(57)【要約】【課題】プラスチックマトリックスに埋め込まれたシンチレーション化合物のナノスケール粒子を含むシンチレーション検出器を提供する。【解決手段】ナノスケール粒子は、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、または金属ハロゲン化物から作製してよい。ナノスケール粒子の調製方法を提供する。粒子は、プラスチックマトリックスに組み込む前に、有機化合物またはポリマーでコーティングしてもよい。二酸化チタンのナノスケール粒子を組み込むことによって、プラスチックマトリックスとナノスケール粒子の屈折率を一致させるための技法も提供する。シンチレータを１個または複数の光検出器に結合して、シンチレーション検出システムを形成してもよい。【選択図】図４
2010522806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含むプラスチックマトリックスを含むシンチレータ。
【請求項２】
前記プラスチックマトリックスが、等方性熱可塑性樹脂、異方性熱可塑性樹脂、等方性熱硬化性樹脂、または異方性熱硬化性樹脂の少なくとも１種を含む、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項３】
前記プラスチックマトリックスが、シンチレーション材料の屈折率に一致するよう前記プラスチックマトリックスの屈折率を増大させるのに十分な量で、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、またはこれらの組合せの少なくとも１種のナノスケール粒子を含む、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項４】
前記プラスチックマトリックスが、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリメチルペンテン、セルロース系ポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリＮ−ビニルカルバゾール、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリシロキサン、ポリホスファゼン、ポリイミド、エポキシド、フェノール樹脂、またはこれらの組合せの少なくとも１種を含む、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項５】
前記シンチレータ材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項６】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、金属ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された材料を含む、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項７】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｃｅ；ＬｕＡｌＯ３：Ｃｅ；Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；ＹＡ１Ｏ３：Ｃｅ；ＺｎＯ：Ｇａ；ＣｄＷＯ４；ＬｕＰＯ４：Ｃｅ；ＰｂＷＯ４；Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２；ＣａＷＯ４；Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ；Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ；（ＲＥ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（式中、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属である。）の一般式；またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項８】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＬａＯＸ：Ｔｂの一般式（式中、Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択される。）を有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項９】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、０≦ｘ≦１；０≦（１−ｙ−ｚ）≦１；０≦ｚ≦１；および０≦（ｙ−ｚ）≦１である。）を有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＭＸｎ：Ｙの一般式（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種のハロゲン化物を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１から４までを含めた整数である。）を有する蛍光体を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＬｎＸ３：Ｃｅの一般式（式中、各Ｘは、独立して、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩ；ＲｂＧｄ２Ｆ７：Ｃｅ；ＣｅＦ３、ＢａＦ２、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＣｓＩ、ＣｓＦ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＺｎＳ、またはこれらの組合せである。）を有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、前記プラスチックマトリックス中に組み込まれる前に、プラスチック樹脂または有機化合物の少なくとも１種でコーティングされる、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項１３】
埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含むプラスチックマトリックスと、
前記プラスチックマトリックスに取着され、前記プラスチックマトリックス内で発生した光子を検出するように構成されている、１個または複数の光検出器と
を含む、シンチレーション検出システム。
【請求項１４】
前記プラスチックマトリックスが、等方性熱可塑性樹脂、異方性熱可塑性樹脂、等方性熱硬化性樹脂、または異方性熱硬化性樹脂の少なくとも１種を含む、請求項１３記載のシンチレーション検出システム。
【請求項１５】
前記プラスチックマトリックスが、前記シンチレーション材料の屈折率に一致するように前記プラスチックマトリックスの屈折率を増大させるのに十分な量で、二酸化チタンのナノスケール粒子を含む、請求項１３記載のシンチレーション検出システム。
【請求項１６】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、金属ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された材料を含む、請求項１３記載のシンチレーション検出システム。
【請求項１７】
前記プラスチックマトリックスが個別のセル内に形成され、前記個別のセルのそれぞれが対応する光検出器に取着されている、請求項１３記載のシンチレーション検出システム。
【請求項１８】
前記プラスチックマトリックスが個別のセルに切断され、前記個別のセルのそれぞれが対応する光検出器に取着されている、請求項１３記載のシンチレーション検出システム。
【請求項１９】
前記プラスチックマトリックスが等方的であり、前記プラスチックマトリックスの等方的な配列は、一般に、光を、前記シンチレーション材料のナノスケール粒子から前記プラスチックマトリックスに取着された１個または複数の光検出器に向ける、請求項１３記載のシンチレーション検出システム。
【請求項２０】
前記プラスチックマトリックスが等方的であり、前記プラスチックマトリックスの等方的な配列は、一般に、１個または複数の光検出器の表面に対して実質的に水平な方向で、光透過を抑制する、請求項１３記載のシンシレーション検出システム。
【請求項２１】
前記１個または複数の光検出器が、光電子増倍管、フォトダイオード、フォトトランジスタ、または電荷結合アレイ素子の少なくとも１種を含む、請求項３１記載のシンチレーション検出システム。
【請求項２２】
埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含むプラスチックマトリックスを含むシンチレータ、および
前記シンチレータに取着され、前記シンチレータにより発生した光子に応答して信号を生成するように構成された光検出装置
を含む、シンチレーション検出システムと、
前記シンチレーション検出システムによって生成された信号を解析するように構成された信号処理システムと
を含む、放射線検出および解析システム。
【請求項２３】
陽電子放出トモグラフィ（ＰＥＴ）撮像装置、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）撮像装置、単陽電子放出コンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）システム、マンモグラフィシステム、トモシンセシスシステム、または一般Ｘ線ベースのＸ線写真システムの１種を含む、請求項２２記載の放射線検出および解析システム。
【請求項２４】
放射性の密輸品を検出するためのセキュリティスキャナを含む、請求項２２記載の放射線検出および解析システム。
【請求項２５】
地下で使用するための放射線検出器を含む、請求項２２記載の放射線検出および解析システム。
【請求項２６】
前記プラスチックマトリックスが、前記シンチレーション材料の屈折率に一致するよう前記プラスチックマトリックスの屈折率を増大させるのに十分な量で、二酸化チタンのナノスケール粒子を含む、請求項２２記載の放射線検出および解析システム。
【請求項２７】
前記プラスチックマトリックスが、等方性熱可塑性樹脂、異方性熱可塑性樹脂、等方性熱硬化性樹脂、または異方性熱硬化性樹脂の少なくとも１種を含む、請求項２２記載の放射線検出および解析システム。
【請求項２８】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、金属ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された材料を含む、請求項２２記載の放射線検出および解析システム。
【請求項２９】
シンチレーション材料のナノスケール粒子をプラスチックマトリックスに埋め込むステップと、
前記プラスチックマトリックスに、光子を電気信号に変換するよう構成された１個または複数の素子を含む光検出器を取着するステップと
を含む、シンチレーション検出器の製造方法。
【請求項３０】
前記プラスチックマトリックスが、等方性熱可塑性樹脂、異方性熱可塑性樹脂、等方性熱硬化性樹脂、または異方性熱硬化性樹脂の少なくとも１種を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記プラスチックマトリックスが、前記シンチレーション材料の屈折率に一致するように前記プラスチックマトリックスの屈折率を増大させるのに十分な量で、二酸化チタンのナノスケール粒子を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
前記プラスチックマトリックスが、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリメチルペンテン、セルロース系ポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリＮ−ビニルカルバゾール、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリシロキサン、ポリホスファゼン、ポリイミド、エポキシド、フェノール樹脂、またはこれらの組合せの少なくとも１種を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
前記シンチレータ材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、金属ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択さた材料を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｃｅ；ＬｕＡｌＯ３：Ｃｅ；Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；ＹＡ１Ｏ３：Ｃｅ；ＺｎＯ：Ｇａ；ＣｄＷＯ４；ＬｕＰＯ４：Ｃｅ；ＰｂＷＯ４；Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２；ＣａＷＯ４；Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ；Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ；（ＲＥ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（式中、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属である。）の一般式；またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３６】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＬａＯＸ：Ｔｂ（式中、Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの混合物からなる群から選択される。）の一般式を有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３７】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、０≦ｘ≦１；０≦（１−ｙ−ｚ）≦１；０≦ｚ≦１；および０≦（ｙ−ｚ）≦１である。）を有する蛍光体を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３８】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＭＸｎ：Ｙの一般式（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種のハロゲン化物を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１から４までを含めた整数である。）を有する蛍光体を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３９】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＬａＣｌ３：Ｃｅ、ＲｂＧｄ２Ｆ７：Ｃｅ、ＣｅＦ３、ＢａＦ２、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＣｓＩ、ＣｓＦ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＺｎＳの一般式、またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項４０】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、前記プラスチクマトリックスに組み込む前に、プラスチック樹脂または有機化合物の少なくとも１種でコーティングされる、請求項２９記載のシンチレータ。
【請求項４１】
前記１個または複数の光検出器が、光電子増倍管、フォトダイオード、フォトトランジスタ、または電荷結合アレイ素子の少なくとも１種を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項４２】
前記プラスチックマトリックスが個別のセルに形成され、前記個別のセルのそれぞれが、前記光検出器システムの１個または複数の素子の中の対応する素子に取着される、請求項２９記載の方法。
【請求項４３】
前記プラスチックマトリックスが個別のセルに切断され、前記個別のセルのそれぞれが、前記光検出器システムの１個または複数の素子の中の対応する素子に取着される、請求項２９記載の方法。
【請求項４４】
前記プラスチックマトリックスが等方的であり、前記プラスチックマトリックスの等方的な配列は、一般に、光を、前記シンチレーション材料のナノスケール粒子から前記プラスチックマトリックスに取着された１個または複数の光検出器に向ける、請求項２９記載の方法。
【請求項４５】
前記プラスチックマトリックスが等方的であり、前記プラスチックマトリックスの等方的な配列は、一般に、１個または複数の光検出器の表面に対して実質的に水平な方向で、光透過を抑制する、請求項２９記載の方法。
【請求項４６】
１種または複数の金属塩を含む第１の溶液、および１種または複数のハロゲン化物前駆体を含む第２の溶液を合わせて、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと、
前記ナノスケール粒子を、前記合わせた第１および第２の溶液から単離するステップと
を含む、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項４７】
前記第１および前記第２の溶液が共にイオン液体を含み、各イオン液体は、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、テトラアルキルアンモニウム、スルホニウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陽イオンと、アルキルスルフェート、トシレート、メタンスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陰イオンとを含む、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記１種または複数の金属塩が、ランタノイド、第１族元素、第２族元素、第３族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項４６記載の方法。
【請求項４９】
前記１種または複数の金属塩が、ランタン、セリウム、プラセオジム、テルビウム、タリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項４６記載の方法。
【請求項５０】
前記１種または複数のハロゲン化物前駆体が、一般式ＮＲ４Ｙ（式中、各Ｒは、独立して、水素化物、アルキル、アリール、およびハロゲン化物からなる群から選択され；Ｙは、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された陰イオンを含む。）の少なくともハロゲン化物種を含む、請求項４６記載の方法。
【請求項５１】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＭＸｎ：Ｙの一般式（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種のハロゲン化物を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１から４までを含めた整数である。）を有する蛍光体を含む、請求項４６記載の方法。
【請求項５２】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、０≦ｘ≦１；０≦（１−ｙ−ｚ）≦１；０≦ｚ≦１；および０≦（ｙ−ｚ）≦１である。）を有する蛍光体を含む、請求項４６記載の方法。
【請求項５３】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＬａＣｌ３：Ｃｅ、ＲｂＧｄ２Ｆ７：Ｃｅ、ＣｅＦ３、ＢａＦ２、ＢａＦ２、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＣｓＩ、ＣｓＦ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＺｎＳの一般式、またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項４６記載の方法。
【請求項５４】
前記ハロゲン化物系シンチレータ材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項４６記載の方法。
【請求項５５】
マイクロエマルジョンを作製するステップと、
前記マイクロエマルジョン中に、前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと、
前記粒子を前記マイクロエマルジョンから単離するステップと
を含む、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項５６】
前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子が、水素ハロゲン化ガスを前記マイクロエマルジョン内にバブリングすることによって形成される、請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
前記マイクロエマルジョンを作製するステップが、
界面活性剤を有機溶媒に添加して界面活性剤溶液を形成するステップと、
１種または複数の金属塩をイオン液体に溶解してイオン溶液を形成するステップと、
界面活性剤溶液とイオン溶液とを混合してマイクロエマルジョンを形成するステップと
を含む、請求項５５記載の方法。
【請求項５８】
前記界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールの少なくとも１種を含む、請求項５５記載の方法。
【請求項５９】
前記有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンの少なくとも１種を含む、請求項５５記載の方法。
【請求項６０】
前記１種または複数の金属塩が、ランタノイド、第１族元素、第２族元素、第３族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項５５記載の方法。
【請求項６１】
前記１種または複数の金属塩が、ランタン、セリウム、プラセオジム、テルビウム、タリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項５５記載の方法。
【請求項６２】
前記イオン液体が、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、テトラアルキルアンモニウム、スルホニウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陽イオンと、アルキルスルフェート、トシレート、メタンスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陰イオンとを含む、請求項５５記載の方法。
【請求項６３】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＭＸｎ：Ｙの一般式（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種のハロゲン化物を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１から４までを含めた整数である。）を有する蛍光体を含む、請求項５５記載の方法。
【請求項６４】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、０≦ｘ≦１；０≦（１−ｙ−ｚ）≦１；０≦ｚ≦１；および０≦（ｙ−ｚ）≦１である。）を有する蛍光体を含む、請求項５５記載の方法。
【請求項６５】
前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項５５記載の方法。
【請求項６６】
第１のマイクロエマルジョンを作製するステップと、
１種または複数の金属有機物塩を含む溶液を、前記第１のマイクロエマルジョンに添加して、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を、前記第２のマイクロエマルジョンから単離するステップと
を含む、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項６７】
前記１種または複数の金属塩が、ランタノイド、第１族元素、第２族元素、第３族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項６６記載の方法。
【請求項６８】
前記１種または複数の有機金属塩が、ランタン、セリウム、プラセオジム、テルビウム、タリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンと、一般式ＯＲ（式中、Ｒは１から１２個の炭素のアルキル基である。）の陽イオンとを含む、請求項６６記載の方法。
【請求項６９】
前記溶液が、短鎖アルカンおよびアレーンからなる群から選択された有機溶媒を含む、請求項６６記載の方法。
【請求項７０】
前記第１のマイクロエマルジョンを作製するステップが、
界面活性剤を第２の有機溶媒に添加して界面活性剤溶液を形成するステップと、
１種または複数のハロゲン化物塩をイオン液体に溶解してイオン溶液を形成するステップと、
前記界面活性剤溶液と前記イオン液体とを混合してマイクロエマルジョンを形成するステップと
含む、請求項６６記載の方法。
【請求項７１】
前記界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールの少なくとも１種を含む、請求項７０記載の方法。
【請求項７２】
前記第２の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンの少なくとも１種を含む、請求項７０記載の方法。
【請求項７３】
前記ハロゲン化物塩が、一般式ＮＲ４Ｙ（式中、各Ｒは、独立して、水素化物、アルキル、アリール、およびハロゲン化物からなる群から選択され；Ｙは、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された陰イオンを含む。）の少なくともハロゲン化物種を含む、請求項７０記載の方法。
【請求項７４】
前記第１のイオン液体が、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、テトラアルキルアンモニウム、スルホニウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陽イオンと、アルキルスルフェート、トシレート、メタンスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陰イオンとを含む、請求項７０記載の方法。
【請求項７５】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＭＸｎ：Ｙの一般式（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種のハロゲン化物を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１から４までを含めた整数である。）を有する蛍光体を含む、請求項６６記載の方法。
【請求項７６】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、０≦ｘ≦１；０≦（１−ｙ−ｚ）≦１；０≦ｚ≦１；および０≦（ｙ−ｚ）≦１である。）を有する蛍光体を含む、請求項６６記載の方法。
【請求項７７】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＬａＣｌ３：Ｃｅ、ＲｂＧｄ２Ｆ７：Ｃｅ、ＣｅＦ３、ＢａＦ２、ＢａＦ２、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＣｓＩ、ＣｓＦ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＺｎＳの一般式、またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項６６記載の方法。
【請求項７８】
前記ハロゲン化物系シンチレータ材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項６６記載の方法。
【請求項７９】
第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
前記第１のマイクロエマルジョンおよび前記第２のマイクロエマルジョンを合わせて、複合マイクロエマルジョンを形成するステップと、
前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を前記合わせたマイクロエマルジョンから単離するステップと
を含む、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項８０】
前記第１のマイクロエマルジョンを形成するステップが、
第１の界面活性剤を第１の有機溶媒に溶解して、第１の界面活性剤溶液を形成するステップと、
１種または複数のハロゲン化物塩を第１のイオン液体に溶解して、第１の溶液を形成するステップと、
前記第１の溶液および前記第１の界面活性剤溶液を混合して、前記第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと
を含む、請求項７９記載の方法。
【請求項８１】
前記第１の界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールの少なくとも１種を含む、請求項８０記載の方法。
【請求項８２】
前記第１の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンを含む、請求項８０記載の方法。
【請求項８３】
前記１種または複数のハロゲン化物塩が、一般式ＮＲ４Ｙ（式中、各Ｒは、
独立して、水素化物、アルキル、アリール、およびハロゲン化物からなる群から選択され；Ｙは、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された陰イオンを含む。）の少なくともハロゲン化物種を含む、請求項８０記載の方法。
【請求項８４】
前記第１のイオン液体が、イミダゾリイウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、テトラアルキルアンモニウム、スルホニウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陽イオンと、アルキルスルフェート、トシレート、メタンスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陰イオンとを含む、請求項８０記載の方法。
【請求項８５】
前記第２のマイクロエマルジョンを形成するステップが、
第２の界面活性剤を第２の有機溶媒に添加して、第２の界面活性剤溶液を形成するステップと、
１種または複数の金属塩を第２のイオン液体に溶解して、第２の溶液を形成するステップと、
前記第２の溶液および前記第２の界面活性剤溶液を混合して、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと
を含む、請求項７９記載の方法。
【請求項８６】
前記第２の界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールの少なくとも１種を含む、請求項８５記載の方法。
【請求項８７】
前記第２の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンを含む、請求項８５記載の方法。
【請求項８８】
前記１種または複数の金属塩が、ランタノイド、第１族元素、第２族元素、第３族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項８５記載の方法。
【請求項８９】
前記１種または複数の金属塩が、ランタン、セリウム、プラセオジム、テルビウム、タリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項８５記載の方法。
【請求項９０】
前記第２のイオン液体が、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、テトラアルキルアンモニウム、スルホニウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陽イオンと、アルキルスルフェート、トシレート、メタンスルホネート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、ハロゲン化物、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の陰イオンとを含む、請求項８５記載の方法。
【請求項９１】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＭＸｎ：Ｙの一般式（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種のハロゲン化物を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１から４までを含めた整数である。）を有する蛍光体を含む、請求項７９記載の方法。
【請求項９２】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、０≦ｘ≦１；０≦（１−ｙ−ｚ）≦１；０≦ｚ≦１；および０≦（ｙ−ｚ）≦１である。）を有する蛍光体を含む、請求項７９記載の方法。
【請求項９３】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＬａＣｌ３：Ｃｅ、ＲｂＧｄ２Ｆ７：Ｃｅ、ＣｅＦ３、ＢａＦ２、ＢａＦ２、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＣｓＩ、ＣｓＦ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＺｎＳの一般式、またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項７９記載の方法。
【請求項９４】
前記ハロゲン化物系シンチレータ材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項７９記載の方法。
【請求項９５】
サイズが約１００ｎｍ未満である金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を含む、結晶性シンチレータ。
【請求項９６】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、ＭＸｎ：Ｙの一般式（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種のハロゲン化物を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１から４までを含めた整数である。）を有する蛍光体を含む、請求項９５記載の結晶性シンチレータ。
【請求項９７】
前記シンチレーション材料のナノスケール粒子が、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、０≦ｘ≦１；０≦（１−ｙ−ｚ）≦１；０≦ｚ≦１；および０≦（ｙ−ｚ）≦１である。）を有する蛍光体を含む、請求項９５記載の結晶性シンチレータ。
【請求項９８】
第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
前記第１および前記第２のマイクロエマルジョンを混合して溶液を形成するステップと、
前記溶液から前駆体粒子を単離するステップと、
前記前駆体粒子から、前記酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと
を含む、酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項９９】
前記第１のマイクロエマルジョンを形成するステップが、
金属前駆体溶液を形成するステップと、
第１の界面活性剤を第１の有機溶媒に溶解して、第１の界面活性剤溶液を形成するステップと、
前記金属前駆体溶液を前記第１の界面活性剤溶液に添加するステップと
を含む、請求項９８記載の方法。
【請求項１００】
前記第１の界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールを含む、請求項９９記載の方法。
【請求項１０１】
前記第１の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンを含む、請求項９９記載の方法。
【請求項１０２】
前記金属前駆体溶液を形成するステップが、
１種または複数の金属塩をアルコールに溶解して、アルコール溶液を形成するステップと、
前記アルコール溶液にマトリックス化合物を溶解するステップと
を含む、請求項９９記載の方法。
【請求項１０３】
前記金属前駆体溶液を形成するステップが、前記アルコール溶液に酸性水溶液を添加するステップを含む、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０４】
前記１種または複数の金属塩が、ランタノイド、第２族金属、第３族金属、第６族金属、第１２族金属、第１３族金属、第１４族金属、第１５族金属、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０５】
前記マトリックス化合物が、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）、またはこれらの組合せの少なくとも１種を含む、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０６】
前記マトリックス化合物が、トリアルキルアルミニウム；金属（テトラアルキルアルミニウム）であって前記金属がランタノイド、第２族元素、第３族元素、第６族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素、および第１５族元素からなる群から選択された少なくとも１種の陰イオンを含むもの；およびこれらの組合せからなる群から選択された、少なくとも１種の化合物を含む、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０７】
前記マトリックス化合物が、第２族元素、第３族元素、第６族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素；およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０８】
前記１種または複数の金属塩が、イットリウム、ルテニウム、ゲルマニウム、ガドリニウム、亜鉛、ランタン、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、プラセオジム、タリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０９】
前記アルコールが、３から１０個の炭素の直鎖状または分岐状アルキルアルコールを含む、請求項１０２記載の方法。
【請求項１１０】
前記酸性水溶液が、硝酸または硫酸を含む、請求項１０３記載の方法。
【請求項１１１】
前記第２のマイクロエマルジョンを形成するステップが、
第２の有機溶媒に溶解させた第２の界面活性剤を含む、第２の界面活性剤溶液を形成するステップと、
前記第２の界面活性剤溶液および塩基水溶液を混合して、前記第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと
を含む、請求項９８記載の方法。
【請求項１１２】
前記第２の界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールの少なくとも１種を含む、請求項１１１記載の方法。
【請求項１１３】
前記第２の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンの少なくとも１種を含む、請求項１１１記載の方法。
【請求項１１４】
前記塩基水溶液がＮＨ４ＯＨを含む、請求項１１１記載の方法。
【請求項１１５】
前記前駆体粒子から、酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップが、前記前駆体粒子を焼成するステップを含む、請求項９８記載の方法。
【請求項１１６】
前記酸化物系シンチレーション材料が、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｃｅ；ＬｕＡｌＯ３：Ｃｅ；Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；ＹＡ１Ｏ３：Ｃｅ；ＺｎＯ：Ｇａ；ＣｄＷＯ４；ＬｕＰＯ４：Ｃｅ；ＰｂＷＯ４；Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２；ＣａＷＯ４；（ＲＥ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（式中、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属である。）の一般式；またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項９８記載の方法。
【請求項１１７】
前記酸化物系シンチレータ材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項９８記載の方法。
【請求項１１８】
有機金属溶液を形成するステップと、
第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
前記有機金属溶液を加熱し、前記有機金属溶液を前記第１のマイクロエマルジョンにゆっくり添加して、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
前記第２のマイクロエマルジョン溶液から前駆体粒子を単離するステップと、
前記前駆体粒子から、前記酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと
を含む、酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項１１９】
前記有機金属溶液を形成するステップが、
マトリックス化合物を第１の有機溶媒に溶解して、有機溶液を形成するステップと、
１種または複数の有機金属塩を前記有機溶液に溶解して、前記有機金属溶液を形成するステップと
を含む、請求項１１８記載の方法。
【請求項１２０】
前記マトリックス化合物が、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）、またはこれらの組合せを含む、請求項１１９記載の方法。
【請求項１２１】
前記マトリックス化合物が、トリアルキルアルミニウム；金属（テトラアルキルアンモニウム）であって、前記金属が、ランタノイド、第２族元素、第３族元素、第６族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素、および第１５族元素からなる群から選択された少なくとも１種の陰イオンを含むもの；およびこれらの組合せからなる群から選択された、少なくとも１種の化合物を含む、請求項１１９記載の方法。
【請求項１２２】
前記マトリックス化合物が、第２族元素、第３族元素、第６族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項１１９記載の方法。
【請求項１２３】
前記第１の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンの少なくとも１種を含む、請求項１１９記載の方法。
【請求項１２４】
前記１種または複数の有機金属塩が、ランタノイド、第２族元素、第３族元素、第６族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項１１９記載の方法。
【請求項１２５】
前記１種または複数の有機金属塩が、ランタン、セリウム、テルビウム、タリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンと、一般式ＯＲ（式中、Ｒは、１から１２個の炭素のアルキル基である。）の少なくとも１種の陽イオンとを含む、請求項１１９記載の方法。
【請求項１２６】
前記第１のマイクロエマルジョンを形成するステップが、
界面活性剤を第２の有機溶媒に溶解して、界面活性剤溶液を形成するステップと、
水および前記界面活性剤溶液を混合して、前記第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと
を含む、請求項１１８記載の方法。
【請求項１２７】
前記界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールの少なくとも１種を含む、請求項１２６記載の方法。
【請求項１２８】
前記第２の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンの少なくとも１種を含む、請求項１２６記載の方法。
【請求項１２９】
前記前駆体粒子から、酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップが、前記前駆体粒子を焼成するステップを含む、請求項１１８記載の方法。
【請求項１３０】
前記酸化物系シンチレーション材料が、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｃｅ；ＬｕＡｌＯ３：Ｃｅ；Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；ＹＡ１Ｏ３：Ｃｅ；ＺｎＯ：Ｇａ；ＣｄＷＯ４；ＬｕＰＯ４：Ｃｅ；ＰｂＷＯ４；Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２；ＣａＷＯ４；Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ；Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ；（ＲＥ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（式中、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属である。）の一般式；またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項１１８記載の方法。
【請求項１３１】
前記酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項１１８記載の方法。
【請求項１３２】
塩基水溶液を、１種または複数の金属塩を含む水溶液に添加して、前記１種または複数の金属塩を含有するゲルを沈殿させるステップと、
前記ゲルから遊離イオンを除去するステップと、
前記ゲルを加熱するステップと、
前記ゲルを乾燥して、前記オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと
を含む、オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項１３３】
前記１種または複数の金属塩が、ランタノイド、第２族元素、第３族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３４】
前記１種または複数の金属塩が、ランタン、セリウム、テルビウム、タリウム、ガドリニウム、ユーロピウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３５】
前記塩基水溶液がＮＨ４ＯＨを含む、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３６】
前記ゲルを乾燥するステップが、前記ゲルを、陰イオン源ガスの水飽和雰囲気中で加熱するステップを含む、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３７】
前記陰イオン源ガスが、Ｈ２Ｓ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、またはＨＦの少なくとも１種を含む、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３８】
前記オキシハライドまたはオキシサルファイド系シンチレーション材料が、ＬａＯ（Ｉ，Ｂｒ，Ｃｌ，またはＦ）：Ｔｂの一般式を有する蛍光体を含む、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３９】
前記オキシハライドまたはオキシサルファイド系シンチレーション材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項１３２記載の方法。
【請求項１４０】
第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
溶液を前記第１のマイクロエマルジョン添加しながら、前記溶液を加熱して、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、
前記第２のエマルジョンから前駆体粒子を形成するステップと、
前記前駆体粒子から、前記オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと
を含む、オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法。
【請求項１４１】
前記溶液が、第２族元素、第３族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンを含む、１種または複数の有機金属塩を含む、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４２】
前記溶液が、ランタン、セリウム、テルビウム、タリウム、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンと、−ＯＲ、−ＳＲ、およびこれらの組合せからなる群から選択された陽イオン（式中、Ｒは、１から１２個の炭素のアルキル基である。）とを含む、１種または複数の有機金属塩を含む、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４３】
前記溶液が、短鎖アルカンまたはアレーンの少なくとも１種を含む第１の有機溶媒を含む、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４４】
前記第１のマイクロエマルジョンを形成するステップが、
界面活性剤を第２の有機溶媒に溶解して、界面活性剤溶液を形成するステップと、
陰イオン源の水溶液および前記界面活性剤溶液を混合して、前記第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと
を含む、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４５】
前記界面活性剤が、芳香族エトキシレート、ポリエチレングリコールドデシルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、またはアルキルフェノールの少なくとも１種を含む、請求項１４４記載の方法。
【請求項１４６】
前記第２の有機溶媒が、短鎖アルカンまたはアレーンの少なくとも１種を含む、請求項１４４記載の方法。
【請求項１４７】
前記陰イオン源が、ＮＨ４Ｉ、ＮＨ４Ｆ、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ、チオアセトアミド、チオ尿素、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも化合物を含む、請求項１４４記載の方法。
【請求項１４８】
前記前駆体粒子から、前記オキシハライドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップが、前記前駆体粒子を焼成するステップを含む、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４９】
前記オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料が、ＬａＯ（Ｉ，Ｂｒ，Ｃｌ，Ｆ）：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒの一般式、またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、１４０記載の方法。
【請求項１５０】
前記オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズである、請求項１４０記載の方法。
【請求項１５１】
サイズが１００ｎｍ未満である、金属酸化物系蛍光体のナノスケール粒子を含む、結晶性シンチレーション検出材料。
【請求項１５２】
前記金属酸化物系シンチレーション材料が、（Ｙ，Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ；Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｃｅ；ＬｕＡｌＯ３：Ｃｅ；Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；ＹＡ１Ｏ３：Ｃｅ；ＺｎＯ：Ｇａ；ＣｄＷＯ４；ＬｕＰＯ４：Ｃｅ；ＰｂＷＯ４；Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２；ＣａＷＯ４；（ＲＥ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（式中、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属である。）の一般式；またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項１５１記載の結晶性シンチレーション検出材料。
【請求項１５３】
サイズが１００ｎｍ未満である、金属オキシハライドまたは金属オキシサルファイドタイプの材料のナノスケール粒子を含む、結晶性シンチレーション検出材料。
【請求項１５４】
ＬａＯ（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒの一般式、またはこれらの組合せを有する少なくとも１種の蛍光体を含む、請求項１５３記載の結晶性シンチレーション検出材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、シンチレーション検出器を作製するためのシンチレーション材料に関する。本発明の一実施形態は、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、または金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を含むシンチレーション材料と、その調製方法とに関する。本発明の別の実施形態は、金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を含むシンチレーション材料と、その調製方法とに関する。本発明のさらに別の実施形態は、金属オキシハライドまたは金属オキシサルファイドのナノスケール粒子を含むシンチレーション材料と、その調製方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
シンチレータは、Ｘ線やγ線などの高エネルギー放射線を、可視光に変換する材料である。シンチレータは、検出および非侵襲的撮像技術において、例えば医療用およびスクリーニング用の撮像システムにおいて、広く使用されている。そのようなシステムでは、高エネルギー光子は、典型的には撮像される人体または物体を通過し、撮像ボリュームの反対側では、光検出装置に接続されているシンチレータに衝突する。シンチレータは、典型的には、高エネルギー光子の衝撃に応答して光学的光子を発生させる。次いで光学的光子を、光検出装置によって測定し定量することができ、それによって、検出器に入射する高エネルギー放射線の量および位置の代替的測定値が提供される。さらに、シンチレータは、通常なら検出するのが難しいと考えられる密輸品または汚染物質などの放射性物質を検出するのに使用されるシステムで、役立てることができる。
【０００３】
非侵襲的撮像技法に関し、シンチレータの最も重要な適用例の１つは、デジタル式の検出および記憶システムを使用してＸ線画像を生成する医療機器である。例えば、ＣＴスキャナなどの現行のデジタル式Ｘ線撮像システムでは、光源からの放射線を被験体に、典型的には医療診断適用例における患者に向ける。放射線の一部は患者を通過し、検出器に衝突する。検出器の表面は、放射線を、感知される光量子に変換する。検出器は、マトリックス状の個別の画像素子または画素に分かれており、各画素に衝突する放射線の量または強度に基づいて、出力信号をコード化する。放射線強度は、放射線が患者を通過するにつれて変化するので、出力信号に基づいて再構成される画像は、従来の写真用フィルム技法を通して入手可能なものと同様の、患者の組織の投影図を提供する。
【０００４】
別の高エネルギー放射線をベースにした撮像システムは、典型的には円形アレイに配列された、複数の画素を有するシンチレータをベースにした検出器を一般に用いる、陽電子放出トモグラフィ（ＰＥＴ）である。そのような画素のそれぞれは、光電子増倍管に結合されたシンチレータセルを含む。ＰＥＴでは、所望の生物活性または親和性を有する化学的トレーサ化合物を、陽電子放出によって減衰する放射性同位体で標識する。その後、放出された陽電子は電子と相互に作用して、２個の５１１ｋｅＶ光子（γ線）を放出する。２つのγ線は同時に放出され、反対方向に移動し、周囲の組織に浸透し、患者の身体から出て、検出器に吸収され記録されるようになる。検出器内の２点で、２個の光子の到着時間の僅かな差を測定することによって、標的内部の陽電子の位置を計算することができる。この時間差測定の限界は、シンチレータ材料の阻止能、光出力、および減衰時間に非常に依存する。
【０００５】
ＣＴおよびＰＥＴでは共に、正確な画像を生成するのに、即ち良好な空間分解能のために、小さな画素サイズを必要とする。各ルミネセンスモジュールで生成された光の画素間汚染を避けるために、シンチレータは、単結晶、または小さなセグメントに切断されまたはさいの目に切られた透明なセラミック製イメージングプレートから作製される。より小さなセグメントは、個々の検出器に向かう光を物理的に可能なかぎり多く維持するために、個々の素子間のコリメート反射器とともに使用される。画素サイズがより微細になるにつれて、製造コストおよびプロセス上の問題の両方が増大するので、ダイシングプロセスは個々の画素のサイズを制限する。
【０００６】
デジタル式Ｘ線写真システムなど、さらにより小さい画素ピッチが必要とされるシステムでは、ＣｓＩの針および光ファイバシンチレータ（ＦＯＳ）面板などの蛍光体が使用されてきた。しかし、これらのシンチレータは、ＣＴシステムのより厳密なルミネセンス要件を満たさない。ＣｓＩをベースにしたシンチレータは、長い減衰時間を有し、画像を不鮮明にする傾向がある残光をもたらす。さらに、ＦＯＳ板をベースにした検出器は、精密な撮像に必要な高い変換効率を持たない。
【０００７】
撮像の適用例で使用される複合シンチレータとは対照的に、放射性の密輸品または汚染物質の検出に使用されるシンチレータは、しばしばポリチオフェンまたはポリアナリンのような材料から作製された単純なプラスチックフィルムである。しかし、これらのシステムは、関係する放射線のタイプにまったく特異的ではなく、しばしば誤った警告を発する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＵＳ２００６／０５４８６３Ａ１公報
【特許文献２】ＵＳ２００２／０７９４５５Ａ１公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／０６３４０９Ａ公報
【特許文献４】ＷＯ２００７／０１６１９３Ａ公報
【特許文献５】ＵＳ２００６／２３１７９７Ａ１公報
【特許文献６】ＵＳ６０３６８８６Ａ公報
【特許文献７】ＷＯ２００６／０３８４４９Ａ公報
【特許文献８】ＵＳ２００５／０２９４９５Ａ１公報
【特許文献９】ＵＳ２００８／２４１０４１Ａ１公報
【特許文献１０】ＵＳ２００８／２４１０４０Ａ１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、透明性および調整されたルミネセンス特性を与えながら、ＣＴおよびＰＥＴでの適用に必要とされる小さな画素サイズを有する材料に容易に形成することができる、新しいシンチレータが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態では、本発明の技法は、埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含むプラスチックマトリックスを含むシンチレータを提供する。様々な態様において、ナノスケール粒子は、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、金属ハロゲン化物、またはこれらの組合せから作製してもよい。
【００１１】
別の実施形態では、本発明の技法は、埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含有するプラスチックマトリックスを含む、シンチレーション検出システムを提供する。１つまたは複数の光検出器が、前記プラスチックマトリックスに取着され、前記プラスチックマトリックス内で発生する光子を検出するように構成される。
【００１２】
別の実施形態では、本発明の技法は、シンチレーション検出システムおよび信号処理システムを含む、シンチレーション検出システムから発生した信号を分析するように構成された、放射線検出および分析システムを提供する。シンチレーション検出システムは、埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含有しているプラスチックマトリックス、およびシンチレータから発生した光子に応答して信号を発生するよう構成された取着光検出装置を含む、シンチレータで作製される。
【００１３】
さらに別の実施形態では、本発明の技法は、シンチレーション検出器の製造方法を提供する。この方法は、シンチレーション材料のナノスケール粒子をプラスチックマトリックスに埋め込むステップと、光検出器システムを前記プラスチックマトリックスに取着するステップとを含む。光検出器システムは、前記プラスチックマトリックスで発生した光子を電気信号に変換するよう構成された、１個または複数の素子を含む。
【００１４】
一実施形態では、本発明の技法は、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法を提供する。この方法は、１種または複数の金属塩を含む第１の溶液、および１種または複数のハロゲン化物前駆体を含む第２の溶液を合わせて、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと、前記合わせた第１および第２の溶液から前記ナノスケール粒子を単離するステップとを含む。一態様では、これらの溶液は、イオン液体を含む。
【００１５】
別の実施形態では、本発明の技法は、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を作製するための、別の方法を提供する。この方法は、マイクロエマルジョンを作製するステップと、前記マイクロエマルジョン中で、前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するステップと、前記粒子を前記マイクロエマルジョンから単離するステップとを含む。一態様では、前記ナノスケール粒子を形成するステップは、前記マイクロエマルジョンを通して水素ハロゲン化物ガスをバブリングするステップを含む。別の態様では、これらの溶液は、イオン液体を含む。
【００１６】
別の実施形態では、本発明の技法は、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を作製するための、別の方法を提供する。この方法は、第１のマイクロエマルジョンを作製するステップと、１種または複数の金属有機塩を含む溶液を前記第１のマイクロエマルジョンに添加して、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を、前記第２のマイクロエマルジョンから単離するステップとを含む。一態様では、前記第１のマイクロエマルジョンは、前駆体としての陰イオン源を含む。別の態様では、これらの溶液は、イオン液体を含む。
【００１７】
別の実施形態では、本発明の技法は、ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を作製するための、さらに別の方法を提供する。この方法は、第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、前記第１のマイクロエマルジョンおよび前記第２のマイクロエマルジョンを合わせて、合わせたマイクロエマルジョンを形成するステップと、前記ハロゲン化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を前記合わせたマイクロエマルジョンから単離するステップとを含む。一態様では、マイクロエマルジョンは、イオン液体を使用して作製される。
【００１８】
さらに別の実施形態では、本発明の技法は、サイズが約１００ｎｍ未満である金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を含む、結晶性シンチレータを提供する。一態様では、金属ハロゲン化物は、ＭＸｎ：Ｙ（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、およびこれらの組合せの少なくとも１種を含み；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、およびこれらの組合せからなる群から選択された少なくとも１種の金属イオンを含み；ｎは、１〜４の整数である。）の一般式を有する蛍光体を含む。別の態様では、金属ハロゲン化物は、一般式［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（ｌ−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、ｘ、ｚ、（１−ｙ−ｚ）、および（ｙ−ｚ）はすべて、０から１の範囲である。）を有する蛍光体を含む。
【００１９】
別の実施形態では、本発明の技法は、サイズが約１００ｎｍ未満である金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を含む、結晶性シンチレータを提供する。
【００２０】
一実施形態では、本発明の技法は、酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子の作製方法を提供する。この方法は、第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップと、前記第１および前記第２のマイクロエマルジョンを混合して、溶液を形成するステップと、前記溶液から前駆体粒子を単離するステップと、前記酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を前駆体粒子から形成するステップとを含む。
【００２１】
別の実施形態では、本発明の技法は、酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子を作製するための、別の方法を提供する。この方法は、有機金属溶液を形成するステップと、第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、前記有機金属溶液を加熱するステップと、前記有機金属溶液を前記第１のマイクロエマルジョンにゆっくりと添加して、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップとを含む。前記前駆体粒子は、前記第２のマイクロエマルジョン溶液から単離され、前記酸化物系シンチレーション材料のナノスケール粒子は、前記前駆体粒子から形成される。
【００２２】
別の実施形態では、本発明の技法は、オキシハライドまたはオキシサルファイド系シンチレーション材料のナノスケール粒子の、作製方法を提供する。この方法は、１種または複数の金属塩を含む水溶液に、水性塩基を添加して、前記１種または複数の金属塩を含有するゲルを沈殿させるステップと、前記ゲルから遊離イオンを除去するステップとを含む。前記ゲルを加熱し乾燥して、前記オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子を形成する。
【００２３】
別の実施形態では、本発明の技法は、オキシハライドまたはオキシサルファイド系シンチレーション材料のナノスケール粒子を作製するための、別の方法を提供する。この方法は、第１のマイクロエマルジョンを形成するステップと、溶液を前記第１のマイクロエマルジョンに添加しながら、前記溶液を加熱して、第２のマイクロエマルジョンを形成するステップとを含む。前駆体粒子は、前記第２のエマルジョンから形成され、前記オキシハライドまたはオキシサルファイドタイプのシンチレーション材料のナノスケール粒子は、前記前駆体粒子から形成される。
【００２４】
さらに別の実施形態では、本発明の技法は、サイズが１００ｎｍ未満である金属酸化物系蛍光体の結晶性シンチレータナノスケール粒子を提供する。
【００２５】
別の実施形態では、本発明の技法は、サイズが１００ｎｍ未満であるオキシハライドまたはオキシサルファイドの結晶性シンチレータナノスケール粒子を提供する。
【００２６】
本発明の、これらおよびその他の特徴、態様、および利点は、図面全体を通して同様の文字が同様の部分を表している添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読んだときに、より良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の技法の実施形態を使用することができる、コンピュータトモグラフィスキャナや陽電子放出スキャナなどの、医療用撮像ユニットを示す図である。
【図２】本発明の技法の実施形態を使用することができる、ＣＴやＰＥＴなどの、デジタル式撮像システムに使用される検出器アセンブリを示す図である。
【図３】本発明の技法の実施形態を使用することができる、撮像システムを示す断面図である。
【図４】本発明の技法の実施形態による、シンチレーション検出器システムを示す拡大図である。
【図５】本発明の技法の実施形態による、粒子の周りにポリマーコーティングが形成されるように重合反応を開始するための吸着開始部位を有する、シンチレータ粒子を示す概略図である。
【図６】本発明の技法の実施形態による、ポリマーでコーティングされたシンチレータ粒子の概略図である。
【図７】本発明の技法の実施形態による、酸化物系ナノスケールシンチレータ粒子を作製するプロセスを示す、ブロック図である。
【図８】本発明の技法の実施形態による、酸化物系ナノスケールシンチレータ粒子を作製する別のプロセスを示す、ブロック図である。
【図９】本発明の技法の実施形態による、オキシハライドまたはオキシサルファイド系ナノスケールシンチレータ粒子を作製するプロセスを示す、ブロック図である。
【図１０】本発明の技法の実施形態による、オキシハライドまたはオキシサルファイド系ナノスケールシンチレータ粒子を作製する別のプロセスを示す、ブロック図である。
【図１１】本発明の技法の実施形態による、ハロゲン化物系ナノスケールシンチレータ粒子を作製するプロセスを示す、ブロック図である。
【図１２】本発明の技法の実施形態による、ハロゲン化物系ナノスケールシンチレータ粒子を作製する別のプロセスを示す、ブロック図である。
【図１３】本発明の技法の実施形態による、ハロゲン化物系ナノスケールシンチレータ粒子を作製する、さらに別のプロセスを示すブロック図である。
【図１４】本発明の技法の実施形態による、ハロゲン化物系ナノスケールシンチレータ粒子を作製する、さらに別のプロセスを示すブロック図である。
【図１５】本発明の技法の実施形態による、放射性の密輸品を検出するのに使用される、セキュリティアーチを示す図である。
【図１６】本発明の技法の実施形態による、地下放射性材料を検出するための放射線検出器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
Ｉ．シンチレータを使用する撮像システム
本発明の技法の実施形態は、撮像システム、セキュリティシステム、およびその他の機器で放射線を検出するのに使用することができる、新しいシンチレーション検出器を含む。例えば図１は、本発明の技法の実施形態による医療用撮像システム１０を示す。このシステムは、例えば、とりわけ陽電子放出トモグラフィ（ＰＥＴ）撮像装置、コンピュータ支援トモグラフィ（ＣＴ）撮像装置、単陽電子放出コンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）システム、マンモグラフィシステム、トモシンセシスシステム、または一般Ｘ線ベースのＸ線写真システムでよい。例示的なシステムは、少なくとも放射線検出器を収容するフレーム１４を有し、Ｘ線源および検出器を患者の周りで移動させる旋回ガントリーなどのその他の装置を含んでよい。ある実施形態では、患者は、スライドテーブル１２上に配置され、フレーム１４のアパーチャ１６内を移動する。そのような実施形態では、患者がアパーチャ１６内を移動するにつれ、患者の断面画像がデータ解析および制御システム１３で生成される。データ解析システム１３は、計算、ネットワーク、およびディスプレイユニットを含めた多数のユニットを含んでよい。ＣＴスキャナの場合、画像は、フレーム１４に収容されているＸ線源および検出器を、患者の周りに旋回させることによって、能動的に生成することができる。あるいは、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、またはその他の技法では、画像は、患者に予め摂取された放射線源からの放出を検出することによって、受動的に生成することができる。どちらの場合も検出器システムは、典型的には、Ｘ線またはγ線の形の高エネルギー光子を吸収し、かつこのエネルギーを可視光子の形で再放出するシンチレータを含む。
【００２９】
医療用撮像システムに使用してもよいシンチレータの例を、図２に示す。シンチレータ１８は、シンチレーション化合物を含有する透明なセラミック材料から作製してもよい。あるいはシンチレータは、ヨウ化セシウムなどの放射線感受性の金属ハロゲン化物、または別の放射線感受性材料の、大きな結晶から作製してもよい。シンチレータアセンブリ２０は、典型的には、ダイシングと呼ばれる操作で透明なセラミックまたは結晶性シンチレーション材料のブロックから切断することができる、個々の画素２２の一群を含む。材料が、画素に対応する個々のブロックに切断されると、各画素は、反射器によって他の画素から光学的に単離することができる。次いで、さらに各画素を、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光電子増倍管、電荷結合素子、またはその他の光能動的なデバイスなどの、個々の光検出器に接合してもよい。
【００３０】
そのようなシンチレータの使用を、図３によってさらに示すが、例示的な撮像システム、この場合はＣＴシステム、のシンチレーションアセンブリ２４が示されている。この図に示されるように、Ｘ線源２６は、患者２８を通してＸ線の平行ビーム３０を投影する。検出器アセンブリ１８、３４、および光源２６が患者の周りを回転２７するにつれて、Ｘ線は、シンチレータ１８に衝突する前に、患者２８内の構造物によって弱まるまたは散乱する。シンチレータ１８では、Ｘ線ビーム３０の高エネルギー光子の多くが吸収され、より低いエネルギーの可視光子に変換される。次いで可視光子は、光源２６に対してシンチレータ１８の反対側に取着された、光検出器アレイ３４によって検出される。光検出器アレイ３４は、光子を電気信号に変換し、この信号が導電性構造３６を通して解析電子機器に伝達される。画像の質は、光検出器に到達し得る光の量を制御する、シンチレータ１８を通した光透過率を含めた因子の数に依存する可能性がある。シンチレータ材料に特異的な、その他の重要な因子は、阻止能と呼ばれるシンチレータ１８によって吸収される高エネルギー放射線の量、およびシンチレータ１８の変換効率または量子収量である。物理的因子は、とりわけ画素サイズおよび交差画素分離を含めた画像品質も制御する。
【００３１】
ＩＩ．プラスチックマトリックス内にナノスケール粒子を有するシンチレータ
図４は、本発明の技法の実施形態による、シンチレーション検出器アセンブリで使用することができるシンチレータ１８を示す。このシンチレータ１８では、プラスチックマトリックス３８が、シンチレーション材料のナノスケール粒子４０を含有する。プラスチックマトリックス３８は、以下にさらに論じるような、屈折率を一致させるための材料のナノスケール粒子４２など、その他の材料を含有してもよい。シンチレーション材料のナノスケール粒子４０は、高エネルギー光子４４を吸収し、吸収されたエネルギーをより低いエネルギーの光子４６として再放出する。次いでより低いエネルギー光子４６を、光検出器３４で捕獲し、電気信号に変換し、導電性構造３６を介して元の解析システム１３に伝送することができる。上記にて論じたように、エネルギーのすべてが捕獲されるわけではなく、高エネルギー光子４８の一部は、シンチレータ１８および光検出器アセンブリ３４を通過する。
【００３２】
Ａ．プラスチックマトリックス材料
プラスチックマトリックス３８は、熱可塑性および熱硬化性材料の両方を含めた、より低いエネルギーの光子４６の周波数で光を透過させる多数の材料を含んでよい。本発明の技法の実施形態では、マトリックスは、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、セルロース系ポリマー、スチレン−ブタジエンコポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、またはこれらの組合せなどの材料から作製してよい。その他の実施形態では、プラスチックマトリックス３８は、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリＮ−ビニルカルバゾール、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリシロキサン、ポリホスファゼン、ポリイミド、エポキシド、フェノール樹脂、またはこれらの組合せなどの材料を含んでよい。
【００３３】
これらの材料は、かなり多くの加工技法によって、特定の実施形態に必要とされる可能性がある非常に小さな画素サイズに形成してもよい。そのような技法には、とりわけ射出成形、溶媒流延、熱成形、または反応性射出成形を含めてよい。当業者なら、本発明の開示の範囲内にある限り、任意のその他のプラスチック加工技法を使用してよいことが理解されよう。さらに、プラスチックマトリックス３８は、現在使用されている材料に比べ、切断による損傷に対してより耐え得るので、小画素アセンブリを形成するのに現行のダイシング技法を使用してもよい。本発明の技法のある実施形態では、プラスチックマトリックス３８が液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの等方性材料でよいので、ダイシングが必ずしも必要ではない可能性もある。これらのマトリックスでは、光透過は、シンチレータの正面から光検出器構成部品に向かうようなある方向で好まれまたは促進させることができ、それと共に、シンチレータ内の横方向または左右方向などのその他の方向では好まれずまたは阻止される。
【００３４】
Ｂ．光透過の最大化
透明プラスチックマトリックス３８の選択に加え、シンチレータ１８を通る光透過は、２つの方法、すなわち、ナノスケール粒子４０を使用することによって、また屈折率を一致させることによって、最大化してよい。シンチレーション材料のナノスケール粒子４０は、シンチレータ内での散乱光を避けるため、できる限り小さく保持してよい。例えば、いくつかの実施例では、粒子のサイズは約１００ｎｍ未満でよい。さらに、ナノスケール粒子４０は、等方性もしくは球形でよく、または異方性でよい。粒子が異方性である場合、散乱を決定するための妥当なサイズは、入射光の方向に垂直な粒子の断面積である。この断面積が小さいままである場合、入射光の方向に配列された異方性粒子を使用することによって、光透過を著しく低下させることなくシステムの変換効率を高めることができる。
【００３５】
光透過を最大化するため第２の技法は、シンチレータ放出の波長で、プラスチックマトリックスの屈折率とシンチレーション材料の屈折率とを一致させることである。以下の表１は、本発明の技法の例示的な実施形態で使用してもよいシンチレーション材料の屈折率を列挙する。これらの値の範囲は、１．８〜１．９である。ある実施形態では、これらの屈折率は、マトリックス材料３８の適切な選択によって、一致させることができる。その他の実施形態では、屈折率は、二酸化チタンのナノスケール粒子４２をプラスチックマトリックスに含めることによって、一致させることができる。これらの粒子は、光を散乱させるには小さ過ぎ、したがって、シンチレータを通した光透過を妨げることがない。しかし、二酸化チタン粒子４２の添加は、プラスチックマトリックスの屈折率を増大させることができる。この実施形態では、必要とされる二酸化チタン粒子４２の量を制御することによって、シンチレーション材料のナノスケール粒子４０の屈折率が一致するように、プラスチックマトリックス３８の屈折率を調節することができる。その他の実施形態では、酸化タンタルまたは酸化ハフニウムのナノスケール粒子を使用して、マトリックス材料とシンチレーション材料の屈折率を一致させることができる。シンチレーション材料のナノスケール粒子４０に使用される材料は、適切なシンチレーション特性を有しかつナノスケール粒子に作製することが可能な、任意の化合物でよい。
【００３６】
Ｃ．ナノスケール粒子用のシンチレーション材料
本発明の実施形態で使用してよい材料には、金属酸化物、金属オキシハライド、金属オキシサルファイド、または金属ハロゲン化物が含まれる。例えば、実施形態では、シンチレーション材料は、一般式：Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｃｅ；ＬｕＡｌＯ３：Ｃｅ；Ｌｕ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；Ｇｄ２ＳｉＯ５：Ｃｅ；ＹＡ１Ｏ３：Ｃｅ；ＺｎＯ：Ｇａ；ＣｄＷＯ４；ＬｕＰＯ４：Ｃｅ；ＰｂＷＯ４；Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２；ＣａＷＯ４；（Ｙ１−ｘＧｄｘ）２Ｏ３：Ｅｕ；ＲＥ３Ａ１５Ｏ１２：Ｃｅ（式中、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属である。）；またはこれらの組合せを有する金属酸化物でよい。別の実施形態では、酸化物に加えまたは酸化物の代わりに、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、またはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒなどの１種または複数の金属オキシサルファイドを、シンチレーション材料に含めてもよい。その他の実施形態では、シンチレーション材料は、ＬａＯＸ：Ｔｂ（式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、またはＩである。）の一般式を有する金属オキシハライドでよい。
【００３７】
その他の実施形態では、シンチレータ材料は、Ｍ（Ｘ）ｎ：Ｙ（式中、Ｍは、Ｌａ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓの少なくとも１種であり；各Ｘは、独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩであり；Ｙは、Ｔｌ、Ｔｂ、Ｎａ、Ｃｅ、Ｐｒ、およびＥｕの少なくとも１種であり；ｎは、１から４までを含めた整数である。）の一般式を有する金属ハロゲン化物でよい。そのような蛍光体には、例えば、とりわけＬａＣ１３：ＣｅおよびＬａＢｒ３：Ｃｅを含めてよい。その他の実施形態では、シンチレータ材料は、先の蛍光体の代わりにまたは先の蛍光体に加えて、［Ｌａ（１−ｘ）Ｃｅｘ］［Ｃｌ（１−ｙ−ｚ）Ｂｒ（ｙ−ｚ）Ｉｚ］３（式中、ｘ、ｚ、（１−ｙ−ｚ）、および（ｙ−ｚ）は、０から１に及んでよい。）を含んでよい。本発明の実施形態で使用してよいその他の金属ハロゲン化物種には、ＬａＣｌ３：Ｃｅ、ＲｂＧｄ２Ｆ７：Ｃｅ、ＣｅＦ３、ＢａＦ２、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＣｓＩ、ＣｓＦ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＮａＩ：Ｔｌ、およびこれらの組合せが含まれる。ハロゲン化物様化学種、例えばＣｄＳ：Ｉｎ、およびＺｎＳを、本発明の実施形態で使用してもよい。
【００３８】
様々な例示的なシンチレーション材料の、関連ある性質を、以下の表１に詳述する。これらの例は、ナノスケールシンチレーション材料として用いてもよい材料の、例示的な性質を示すだけであり、本発明の開示範囲を限定しようとするものではない。当業者なら、本発明の開示範囲内にある限り、上述の、その他のシンチレーション材料のナノスケール粒子を使用してよいことが理解されよう。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
Ｄ．ナノスケール粒子のコーティング
表１に示されるように、いくつかのシンチレーション材料は、その吸湿性が中程度から非常に高く、大気から水を吸収するときに分解する傾向がある。さらに、シンチレーション材料のナノスケール粒子４０は、プラスチックマトリックス３８との適合性に欠けている可能性があり、加工中に凝集する可能性がある。これらの作用は共に、マトリックスに組み込む前に粒子４０をコーティングすることによって、低減させることができる。コーティングは、低分子リガンドまたは高分子リガンドを含んでよい。例示的な低分子リガンドには、オクチルアミン、オレイン酸、酸化トリオクチルホスフィン、またはトリアルコキシシランを含めてよい。当業者なら、本明細書に列挙されるものに加え、またはそのような列挙されるものに代えて、その他の低分子リガンドを使用してよいことが理解されよう。粒子４０は、ナノスケール粒子４０の表面から合成してもよくまたはナノスケール粒子４０の表面に添加してもよい高分子リガンドで、コーティングしてもよい。
【００４１】
図５は、粒子４０の表面からポリマー鎖を成長させることによる、粒子４０のコーティングの例を示す。この図では、ナノスケール粒子４０は、粒子４０上にポリマー開始部位５２が形成されるように、ポリマー開始化合物を添加することによって、機能的になる。ある実施形態では、そのようなポリマー開始化合物に、とりわけアミン、カルボン酸、またはアルコキシシランを含めてよい。当業者なら、本明細書に列挙されるものに加えまたは列挙されるものに代えて、その他のポリマー開始化合物が機能できることが理解されよう。粒子４０を開始化合物で機能化したら、モノマーを溶液に添加して、開始部位５２からポリマーまたはオリゴマー鎖５４を成長させてもよい。粒子４０の回りに形成されるシェル５６の最終的なサイズは、開始部位５２の数および溶液に添加されたモノマーの量に依存することになる。当業者なら、これらのパラメータは、所望の結果に合わせて調節してよいことが、理解されよう。
【００４２】
図６は、ポリマー５８で粒子４０をコーティングした例を示す。この場合、ポリマー鎖は、粒子と相互作用するように選択してよく、ランダムコポリマーおよびブロックコポリマーを含んでよい。後者の場合、粒子４０と相互作用するように１つのモノマー鎖を選択してよいが、その他のモノマー鎖は、ポリマーマトリックスと相互作用するように選択してよい。ある実施形態では、ポリマーコーティングは、とりわけアミン、カルボン酸、およびアルコキシシランなどの基を含んでよい。当業者なら、その他の基も効果的になり得ることが理解されよう。
【００４３】
ＩＩＩ．ナノスケール粒子の作製
いくつかの異なる手順を、ナノスケール粒子４０を生成するのに用いることができる。例えば、本明細書に記述される金属酸化物種のナノスケール粒子４０は、以下の図７および８に関して詳述される、マイクロエマルジョンゾルゲル法によって調製することができる。本明細書に記述される、その他の実施形態で使用される金属オキシハライドまたはオキシサルファイド種のナノスケール粒子４０は、以下の図９および１０に関して詳述されるプロセスによって、調製される。さらに、本明細書に記述されるその他の実施形態で使用される、金属ハロゲン化物種のナノルケール粒子は、以下の図１１から１４に関して詳述されるように、イオン液体を使用して調製することができる。
【００４４】
これらのプロセスの大部分は、粒子のサイズを制御するのにマイクロエマルジョンの性質を利用する。マイクロエマルジョンでは、細かく分散した溶媒の液滴が、油中水などの別の非混和性溶媒に懸濁される。液滴は、界面活性剤などの両親媒性分子を添加することによって安定化し、２種の適合性のない溶媒同士の界面エネルギーを低下させる。両親媒性分子の量は、液滴および得られる粒子のサイズを制御することができる。油中水構成では、水滴が、典型的にはナノメートル範囲で寸法決めされ、最終的な粒子を形成する反応体として使用することができる。金属ハロゲン化物などの、水に感受性のある材料の場合、マイクロエマルジョンは、水の代わりにイオン液体を使用して形成することができる。
【００４５】
Ａ．金属酸化物
図７は、金属酸化物シンチレーション材料のナノスケール粒子４０を形成するための、ゾルゲルベースのマイクロエマルジョン法のブロック図である。この手順では、水性ゾル溶液６６と、界面活性剤６８を含有する有機溶液７０とを合わせることによって、第１のマイクロエマルジョン７２を形成する。
【００４６】
この例では、水性ゾル溶液６６は、ブロック６２に示されるように、最初に１種または複数のシリケート化合物、金属塩、および／または有機金属６０をアルコールに溶解することによって、形成される。次いで水性酸溶液６４をアルコール溶液に添加して、シリケートを一部加水分解することにより、ゾル溶液６６の形成が行われる。例示的な実施形態では、使用されるアルコールは１−ヘキサノールである。当業者なら、例えば１から１０個の炭素を含有する直鎖または分岐鎖アルカンベースのアルコールなど、その他のアルコールを用いてよいことが理解されよう。例示的な実施形態では、シリケート化合物が、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）、またはこれらの組合せでよい。当業者なら、ゾル溶液前駆体用にその他のシリケートを使用してよいことが、理解されよう。さらに、異なるマトリックスを有する化合物を形成するために、その他の前駆体を、シリケートに加えてまたはシリケートに代えて使用してよい。例えば、酸化アルミニウムマトリックスを有するシンチレーション化合物を形成するには、例えばトリエチルアルミニウムまたは金属（テトラエチルアルミニウム）を含めたアルミニウム含有化合物を使用することができ、その金属には、ランタノイド、第１族金属、第２族金属、第３族金属、第６族金属、第１２族金属、第１３族金属、第１４族金属、および第１５族金属からなる群から選択された少なくとも１種の金属陰イオンが含まれる。その他の実施形態では、例えば（Ｙ１−ｘＧｄｘ）２Ｏ３：ＥｕまたはＰｂＷＯ４など、金属の可溶性の塩を、シリケートをまったく添加せずに使用することができる。シリケート前駆体なしで金属塩を使用する場合、酸６４の代わりに水性塩基を用いて、一部ゲル化溶液を形成することができる。この実施形態では、塩基７８を、手順から省略してよい。
【００４７】
選択された金属塩は、所望の最終的な金属酸化物に依存する。例示的な実施形態では、金属塩は、Ｙ（ＮＯ３）３およびＣｅ（ＮＯ３）３である。当業者なら、異なる金属塩を選択することを要求することがあるこのプロセスを使用することによって、その他の金属酸化物シンチレーション材料を作製してよいことが理解されよう。例えば、ＰｂＷＯ４などのシンチレーション化合物を製造するには、そのような塩にＰｂ（ＮＯ３）２およびＷＣｌ４またはＷ（ＯＣ２Ｈ５）６を含めてよい。当業者なら、それぞれ独立したシンチレーション化合物は、適切な前駆体塩を選択する必要があることが理解されよう。
【００４８】
第１のマイクロエマルジョン７２の第２の成分は、ブロック７０に示される有機溶媒に界面活性剤６８を溶解することによって形成される。例示的な実施形態では、界面活性剤は、ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＩｇｅｐａｌ（商標）ＣＯ−５２０として入手可能なポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテルである。当業者なら、とりわけ芳香族エトキシレート；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＢｒｉｊ（商標）として入手可能なポリエチレングリコールドデシルエーテル；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＴｗｅｅｎ（商標）として入手可能なソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＳｐａｎ（商標）として入手可能なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；またはアルキルフェノールなどの界面活性剤を含めた、任意の数の界面活性剤を用いてよいことが理解されよう。例示的な実施形態では、有機溶媒がｎ−ヘキサンである。当業者なら、アルキルまたはアリール溶媒を含めた任意の数のその他の有機溶媒を使用してよいことが、理解されよう。
【００４９】
第２のマイクロエマルジョン８０は、ブロック７６に示されるように、界面活性剤７４を有機溶媒に溶解し、次いで水性塩基の溶液７８を添加することによって形成される。例示的な実施例では、界面活性剤は、ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＩｇｅｐａｌ（商標）ＣＯ−５２０として入手可能なポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテルでよい。しかし上記にて論じたように、任意の数のその他の界面活性剤を、本発明の開示範囲内にある限り、用いてよい。例示的な実施形態では、ｎ−ヘキサンを溶媒として使用する。当業者なら、アルキルまたはアリール溶媒を含めた任意の数のその他の有機溶媒を使用してよいことが、理解されよう。本発明の技法のある実施形態では、水性塩基が水酸化アンモニウムである。当業者なら、本発明の開示範囲内にある限り、その他の水性塩基溶液を用いてよいことが理解されよう。
【００５０】
第１のマイクロエマルジョン７２および第２のマイクロエマルジョン８０を、ブロック８２に示されるように合わせて、シンチレーション材料用の金属酸化物前駆体を含有するゾルゲルの、ナノスケールの液滴を含有する別のマイクロエマルジョンを形成する。ゾルゲル材料の粒子は、ブロック８４に示されるように、合わせたマイクロエマルジョンから単離してよい。例示的な実施形態では、この単離は、凍結乾燥によって行うことができる。当業者なら、粒子を単離するために、とりわけ加圧濾過および遠心分離を含めたその他の技法を用いてもよいことが理解されよう。単離後、粒子を焼成して、金属酸化物シンチレータの最終的なナノスケール粒子を形成することができる。この焼成は、典型的には９００〜１４００℃に制御された雰囲気中で、１分から１０時間にわたって行われる。当業者なら、焼成に必要な精密な条件は、粒度および選択される材料に左右されることが理解されよう。
【００５１】
図８は、ある実施形態による、金属酸化物ベースのシンチレータを形成するための別の手順のブロック図である。この手順では、１種または複数のシリケート化合物および１種または複数の有機金属塩８６を、ブロック８８に示すように有機溶媒に溶解して、シリケート／金属塩溶液９０を形成する。例示的な実施形態では、シリケート化合物は、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）、またはこれらの組合せでよい。当業者なら、その他のシリケートをゾル溶液前駆体に使用してよいことが理解されよう。選択される金属塩は、最終的な所望の金属酸化物に左右される。例示的な実施形態では、有機金属塩がヘキサン酸イットリウムまたはカルボン酸イットリウムである。当業者なら、異なる金属塩を選択する必要があると考えられるがこのプロセスを使用して、先に列挙されたようなその他の金属酸化物シンチレーション材料を作製できることが理解されよう。
【００５２】
次いで界面活性剤９２を、ブロック９４に示されるように有機溶媒に溶解する。水９６をこの溶液に添加して、マイクロエマルジョン９８を形成する。例示的な実施形態では、界面活性剤は、ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＩｇｅｐａｌ（商標）ＣＯ−５２０として入手可能なポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテルである。当業者なら、とりわけ芳香族エトキシレート；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＢｒｉｊ（商標）として入手可能なポリエチレングリコールドデシルエーテル；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＴｗｅｅｎ（商標）として入手可能なソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＳｐａｎ（商標）として入手可能なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；またはアルキルフェノールなどの界面活性剤を含めた、任意の数の界面活性剤を用いてよいことが理解されよう。例示的な実施形態では、有機溶媒がｎ−ヘキサンである。当業者なら、アルキルまたはアリール溶媒を含めた任意の数のその他の有機溶媒を使用してよいことが、理解されよう。
【００５３】
シリケートおよび／または金属塩溶液９０を加熱し、符号１００によって示されるように、マイクロエマルジョン９８にゆっくりと添加して、金属酸化物前駆体を含有するゾルゲル粒子を形成することができる。ブロック１０２に示されるように、これらの粒子は、凍結乾燥などによってマイクロエマルジョンから単離することができる。当業者なら、とりわけ加圧濾過および遠心分離を含め、粒子を単離するのにその他の技法を用いてもよいことが理解されよう。単離後、粒子を焼成して、金属酸化物シンチレータの最終的なナノスケール粒子を形成することができる。この焼成は、典型的には９００〜１４００℃の制御雰囲気中で、１分から１０時間にわたり行われる。当業者なら、焼成に必要な精密な条件は、粒度および選択される材料に左右されることが理解されよう。
【００５４】
Ｂ．金属オキシハライドおよびオキシサルファイド
金属オキシハライドまたは金属オキシサルファイドシンチレーション材料のナノスケール粒子を形成するのに使用してよい方法を、図９のブロック図に示す。この方法では、ブロック１０６に示されるように、金属塩１０４を水に溶解する。本発明の技法の実施形態では、金属塩がＬａ（ＮＯ３）３およびＣｅ（ＮＯ３）３である。当業者なら、異なる金属塩を選択する必要があるがこの方法を使用して、その他の金属オキシハライドまたは金属オキシサルファイドシンチレーション材料を作製できることが理解されよう。そのような金属塩は、標準的な周期表の第２、３、１３、１４、および１５族から選択された金属および金属の組合せを含んでよい。本発明の技法の実施形態では、水を留去してもよく、そうでない場合には、イオン汚染物質が除去されるように精製してもよい。
【００５５】
次いで水性塩基１０８を水溶液に添加して、金属イオンを含有するゲルを沈殿させる。本発明の技法の実施形態では、水性塩基が水酸化アンモニウムである。当業者なら、本発明の開示範囲内にある限り、その他の水性塩基溶液を用いてよいことが理解されよう。ブロック１１０に示されるように、沈殿ゲルを洗浄して、過剰な遊離イオンを除去することができる。ゲルを、ブロック１１２に示されるように加熱し攪拌し、次いでブロック１２０に示されるようにオーブン乾燥して、ナノスケール結晶性沈殿物を形成することができる。例えばＨＣｌ、ＨＢｒ、またはＨ２Ｓなどの水素陰イオンガスを、ブロック１１４に示されるように水に通してバブリングして、水素陰イオンガスを水に溶かした飽和溶液１１８を形成する。次いでブロック１２２に示されるように、水飽和水素陰イオンガス１１８が流れるオーブン内で、乾燥したナノスケール結晶性沈殿物をアニールすることにより、最終的な金属ハロゲン化物を形成することができる。その他の実施形態では、ＨＦまたはＨＩを、適切な加熱および／または水分除去しながら使用することができる。さらにその他の実施形態では、上記にて詳述された手順を使用して、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒなどのオキシサルファイド材料を形成することができる。この実施形態では、ゲルを上述のように形成し、次いでＨ２Ｓで飽和した水を流しながらアニールすることによって、最終的なオキシサルファイド相を形成する。別の実施形態では、金属オキシサルファイドは、例えば硝酸ガドリニウムなどの金属塩１０４を、乳化剤として第３級ブチルスルフィドを含有する炭酸プロピレンに溶解することによって形成してもよい。金属塩溶液を水１０６に添加して、ミセルを形成する。ミセルは、塩基１０８を添加することによって沈殿し、次いで溶液から単離し、１２０に示されるようにオーブン乾燥する。アニールプロセス中の、水飽和水素陰イオンガス流１２２の使用は、この実施形態では任意選択でよい。
【００５６】
金属オキシハライドまたは金属オキシサルファイドを形成するための代替の手順を、図１０のブロック図に示す。この手順では、有機金属塩１２４を、ブロック１２６に示されるように有機溶媒に溶解する。本発明の技法の実施形態では、有機金属塩は、Ｌａ（ＯＲ）３およびＣｅ（ＯＲ）３である（式中、Ｒは、１から１２個の炭素のアルキル基である。）。当業者なら、異なる金属塩を選択する必要があると考えられるがこの方法を使用して、その他の金属オキシハライドまたは金属オキシサルファイドシンチレーション材料を作製してよいことが理解されよう。そのような金属塩には、ランタノイドと、標準的な周期表の第１、２、３、１３、１４、および１５族から選択された金属と、これら金属の組合せを含めてよい。例示的な実施形態では、有機溶媒がｎ−ヘキサンである。当業者なら、アルキルまたはアリール溶媒を含めた任意の数のその他の有機溶媒を用いてよいことが、理解されよう。
【００５７】
マイクロエマルジョン１３６は、ブロック１３２に示されるように界面活性剤１３０を有機溶媒に溶解し、次いでこの溶液にハロゲン化アンモニウム１３４を添加することによって、調製される。本発明の技法の実施形態では、界面活性剤は、ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＩｇｅｐａｌ（商標）ＣＯ−５２０として入手可能なポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテルである。当業者なら、とりわけ芳香族エトキシレート；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＢｒｉｊ（商標）として入手可能なポリエチレングリコールドデシルエーテル；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＴｗｅｅｎ（商標）として入手可能なソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＳｐａｎ（商標）として入手可能なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；またはアルキルフェノールなどの界面活性剤を含めた、任意の数の界面活性剤を用いてよいことが理解されよう。例示的な実施形態では、有機溶媒がｎ−ヘキサンである。当業者なら、アルキルまたはアリール溶媒を含めた任意の数のその他の有機溶媒を使用してよいことが、理解されよう。本発明の技法の実施形態では、アンモニアハロゲン化物が、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４Ｂｒ、ＮＨ４Ｉ、ＮＨ４Ｆ、またはこれらの組合せでよい。
【００５８】
その他の実施形態では、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒなどのオキシサルファイドを形成するのに、図１０に詳述される手順を使用してよい。この実施形態では、出発金属有機塩は、−ＯＲ基の１個または複数が−ＳＲ基で置換されている硫黄化合物を含んでよい。そのような化合物の例は、Ｇｄ（ＯＲ）２（ＳＲ）でよい。あるいは、チオアセトアミドまたはその他の硫黄含有種を、ハロゲン化アンモニア化合物の代わりに使用して、オキシサルファイド種を形成することができる。
【００５９】
有機金属塩を含有する溶液を、ブロック１２８に示されるように加熱し、次いで１３８により示されるように、マイクロエマルジョン１３６にゆっくりと添加して、金属オキシハライドまたはオキシサルファイド前駆体の粒子を形成することができる。ブロック１４０に示されるように、これらの粒子は、凍結乾燥によってマイクロエマルジョンから単離することができる。当業者なら、粒子を単離するのに、とりわけ加圧濾過および遠心分離を含めたその他の技法を用いてよいことが、理解されよう。
【００６０】
単離後、粒子を焼成して、金属酸化物シンチレータの最終的なナノスケール粒子を形成してもよい。この焼成は、典型的には、９００から１４００℃に制御された雰囲気中で、１分から１０時間にわたって行われる。当業者なら、焼成に必要とされる厳密な条件は、粒度および選択される材料に左右されることが理解されよう。
【００６１】
Ｃ．金属ハロゲン化物を作製するためのイオン液体の使用
上記にて論じた、金属酸化物および金属オキシハライドシンチレーション化合物の形成手順は、シンチレータ用のナノスケール粒子を形成するのに水を用いる。しかし、これは、非常に吸湿性のある金属ハロゲン化物シンチレータなど、水に感受性のある材料にとって可能ではない。そのような材料の例には、ＮａＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｔｌ、およびＣｓＩ：Ｎａハロゲン化物塩を含めてよい。これらの材料の場合、イオン液体および有機溶媒から作製されたマイクロエマルジョンを用いてよい。イオン液体は、水と同様の性質を有する新しい種類の、極性が強い非水性溶媒である。例えば、ＮａＣｌ中のナトリウムをバルク状のイミダゾリウム陽イオン、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムで置換することにより、融点が−７５℃のイオン性の塩様液体が誘発され、それが水の代わりをすることができる。この特徴は、吸湿性材料の調製の際に著しい利点を与え、一般的な水溶性反応体の使用が可能になる。イオン液体は、水に関して既に述べたように、マイクロエマルジョンを形成するのに使用してよく、有機溶媒中のイオン液体のナノスケールの液体の懸濁液が、界面活性剤の添加によって安定化する。ナノスケールの液滴は、形成される金属ハロゲン化物粒子のサイズを制御するために、反応体として使用してもよい。
【００６２】
イオン液体に使用してもよい、可能性ある陽イオンを、以下に示す。
【００６３】
【化１】
2010522806.tif 000004
【００６４】
これらの構造では、Ｒ１〜Ｒ４は、とりわけ−ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ３、または−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３などのアルキル基でよい。イオン液体を形成するのに使用してもよい、可能性ある陰イオンを、以下に示す。
【００６５】
【化２】
2010522806.tif 000005
【００６６】
これらの構造では、Ｒは、とりわけ−ＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ３、または−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３などのアルキル基でよい。本発明の技法の実施形態では、用いてよいイオン液体には、とりわけ塩化イミダゾリウムまたは臭化イミダゾリウムが含まれる。当業者なら、関係ある特定の陰イオンおよび陽イオンの選択は、融点、溶解、および溶液に望まれるその他の性質に左右されることが理解されよう。
【００６７】
図１１は、本発明の技法の実施形態による、金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を形成するための、イオン液体を利用する手順のブロック図である。この手順では、金属溶液１４２は、１種または複数の金属塩１４４をイオン液体１４６に溶解することによって形成される。本発明の技法の実施形態では、そのような金属塩には、ランタン、セリウム、ルビジウム、ガドリニウム、バリウム、セシウム、カルシウム、ユーロピウム、インジウム、プラセオジム、テルビウム、タリウム、およびこれらの組合せを含めてよい。当業者なら、数多くのその他の金属ハロゲン化物種のナノスケール粒子を作製するのに、この手順を使用してもよいことが理解され、選択される特定の金属は、望まれる最終生成物に左右されることになる。そのような金属には、例えば、ランタノイド、または標準の周期表の第１、２、３、１３、１４、または１５族から選択された金属、または金属の組合せを含めてよい。用いられるイオン液体は、上記にて論じたように選択することができる。
【００６８】
ハロゲン化物溶液１４８は、ハロゲン化物塩１５０を第２のイオン液体１５２に溶解することによって、調製される。この第２のイオン液体は、第１のイオン液体と同一でよく、または上述のように異なるイオン液体を選択してもよい。本発明の技法の実施形態では、ハロゲン化物塩は、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、またはこれらの組合せでよい。当業者なら、ＮＲ４Ｙ（式中、各Ｒは、独立して、水素化物、アルキル、アリール、またはハロゲン化物であるよう選択され、Ｙは、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、またはこれらの組合せでよい。）の一般式を有する材料を含めた、その他のハロゲン化物タイプの陰イオン源化合物を使用してよいことが、理解されよう。さらに、その他の実施形態では、例えば硫黄などのハロゲン化物と同様に反応する陰イオンを提供する、その他の化合物を使用してよい。そのような化合物には、例えば、硫化アンモニウム、チオアセトアミド、チオ尿素、または同様の化合物を含めてよい。
【００６９】
２種の溶液を、１５４に示されるように合わせて、最終的なナノスケール粒子１５６を形成する。混合は、形成される粒度が最適になるように、ゆっくりと行ってよい。当業者なら、加熱、超音波処理、またはその他の技法などによって、反応を加速させるために、このプロセス中にエネルギーを加えてもよいことが理解されよう。本発明の技法の実施形態では、粒子は、ブロック１５８に示されるように、濾過、相分離、凍結乾燥、またはマイクロエマルジョンから固体生成物を単離するのに使用できる任意のその他の技法によって、溶液から単離することができる。
【００７０】
図１２は、本発明の技法の実施形態による、金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を形成するための、別の手順のブロック図である。この手順では、有機金属溶液１６０は、１種または複数の有機金属塩１６２を有機溶媒１６４に溶解することによって、形成される。例示的な実施形態では、有機溶媒がｎ−ヘキサンである。当業者なら、アルキルまたはアリール溶媒を含めた任意の数のその他の有機溶媒を用いてよいことが、理解されよう。本発明の技法の実施形態では、そのような有機金属塩には、ランタン、プラセオジム、セリウム、テルビウム、タリウム、ユーロピウム、およびこれらの組合せを含めてよい。当業者なら、この手順は、多数のその他の金属ハロゲン化物種のナノスケール粒子を作製するのに使用してよいことが理解され、選択される特定の金属は、望まれる最終生成物に左右されることになる。そのような金属には、例えば、ランタノイド、および標準の周期表の第１、２、３、１３、１４、または１５から選択された金属、または金属の組合せを含めてよい。有機溶液に可溶な金属陽イオンを作製するのに使用される有機陰イオンには、１種または複数の独立に選択されたアルコキシ基、−ＯＲ（式中、Ｒは、１から１０個の炭素を含有する炭素鎖である。）を含めてよい。
【００７１】
次いでハロゲン化物マイクロエマルジョン１６６を、ハロゲン化物溶液１６８と界面活性剤溶液１７０とを混合することによって調製する。ハロゲン化物溶液１６８は、図１１のブロック１４８に関して上記にて述べた技法を使用して調製される。界面活性剤溶液１７０は、界面活性剤を有機溶媒に溶解することによって、形成される。本発明の技法の実施形態では、界面活性剤は、とりわけＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＩｇｅｐａｌ（商標）ＣＯ−５２０として入手可能なポリオキシエチレン（５）ノニルフェニルエーテル；芳香族エトキシレート；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＢｒｉｊ（商標）として入手可能なポリエチレングリコールドデシルエーテル；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＴｗｅｅｎ（商標）として入手可能なソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；ＩＣＩ  ＡｍｅｒｉｃａｓからＳｐａｎ（商標）として入手可能なポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤；またはアルキルフェノールでよい。例示的な実施形態では、有機溶媒がｎ−ヘキサンである。当業者なら、アルキルまたはアリール溶媒を含めた任意の数のその他の有機溶媒を使用してよいことが、理解されよう。
【００７２】
有機金属溶液１６０を、１７２によって示されるように、ハロゲン化物マイクロエマルジョン１６６と組み合わせて、金属ハロゲン化物のナノスケール粒子１７４を形成する。混合は、形成される粒度が最適化されるように、ゆっくりと行ってよい。当業者なら、エネルギーは、加熱、超音波処理、遠心分離、またはその他の技法などによって、反応を加速させるのに加えてもよいことが理解されよう。本発明の技法の実施形態では、ナノスケール粒子を、ブロック１７６に示されるように、濾過、相分離、凍結乾燥、またはマイクロエマルジョンから固体生成物を単離するのに使用してよい任意のその他の技法によって、溶液から単離することができる。
【００７３】
図１３は、本発明の技法の実施形態による、金属ハロゲン化物のナノスケール粒子を形成するのに使用してもよい、別の技法を示すブロック図である。この手順では、金属マイクロエマルジョン１８０を、金属溶液１８２と界面活性剤溶液１８４とを混合することによって調製する。金属溶液１８２は、図１１のブロック１４２に関して既に述べたような技法によって、調製される。界面活性剤溶液１８４は、図１２の１７０に関して既に述べた技法によって、調製される。次いでハロゲン化物ガス１７８を、１８６によって示されるように、金属マイクロエマルジョン１８０に通してバブリングして、金属ハロゲン化物のナノスケール粒子１８８を形成することができる。本発明の技法の実施形態では、ハロゲン化物ガスは、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｆ２、または熱を加えた状態の、Ｉ２でよい。当業者なら、加熱、超音波処理、またはその他の技法などによって、反応を加速させるためにこのプロセス中にエネルギーを加えてよいことが理解されよう。本発明の技法の実施形態では、ナノスケール粒子は、ブロック１９０に示されるように、濾過、相分離、凍結乾燥、またはマイクロエマルジョンから固体生成物を単離するのに使用してもよい任意のその他の技法によって、溶液から単離することができる。
【００７４】
図１４は、本発明の技法の実施形態による、金属およびハロゲン化物前駆体の両方がマイクロエマルジョンに含有されている金属ハロゲン化物種を形成するための、別の方法のブロック図である。金属マイクロエマルジョン１９２は、図１３のブロック１８０に関して既に述べたように、金属溶液１９４と界面活性剤溶液１９６とを合わせることによって調製してもよい。ハロゲン化物マイクロエマルジョン１９８は、図１２のブロック１６６に関して既に述べたように、ハロゲン化物溶液２００と界面活性剤溶液２０２とを合わせることによる技法によって、調製してもよい。マイクロエマルジョン１９２および１９８を、２０４によって示されるように合わせて、金属ハロゲン化物のナノスケール粒子２０６を形成する。当業者なら、加熱、超音波処理、またはその他の技法などによって、反応を加速させるためにこのプロセス中にエネルギーを加えてよいことが、理解されよう。本発明の技法の実施形態では、ナノスケール粒子を、ブロック２０８に示されるように、濾過、相分離、凍結乾燥、またはマイクロエマルジョンから固体生成物を単離するのに使用してよい任意のその他の技法によって、溶液から単離することができる。
【００７５】
ＩＶ．その他の適用
本発明の技法のシンチレータは、医療用撮像装置での適用に限定されない。確かに、これらの装置は、放射線の検出にシンチレーションが必要な、多数の構造に使用することができる。そのような適用の例を、図１５および１６に示す。
【００７６】
図１５は、人体または物品に放射能汚染物質または密輸品が存在するかを検出するための、セキュリティスキャナの図である。スキャナは、１個または複数のシンチレーション検出アセンブリ２１２を収容することができるフレーム２１０を含む。これらのシンチレーション検出アセンブリ２１２は、本発明の技法の実施形態によれば、光検出器と併せて、埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含有するプラスチックマトリックスを含んでよい。この図に示されるように、フレーム２１０を通過する物品内の、放射性物質の位置の凡その見当をつけるために、多数のパネルを使用してもよい。本発明の技法の実施形態では、放射性物質を検出したときに警報が１回鳴るように、警報装置２１４を構成してもよい。その他の実施形態では、検出された密輸品の位置またはタイプを決定するために、警報装置２１４に加えてまたは代えて、解析および制御システム２１６を使用してもよい。
【００７７】
本発明の技法のシンチレータに関する別の適用例は、地下放射能を決定するための検出器にある。この使用を、図１６の図面に示す。この図では、坑井（ｗｅｌｌ  ｂｏｒｅ）２１８内に、ボアホール内を低下していく検出器ユニット２２０がある。検出器ユニット２２０は、本発明の技法の実施形態によれば、光検出器または光検出器アレイと併せて、埋め込まれたシンチレーション材料のナノスケール粒子を含有するプラスチックマトリックスから作製してもよい、シンチレーション検出器アセンブリ２２２を収容する。検出器ユニット２２０は、ケーブル２２４によって地表と接続されており、このケーブルが、検出器アセンブリ２２２から、地表に位置する信号解析および制御ユニット２２６に信号を伝達する。検出器ユニット２２０は、石油採掘の適用例で、ならびにとりわけ放射性物質を予測するなどのその他の適用例で、使用してもよい。
【００７８】
本発明の特定の特徴のみについて、本明細書に例示し記述してきたが、多くの修正例および変更例を、当業者なら思い浮かべるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に含まれる限り、そのような修正例および変更例のすべてを包含するものと理解すべきである。
【符号の説明】
【００７９】
１０  医療用撮像システム
１２  スライドテーブル
１３  データ解析および制御システム
１４  フレーム
１６  アパーチャ
１８  シンチレータ
２０  シンチレータアセンブリ
２２  画素
３４  光検出器アレイ
４０  ナノスケール粒子
５４  オリゴマー鎖
５６  シェル
２１０  フレーム
２１２  シンチレーション検出アセンブリ
２１４  警報装置
２１６  解析および制御システム
２１８  坑井
２２０  検出器ユニット
２２４  ケーブル
【図１】
2010522806.tif 000006
【図２】
2010522806.tif 000007
【図３】
2010522806.tif 000008
【図４】
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【図５】
2010522806.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
2010522806.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2010522806.tif 000017
【図１３】
2010522806.tif 000018
【図１４】
2010522806.tif 000019
【図１５】
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【図１６】
2010522806.tif 000021
【国際調査報告】
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