance under reduced pressure. Reflected particles contain titanium oxide and Al ₂ O ₃ , Z
It is preferably composed of any one of rO ₂ and SiO _2.

（実施例１〜６、比較例１〜４）
以下に本発明の実施例について説明する。
実施例１〜６、比較例１について、原料粉末として、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ３）粉
末、酸化テルビウム（Ｔｂ_４Ｏ_７）粉末、酸化ルテチウム（Ｌｕ_２Ｏ_３）粉末、酸化セリ
ウム（ＣｅＯ_２）粉末、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末を用意し、表１に示す組成
となるよう、ＢａＦ_２フラックスと混合した。ＢａＦ_２フラックスの添加量は、原料粉末
の合計量を１００質量部としたとき、４〜５質量部とした。
その後、Ａｒ雰囲気中で１４００℃×３時間焼成することにより、表１に示す組成のガ
ーネット構造酸化物からなるシンチレータ材料（蛍光体粉末）を得た。これを粉砕、篩分
けして平均粒径５〜１５μｍの粉末にした。この粉末を希塩酸と純水を交互に使って洗浄
した。洗浄工程は、洗浄容器の２０ｖｏｌ％になるように蛍光体粉末を入れて、攪拌洗浄
を行った。洗浄工程後、乾燥することにより実施例１〜６および比較例１に組成を示すシ
ンチレータ材料（蛍光体粉末）とした。また、いずれも最後の純水の洗浄後はｐＨ６以上
であった。 (Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4)
Examples of the present invention will be described below.
Regarding Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, as raw material powders, gadolinium oxide (Gd ₂ O 3) powder, terbium oxide (Tb ₄ O ₇ ) powder, lutetium oxide (Lu ₂ O ₃ ) powder, and cerium oxide (CeO ₂ ) Powder and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) powder were prepared and mixed with _{BaF 2} flux so as to have the composition shown in Table 1. The _{amount of BaF 2} flux added was 4 to 5 parts by mass when the total amount of the raw material powder was 100 parts by mass.
Then, by firing in an Ar atmosphere at 1400 ° C. for 3 hours, a scintillator material (fluorescent powder) composed of a garnet structure oxide having the composition shown in Table 1 was obtained. This was pulverized and sieved to obtain a powder having an average particle size of 5 to 15 μm. This powder was washed with alternating dilute hydrochloric acid and pure water. In the washing step, fluorescent powder was added so as to be 20 vol% of the washing container, and stirring washing was performed. After the washing step, it was dried to obtain a scintillator material (fluorescent powder) having the compositions shown in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. In each case, the pH was 6 or higher after the final washing of pure water.

実施例１〜６および比較例１に組成を示すシンチレータ材料に関しては、Ｂａ含有量、
Ｆ含有量を調べた。
次に、ＸＲＤ分析により、ガーネット相の最強ピークをＩＧ、ペロブスカイト相の最強ピ
ークをＩＰとしたときの（ＩＰ／ＩＧ比）を調べた。また、Ｘ線で励起させたときの、最
強の発光ピークの波長を調べた。その結果を表１に示す。 For the scintillator materials whose compositions are shown in Examples 1-6 and Comparative Example 1, the Ba content,
The F content was examined.
Next, the (IP / IG ratio) was investigated by XRD analysis when the strongest peak of the garnet phase was IG and the strongest peak of the perovskite phase was IP. In addition, the wavelength of the strongest emission peak when excited by X-rays was investigated. The results are shown in Table 1.

表から分かる通り、実施例１〜６および比較例１に組成を示すシンチレータ材料（蛍光体
粉末）は、Ｂａ含有量が１０〜４００質量ｐｐｍ、Ｆ含有量が３００質量ｐｐｍ以下（ゼ
ロ含む）の範囲内であった。また、Ｌｕを添加しているので異相であるペロブスカイト相
が検出されなかった。なお、ＸＲＤ分析の結果ではペロブスカイト相以外の異相も検出さ
れておらず、異相がない状態であることが分かった。 As can be seen from the table, the scintillator materials (fluorescent powders) having compositions shown in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 have a Ba content of 10 to 400 mass ppm and an F content of 300 mass ppm or less (including zero). It was within range. Moreover, since Lu was added, the perovskite phase, which is a heterogeneous phase, was not detected. As a result of XRD analysis, no different phase other than the perovskite phase was detected, and it was found that there was no different phase.

実施例１〜６、比較例１、２に組成を示すシンチレータ材料（蛍光体）粉末を使って、
固体シンチレータである焼結体を製造した。比較例３は組成ＣｄＷＯ_４、比較例４は組成
ＣｓＩの各シンチレータ材料を使用して固体シンチレータである結晶体を作製した。
焼結工程は、実施例１〜６は、１６００℃×３時間、圧力５０ＭＰａにてＨＩＰ処理を行
った。比較例１は、１３５０℃×３時間、圧力５０ＭＰａにてＨＩＰ処理を行った。比較
例２は１３７５℃×３時間でＨＩＰ処理を行った。比較例３、比較例４はチョクラルスキ
ー法で製造した。得られた固体シンチレータから、実施例１〜３、比較例３〜４は６０μ
ｍ刃厚の切断刃（ブレード）（実施例１〜３はボンド剤材質がサーメットであり、比較例
３〜４はボンド剤材質がＮｉである）を使用し超音波振動を加えたダイサーにて縦１．０
ｍｍ×横１．０ｍｍ×深さ２．５ｍｍ（実施例１〜３）、縦１．０ｍｍ×横１．０ｍｍ×
深さ１．５ｍｍ（比較例３〜４）のシンチレータ素子に切り出し、実施例４〜６、比較例
２は４０μｍ刃厚の切断刃（ブレード）（実施例４〜６はボンド剤材質がサーメットであ
り、比較例２はボンド剤材質がＮｉである）を使用し超音波振動を加えたダイサーにて縦
０．５ｍｍ×横０．５ｍｍ×深さ２．５ｍｍ（実施例４〜５）、縦０．５ｍｍ×横０．５
ｍｍ×深さ１．５ｍｍ（比較例２）のシンチレータ素子に切り出し、比較例１は８０μｍ
刃厚の切断刃（ブレード）（比較例１はボンド剤材質がＮｉである）を使用したダイサー
にて縦１．０ｍｍ×横１．０ｍｍ×深さ２．５ｍｍのシンチレータ素子に切り出した。そ
の後、全てのシンチレータ素子に１２００℃×３時間の熱処理を施した。また、得られた
固体シンチレータのＢａ含有量、Ｆ含有量、（Ｉ_Ｐ／Ｉ_Ｇ比）、Ｘ線で励起したときの最
強発光ピーク（ｎｍ）はシンチレータ材料のときと同じであった。 Using the scintillator material (fluorescent material) powder whose composition is shown in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2,
A sintered body, which is a solid scintillator, was manufactured. A crystal body which is a solid scintillator was prepared using each scintillator material of composition CdWO _{4 in Comparative Example 3 and composition CsI in Comparative Example 4.}
In the sintering steps, Examples 1 to 6 were subjected to HIP treatment at 1600 ° C. for 3 hours at a pressure of 50 MPa. In Comparative Example 1, HIP treatment was performed at 1350 ° C. for 3 hours at a pressure of 50 MPa. In Comparative Example 2, HIP treatment was performed at 1375 ° C. × 3 hours. Comparative Example 3 and Comparative Example 4 were produced by the Czochralski method. From the obtained solid scintillator, Examples 1 to 3 and Comparative Examples 3 to 4 were 60 μm.
Using a cutting blade (blade) with a blade thickness of m (Examples 1 to 3 use cermet as the bond agent material, and Comparative Examples 3 to 4 use Ni as the bond agent material) with a dicer to which ultrasonic vibration is applied. Vertical 1.0
mm x width 1.0 mm x depth 2.5 mm (Examples 1 to 3), length 1.0 mm x width 1.0 mm x
Cut into a scintillator element with a depth of 1.5 mm (Comparative Examples 3 to 4), and in Examples 4 to 6 and Comparative Example 2, a cutting blade (blade) having a blade thickness of 40 μm (In Examples 4 to 6, the bond agent material is cermet). In Comparative Example 2, the bond agent material is Ni), and a dicer to which ultrasonic vibration was applied was used to measure 0.5 mm in length × 0.5 mm in width × 2.5 mm in depth (Examples 4 to 5). 0.5mm x 0.5 width
It was cut out into a scintillator element of mm × depth 1.5 mm (Comparative Example 2), and Comparative Example 1 was 80 μm.
A scintillator element having a length of 1.0 mm, a width of 1.0 mm, and a depth of 2.5 mm was cut out with a dicer using a cutting blade (blade) having a blade thickness (Comparative Example 1 has a bond agent material of Ni). Then, all the scintillator elements were heat-treated at 1200 ° C. for 3 hours. The Ba content, F content, ( _IP / _IG ratio), and strongest emission peak (nm) of the obtained solid scintillator when excited by X-rays were the same as those of the scintillator material.

得られた固体シンチレータである多結晶体に関して、相対密度（％）、多結晶体の平均
結晶粒径（μｍ）を測定した。相対密度は、（アルキメデス法により測定した実測値／格
子定数から求めた理論密度）×１００（％）により求めた。
透過度は６８０ｎｍの光を照射したとき、裏面に透過した光の強度の割合（％）で求めた
。
多結晶体の平均結晶粒径は単位面積２００μｍ×２００μｍの拡大写真（３枚）を使って
線インターセプト法により求めた。前記多結晶体の平均結晶粒径のばらつきは、平均結晶
粒径の最大値と最小値の差として求めた。
これらの結果を表２に示す。 With respect to the obtained polycrystal, which is a solid scintillator, the relative density (%) and the average crystal grain size (μm) of the polycrystal were measured. The relative density was determined by (measured value measured by the Archimedes method / theoretical density obtained from the lattice constant) × 100 (%).
The transmittance was determined by the ratio (%) of the intensity of the light transmitted to the back surface when irradiated with light of 680 nm.
The average crystal grain size of the polycrystal was determined by the line interception method using enlarged photographs (3 photographs) having a unit area of 200 μm × 200 μm. The variation in the average crystal grain size of the polycrystal was determined as the difference between the maximum value and the minimum value of the average crystal grain size.
These results are shown in Table 2.

また、各固体シンチレータから切り出したシンチレータ素子を反射層を介して一体化し
て約２０ｍｍ×約４０ｍｍ×約２．５ｍｍのシンチレータアレイとし、前記シンチレータ
アレイを使って放射線検出器を作製した。各固体シンチレータから機械加工したシンチレ
ータ素子を格子状に並べて反射層を介して一体化し、フォトダイオード上に配置して放射
線検出器を作成した。このような放射線検出器に、１２０ＫｖｐのＸ線を、軟Ｘ線を遮断
するために２０ｍｍのＡｌフィルタを通した後、シンチレータアレイ表面に照射し、各シ
ンチレータ素子でＸ線により発光した光によりフォトダイオードに流れる電流値を光出力
として求めた。このとき、比較例２のＣｄＷＯ₄ 単結晶シンチレータの光出力を１００（
％）としたときの比で示した。１００（％）より高い数値は光出力が高いことを示すもの
である。
光出力ばらつきは、Ｘ線を全面に照射し受光素子サイズが50μm×50μmのフラットパネル
ディテクター（ＦＰＤ）で各部の光出力を測定し、各部の光出力をシンチレータアレイ全
体の平均光出力に対する百分率として求め、この各光出力百分率の最大値と最小値との差
として求めた。光出力のばらつきは、小さいほうがばらつきは少ない。
さらに、実施例１〜６、比較例１〜４の組成の固体シンチレータからなるシンチレータア
レイを使用した放射線検出器を用いて、残光の減衰が５％になるまでの時間を調べた。測
定は、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線源となるＸ線管（電子線照射面はＲｅ−Ｗ合金）を使ってＸ線
を照射し、最強に発光させたときを１００％とし、その光出力が５％にまで減衰するまで
の時間を測定した。
これらの結果を表３に示す。 Further, the scintillator elements cut out from each solid scintillator were integrated via a reflection layer to form a scintillator array having a size of about 20 mm × about 40 mm × about 2.5 mm, and a radiation detector was manufactured using the scintillator array. The scintillator elements machined from each solid scintillator were arranged in a grid pattern and integrated via a reflective layer, and arranged on a photodiode to create a radiation detector. A 120 Kvp X-ray is passed through such a radiation detector through a 20 mm Al filter to block soft X-rays, and then the surface of the scintillator array is irradiated. The value of the current flowing through the diode was obtained as the optical output. At this time, _{the optical output of the CdWO 4} single crystal scintillator of Comparative Example 2 is 100 (
%) Is shown as a ratio. A value higher than 100 (%) indicates that the light output is high.
The variation in light output is measured by irradiating the entire surface with X-rays and measuring the light output of each part with a flat panel detector (FPD) having a light receiving element size of 50 μm × 50 μm, and using the light output of each part as a percentage of the average light output of the entire scintillator array. It was calculated as the difference between the maximum value and the minimum value of each optical output percentage. The smaller the variation in light output, the smaller the variation.
Furthermore, using a radiation detector using a scintillator array consisting of solid scintillators having the compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, the time until the afterglow attenuation became 5% was investigated. The measurement is performed by irradiating X-rays using an X-ray tube (the electron beam irradiation surface is a Re-W alloy), which is the X-ray source of the X-ray CT apparatus, and setting the maximum emission to 100%, and the light output. Time to decay to 5% was measured.
These results are shown in Table 3.

表３から分かる通り、実施例にかかるシンチレータアレイは優れた特性を示すことが分か
った。 As can be seen from Table 3, it was found that the scintillator array according to the example exhibited excellent characteristics.

以上のことから本発明の実施例に係るシンチレータアレイは、従来の希土類オキシ硫
化物セラミックスよりも高い光出力を有し短残光であり、さらに従来のガーネット構造酸
化物からなるシンチレータアレイよりも光出力のばらつきが少なく、従来のガーネット構
造酸化物からなるシンチレータアレイよりも微細組織の撮影に最適な高精細な解像度を有
し、かつタングステン酸カドミウム単結晶シンチレータのようにカドミウムのような有害
物質を含まないシンチレータ材料を使用した固体シンチレータからなる複数の微細シンチ
レータ素子を含むシンチレータアレイ、並びにそれを用いた放射線検出器並びに放射線検
査装置、および前記シンチレータアレイの製造方法を提供することができる。 From the above, the scintillator array according to the embodiment of the present invention has a higher light output than the conventional rare earth oxysulfide ceramics, has a short afterglow, and is lighter than the conventional scintillator array made of garnet structure oxide. It has less output variation, has a high-definition resolution that is more suitable for microstructure photography than conventional scintillator arrays made of garnet structure oxide, and has harmful substances such as cadmium like cadmium tungate single crystal scintillator. It is possible to provide a scintillator array including a plurality of fine scintillator elements composed of a solid scintillator using a scintillator material not included, a radiation detector and a radiation inspection device using the scintillator array, and a method for manufacturing the scintillator array.

１…シンチレータ素子、
２…反射層、
３…シンチレータアレイ、
４…光電変換素子、
５…放射線検出器、
６…Ｘ線ＣＴ装置、
７…被検体、
８…Ｘ線管、
９…コンピュータ、
１０…モニタ、
１１…被検体画像 1 ... Scintillator element,
2 ... Reflective layer,
3 ... Scintillator array,
4 ... Photoelectric conversion element,
5 ... Radiation detector,
6 ... X-ray CT device,
7 ... Subject,
8 ... X-ray tube,
9 ... Computer,
10 ... Monitor,
11 ... Subject image

Claims (9)

下記一般式で表わされるシンチレータ材料であるガーネット構造酸化物の多結晶体からな
る固体シンチレータから作成した複数のシンチレータ素子を、反射層を介して一体化した
シンチレータアレイであり、
前記シンチレータ素子の１ 個の寸法が、縦１．０ｍｍ以下×横１．０ｍｍ以下×深さ２．５ｍｍ以下であり、前記シンチレータ素子間の反射層の厚さが８０μｍ以下であり、
前記ガーネット構造酸化物のＢａ含有量が１０〜４００質量ｐｐｍ、F含有量が３００質量ｐｐｍ以下（ゼロ含む）、さらに前記ガーネット構造酸化物の多結晶体からなる固体シンチレータをＸＲＤ分析したときに、ガーネット相の最強ピークをＩ _Ｇ 、ペロブスカイト相の最強ピークをＩ _Ｐ と表したとき、Ｉ _Ｐ ／Ｉ _Ｇ 比が０．０１ 以下（ゼロ含む）であり、
前記ガーネット構造酸化物の多結晶体の平均結晶粒径は、７．８μｍ以上１０．７μｍ以下であり、前記多結晶体の平均結晶粒径のばらつきは、平均結晶粒径の最大値と最小値の差が４．５μｍ以下である、ことを特徴とするシンチレータアレイ。
一般式：（Ｇｄ_{１−α−β−γ}Ｔｂ_αＬｕ_βＣｅ_γ）_３（Ａｌ_{１− ｘ}Ｇａ_ｘ）_ａＯ_ｂ
０≦α≦０．４８
０．００１≦β≦０．４９
０．０００１≦γ≦０ １
α+β+γ＜1
０．０１≦ｘ≦０．８
４．８≦ａ≦５．２
１１．６≦ｂ≦１２．４ It is a scintillator array in which a plurality of scintillator elements prepared from a solid scintillator made of a polycrystal of a garnet structure oxide, which is a scintillator material represented by the following general formula, are integrated via a reflective layer.
One dimension of the scintillator element is 1.0 mm or less in length × 1.0 mm or less in width × 2.5 mm or less in depth, and the thickness of the reflection layer between the scintillator elements is 80 μm or less.
When a solid scintillator composed of a polycrystal of the garnet structure oxide having a Ba content of 10 to 400 mass ppm and an F content of 300 mass ppm or less (including zero) was analyzed by XRD, the garnet structure oxide had a Ba content of 10 to 400 mass ppm. when the strongest peak of the garnet phase expressed _{I G,} the strongest peak of the perovskite phase and _{I P,} a I P / _{I G} ratio of 0.01 or less (including zero),
The average crystal grain size of the polycrystal of the garnet structure oxide is 7.8 μm or more and 10.7 μm or less, and the variation in the average crystal grain size of the polycrystal is the maximum value of the average crystal grain size. A scintillator array characterized in that the difference between the minimum values is 4.5 μm or less.
General formula: (Gd _1-α-β-γ Tb _α Lu _β Ce _γ ) ₃ (Al _1-x Ga _x ) _{a Ob}
0 ≤ α ≤ 0.48
0.001 ≤ β ≤ 0.49
0.0001 ≤ γ ≤ 0 1
α + β + γ <1
0.01 ≤ x ≤ 0.8
4.8 ≤ a ≤ 5.2
11.6 ≤ b ≤ 12.4 前記シンチレータアレイにおいて、前記シンチレータアレイに入射したＸ線による光出力
が最強に発光させたときを１００％ として、光出力の残光の減衰が５％ になるまでの時間が、４ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータアレイ。 In the scintillator array, the time until the attenuation of the afterglow of the light output becomes 5% or less is 4 ms or less, assuming that the light output by the X-rays incident on the scintillator array emits the strongest light. The scintillator array according to claim 1. 前記シンチレータアレイにおいて、前記シンチレータアレイに入射したＸ線による光出力
のＸ線入射面内のばらつきとして、光出力の最大値と最小値との差が５％以下であること
を特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のシンチレータアレイ。 The claim is characterized in that, in the scintillator array, the difference between the maximum value and the minimum value of the light output is 5% or less as the variation in the X-ray incident plane of the light output due to the X-rays incident on the scintillator array. The scintillator array according to any one of 1 to 2. 前記シンチレータアレイにおいて、Ｘ線で励起したとき、５３０〜５６０ｎｍに最強の発
光ピークを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシンチレータアレイ。 The scintillator array according to any one of claims 1 to 3 , wherein the scintillator array has the strongest emission peak at 530 to 560 nm when excited by X-rays. 前記シンチレータアレイにおいて、６８０ｎｍに発光ピークを有する光の透過度が５０％
以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のシンチレータアレイ。 In the scintillator array, the transmittance of light having an emission peak at 680 nm is 50%.
The scintillator array according to any one of claims 1 to 4 , wherein the scintillator array is characterized by the above. 前記シンチレータアレイにおいて、前記ガーネット構造酸化物の多結晶体からなる固体シ
ンチレータの相対密度が９９．５％以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のシンチレータアレイ。 The scintillator according to any one of claims 1 to 5 , wherein in the scintillator array, the relative density of the solid scintillator composed of the polycrystalline body of the garnet structure oxide is 99.5% or more. array. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のシンチレータアレイを搭載したことを特徴とする放射線検出器。 A radiation detector comprising the scintillator array according to any one of claims 1 to 6. 請求項７記載の放射線検出器を搭載したことを特徴とする放射線検査装置。 A radiation inspection apparatus equipped with the radiation detector according to claim 7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のシンチレータアレイの製造方法において、前記のガーネット構造酸化物の粉末を焼結中に粉末粒子同士が焼結して結晶粒となる焼結法で焼結体として製造し、
前記焼結体は、加圧しながら前記のガーネット構造酸化物の粉末内部を発熱させて焼結す
る焼結法により製造され、
前記焼結体の加工時に前記焼結体に前記焼結体の降伏応力以上の応力がかからない機械加工で前記シンチレータ素子の１個の寸法が、縦１．０ｍｍ以下×横１．０ｍｍ以下×深さ２．５ｍｍ以下となる形状に加工し、
前記焼結体を機械加工する時に、刃のボンド材の材質が超硬合金製またはサーメット製のいずれか1種で構成される切断刃を使用し、刃の厚さが４０μｍ以下の切断刃を使用して切断加工、さらに前記切断刃を超音波振動させて切断加工することを含み、
前記シンチレータ素子間の反射層の厚さが８０μｍ 以下となるよう反射層を形成することを特徴とするシンチレータアレイの製造方法。 In the method for manufacturing a scintillator array according to any one of claims 1 to 6, a sintering method in which powder particles are sintered together to form crystal grains while the powder of the garnet structure oxide is sintered. Manufactured as a sintered body in
The sintered body heats the inside of the powder of the garnet structure oxide while applying pressure to sinter.
Manufactured by the sintering method
The dimensions of one scintillator element are 1.0 mm or less in length × 1.0 mm or less in width × depth by machining in which a stress equal to or greater than the yield stress of the sintered body is not applied to the sintered body during processing of the sintered body. Processed into a shape that is 2.5 mm or less
When machining the sintered body, a cutting blade made of either cemented carbide or cermet as the material of the blade bonding material is used, and a cutting blade having a blade thickness of 40 μm or less is used. Including cutting using and further cutting by ultrasonically vibrating the cutting blade.
A method for manufacturing a scintillator array, which comprises forming a reflective layer so that the thickness of the reflective layer between the scintillator elements is 80 μm or less.

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