JPH0797139B2 - 放射線検出器 - Google Patents

放射線検出器

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JPH0797139B2
JPH0797139B2 JP16184786A JP16184786A JPH0797139B2 JP H0797139 B2 JPH0797139 B2 JP H0797139B2 JP 16184786 A JP16184786 A JP 16184786A JP 16184786 A JP16184786 A JP 16184786A JP H0797139 B2 JPH0797139 B2 JP H0797139B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はX線、γ線などの放射線検出器に関する。とく
に、X線CT(コンピュータ化された断層写真)又はポジ
トロンカメラなどに用いる放射線検出器に関する。
[従来の技術] X線CTとしては種々のタイプがあるが、通常20〜1000個
の性能の揃った放射線検出器を必要とする。
従来、X線CTなどに用いる放射線検出器としては、キセ
ノンのガスチェンバーあるいは、BGO単結晶(ゲルマニ
ウム酸ビスマス)と光電子増倍管を組合せたもの、GsI:
Tl単結晶またはCdWO4単結晶とホトダイオードを組合せ
たものが用いられてきた。キセノンガスチェンバーは検
出器内に高圧のキセノンガスを封入するために厚い窓が
必要であり、かつ1素子当り2枚のコリメータ板が入っ
ているため、X線の利用効率は50%程度になってしま
う。BGOの場合には発光効率が低い(1%程度)ため、
光電子増倍管と組合せて用いられるが、光電子増倍管や
それに付ずいした高圧電源が必要となるため多素子化が
困難である。
CsI:Tlは、効率は高いが潮解性で、かつ、残光(X線を
断ってからの発光)現象があり、実用上問題がある。
またCdWO4は発光効率が低く、その上、切断するときに
劈開し易く、かつ毒性がある点で問題がある。
以上に延べた単結晶シンチレータについて共通する欠点
は、単結晶内における発光特性のばらつきがあることで
ある。単結晶は一般に融液から成長させるが、成長過程
で結晶内に沿って、格子欠陥が広がりやすいため、残光
現象が現われたりする。また、シンチレータには活性剤
が加えられることが多いが、これを結晶内に均一に分散
させることが困難である。そのために結晶内に発光むら
が生じる。前述の問題点は、各検出器の特性を合わせる
ことが極めて困難であることを意味する。
この問題解決のため、本発明者らの一部のものはすでに
特開昭56−151376及び特開昭57−70476に蛍光体粒子を
シンチレータとして使用する放射線検出器を提案した。
通常X線CT用の放射線検出器において断面像を得るため
には、その幅は1〜3mm程度で、長さは20mm程度であ
る。それ故に一つの放射線検出器の中の蛍光体粒子は、
その粒径にもよるが例えば30万個程度である。個々の蛍
光体粒子の特性は、少しずつ異なっている可能性はある
が、十分に混合して一つのシンチレータとして使用する
ことにより、シンチレータとしての特性のばらつきは、
粒子数の平方根分の一、すなわち0.01%程度となり満足
すべき結果が得られる。
この放射線検出器について第1図を用いて説明はる。入
射X線1がアルミニューム薄膜からなる蓋5と光散乱層
4を透過した後、シンチレータ粒子層2(けい光体をポ
リスチレンで固めたもの)を発光させる。この発光が、
空間層7と2次放射線防止層8(鉛ガラス)を経た後、
ホトダイオード3に到達し、電流に変換される。また、
シンチレータ粒子層の発光を効率良くホトダイオードに
導くために、容器6の全体が反射膜でおおわれている。
このように検出器では、単結晶シンチレータとホトダイ
オードと組合せた検出器に比べ約2倍の出力が得られ、
頭部X線CT用の検出器として極めて望ましいものとな
る。しかし、全身用の検出器に適用するには、やや問題
がある。それは、頭部用と全身用の画像処理方式が異な
るためである。第1図においてシンチレータ層2の発光
特性は均質であるが、光がホトダイオード3に到達する
迄に空間層7をおおっている反射膜に衝突を繰り返す。
したがって、反射膜において反射率のむらがあると入射
したX線の正確な情報が得られない。そのためには、こ
のような検出器を多素子化した場合に、各素子間におい
て特性のばらつきが生じることになる。その結果、この
検出器を用いて得られた再生像には、リングむらやアー
チファクトが生じる。
この問題を解決するためには、第2図のような構造にす
ることが必要となる。すなわち、真ちゆうからなる容器
6の底部にシリコンホトダイオード3が配置され、容器
6の内面にはアルミニウームにより光反射面が形成され
ている。容器6内にはシリコンホトダイオード3の上に
鉛ガラス8が配置され、さらにその上にシンチレータ層
2が形成されている。鉛ガラスはシンチレータからでる
蛍光X線をカットするために設けられている。
第2図のような構造において、シンチレータ粒子層を用
いた場合には、粒子層自身が光学的に不透明であるた
め、発光をシリコンホトダイオードに効率良く導くこと
が困難である。そのために、効率の高いGd2O2S:Pr,Ce,F
シンチレータを用いても、単結晶シンチレータCdWO4
シリコンホトダイオードを組合せた検出器とほぼ同程度
の信号出力になってしまうという問題が生じた。出力を
増大するには、希土類オキシサルファイドシンチレータ
を単結晶にして透明化すれば良いのであるが、ジャーナ
ル・オブ・アプライド・フィジックス(J.Appl.Phys.)
42巻,3049頁(1971)に記載の方法を用いても、数ミリ
角の単結晶が得られるにすぎない。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、上記の欠点を除いた光出力の高い放射線検出
器を提供することを目的とする。
[問題を解決するための手段] 上記目的は、放射線により発光するシンチレータ粉末で
あり一般式 (Ln1-x-yPrxCey2O2S:(x) (但し、LnはGd、La及びYからなる群から選ばれた少な
くとも一種の元素,XはF及びClからなる群から選ばれた
少なくとも一種の元素を表わし、xは3×10-6x0.
2 yは1×10-6y5×10-3の範囲の値、 Xの量は2乃至1000ppm(重量)で表わされる粉末に焼
結助剤として、Li2GeF6,(NH42GeF6,Na2GeF6,K2GeF6,
NaPF6,KPF6,NH4PF6,Na3AlF6,K2SiF6,Li2SiF6・2H2O,Na2
SiF6,LiF,NaHF2,KHF2,NH4HF2,Na2TiF6,K2TiF6,K2ZrF6,
(NH42ZrF6,MgSiF6,SrSiF6,LiBF4,NaBF4及びKBF4の群
からなる少なくとも一種を0.001〜10重量%加え、これ
を金属製の容器に詰めて真空封止して熱間静水加圧(Ho
tisostatic Pressing以下HIPと略す)し、更にアニール
してなる透光性焼結体シンチレータと該シンチレータの
発光を検知する光検出器と組合せた放射線検出器によっ
て達成される。
[作用] 透光性のある焼結体は焼結助剤0.001〜10重量%加え、
圧力が500〜2000気圧、温度が800〜1700℃でHIPするこ
とによって得られる。但しこの条件において、圧力が低
い場合は当然、高温でHIPすることが必要である。好ま
しいHIP条件は焼結助剤の添加量が0.01〜4重量%、温
度が1100〜1500℃、圧力が800〜1800気圧である。HIPに
用いる金属製容器の材質としては高温で変形(軟化)容
易な金属、例えば純鉄、ステンレススチール、ニッケル
および白金などが良い。
透光性のある焼結体は焼結助剤を加えて、HIPすること
によって得られ、その製造法は例えば次の通りである。
焼結助剤であるLi2GeF6を加えた 87gを大きさ52φ×37(実効容積21.9cm3)の純鉄製の
容器に詰めてから真空封止し、これをHIP装置に入れ、1
300℃、1500気圧、3時間の条件でHIPし、容器から焼結
体を取出し、更に厚さ1mmの薄板に加工してから、不活
性ガス中において1200℃で30分間アニールする。前記の
方法によりLi2GeF6の添加量の異なる の焼結体を作り、これらを用いて、第2図のような検出
器を試作し、その発光出力を調べた。その結果、Li2GeF
6無添加焼結体の発光出力を100とした場合、Li2GeF6
加量が0.001〜10%の範囲内の焼結体の発光出力は110以
上であること、またその最適添加量は0.1%付近で、そ
の発光出力は160であることが明らかになった。前述し
たLi2GeF6以外の前記の焼結助剤においても、Li2GeF6
ほぼ同様の効果がある。
HIPして金属製の容器から取出した試料のままでは発光
出力が十分でないので不活性ガス中においてアニールす
ることが肝要である。アニール温度は500〜1500℃の範
囲がよく、好ましくは900〜1300℃で行なうとよい、ア
ニールによる発光出力の向上率は焼結助剤の種類によっ
て多少異なるが、Arガス中において、1200℃で30分アニ
ールした場合、アニール前に比べ30〜50%向上する。HI
Pしてからアニールした試料のX線回折ピークの半値巾
はHIPしただけの試料に比べ小さくなっていることか
ら、アニールによる発光出力の向上は、結晶化の促進に
よるものと考えれる。
なお、シンチレータ粉末 (Ln1-x-yPrxCey2O2S:(x)における各記号の限定理
由は、特公昭60−4856に記載されているので割愛する。
[実施例] 実施例1 シンチレータ粉末 87gにLi2GeF60.087g(添加量0.1%)を加え、これを直
径52mm,長さ37mm,厚さ1mmの純鉄製の容器(有効容積21.
9cm3)に詰め、加熱脱気しながら真空封止する。つい
で、この容器をHIP装置に入れ、1300℃、1500気圧、1.5
時間の条件でHIPし、冷却後、容器から焼結体を取出
し、更に厚さ1mmの薄板に加工してから、不活性ガス中
において1200℃で30分間アニールする。こうして得られ
た焼結体を用いて第2図のような検出気を作り、X線照
射(管電圧120kV,100mA)による発光出力を測定した。
その結果、この焼結体を用いた検出器の発光出力は、焼
結体剤無添加で同様に作製した検出器の発光出力を100
とした場合、160であった。
実施例2 シンチレータ粉末 87gにLi2GeF60.00087g(添加量0.001%)を加え、後の
工程は実施例1と全く同様に行なった。こうして得られ
た焼結体を用いて第2図のような検出器を作り、X線照
射(管電圧120kV,100mA)による発光出力を測定した。
この焼結体を用いた検出器の発生出力は焼結助剤無添加
で同様に作製した検出器の発光出力を100とした場合110
であった。
実施例3 シンチレータ粉末 87gにLi2GeF68.7g(添加量10%)を加え、後の工程は実
施例1と全く同様に行なった。こうして得られた焼結体
を用いて第2図のような検出器を作り、X線照射(管電
圧120kV,100mA)による発光出力を測定した。この焼結
体を用いた検出器の発生出力は焼結助剤無添加で同様に
作製した検出器の発光出力を100とした場合120であっ
た。
実施例4〜26 シンチレータ粉末 87gに各種の焼結助剤0.087g(添加量0.1%)をそれぞれ
加え、後の工程は実施例1と全く同様に行なった。こう
して得られた各焼結体を用いて第2図のような検出器を
作り、X線照射(管電圧120kV,100mA)による発光出力
を測定した。これらの焼結体を用いた検出器の発光出力
は焼結助剤無添加で実施例1と同様に作製した焼結体を
用いた検出器の発光出力を100として下表に相対的に示
す。
[発明の効果] 本発明によれば(Ln1-x-yPrxCey)O2S:(x)の組成を
有する透光性の高い焼結体を得ることができ、これとシ
リコンホトダイオードと組合せた放射線検出器の光出力
が従来のものと比べ大巾に増加する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明を説明するための放射線検出
器の断面図である。 1……入射X線、2……シンチレータ層、3……シリコ
ンホトダイオード、4……光散乱層、5……アルミニウ
ム薄膜、6……容器、7……空間層、8……鉛ガラス、
9……シリコングリース
フロントページの続き (72)発明者 佃 康夫 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属株 式会社磁性材料研究所内 (72)発明者 鈴木 敦 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 山元 明 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 吉田 稔 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 麻殖生 健二 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 藤井 秀司 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−127670(JP,A) 特開 昭58−204088(JP,A) 特開 昭54−93684(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放射線により発光する粉末シンチレータで
    あり、一般式 (Ln1-x-yPrxCey2O2S:(x) (但し、LnはGd、La及びYからなる群から選ばれた少な
    くとも一種の元素を表わし、XはF及びClからなる群か
    ら選ばれた少なくとも一種の元素を表わし、xは3×10
    -6≦x≦0.2の範囲の値、yは1×10-6≦y≦5×10-3
    の範囲の値、Xの量は2乃至1000ppmの範囲である)で
    表わされる粉末に焼結助剤として、Li2GeF6、(NH42G
    eF6、Na2GeF6、K2GeF6、NaPF6、KPF6、NH4PF6、Na3Al
    F6、K2SiF6、Li2SiF6・2H2O、Na2SiF6、LiF、NaHF2、KH
    F2、NH4HF2、Na2TiF6、K2TiF6、K2ZrF6、(NH42Zr
    F6、MgSiF6、SrSiF6、LiBF4、NaBF4及びKBF4からなる群
    から選ばれた少なくとも一種の材料を0.001〜10重量%
    加え、これを金属製の容器に詰めて真空封止して、熱間
    静水圧加圧し、更にアニールしてなる透光性焼結体シン
    チレータと、該シンチレータの発光を検知する光検出器
    とからなることを特徴とする放射線検出器。
  2. 【請求項2】上記熱間静水圧加圧は、1100〜1500℃の範
    囲の温度で、800〜1800気圧の圧力で行なうことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の放射線検出器。
JP16184786A 1985-09-02 1986-07-11 放射線検出器 Expired - Lifetime JPH0797139B2 (ja)

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JP16184786A JPH0797139B2 (ja) 1986-07-11 1986-07-11 放射線検出器
US06/895,455 US4733088A (en) 1985-09-02 1986-08-11 Radiation detector
DE19863629180 DE3629180A1 (de) 1985-09-02 1986-08-28 Strahlungsdetektor

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JPS6318286A JPS6318286A (ja) 1988-01-26
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JP2822185B2 (ja) * 1988-01-27 1998-11-11 株式会社日立メディコ 放射線検出器
JP3777486B2 (ja) * 1997-07-08 2006-05-24 株式会社日立メディコ 蛍光体及びそれを用いた放射線検出器及びx線ct装置

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