(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（I）又は（IV）のいずれかを含むシンチレータ材料であって：
A2B（1-y）LyX4（I）；又は
A'（1-y）L'yB2X5（IV）；
ここで：
0.0001≦y≦0.5；
Aは、K、及びRbから選ばれる１又はそれ以上のアルカリ金属；
A'は、K、Rbからなる群の１又はそれ以上；
Bは、Ba及びSrから選択される１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；
Lは、Eu；
L'は、Tl、In、及びNaからなる群から選択され；及び
Xは、１又はそれ以上のハロゲン化物である、シンチレータ材料。
【請求項２】
式（II）を含むシンチレータ材料であって：
AB2（1-y）L2yX5（II）、
ここで：
(1)0.0001≦y≦0.5；
Aは、K、及びRbから選ばれる１又はそれ以上のアルカリ金属；
Bは、Ba及びSrから選択される１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；
Lは、Eu；
Xは、F、Cl、及びBrから選択される１又はそれ以上のハロゲン化物、又は、Xは、F、Cl、Br及びIから選択される２以上のハロゲン化物の組み合わせである、
シンチレータ材料。
【請求項３】
KBa2I5:Eu 2.5%； KSr2I5:Eu 4%；及びKSr2I5:Eu 2.5%からなる群から選択されるシンチレータ材料。
【請求項４】
光検出器とシンチレーション材料とを含む放射線検出器であって、
前記シンチレーション材料は、式（II'）を含み：
AB2（1-z）L2zX5（II'）、
ここで：
(1)0.0001≦z≦1.0；
Aは、K、及びRbから選ばれる１又はそれ以上のアルカリ金属であり；
Bは、Ba及びSrから選択される１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；
Lは、Eu；
Xは、F、Cl、及びBrから選択される１又はそれ以上のハロゲン化物、又は、Xは、F、Cl、Br及びIから選択される２以上のハロゲン化物の組み合わせである、
放射線検出器。
【請求項５】
Xは、Cl、Br、及びIから選択される請求項１に記載のシンチレータ材料。
【請求項６】
前記シンチレータ材料はA2B（1-y）EuyX4を含む請求項１に記載のシンチレータ材料。
【請求項７】
0.01≦y≦0.1である請求項１に記載のシンチレータ材料。
【請求項８】
0.025≦y≦0.05である請求項７に記載のシンチレータ材料。
【請求項９】
A2B0.95Eu0.05X4を含む請求項８に記載のシンチレータ材料。
【請求項１０】
前記シンチレータ材料は、K2BaI4:Eu 5%；K2BaBr4:Eu 5%；Rb2BaCl4:Eu 5%；K2SrBr4:Eu 5%；及びRb2BaCl4:Eu 2.5%からなる群から選択される請求項８に記載のシンチレータ材料。
【請求項１１】
光検出器とシンチレーション材料とを含む放射線検出器であって、
前記シンチレーション材料は、請求項１、２又は３のシンチレータ材料を含む放射線検出器。
【請求項１２】
前記検出器は、医療診断装置、石油探査装置、又は容器若しくは手荷物検査のための装置である、請求項１１に記載の放射線検出器。
【請求項１３】
ガンマ線、X線、宇宙線、及び/又は1 keV以上のエネルギーを有する粒子を検出する方法であって、請求項１１に記載の放射線検出器を使用することを含む方法。
【請求項１４】
光検出器とシンチレーション材料とを含む放射線検出器であって、
前記シンチレーション材料は、式（I'）、（IV'）のいずれかを含み：
A2B（1-z）LzX4（I'）；又は
A'（1-z）L'zB2X5（IV'）；
ここで：
0.0001≦z≦1.0；
Aは、K、及びRbから選ばれる１又はそれ以上のアルカリ金属であり；
A'は、K、Rbからなる群の１又はそれ以上；
Bは、Ba及びSrから選択される１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；
Lは、Eu；
L'は、Tl、In、及びNaからなる群から選択され；及び
Xは、１又はそれ以上のハロゲン化物である、放射線検出器。
【請求項１５】
Xは、Cl、Br、及びIから選択される請求項１４に記載の放射線検出器。
【請求項１６】
前記シンチレータ材料はA2B（1-z）EuzX4を含む請求項１４に記載の放射線検出器。
【請求項１７】
0.01≦z≦0.1である請求項４又は１４に記載の放射線検出器。
【請求項１８】
0.025≦z≦0.05である請求項４又は１４に記載の放射線検出器。
【請求項１９】
前記シンチレーション材料はA2B0.95Eu0.05X4を含む請求項１４に記載の放射線検出器。
【請求項２０】
前記シンチレーション材料は、K2BaI4:Eu 5%；K2BaBr4:Eu 5%；Rb2BaCl4:Eu 5%；K2SrBr4:Eu 5%；及びRb2BaCl4:Eu 2.5%からなる群から選択される請求項１４に記載の放射線検出器。
【請求項２１】
Zは１である請求項１４に記載の放射線検出器。
【請求項２２】
前記シンチレーション材料は、K2EuCl4である請求項２１に記載の放射線検出器。
【請求項２３】
前記検出器は、医療診断装置、石油探査装置、又は容器若しくは手荷物検査のための装置である、請求項４又は１４に記載の放射線検出器。
【請求項２４】
ガンマ線、X線、宇宙線、及び/又は1 keV以上のエネルギーを有する粒子を検出する方法であって、前記方法は請求項４又は１４に記載の放射線検出器を使用することを含む方法。
【請求項２５】
請求項１、２又は３に記載のシンチレータ材料の調製方法であって、前記方法は、複数の原料の混合物をそれらの各溶融温度より高い温度で加熱することを含む、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、前記方法は：
（a）複数の原料の混合物を準備し、ここで前記複数の原料は請求項１、２、又は３の式のいずれかに従った化学量論比で提供され；
（b）前記混合物を密閉容器内に密閉し；
（c）前記混合物を、最も高い融点を持つ前記原料の当該融点より20℃高い温度に一定時間加熱し；
（d）前記混合物を室温まで冷却し；及び
（e）必要に応じてステップ（c）及び（d）繰り返すことを含む、方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法であって、前記シンチレータ材料は多結晶形態で調製される方法。
【請求項２８】
0.01≦y≦0.1である請求項２に記載のシンチレータ材料。
【請求項２９】
前記シンチレーション材料はAB2（0.975）Eu2(0.025)X5を含む請求項４に記載の放射線検出器。
【請求項３０】
前記シンチレーション材料はRbEu2Cl5である請求項４に記載の放射線検出器。
【請求項３１】
0.025≦y≦0.05である請求項２８に記載のシンチレータ材料。
【請求項３２】
前記シンチレータ材料はAB2（0.975）Eu2(0.025)X5を含む請求項２８に記載のシンチレータ材料。
【請求項３３】
前記シンチレータ材料はRbSr2Cl5:Eu 2.5%；KSr2Br5:Eu 2.5%；RbBa2Br5:Eu 2.5%；及びRbSr2Br5:Eu 2.5%からなる群から選択される請求項２８に記載のシンチレータ材料。
【請求項３４】
前記シンチレーション材料はRbSr2Cl5:Eu 2.5%；KSr2Br5:Eu 2.5%；RbBa2Br5:Eu 2.5%；及びRbSr2Br5:Eu 2.5%からなる群から選択される請求項２９に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本開示の主題は、2013年7月19日に出願された米国仮特許出願第61/856,393号に基づくと共に、その利益を主張し、それらの全体の開示が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本開示の主題は、ユーロピウムを含有する三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料（ternary metal halide scintillator materials）などの、三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料に関する。本開示の主題は、さらにシンチレータ材料を含む放射線検出器、放射線を検出するためにシンチレータ材料を用いる方法、及びシンチレータ材料の調製方法に関する。
【０００３】
（略語）
％=パーセント
℃=摂氏温度
μs=マイクロ秒
Ba=バリウム
Be=ベリリウム
Br=臭化物
Ca=カルシウム
Ce=セリウム
Cl=塩化物
Cs=セシウム
cm=センチメートル
CT=コンピュータ断層撮影
Eu=ユーロピウム
F=フッ化物
g=グラム
I=ヨウ化物
In =インジウム
K=カリウム
Li=リチウム
LO=光出力(light output)
MeV=メガ電子ボルト
Mg=マグネシウム
Na=ナトリウム
nm=ナノメートル
ns=ナノ秒
PET=陽電子放出断層撮影
ph=光子
PL=フォトルミネッセンス
PMT=光電子増倍管
Pr=プラセオジム
Rb=ルビジウム
RL=放射線ルミネッセンス
RT=室温
SPECT=単一フォトン放出コンピュータ断層撮影(single photon emission computed tomography)
Sr=ストロンチウム
Tb=テルビウム
Tl=タリウム
TL=熱ルミネッセンス
Yb=イッテルビウム
【背景技術】
【０００４】
X線、ガンマ線及び熱中性子線などの放射線の入射に応答して光パルスを放出するシンチレータ材料は、医用画像、素粒子物理学、地質探査、セキュリティ及びその他の分野において広範囲の用途を有する検出器で使用されている。シンチレータ材料を選択する際に考慮すべき事項は、これらに限定されないが、光度、減衰時間及び発光波長が典型的に含まれる。
様々なシンチレータ材料が製造されてきたが、例えば１又はそれ以上の特定の種々の用途を満たすため、さらなるシンチレータ材料に対する継続的なニーズが存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかを含むシンチレータ材料であって：A2B（1-y）LyX4（I）；AB2（1-y）L2yX5（II）；A'2（1-y）L'2yBX4（III）；A'（1-y）L'yB2X5（IV）；A"2（1-y）L"2yBX4（V）；又はA"（1-y）L"yB2X5（VI）；ここで：0.0001≦y≦0.5；Aは、１又はそれ以上のアルカリ金属；A'は、Li、K、Rb、及びCsからなる群の１又はそれ以上；A"は、Na、又はNa及び１又はそれ以上の追加のアルカリ金属の組み合わせ；Bは、１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；Lは、Eu、Ce、Tb、Yb、及びPrを含む群から選択され；L'は、Tl、 In、及びNaを含む群から選択され；L"は、Tl及びInを含む群から選択され；及びXは、１又はそれ以上のハロゲン化物である、シンチレータ材料を提供する。
【０００６】
いくつかの実施形態において、A又はA'は、K、Rb、及びCsから選択される。いくつかの実施形態において、Bは、Sr及びBaから選択される。いくつかの実施形態において、Xは、Cl、Br、及びIから選択される。いくつかの実施形態において、LはEuであり、上記シンチレータ材料はA2B（1-y）EuyX4又はAB2（1-y）Eu2yX5である。いくつかの実施形態において、0.01≦y≦0.1である。いくつかの実施形態において、0.025≦y≦0.05である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、上記シンチレータ材料はA2B0.95Eu0.05X4又はAB2(0.975)Eu2(0.025)X5を含む。いくつかの実施形態において、上記シンチレータ材料は、K2BaI4:Eu 5%；K2BaBr4:Eu 5%；Rb2BaCl4:Eu 5%；K2SrBr4:Eu 5%； Rb2BaCl4:Eu 2.5%;RbSr2Cl5:Eu 2.5%；KSr2Br5:Eu 2.5%；KBa2I5:Eu 2.5%；CsSr2I5:Eu 2.5%；RbBa2Br5:Eu 2.5%；RbSr2Br5:Eu 2.5%；KSr2I5:Eu 4%；及びKSr2I5:Eu 2.5%を含む群から選択される.
【０００８】
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、光検出器とシンチレーション材料(scintillation material)とを含む放射線検出器であって、上記シンチレータ材料は、式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかを含む放射線検出器を提供する。いくつかの実施形態において、上記検出器は、医療診断装置、石油探査装置、又は容器若しくは手荷物検査のための装置である。いくつかの実施形態において、本開示の主題は、ガンマ線、X線、宇宙線、及び/又は1 keV以上のエネルギーを有する粒子を検出する方法であって、上記光検出器と、式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかを含む上記シンチレーション材料とを含む放射線検出器を使用することを含む方法を提供する。
【０００９】
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、光検出器とシンチレーション材料とを含む放射線検出器であって、上記シンチレーション材料は、式（I'）、（II'）、（III'）、（IV'）、（V'）又は（VI'）のいずれかを含み：A2B（1-z）LzX4（I'）；AB2（1-z）L2zX5（II'）；A'2（1-z）L'2zBX4（III'）；A'（1-z）L'zB2X5（IV'）；A"2（1-z）L"2zBX4（V'）；又はA"（1-z）L"zB2X5（VI'）；ここで：0.0001≦z≦1.0；Aは、１又はそれ以上のアルカリ金属；A'は、Li、K、Rb、及びCsからなる群の１又はそれ以上；A"は、Na、又はNa及び１又はそれ以上の追加のアルカリ金属の組み合わせ；Bは、１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；Lは、Eu、Ce、Tb、Yb、及びPrから選択され；L'は、Tl、 In、及びNaから選択され；L"は、Tl及びInから選択され；及びXは、１又はそれ以上のハロゲン化物である、放射線検出器を提供する。いくつかの実施形態において、A又はA'は、K、Rb、及びCsから選択される。いくつかの実施形態において、Bは、Sr及びBaから選ばれる。いくつかの実施形態において、Xは、Cl、Br、及びIから選択される。いくつかの実施形態において、LはEuであり、上記シンチレータ材料はA2B（1-z）EuzX4又はAB2（1-z）Eu2zX5を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、0.01≦z≦0.1である。いくつかの実施形態において、0.025≦z≦0.05である。いくつかの実施形態において、上記シンチレーション材料はA2B0.95Eu0.05X4又はAB2(0.975)Eu2(0.025)X5を含む。いくつかの実施形態において、上記シンチレータ材料は、K2BaI4:Eu 5%；K2BaBr4:Eu 5%；Rb2BaCl4:Eu 5%；K2SrBr4:Eu 5%； Rb2BaCl4:Eu 2.5%； RbSr2Cl5:Eu 2.5%；KSr2Br5:Eu 2.5%；KBa2I5:Eu 2.5%；CsSr2I5:Eu 2.5%；RbBa2Br5:Eu 2.5%；RbSr2Br5:Eu 2.5%；KSr2I5:Eu 4%；及びKSr2I5:Eu 2.5%を含む群から選択される。
【００１１】
いくつかの実施形態において、Zは１である。いくつかの実施形態において、上記シンチレーション材料は、K2EuCl4又はRbEu2Cl5である。
【００１２】
いくつかの実施形態において、上記検出器は、医療診断装置、石油探査装置、又は容器若しくは手荷物検査のための装置である。いくつかの実施形態において、本開示の主題は、ガンマ線、X線、宇宙線、及び/又は1 keV以上のエネルギーを有する粒子を検出する方法であって、上記方法は上記放射線検出器を使用することを含む方法を提供する。
【００１３】
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかを含むシンチレータ材料の調製方法であって、上記方法は、原料の混合物をそれらの各溶融温度（melting temperature）より高い温度で加熱することを含む、方法を提供する。いくつかの実施形態において、上記方法は：（a）原料の混合物を準備し、ここで上記原料は式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかに従った化学量論比で提供され；（b）上記混合物を密閉容器内に密閉し；（c）上記混合物を、最も高い融点（melting point）を持つ上記原料の当該融点より約20℃高い温度まで一定時間加熱し；（d）上記混合物をおよそ室温まで冷却し；及び（e）必要に応じてステップ（c）及び（d）を繰り返すことを含む。いくつかの実施形態において、上記シンチレータ材料は多結晶形態で調製される。
【００１４】
従って、本開示の主題の目的は、三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料、三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料を含む放射線検出器、ガンマ線、X線、宇宙線及び/又は1keV以上のエネルギーを有する粒子を放射線検出器を用いて検出する方法；及び上記シンチレータ材料の調製方法を提供することにある。
【００１５】
本開示の主題の目的は、以上に述べられており、さらに本書に開示される主題によって全体的に又は部分的に達成され、他の目的は以下の記述が進むにつれて明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の主題のシンチレーション材料の水分取込み（moisture intake）曲線（25℃、相対湿度40％）を示すグラフであり、材料はCsSr2I5:Eu 2.5%（-- -- --）；K2SrBr4:Eu 5%（― -- ―）；KSr2Br5:Eu 2.5%（― - ― -）；K2BaI4:Eu 5%（− − −）；KBa2I5:Eu 2.5%（-  -  -  -）；K2BaBr4:Eu 5%（…………）；及びRbSr2Cl5:Eu 2.5%（------）であり、比較のため、5原子％のセリウムで活性化された三臭化ランタン(LaBr3:Ce 5%; (― ―))及びタリウムで活性化されたヨウ化ナトリウム(NaI: Tl; (―)) の水分取込み曲線が示される。
【図２Ａ】5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（K2BaI4）（K2BaI4:Eu 5%）のフォトルミネッセンス発光（実線）及び励起（破線）スペクトルを示すグラフであり、約280ナノメートル（nm）〜約420nmにブロードな励起範囲（broad excitation range）があり、440nmに発光ピーク（emission peak）がある。
【図２Ｂ】5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムバリウム（K2BaBr4）（K2BaBr4:Eu 5%）のフォトルミネッセンス発光（破線）及び励起（実線）スペクトルを示すグラフであり、約280ナノメートル（nm）〜約410nmにブロードな励起範囲があり、434nmに発光ピークがある。
【図２Ｃ】塩化カリウムユーロピウム（K2EuCl4）のフォトルミネッセンス発光（実線）及び励起（破線）スペクトルを示すグラフであり、約300ナノメートル（nm）〜約427nmにブロードな励起範囲があり、474nmに発光ピークがある。
【図２Ｄ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムバリウム（Rb2BaCl4）（Rb2BaCl4:Eu 2.5%）のフォトルミネッセンス発光（破線）及び励起（実線）スペクトルを示すグラフであり、約260ナノメートル（nm）〜約406nmにブロードな励起範囲があり、437nmに発光ピークがある。
【図２Ｅ】5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（K2SrBr4）（K2SrBr4:Eu 5%）のフォトルミネッセンス発光（破線）及び励起（実線）スペクトルを示すグラフであり、約286ナノメートル（nm）〜約410nmにブロードな励起範囲があり、434nmに発光ピークがある。
【図２Ｆ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Cl5）（RbSr2Cl5:Eu 2.5%）のフォトルミネッセンス発光（破線）及び励起（実線）スペクトルを示すグラフであり、約280ナノメートル（nm）〜約415nmにブロードな励起範囲があり、426nmに発光ピークがある。
【図２Ｇ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（KSr2Br5）（KSr2Br5:Eu 2.5%）のフォトルミネッセンス発光（破線）及び励起（実線）スペクトルを示すグラフであり、約280ナノメートル（nm）〜約420nmにブロードな励起範囲があり、432nmに発光ピークがある。
【図２Ｈ】2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（KBa2I5）（KBa2I5:Eu 2.5%）のフォトルミネッセンス発光（破線）及び励起（実線）スペクトルを示すグラフであり、約280ナノメートル（nm）〜約415nmにブロードな励起範囲があり、441nmに発光ピークがある。
【図２Ｉ】2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化セシウムストロンチウム（CsSr2I5）（CsSr2I5:Eu 2.5%）のフォトルミネッセンス発光（破線）及び励起（実線）スペクトルを示すグラフであり、約285ナノメートル（nm）〜約420nmにブロードな励起範囲があり、446nmに発光ピークがある。
【図２Ｊ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Br5）（RbSr2Br5:Eu 2.5%）のフォトルミネッセンス発光（実線）及び励起（破線）スペクトルを示すグラフであり、約270ナノメートル（nm）〜約411nmにブロードな励起範囲があり、427nmに発光ピークがある。
【図２Ｋ】塩化ルビジウムユーロピウム（RbEu2Cl5）のフォトルミネッセンス発光（実線）及び励起（破線）スペクトルを示すグラフであり、約270ナノメートル（nm）〜約429nmにブロードな励起範囲があり、440nmに発光ピークがある。
【図２Ｌ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムバリウム（RbBa2Br5）（RbBa2Br5:Eu 2.5%）のフォトルミネッセンス発光（実線）及び励起（破線）スペクトルを示すグラフであり、約270ナノメートル（nm）〜約401nmにブロードな励起範囲があり、427nmに発光ピークがある。
【図２Ｍ】4原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムストロンチウム（KSr2I5）（KSr2I5:Eu 4%）のフォトルミネッセンス発光（実線）及び励起（破線）スペクトルを示すグラフであり、約316ナノメートル（nm）〜約433nmにブロードな励起範囲があり、446nmに発光ピークがある。
【図３Ａ】5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（K2BaI4:Eu 5%）のX線励起発光スペクトル（x-ray excited luminescence spectra）を示すグラフであり、449ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｂ】5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムバリウム（K2BaBr4:Eu 5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、430ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｃ】塩化カリウムユーロピウム（K2EuCl4）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、475ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｄ】5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムバリウム（Rb2BaCl4:Eu 5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、436ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｅ】5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（K2SrBr4:Eu 5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、445ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｆ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Cl5:Eu 2.5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、426ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｇ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（KSr2Br5:Eu 2.5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、427ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｈ】2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（KBa2I5:Eu 2.5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、442ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｉ】2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化セシウムストロンチウム（CsSr2I5:Eu 2.5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、441ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｊ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Br5:Eu 2.5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、430ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｋ】塩化ルビジウムユーロピウム（RbEu2Cl5）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、440ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｌ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムバリウム（RbBa2Br5:Eu 2.5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、425ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図３Ｍ】2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムストロンチウム（KSr2I5:Eu 2.5%）のX線励起発光スペクトルを示すグラフであり、452ナノメートル(nm)に発光ピークがある。
【図４Ａ】ガンマ線のエネルギーに曝され、5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（K2BaI4:Eu 5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル番号（channel number ）806に光電ピーク（photopeak）がある。
【図４Ｂ】ガンマ線のエネルギーに曝され、5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムバリウム（K2BaBr4:Eu 5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル700に光電ピークがある。
【図４Ｃ】ガンマ線のエネルギーに曝された塩化カリウムユーロピウム（K2EuCl4）の光出力を示すグラフであり、チャンネル367に光電ピークがある。
【図４Ｄ】ガンマ線のエネルギーに曝され、5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムバリウム（Rb2BaCl4:Eu 5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル335に光電ピークがある。
【図４Ｅ】ガンマ線のエネルギーに曝され、5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（K2SrBr4:Eu 5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル400に光電ピークがある。
【図４Ｆ】ガンマ線のエネルギーに曝され、2.5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Cl5:Eu 2.5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル670に光電ピークがある。
【図４Ｇ】ガンマ線のエネルギーに曝され、2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（KSr2Br5:Eu 2.5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル1050に光電ピークがある。
【図４Ｈ】ガンマ線のエネルギーに曝され、2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（KBa2I5:Eu 2.5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル1115に光電ピークがある。
【図４Ｉ】ガンマ線のエネルギーに曝され、2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化セシウムストロンチウム（CsSr2I5:Eu 2.5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル993に光電ピークがある。
【図４Ｊ】ガンマ線のエネルギーに曝され、2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Br5:Eu 2.5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル662に光電ピークがある。
【図４Ｋ】ガンマ線のエネルギーに曝された塩化ルビジウムユーロピウム（RbEu2Cl5）の光出力を示すグラフであり、チャンネル580に光電ピークがある。
【図４Ｌ】ガンマ線のエネルギーに曝され、2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムバリウム（RbBa2Br5:Eu 2.5%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル585に光電ピークがある。
【図４Ｍ】ガンマ線のエネルギーに曝され、4原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムストロンチウム（KSr2I5:Eu 4%）の光出力を示すグラフであり、チャンネル1510に光電ピークがある。
【図５Ａ】5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（K2BaI4:Eu 5%）のシンチレーション減衰曲線（scintillation decay curve）を示すグラフである。
【図５Ｂ】5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムバリウム（K2BaBr4:Eu 5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｃ】塩化カリウムユーロピウム（K2EuCl4）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｄ】5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（K2SrBr4:Eu 5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｅ】5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムバリウム（Rb2BaCl4:Eu 5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｆ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された塩化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Cl5:Eu 2.5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｇ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化カリウムストロンチウム（KSr2Br5:Eu 2.5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｈ】2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムバリウム（KBa2I5:Eu 2.5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｉ】2.5原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化セシウムストロンチウム（CsSr2I5:Eu 2.5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｊ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムストロンチウム（RbSr2Br5:Eu 2.5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｋ】塩化ルビジウムユーロピウム（RbEu2Cl5）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｌ】2.5原子％のユーロピウムで活性化された臭化ルビジウムバリウム（RbBa2Br5:Eu 2.5%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図５Ｍ】4原子％のユーロピウムで活性化されたヨウ化カリウムストロンチウム（KSr2I5:Eu 4%）のシンチレーション減衰曲線を示すグラフである。
【図６】本開示の主題に係る放射線検出のための装置の概略図であり、装置10は、シンチレータ材料14に光学的に結合された光検出器12を含み、装置10は光検出器12からの電気信号を記録及び/又は表示するための任意の電子機器16を含むことができ、このようにして任意の電子機器16が光検出器12と電子的に通信することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示の主題がここにより完全に記述される。しかしながら、本書で開示する主題は異なる形態で具体化することができ、以下に示される実施形態及び添付の実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、本開示が徹底的かつ完全になるよう、これらの実施形態が提供され、実施形態の範囲を完全に当業者に伝えるであろう。
【００１８】
本書に記載されたすべての参考文献は、それらのすべての特許、特許出願及び刊行物、並びに科学誌論文を含むがそれに限定されるものではなく、本書に用いられる方法、技術及び/又は構成のための又はそれを教示する背景を、補い、説明し、提供する程度に、参照することによってその全体が本書に組み込まれる。
【００１９】
（I.定義）
以下の用語は、当業者によってよく理解されると考えられるが、本開示の主題の説明を容易にするために以下の定義が記載されている。
【００２０】
別段の定義されない限り、本書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示の主題が属する技術分野の当業者に一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【００２１】
長年の特許法の慣習に従い、特許請求の範囲を含む本出願で使用される場合、用語「a」、「an 」、及び「the」は、「１又はそれ以上」をさす。
【００２２】
２又はそれ以上の項目又は条件を記述するのに使用される場合、用語「及び/又は」は、すべての指定された項目若しくは条件が存在するか若しくは適用可能な状況をさすか、又は、項目又は条件の１つのみ（若しくは全てより少ない）が存在するか若しくは適用可能な状況をさす。
【００２３】
特許請求の範囲における「又は」という用語の使用は、代替物及び「及び/又は」のみに言及する定義を開示が指示したとしても、明示的に代替物のみを指すか、又は代替物が相互に排他的でない限り、「及び/又は」を意味するために使用される。本書中で使用される「別の」は、少なくとも２番目まあはそれ以上を意味することができる。
【００２４】
「含む"including"」、「含む"containing"」、又は「特徴とする」と同義である用語「含む"comprising"」は、包含的又は開放式（open-ended）であり、追加の、列挙されていない要素又は方法ステップを排除するものではない。 「含む（comprising）」は、指定された要素が必須であるが、他の要素が追加されることができ、依然として特許請求の範囲内の構成物を形成することができることを意味する、特許請求の範囲で使用される技術用語である。
【００２５】
本書で使用されるように、「からなる」という語句は、特許請求の範囲に規定されていない任意の要素、ステップ、又は成分を排除する。「からなる」という語句が、プリアンブルにすぐに続くのではなく、特許請求の範囲の本体の節に現れた場合、それはその節に記載された要素のみを制限し、他の要素は全体として特許請求の範囲から除外されない。
【００２６】
本書で使用されるように、「から本質的になる」という語句は、特許請求の範囲を特定の材料又はステップに制限し、さらに、特許請求の範囲の主題の基本的かつ新規な特性に実質的に影響を与えない。
【００２７】
「含む」、「からなる」及び「から本質的になる」という用語に関し、これら３つの用語のいずれかが本書で使用される場合、本開示の主題、及び特許請求の範囲に規定される主題は、他の２つの用語のいずれかの使用を含むことができる。
【００２８】
他に指示のない限り、明細書及び特許請求の範囲で使用される時間、温度、光出力、原子パーセント（atomic percentage）（％）などの量を表す全ての数は、「約」という用語により全ての場合に修飾されるものとして理解されるべきである。従って、それと反対の指示のない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載された数値パラメーターは、本書に開示される主題によって得ようとする所望の特性に応じて変化し得る近似値である。
【００２９】
本書で使用されるように、値に言及する場合の「約」という用語は、このような変動が開示された方法を実行するのに適切であるよう、指定された量から一例では±20％又は±10％、別の例では±5％、別の例では±1％、更に他の例では±0.1％の変動を包含することを意味する。
【００３０】
用語「シンチレータ」は、高エネルギー放射線（例えば、X、α、β、又はγ放射線）による刺激に応答して光（例えば、可視光）を発光する材料をさす。
【００３１】
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の組成式表現は、コロン「:」を含むことができ、主なシンチレーション材料の組成がコロンの左側に示され、及び活性化剤（activator）又はドーパントイオンがコロンの右側に表示される。ドーパント又は活性化剤イオンの原子パーセントは、コロンの右側に示すこともできる。アルカリ金属及びアルカリ土類金属を含み、本書に開示される三元金属シンチレータに対し、二価のドーパントイオン（例えば、二価のユーロピウムイオン）の原子パーセントは、ドーパント及びアルカリ土類金属の合計量に対する原子パーセントで表すことができる。従って、ドーパントイオンは、主成分（base）となる（すなわち、主な又は非ドープの）三元金属ハロゲン化物組成物中の二価のアルカリ土類金属イオンの割合（percentage）を置換する二価イオンであることができる。例えば、K2BaBr4:Eu 5%は、5原子％のバリウムがユーロピウムで置換され、ユーロピウムにより活性化されたK2BaBr4シンチレータ材料を表す。いくつかの実施形態では、ドーパントは、主成分となる三元金属ハロゲン化物組成物中のアルカリ金属イオンの割合を置換する一価イオンである。従って、一価のドーパントの原子％は、ドーパント及びアルカリ金属の合計量に対する原子％として表すことができる。
【００３２】
用語「高エネルギー放射線」は、X線（すなわち、X線照射）、アルファ（α）粒子、ガンマ（γ）放射線、及びベータ（β）放射線を含むがそれらに限定されず、紫外線より高いエネルギーを有する電磁放射線を指すことができる。いくつかの実施形態では、高エネルギー放射線は、γ線、宇宙線、X線、及び/又は1 keV以上のエネルギーを有する粒子をさす。本書に記述されるシンチレータ材料は、例えば、カウンタ、イメージ増強管（image intensifier）、及びコンピュータ断層撮影（CT）スキャナのような装置における放射線検出器の部品として使用されることができる。
【００３３】
本書で使用される「光結合」は、例えば光学用グリース（optical grease）又は他の光結合化合物（optical coupling compound）（又は屈折率整合化合物（index matching compound））の存在を介してシンチレータと光センサとの間のギャップを埋める、シンチレータと光センサの間の物理的結合をさす。光学用グリースに加え、例えば、液体、油及びゲルである光結合化合物を含むことができる。
【００３４】
「光出力」は、例えば検出されたガンマ線によって堆積（deposit）された単位エネルギー当たり生成された光子の数をさすことができ、典型的には光子数/MeVである。
【００３５】
本書で使用されるように、化学的イオンは、典型的にはそれらの化学元素記号単独で表される（例えば、ユーロピウムイオン（例えば、Eu2+）についてEu、又はナトリウムイオン（例えば、Na+）についてNa）。同様に、用語「アルカリ金属」及び「アルカリ土類金属」は、それぞれ１又は複数のアルカリ金属イオン及び１又は複数のアルカリ土類金属イオンをさすために本書で使用される。
【００３６】
（II.概論）
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、ユーロピウム（Eu）及び/又は１又はそれ以上の他のドーパント（例えば、セリウム（Ce）、プラセオジム（Pr）、テルビウム（Tb）、イッテルビウム（Yb）、タリウム（Tl）、インジウム（In）、ナトリウム（Na）、及びエネルギーの吸収に応答して発光することができる他のドーパント）でドープされた又は活性化された三元金属ハロゲン化物を含むシンチレータ材料を提供する。例えば、活性化され又はドープされた主成分の(base)三元金属ハロゲン化物は、式A2BX4 又は AB2X5を有することができ、ここでAは１又は複数のアルカリ金属であり、Bは１又は複数のアルカリ土類金属であり、Xは１又はそれ以上のハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、活性化され又はドープされた主成分の三元金属ハロゲン化物は、式A'2BX4又は A'B2X5を有することができ、ここでA'はナトリウム以外の１又は複数のアルカリ金属であり、Bは１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり、Xは１又はそれ以上のハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、活性化され又はドープされた主成分の三元金属ハロゲン化物は、式A"2BX4又は A"B2X5を有することができ、ここでA"はNa、又はNa及び１又はそれ以上のさらなるアルカリ金属の組み合わせであり、Bは１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり、Xは１又はそれ以上のハロゲン化物である。ユーロピウムドーパント、他のドーパント、又はドーパントの混合物は、アルカリ土類金属（例えば、ドーパントイオンが二価であるか又は二価イオンを含む場合）、及び/又はアルカリ金属（ドーパントイオンが一価であるか又は一価イオンを含む場合）の、すべて又は一部を置換することができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、１又は複数のドーパントは、１又は複数のアルカリ土類金属又は１又は複数のアルカリ金属の最大約50原子％（例えば、１又は複数のアルカリ土類金属又は１又は複数のアルカリ金属の最大約50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、4、3、2、又は約1原子％）を置換する。いくつかの実施形態では、１又は複数のドーパントは、１又は複数のアルカリ土類金属又は１又は複数のアルカリ金属の最大約20原子％、又は約2.5原子％から約10原子％を置換する。
【００３８】
いくつかの実施形態において、式（IIIa）又は式（IVa）の材料において、AはNa又はNaと１又はそれ以上の追加のアルカリ金属との組み合わせ；L'は（例えば、L'がTl及びInから選択される）一価のドーパント又は複数の一価のドーパントの混合物である場合に従うことを条件として、本開示の主題は、上記式（I）、（II）、（IIIa）、又は（IVa）のいずれかを含む三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料であって：
A2B（1-y）LyX4（I）；
AB2（1-y）L2yX5（II）；
A2（1-y）L'2yBX4（IIIa）；又は
A（1-y）L'yB2X5（IVa）；
ここで： Aは、リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）、ルビジウム（Rb）、セシウム（Cs）、又はそれらの組み合わせのような１又はそれ以上のアルカリ金属； Bは、ベリリウム（Be）、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）、ストロンチウム（Sr）、バリウム（Ba）、又はそれらの組み合わせのような１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；Lは、（例えば、Eu、Ce、Tb、Yb、及びPrから選択される）二価のドーパント又は複数の二価のドーパントの混合物；L'は、（例えば、Tl、 In、及びNaから選択される）一価のドーパント又は複数の一価のドーパントの混合物；及びXは、フッ化物（F）、塩化物（Cl）、臭化物（Br）、ヨウ化物（I）、又はそれらの組み合わせのような１又はそれ以上のハロゲン化物；及び0.0001≦y≦0.5；である、三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料を提供する。従って、いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、ユーロピウム及び/又は他のドーパントを含む、金属テトラ-及びペンタハロゲン化物（metal tetra- and pentahalide ）を含むことができ、ここで、金属テトラ-及びペンタハロゲン化物は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属イオンを含むことができる。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（I）、（II）、（IIIa）、及び/又は（IVa）の２又はそれ以上の材料の混合物を含むことができる。
【００３９】
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、上記式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかを含む三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料であって：
A2B（1-y）LyX4（I）；
AB2（1-y）L2yX5（II）；
A'2（1-y）L'2yBX4（III）；
A'（1-y）L'yB2X5（IV）；
A"2（1-y）L"2yBX4（V）；又は
A"（1-y）L"yB2X5（VI）；
ここで： Aは、Li,Na,K,Rb,Cs,又はそれらの組み合わせのような１又はそれ以上のアルカリ金属；A'は、Na以外の１又はそれ以上のアルカリ金属；A"は、Na、又はNa及び１又はそれ以上の追加のアルカリ金属（例えば、Li,K,Rb,又はCs）の組み合わせ；Bは、Be,Mg,Ca,Sr,Ba,又はそれらの組み合わせのような１又はそれ以上のアルカリ土類金属であり；Lは、（例えば、Eu、Ce、Tb、Yb、及びPrから選択される）二価のドーパント又は複数の二価のドーパントの混合物；L'は、（例えば、Tl,In及びNaから選択される）一価のドーパント又は複数の一価のドーパントの混合物；L"は、（例えば、Tl及びInから選択される）Na以外の一価のドーパント；及びXは、F,Cl,Br,I,又はそれらの組み合わせのような１又はそれ以上のハロゲン化物；及び0.0001≦y≦0.5である、三元金属ハロゲン化物シンチレータ材料を提供する。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、上記式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）及び/又は（VI）の２又はそれ以上の材料の混合物を含むことができる。
【００４０】
アルカリ金属Aは、任意の適切なアルカリ金属又は複数のアルカリ金属の組み合わせであることができる。いくつかの実施形態では、Aは、Li、Na、K、Rb、Cs、及びそれらの組み合わせを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、A'は、Li、K、Rb及びCsを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、A又はA'は、K、Rb及びCsを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、A"はNa又はNa及び１又はそれ以上のLi、K、Rb及びCsの組み合わせである。
【００４１】
アルカリ土類金属Bは、任意の適切なアルカリ土類金属又は複数のアルカリ土類金属の組み合わせであることができる。いくつかの実施形態では、Bは、Be、Mg、Ca、Sr、Ba及びそれらの組み合わせを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、Bは、Sr及びBaから選択される。
【００４２】
ハロゲン化物Xは、任意の適切なハロゲン化物又は複数のハロゲン化物の組み合わせであることができ、例えば、I、F、Br及びClである。いくつかの実施形態では、XはCl、Br及びIから選択される。
【００４３】
いくつかの実施形態では、Lは、Eu、Ce、Tb、Yb、又はPrである。いくつかの実施形態では、Lは、Eu、Ce、又はPrである。いくつかの実施形態では、Lは、（Eu2+として存在することができる）Euである。いくつかの実施形態では、L（例えば、Eu）は、約20原子％以下の１又は複数のアルカリ土類金属を置換する。いくつかの実施形態では、L（例えば、Eu）は、約1原子％から約10原子％の間の１又は複数のアルカリ土類金属を置換する。いくつかの実施形態では、0.01≦y≦0.1である（例えば、yは約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、又は約0.10である）。いくつかの実施形態では、0.025≦y≦0.05である。いくつかの実施形態では、L（例えば、Eu）は、約2.5、4、又は約5原子％のアルカリ土類金属を置換する。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式：A2B0.95Eu0.05X4又はAB2(0.975)Eu2(0.025)X5のいずれかを有する。
【００４４】
いくつかの実施形態では、L'はTl、In、又はNaであり、L'は、約20原子％以下の１又は複数のアルカリ金属A'を置換する。いくつかの実施形態では、L'は、約1原子％から約10原子％の間の１又は複数のアルカリ金属A'を置換する（例えば、yは約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09又は約0.10である）。いくつかの実施形態では、0.025≦y≦0.05である。
【００４５】
いくつかの実施形態では、L"はTl又はInであり、L"は、約20原子％以下のA"を置換する。いくつかの実施形態では、L"は、約1原子％から約10原子％の間の１又は複数のアルカリ金属A"を置換する（例えば、yは約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09又は約0.10である）。いくつかの実施形態では、0.025≦y≦0.05である。
【００４６】
本開示の主題の例示的なシンチレーション材料は、K2BaI4:Eu 5%; K2BaBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 5%; K2SrBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 2.5%; RbSr2Cl5:Eu 2.5%; KSr2Br5:Eu 2.5%; KBa2I5:Eu 2.5%; CsSr2I5:Eu 2.5%; RbBa2Br5:Eu 2.5%; RbSr2Br5:Eu 2.5%; KSr2I5:Eu 4%; 及びKSr2I5:Eu 2.5%を含むことができるが、これらに限定されない。
【００４７】
いくつかの実施形態では、活性化剤又はドーパントは、１又は複数のアルカリ金属又は１又は複数のアルカリ土類金属の最大約100原子％を置換することができる。従って、式（IIIa'）又は式（IVa'）の材料において、AはNa又はNaと１又はそれ以上の追加のアルカリ金属との組み合わせ；L'はNa以外（例えば、L'がTl又はIn）である場合に従うことを条件として、いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（I'）（II'）、（IIIa'）又は（IVa'）：
A2B（1-z）LzX4（I'）；
AB2（1-z）L2zX5（II'）；
A2（1-z）L'2zBX4（IIIa'）；又は
A（1-z）L'zB2X5（IVa'）；
のいずれかを含むことができ、ここで： 0.0001≦z≦1.0；及びAは、１又はそれ以上のアルカリ金属（例えば、Li,Na,K,Rb,又はCs）； Bは、１又はそれ以上のアルカリ土類金属（例えば、Be,Mg,Ca,Sr,又はBa）であり；Lは、二価のドーパント又は複数の二価のドーパントの混合物（例えば、Eu、Ce、Tb、Yb、又はPr）；L'は、一価のドーパント又は複数の一価のドーパントの混合物（例えば、Tl、 In、又は Na）；及びXは１又はそれ以上のハロゲン化物；である。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（'I）、（II'）、（IIIa'）、及び/又は（IVa'）の２又はそれ以上の材料の混合物を含むことができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（I'）、（II'）、（III'）、（IV'）、（V'）又は（VI'）：
A2B（1-z）LzX4（I'）；
AB2（1-z）L2zX5（II'）；
A'2（1-z）L'2zBX4（III'）；
A'（1-z）L'zB2X5（IV'）；
A"2（1-z）L"2zBX4（V'）；又は
A"（1-z）L"zB2X5（VI'）；
のいずれかを含むことができ、ここで：0.0001≦z≦1.0；及び A、A'、A"、B、L'、及びL"は、式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）及び（VI）に定義されているとおりである。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（I'）、（II'）、（III'）、（IV'）、（V'）、及び/又は（VI'）の２又はそれ以上の材料の混合物を含むことができる。
【００４９】
いくつかの実施形態では、0.01≦z≦0.1である。いくつかの実施形態では、0.025≦z≦0.05である。いくつかの実施形態では、式（I'）又は（II'）のシンチレーション材料は、A2B0.95Eu0.05X4 又はAB2(0.975)Eu2(0.025)X5を含むことができる。いくつかの実施形態では、式（I'）又は（II'）のシンチレータ材料は、K2BaI4:Eu 5%; K2BaBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 5%; K2SrBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 2.5%; RbSr2Cl5:Eu 2.5%; KSr2Br5:Eu 2.5%; KBa2I5:Eu 2.5%; CsSr2I5:Eu 2.5%; RbBa2Br5:Eu 2.5%; RbSr2Br5:Eu 2.5%; KSr2I5:Eu 4%; 及び KSr2I5:Eu 2.5%を含む群から選択されることができるが、これらに限定されない。
【００５０】
いくつかの実施形態では、0.5＜z≦1.0である（すなわち、zは0.5より大きく、1以下である）。従って、いくつかの実施形態では、活性化剤又はドーパントは、約50.01原子％から約100原子％の間の１又は複数のアルカリ金属又は１又は複数のアルカリ土類金属を置換する。
【００５１】
いくつかの実施形態において、zは1であり、アルカリ土類金属は存在せず、シンチレーション材料はA2LX4 又は AL2X5を含む。いくつかの実施形態では、LがEuであり、シンチレーション材料は、式：A2EuX4 又はAEu2X5のいずれかを有し、ここでAは１又はそれ以上のアルカリ金属、及びXは１又はそれ以上のハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、Aは、K、Rb及びCsを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、Xは、Cl、Br及びIから選択される。いくつかの実施形態で、シンチレーション材料はK2EuCl4 又は RbEu2Cl5である。
【００５２】
いくつかの実施形態において、zは1であり、アルカリ金属は存在せず、シンチレーション材料は、例えばL'2BX4 又は L'B2X5を含み、ここでL'はTl、In、又はNa；Bは、１又はそれ以上のアルカリ土類金属（例えば、Be、Mg、Ca、Sr、又はBa）；及びXは１又はそれ以上のハロゲン化物（例えば、F、Cl、Br又はI）である。いくつかの実施形態では、シンチレーション材料はL"2BX4又はL"B2X5を含み、ここでL"はTl又はIn；Bは、１又はそれ以上のアルカリ土類金属；及びXは１又はそれ以上のハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、Bは、Sr又はBaである。いくつかの実施形態では、XはCl、Br又はIである。
【００５３】
シンチレーション材料は、単結晶、多結晶材料、及び/又はセラミックであることができる。「単結晶」は、粒界をほとんど又は全く持たず、隣接する各結晶粒が一般に同じ向きを有する、液相法により製造される材料を意味する。いくつかの実施形態では、材料は、多結晶及び/又はセラミックであり、種々の大きさ及び/又は向きの結晶を含有することができる。
【００５４】
本書で開示するシンチレーション材料は、高い光出力、有用な発光波長、低融点、一致溶融（congruent melting）、及び実用的な結晶成長を有することができる。いくつかの実施形態では、シンチレーション材料は、他の既知の金属ハロゲン化物シンチレーション化合物と比べ、例えば水を吸収する傾向が比較的低い。いくつかの実施形態では、材料はLaBr3:Ceよりも（例えば、25℃及び40％相対湿度で）吸湿性が低い。いくつかの実施形態では、材料はNaI:Tlよりも（例えば、25℃及び40％相対湿度で）吸湿性が低い。いくつかの実施形態では、約1時間以上の期間に渡り、25℃及び40％相対湿度、又は25℃及び70％相対湿度のような所望の条件下で、材料は、約2％以下（例えば、約2.0、1.5、1.0、0.5％又はそれ以下）の質量変化を有する。
【００５５】
（IV. 放射線検出器、関連する装置及び方法）
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、上記したシンチレータ材料、又はそのような材料の混合物を含む放射線検出器を提供する。放射線検出器は、（放射線を吸収して光を放出する）シンチレータと、（前記放射光を検出する）光検出器（photodetector）とを含むことができる。光検出器は、任意の適切な１又は複数の検出器とすることができ、さらにシンチレータ材料の発光に応答して電気信号を生成するため、シンチレータ材料に光学的に結合されるか又は結合されないことができる。従って、光検出器は、光子を電気信号に変換するように構成されることができる。例えば、信号増幅器は、フォトダイオードからの出力信号を電圧信号に変換するために備えられることができる。信号増幅器は、電圧信号を増幅するように設計されることもできる。光検出器に関連した電子機器は、電気信号を形成し及びデジタル化するために使用されることができる。
【００５６】
図６を参照すると、いくつかの実施形態では、本開示の主題は、放射線を検出するための装置10を提供し、この装置は光検出器12とシンチレータ材料14（例えば、ユーロピウムを含む三元金属ハロゲン化物）とを含む。シンチレータ材料14は、放射線を光に変換することができ、光は、電荷結合素子（CCD）又は光電子増倍管（PMT）又は他の光検出器12により、効率的かつ高速で収集することができる。
【００５７】
図６を再び参照すると、光検出器12は任意の適切な１又は複数の検出器であることができ、さらにシンチレータの発光に応答して電気信号を生成するため、シンチレータ（例えば、ユーロピウムを含む三元金属ハロゲン化物）に、（例えば、光学結合オイル又は液（optical coupling oil or liquid）のような光学用グリース又は他の光結合化合物を介して）光学的に結合されることができる。従って、光検出器12は、光子を電気信号に変換するように構成されることができる。光検出器12に関連する電子機器は、電子信号を形成し及びデジタル化するために使用されることができる。適切な光検出器12は、光電子増倍管、フォトダイオード、CCDセンサ及びイメージ増強管を含むが、これらに限定されない。装置10は、さらに電子信号を記録及び/又は表示するための電子機器（electronics ）16を含むことができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、放射線検出器は、医療用又は獣医用の診断装置、石油又は他の地質探査のための装置（例えば、油井検層プローブ（oil well logging probe））、又はセキュリティ及び/又は軍事関連目的のための装置（例えば、コンテナ、車両、又は手荷物検査又は人間若しくは他の動物の検査のための装置として）の一部として使用するために構成される。いくつかの実施形態では、医療用又は獣医用の診断装置は、陽電子放出断層撮影（PET）装置、X線コンピュータ断層撮影（CT）装置、単一フォトン放出コンピュータ断層撮影（SPECT）装置、又はプラナー核医学画像（planar nuclear medical imaging）装置から選択されるが、これに限られない。例えば、サンプル上の任意の所望の場所(site)から放出される放射線を検出できるよう、放射線検出器は（例えば、機械及び/又は電子制御を介して）、ヒト又は動物被験体のようなサンプルの上方及び/又は周囲を移動するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、サンプルの周りに検出器を回転させるため、検出器が回転体に配置され、又は取り付けられることができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、上記装置は放射線源を含むこともできる。例えば、本開示の主題のX線CT装置は、X線を放射するX線源と、前記X線を検出する検出器とを含むことができる。いくつかの実施形態では、装置は、複数の放射線検出器を含むことができる。サンプルの表面の様々な位置から放出される放射線を検出するため、複数の放射線検出器は、例えば円筒形又は他の所望の形状に配置されることができる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、上述のユーロピウム又は他のドーパントを含む三元金属ハロゲン化物シンチレータを含む放射線検出器を用いて、放射線（又は放射線が存在しないこと）を検出するための方法を提供する。従って、いくつかの実施形態において、本開示の主題は、1keV以上のエネルギーを有するγ線、X線、宇宙線及び粒子を検出する方法を提供し、この方法は、式（I）、（II）、（IIIa）、（III）、（IVa）、（IV）、（V）、（VI）、（I'）、（II'）、（IIIa'）、（III'）、（IVa'）、（IV'）、（V'）又は（VI'）のいずれかの材料、又はそのような複数の材料の混合物を含む放射線検出器を使用することを含む。
【００６１】
いくつかの実施形態では、A又はA'は、K、Rb、及びCsを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、Bは、Sr及びBaを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、LはEuである。いくつかの実施形態では、XはCl、Br及びIを含む群から選択される。
【００６２】
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（I）又は（II）の材料を含み、約0.01原子％から約50原子％の間（すなわち、0.0001≦y≦0.5）のアルカリ土類金属を置換するEu及び/又は１又はそれ以上の他の二価のドーパントでドープされている。いくつかの実施形態では、材料は、式（III）又は（IV）の材料を含み、約0.01原子％から約50原子％の間（すなわち、0.0001≦y≦0.5）の１又は複数のアルカリ金属A'を置換するTl、In及び/又はNaでドープされている。いくつかの実施形態では、材料は、式（V）又は（VI）の材料を含み、約0.01原子％から約50原子％の間の１又は複数のアルカリ金属A"を置換するTl又はInでドープされている。いくつかの実施形態では、式（I）、（II）、（IIIa）、（III）、（IVa）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかについて、0.01≦y≦0.1である。いくつかの実施形態では、0.025≦y≦0.05である。
【００６３】
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、A2B0.95Eu0.05X4 又はAB2(0.975)Eu2(0.025)X5を含む。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、K2BaI4:Eu 5%; K2BaBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 5%; K2SrBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 2.5%; RbSr2Cl5:Eu 2.5%; KSr2Br5:Eu 2.5%; KBa2I5:Eu 2.5%; CsSr2I5:Eu 2.5%; RbBa2Br5:Eu 2.5%; RbSr2Br5:Eu 2.5%; KSr2I5:Eu 4%; 及びKSr2I5:Eu 2.5%を含む群から選択される。
【００６４】
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（I'）、（II'）、（III'）、（IV'）、（V'）、又は（VI'）のいずれかの材料を含む。いくつかの実施形態では、0.0001≦z≦0.5；0.01≦z≦0.1;又は0.025≦z≦0.05である。従って、いくつかの実施形態では、K2BaI4:Eu 5%; K2BaBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 5%; K2SrBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 2.5%; RbSr2Cl5:Eu 2.5%; KSr2Br5:Eu 2.5%; KBa2I5:Eu 2.5%; CsSr2I5:Eu 2.5%; RbBa2Br5:Eu 2.5%; RbSr2Br5:Eu 2.5%; KSr2I5:Eu 4%; 及び KSr2I5:Eu 2.5%のような、但しこれらに限定されない式（I'）、（II'）、（III'）、（IV'）、（V'）、又は（VI'）のいずれかの材料は、式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかの材料でもあることができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、0.5≦z≦1.0である。いくつかの実施形態において、zは1又は約1であり、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の約100％が活性化剤又はドーパントにより置換されている。
【００６６】
いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属が存在せず、材料は、１又はそれ以上のアルカリ金属、Eu、及び１又はそれ以上のハロゲン化物を含む。従って、いくつかの実施形態において、材料はA2EuX4 又はAEu2X5を含み：ここで、Aは、１又はそれ以上のアルカリ金属であり; Xは１又はそれ以上のハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、材料はK2EuCl4 及び RbEu2Cl5を含む群から選択される。
【００６７】
いくつかの実施形態において、上記方法は、光検出器と、本開示の主題のシンチレータ材料とを含む放射線検出器を準備し、検出器を位置決めし、ここで位置決めは、放射線ビーム（又は放射線ビームの疑わしい経路）の経路内にシンチレータ材料がある場所に検出器を配置することを含み；シンチレータ材料によって放出される光を光検出器で検出する（又は光が存在しないことを検出する）ことを含むことができる。シンチレータ材料によって放出される光を検出することは、光子を電気信号に変換することを含むことができる。検出はまた、電気信号を形成し、デジタル化し、又は信号を増幅する処理を含むことができる。この方法はさらに、電気信号、又は処理された電気信号を表示することを含むことができる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、光検出器と、式（I）、（II）、（IIIa）、（III）、（IVa）、（IV）、（V）、（VI）、（I'）、（II'）、（IIIa'）、（III'）、（IVa'）、（IV'）、（V'）及び（VI'）のいずれかの材料、又はそのような材料の混合物のような、ユーロピウム及び/又は１又はそれ以上のドーパントを含む三元金属テトラ-又はペンタハロゲン化物を含むシンチレータ材料と、を含む装置を提供する。いくつかの実施形態では、光検出器とシンチレータ材料を含む装置は、医療画像、地質探査、又は国土安全保障に使用されるために適合される。いくつかの実施形態では、本開示の主題は、高エネルギーの光子と粒子を検出する方法を提供し、上記方法は、光検出器と、式（I）、（II）、（IIIa）、（III）、（IVa）、（IV）、（V）、（VI）、（I'）、（II'）、（IIIa'）、（III'）、（IVa'）、（IV'）、（V'）及び（VI'）のいずれかの材料、又はそのような材料の混合物を含むシンチレータ材料と、を含む装置を使用することを含む。
【００６９】
いくつかの実施形態では、A又はA'はK、Rb及びCsを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、Bは、Sr及びBaを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、LはEuである。いくつかの実施形態では、Xは、Cl、Br及びIを含む群から選択される。
【００７０】
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、約0.01原子％から約50原子％の間の（すなわち、0.0001≦y≦0.5、又は0.0001≦z≦0.5）１又は複数のアルカリ土類金属を置換するEu及び/又は１又はそれ以上の他の二価のドーパント（例えば、Ce、Tb、Yb及び/又はPr）でドープされた、三元金属ハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、材料は、約0.01原子％から約50原子％の間の（すなわち、0.0001≦y≦0.5、又は0.0001≦z≦0.5）１又は複数のアルカリ金属A'を置換するTl、In及び/又はNaでドープされた、三元金属ハロゲン化物を含む。いくつかの実施形態では、材料は、約0.01原子％から約50原子％の間の（すなわち、0.0001≦y≦0.5、又は0.0001≦z≦0.5）１又は複数のアルカリ金属A"を置換するTl及び/又はInでドープされた三元金属ハロゲン化物を含む。いくつかの実施形態では、式（I）、（II）、（IIIa）、（III）、（IVa）、（IV）、（V）、（VI）、（I'）、（II'）、（IIIa'）、（III'）、（IVa'）、（IV'）、（V'）及び/又は（VI'）のいずれかにつき、0.01≦y≦0.1又は0.01≦z≦0.1である。いくつかの実施形態では、0.025≦y≦0.05又は0.025≦z≦0.05である。
【００７１】
いくつかの実施形態では、材料はA2B0.95Eu0.05X4又は AB2(0.975)Eu2(0.025)X5を含む。いくつかの実施形態では、材料は、K2BaI4:Eu 5%; K2BaBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 5%; K2SrBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 2.5%; RbSr2Cl5:Eu 2.5%; KSr2Br5:Eu 2.5%; KBa2I5:Eu 2.5%; CsSr2I5:Eu 2.5%; RbBa2Br5:Eu 2.5%; RbSr2Br5:Eu 2.5%; KSr2I5:Eu 4%; 及び KSr2I5:Eu 2.5%を含む群から選択される。
【００７２】
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料は、式（I'）、（II'）、（IIIa'）、（III'）、（IVa'）、（IV'）、（V'）及び（VI'）、並びに0.5≦z≦1.0であるいずれかの材料を含む。いくつかの実施形態において、zは1又は約1であり、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の約100％は、活性化剤又はドーパントにより置換されている。
【００７３】
いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属が存在せず、材料は、１又はそれ以上のアルカリ金属、Eu、及び１又はそれ以上のハロゲン化物を含む。従って、いくつかの実施形態において、材料はA2EuX4 又は AEu2X5を含み：ここでAは、１又はそれ以上のアルカリ金属であり; Xは１又はそれ以上のハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、材料はK2EuCl4 及び RbEu2Cl5を含む群から選択される。
【００７４】
（V.調製方法）
本開示のシンチレーション材料は、任意の適切な方法によって調製されることができる。典型的には、適切な反応物質（reactant）（例えば、CsBr, NaBr, CsI, NaI, SrI2, BaI2, EuBr2などのような、但しこれらに限定されない金属ハロゲン化物）が、一致溶融組成を形成するのに十分な温度に溶融される。溶融温度は反応物質自体（例えば、個々の反応物質の融点）に依存するが、通常は約300℃から約1350℃までの範囲である。材料を調製するための例示的な技術は、限定されないが、ブリッジマン又はブリッジマン-ストックバーガー（Bridgman-Stockbarger）法、チョクラルスキー法、帯溶融法（又は「フローティングゾーン」法）、垂直温度勾配凝固（VGF）法、及び温度勾配法を含む。
【００７５】
例えば、いくつかの実施形態では、所望の組成の化合物を合成するために、高純度の反応物質を混合し、及び溶融させることができる。単結晶又は多結晶材料は、合成された化合物からブリッジマン法により成長させることができ、そこでは制御された速度で制御された温度勾配を通して、合成された化合物を含む密封されたアンプルがホットゾーン（hot zone）からコールドゾーン（cold zone）へ搬送される。いくつかの実施形態では、高純度の反応物質は、シンチレータ材料の所望の組成に応じて化学量論比で混合されることができ、さらにアンプルに入れられた後、密封される。密閉後、アンプルは加熱され、次いで、制御された速度で冷却される。
【００７６】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、ユーロピウム及び/又は他のドーパントを含む三元金属テトラ-又はペンタハロゲン化物を含む、シンチレーション材料の調製方法を提供する。いくつかの実施形態において、この方法は、原料（例えば、所望のシンチレーション材料の式に応じた化学量論比の金属ハロゲン化物の混合物）の混合物を、それらの個々の溶融温度（すなわち、最も高い溶融温度を有する原料の溶融温度）より高い温度で加熱することを含む。いくつかの実施形態では、混合の前、間に、又は後に原料が乾燥される。いくつかの実施形態では、原料は、低湿度及び/又は低酸素条件下で混合される。いくつかの実施形態では、原料は、ドライボックス（dry box）内で、及び/又は約0.1ピーピーエム（ppm）未満の水分及び/又は酸素（例えば、約0.1 ppm、0.09 ppm、0.08 ppm、0.07 ppm、0.06 ppm、0.05 ppm、0.04 ppm、0.03 ppm、0.02 ppm未満、又は0.01ppm未満の水分及び/又は酸素）の条件下で混合される。
【００７７】
原料の混合物は、混合物のその後の加熱に耐えることができ、原料の混合物に対して化学的に不活性な容器（例えば、石英アンプル）内に密封されることができる。混合物は、所定の速度で個々の原料の溶融温度より高い温度に加熱されることができる。いくつかの実施形態において、混合物は、最も高い溶融温度を有する原料の溶融温度よりも約10℃から約40℃の間（例えば、約10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、又は約40℃）の高い温度に加熱されることができる。いくつかの実施形態では、混合物は、最も高い溶融温度を有する原料の溶融温度よりも約20℃高い温度に加熱される。この温度は、約2時間から約12時間の間（例えば、約2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、又は約12時間）のような一定の時間維持されることができる。その後、混合物は、所定の速度で約室温（例えば、約20℃及び約25℃の間）に達するまで冷却されることができる。必要に応じ、密封容器を回転又は反転させることができる。その後、例えば、混合物中のすべての成分をさらに混合するため、加熱と冷却が繰り返されることができる。必要に応じ、回転又は反転及び加熱/冷却工程が、１又はそれ以上の追加の回数繰り返されることができる。
【００７８】
従って、いくつかの実施形態において、上記方法は：
（a）複数の原料の混合物を準備し、ここで上記複数の原料は（I）、（II）、（IIIa）、（III）、（IVa）、（IV）、（V）、（VI）、（I'）、（II'）、（IIIa'）、（III'）、（IVa'）、（IV'）、（V'）及び（VI'）の式のいずれかに従った化学量論比で提供され；
（b）前記混合物を密閉容器内に密閉し；
（c）前記混合物を、最も高い融点を持つ前記原料の当該融点より約20℃高い温度に一定時間加熱し；
（d）前記混合物をおよそ室温まで冷却し；及び
（e）必要に応じてステップ（c）及び（d）繰り返すことを含む。
いくつかの実施形態では、工程（c）及び（d）は、１又はそれ以上の回数繰り返される。
【００７９】
いくつかの実施形態では、シンチレーション材料は、式（I）、（II）、（III）、（IV）、（V）又は（VI）のいずれかを含む。いくつかの実施形態では、A又はA'は、K、Rb及びCsを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、Bは、Sr及びBaを含む群から選択される。いくつかの実施形態では、LはEuである。いくつかの実施形態では、XはCl、Br及びIを含む群から選択される。
【００８０】
いくつかの実施形態では、材料は、少なくとも１つのアルカリ土類金属Bを含み、それはEu及び/又は１又はそれ以上の他の二価のドーパント（例えば、Ce、Tb、Yb及び/又はPr）がドープされている。いくつかの実施形態では、材料は、式（I）又は（II）のいずれかである。いくつかの実施形態では、0.01≦y≦0.1である。いくつかの実施形態では、0.025≦y≦0.05である。
【００８１】
いくつかの実施形態では、シンチレーション材料は、A2B0.95Eu0.05X4 又はAB2(0.975)Eu2(0.025)X5を含む。いくつかの実施形態では、シンチレーション材料は、K2BaI4:Eu 5%; K2BaBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 5%; K2SrBr4:Eu 5%; Rb2BaCl4:Eu 2.5%; RbSr2Cl5:Eu 2.5%; KSr2Br5:Eu 2.5%; KBa2I5:Eu 2.5%; CsSr2I5:Eu 2.5%; RbBa2Br5:Eu 2.5%; RbSr2Br5:Eu 2.5%; KSr2I5:Eu 4%; 及び KSr2I5:Eu 2.5%を含む群から選択される。
【００８２】
いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属が存在せず（すなわち、式（I'）又は（II'）のいずれかのZは1）で、シンチレーション材料は、１又はそれ以上のアルカリ金属、Eu、及び１又はそれ以上のハロゲン化物を含む。従って、いくつかの実施形態では、シンチレーション材料はA2EuX4 又はAEu2X5 を含むことができ： Aは、１又はそれ以上のアルカリ金属であり;Xは１又はそれ以上のハロゲン化物である。いくつかの実施形態では、シンチレーション材料はK2EuCl4 及び RbEu2Cl5を含む群から選択されることができる。
【００８３】
シンチレーション材料は、単結晶として、多結晶材料として、及び/又はセラミック材料として提供されることができる。いくつかの実施形態では、材料は、多結晶材料として提供される。多結晶材料は、それ以外には同じ化学組成を有する単結晶と類似した物理的、光学的及びシンチレーション特性を有することができる。
【実施例】
【００８４】
以下の実施例は、本開示の主題の代表的な実施形態を実施するために当業者に指針を提供するために含められる。本開示及び当業者の一般的レベルに照らして、当業者は、以下の実施例は例示のみを意図しており、その多くの変化、修正、及び変更が本開示の主題の範囲から逸脱することなく用いられることができることを理解できる。
【００８５】
実施例１
（シンチレータ材料の調製）
0.01ppm未満の水分及び酸素を含有するドライボックス内で、かつそれぞれの化合物の化学式に従う化学量論比で、シグマ-アルドリッチ社（米国、ミズーリ州、セントルイス）の無水の高純度原料（例えば、CsBr, NaBr, CsI, NaI, SrI2, BaI2, EuBr2,など）が混合され、8ミリメートル(mm) 直径の石英アンプル内に入れられた。混合された原料は、10-6トール(torr)の真空下のアンプル中で、200℃で4時間乾燥させられた。装入されたアンプルが室温に達するとすぐに、それらは、水素トーチで密封された。化合物：A2B0.95Eu0.05X4 (A = K 又は Rb; B = Sr 又は Ba; 及び X = Cl, Br, 又は I) 及び AB2(0.975)Eu2(0.025)X5 (A = K, Rb, 又は Cs; B = Sr 又は Ba; 及び X = Cl, Br, 又は I)の4グラム（g）の試料を溶融合成（melt-synthesize）するため、単一ゾーンのクラムシェル型炉（clamshell furnace）が使用された。温度は、全ての成分の融点より約20℃高い温度にゆっくりと上昇させられた。この温度は7時間保持され、ゆっくりと（約7時間かけて）室温に下げられた。アンプルは反転させられ、すべての成分の完全な混合を促進するために手順が繰り返された。結果は、成長した単結晶と類似の物理的、光学的及びシンチレーション特性を持つ多結晶試料であった。
【００８６】
KBr-SrBr2, KBr-BaBr2, 及び KCl-EuCl4の状態図は既に報告されている。Kellner（1917）、Riccardiら（1970）、及びKorshunovら（1966）を参照のこと。状態図は、それぞれ600℃、632℃、及び605℃で式K2BX4の一致溶融化合物の形成を示し、ここでBは、Sr、Ba、又はEuであり、及びXはBr又はClである。Kellner（1917）、Riccardiら（1970）、及びKorshunovら（1966）を参照のこと。K2EuCl4は3.2 g/cm3 の密度を有し、四面体結晶構造を有する。Fink 及びSeifert (1980) を参照のこと。以下の表１は、本開示の主題の主成分である三元金属ペンタハロゲン化合物（すなわち、ユーロピウムでドーピングされていないAB2X5化合物）の物理的性質のいくつかを示す。ユーロピウムでドープされていない化合物のいくつかは以前から知られていたが、それらは以前はシンチレータとして知られていなかった。
【００８７】
【表１】
0006526651.tif 000002
【００８８】
実施例２
（シンチレータ材料の吸湿）
シンチレーション物質の水分を吸収する傾向は、しばしば放射線検出器としてのそれの実際的応用に制限となりうる。シンチレーション材料の水分吸収は、40％相対湿度の条件下で、約32 mgの量のシンチレーション材料を用いて25℃で調べられた。図１は、いくつかの本開示のシンチレーション材料の経時の水分取り込みを示す。比較のため、２つの一般に使用される金属ハロゲン化物シンチレーション材料、すなわち、NaI:Tl 及びLaBr3:Ce 5%の水分取り込みも提供される。RbSr2Cl5:Eu 2.5%, K2BaBr4:Eu 5%, KBa2I5:Eu 2.5%, 及び K2BaI4:Eu 5%は、NaI:Tlよりも吸湿性が少なかった。KSr2Br5:Eu 2.5%, K2SrBr4:Eu 5% 及び CsSr2I5:Eu 2.5%は、LaBr3:Ce 5% 及び NaI:Tlの間の水分取り込みを有していた。
【００８９】
実施例３
（シンチレータ材料の水分吸収）
本開示のシンチレーション材料のフォトルミネッセンススペクトルは、キセノンランプを備えた日立蛍光分光光度計（Fluorescence Spectrophotometer）（日本国、東京、日立ハイテクサイエンス社）を用い、室温で得られた。フォトルミネッセンススペクトル（図２Ａ−図２Ｍを参照）は二価のEuの発光の特徴であり、それは4f-5d励起状態を完全に含む。
【００９０】
放射線ルミネッセンススペクトルは、線源1（Source 1）X線発生装置であるモデルCMX003（米国カリフォルニア州キャンベル、; 線源1  X線；32kV 及び 0.1 mA）からの連続照射下、室温で測定された。モデルPIアクトンスペクトラプロ（Acton Spectra Pro ）SP-2155モノクロメータ（米国ニュージャージー州、トレントン、プリンストン  インスツルメンツ（Princeton Instruments））がスペクトルを記録するために使用された。図３Ａ−図３Ｍに示す放射線ルミネセンススペクトルに観察された単一の発光ピークは、Eu2+ の5dから4fへの遷移の特徴的な放射に起因し、それはEuイオンが二価の形で金属ハロゲン化物格子に入ることを裏付ける。
【００９１】
本開示のシンチレータ材料の絶対(absolute)光出力の測定が図４Ａ−図４Ｍに示される。浜松3177-50光電子増倍管（PMT; 日本国、浜松、浜松ホトニクス株式会社）が使用された。ガンマ線エネルギースペクトルは、137Csを励起源として用いて記録された。測定は、鉱油で覆われ、さらに鉱油でPMTと直接結合された試料により行われた。登録商標スペクトラロン（SPECTRALONTM）（米国ニューハンプシャー州、ノースサットン、ラブスフェア社）ドームが反射板として使用された。図４Ａ−図４Ｍに示すスペクトルは、チャンネル100に光電ピークを有する参照のゲルマニウム酸ビスマス（ビスマスジャーマネイト）（BGO）結晶よりもはるかに高いチャンネル番号で、662 keVのガンマ線光電ピークの位置を示す。ピークの重心（centroid of the peak）を決定するため、光電ピークがガウス関数でフィッティングされた。シンチレータの発光スペクトルによるPMTの積分量子効率は、ガンマ線エネルギーの単位当たりの光子の光出力を見積もるために使用された。
【００９２】
本開示の三元金属ハロゲン化物のシンチレーション特性が以下の表２及び表３にまとめられる。シンチレーション減衰時間は、137Cs源及び時間相関単一光子計数法（time-correlated single photon counting technique）を用いて記録された。Bollinger 及び Thomas (1961)を参照のこと。本開示の材料のシンチレーション減衰曲線（指数関数的減衰関数でフィッティングされた）が図５Ａ−図５Ｍに示される。
【００９３】
【表２】
0006526651.tif 000003
【００９４】
【表３】
0006526651.tif 000004
【００９５】
（参考文献）
明細書中に引用される全ての参考文献と同様、以下にリストされる特許、特許出願刊行物、及び雑誌記事を含むがそれらに限定されない参考文献は、それらが、本明細書に用いられる方法、技術、及び/又は組成物を補足し、説明し、背景を提供し、又は教示する程度に、参照することにより本書に組み込まれる。
Bollinger, L.M., 及び Thomas, G.E.; Review of Scientific Instruments, 32, 1044-1050 (1961).
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Schilling, G., 及び Meyer, G.; Z. Anorg. Allg. Chem., 622, 759-765 (1996). 
【００９６】
本開示の主題の種々の詳細は、本開示の主題の範囲を逸脱することなく変更することができることが理解されるであろう。また、上記の記述は、例示のみを目的とするものであり、限定を目的としない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図２Ｋ】
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【図２Ｌ】
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【図２Ｍ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
0006526651.tif 000027
【図３Ｊ】
0006526651.tif 000028
【図３Ｋ】
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【図３Ｌ】
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【図３Ｍ】
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【図４Ａ】
0006526651.tif 000032
【図４Ｂ】
0006526651.tif 000033
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
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【図４Ｌ】
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【図４Ｍ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
0006526651.tif 000046
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図５Ｍ】
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【図６】
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