JPS6318286A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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＠ＣＴ　（コンピユ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２０〜１
０００個の性能の揃った放射線検出器を必要とする。

従来、Ｘ、１ＩＣＴ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、ＢＧ○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、ＣｓＩ：ＴＱ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、かっ１素子当り２枚の
コリメータ抜が入っているため、Ｘ線の利用効率は組合
わせて用いられるが、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：Ｔｆｌ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Ｃ　ｄ　Ｗ　Ｏ４は発光効率が低く、その上、切断
するときに襞間し易く、かつ毒性がある点で問題がある
。

以上に述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。

−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６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１〜３ｍ
ｍ程度で、長さは２０＋ｍｎ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−、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ｘａ１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、真ちゅうからなる容器
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Ｉこ はシリコンホトダイオード３の上が鉛ガラス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Ｇ　ｄ　２０２　
Ｓ　：　Ｐｒ、　Ｃｅ、　Ｆシンチレータを用いても、
単結晶シンチレータＣｄＷ○４と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（Ｌｎ
　１−ｘ−ｙＰｒｘンｅｙ）２ｏ２ｓ：（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ＣΩ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３ＸＩＯ−”く
ｘ〈０．２ ｙは１０−６＜ｙく３Ｘ１０−３（７）範囲ノ値。

Ｘの量は２乃至１０００ＰＰＩＩ＋（重量）で表わされ
る粉末に焼結助剤として、Ｌｉ２０ｅＦ６゜（ＮＨ４）
２ＧｅＦ　６．Ｎａ２ＧａＦ　６．に２ＧｅＦ　６゜Ｎ
ａＰＦＢ、ＫＰＦ６．ＮＨ４ＰＦ６゜Ｎａ５ＡＲＦ６．
に２ＳｉＦＨ，Ｌｉ２ＳｉＦ６　・２Ｈ２０，Ｎａ２５
ｉＦ　６．ＬｉＦ、ＮａＨＦ　２＋ＫＨＦ　２．ＮＨ４
ＨＦ　２．Ｎａ２ＴｉＦ　６゜（し′ に２ＴｉＦｇ、に２ＺｒＦ［ｌ、（ＮＨ４）ＺｒＦＢ。

ＭｇＳｉＦｇ、５ｒＳｉＦａ、ＬｉＢＦ４．ＮａＢＦ。

及びＫＢＦ４の群からなる少なくとも一種を０．００１
〜１０重景％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（Ｈｏｔｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐ
　ｒｅｓｓｉｎｇ以下ＨＩＰと略す）シ、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。

［作用コ 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８００〜１
７００℃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１１００〜１５０
０℃、圧力が８００〜１８００気圧テアル。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
６焼結助剤であるＬｉ２ＧｅＦ　Ｂを加えた（Ｇｄ　　
　Ｐｒ　　　Ｃｅ Ｏ，９９９０，００１６Ｘ１０−”）２０２Ｓ（Ｆ）８
７　ｇを大きさ５２φＸ３’ｌｔ　（実効容積２１．９
ｃＪ）の純鉄製の容器に詰めてから真空封止シ１．ｍｈ
をＨＩＰ装置装置札入１３００”Ｃ。

１５００気圧、３時間の条件でＨＩＰＬ、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’Ｃで３０分間アニールす
る。前記の方法により Ｌｉ２ＧｅＦ　Ｈの添加量の異なる 検出器を試作し、その発光出力を調べた。その結果、Ｌ
ｉ２ＧｅＦｇ無添加焼結体の発光出力を１００とした場
合、Ｌｉ２０ｅＦ６添加量が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Ｌｉ２ＧｅＦｇ
以外の前記の焼結助剤においても、Ｌｉ２０ｅＦ　６と
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５００〜１５０
０℃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、
アニールした試料のＸ線回折ピークの半値巾はＨＩＰＬ
、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 に記載されているので割愛する。

［実施例コ 実施例１ シンチレータ粉末 （Ｇｄ　　　Ｐｒ　　　Ｃｅ Ｏ，９９９０，００１６Ｘ　１０−　”　）２０２　Ｓ
　：　（Ｆ）８７ＨにＬｉ２ＧｅＦ　ｇｏ、０８７ｇ　
（添加量０．１％）を加え、これを直径５２ｍｍ、長さ
３７ｍｍ、厚さ１ｍａ＋の純鉄製の容器（実効容積２１
．９ｃｊ）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℃、１５０ｏ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１ｎ＋＋ｎ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
な検出器を作り、Ｘ線照射（管電’圧１２０ｋＶ、１０
０ｍＡ）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、焼結助剤無添加口で
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 （Ｇｄ　　　Ｐｒ　　　Ｃｅ Ｏ，９９９０，００１６Ｘ　１０−・）２０２５：（Ｆ
）８７ＨにＬｉ２０ｅＦ　、０．０００８７ｇ　（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１２０　ｋ　
Ｖ　、　１００　ｍ　Ａ　）　ニ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 （Ｇ　ｄ　　　Ｐ　ｒ　　　Ｃｅ Ｏ，９９９０，００１６Ｘ　１０−８）・０・Ｓ　：　
（Ｆ）８７ｇにＬｉ２０ｅＦ　ｇ　８．７　ｇ　（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、ｘｇ前照射管電圧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 （Ｃｄ　　　Ｐｒ　　　Ｃｅ Ｏ，９９９０，００１６Ｘ　１０−・）・０２Ｓ　：　
（Ｆ）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１２０　
ｋ　Ｖ　、　１００　ｍ　Ａ　）　Ｌ：、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
を、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。

［発明の効果コ 本発明によれば（Ｌｎｘ−ｘ−ｙＰｒ）（Ｃｅｙ）０２
Ｓ　：　（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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 （Ｌｎ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙＰｒ＿ｘＣｅ＿ｙ）＿２Ｏ
   ＿２Ｓ：（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＾−＾８≦ｘ≦０．２、ｙは
   １０＾−＾６≦ｙ≦５×１０＾−＾３の範囲の値、Ｘの
   量は２乃至１０００ｐｐｍで表わされる粉末に焼結助剤
   として、Ｌｉ＿２ＧｅＦ＿６、（ＮＨ＿４）＿２ＧｅＦ
   ＿６、Ｎａ＿２ＧｅＦ＿６、Ｋ＿２ＧｅＦ＿６、ＮａＰ
   Ｆ＿６、ＫＰＦ＿６、ＮＨ＿４ＰＦ＿６、Ｎａ＿３Ａｌ
   Ｆ＿６、Ｋ＿２ＳｉＦ＿６、Ｌｉ＿２ＳｉＦ＿６・２Ｈ
   ＿２Ｏ、Ｎａ＿２ＳｉＦ＿６、ＬｉＦ、ＮａＨＦ＿２、
   ＫＨＦ＿２、ＮＨ＿４ＨＦ＿２、Ｎａ＿２ＴｉＦ＿６、
   Ｋ＿２ＴｉＦ＿６、Ｋ＿２ＺｒＦ＿６、（ＮＨ＿４）＿
   ２ＺｒＦ＿６、ＭｇＳｉＦ＿６、ＳｒＳｉＦ＿６、Ｌｉ
   ＢＦ＿４、ＮａＢＦ＿４及びＫＢＦ＿４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。