(57)【要約】【課題】高蛍光出力であるとともにフォトダイオードの変換効率が高い４５０〜６００ｎｍの波長領域に蛍光強度のピーク波長を有する無機シンチレータ、並びに、当該無機シンチレータを用いた放射線検出器及びＰＥＴ装置を提供すること。【解決手段】本発明は、ＣｅｘＬｎｙＳｉｚＯｕ（ＬｎはＹ、Ｇｄ及びＬｕより選択される少なくとも２種の元素を示す。０．００１≦ｘ≦０．１、１．９≦ｙ≦２．１、０．９≦ｚ≦１．１、４．９≦ｕ≦５．１）で表される化学組成を有し、放射線の入射により蛍光を発する無機シンチレータであって、前記蛍光の強度スペクトルにおいて最大ピーク波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲であるピークを有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）〜（５）で表される化学組成を有し、放射線の入射により蛍光を発する無機シンチレータであって、前記蛍光の強度スペクトルにおいて最大ピーク波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲であるピークを有する、無機シンチレータ。
ＣｅｘＬｎｙＳｉｚＯｕ        （１）
０．００１≦ｘ≦０．１      （２）
１．９≦ｙ≦２．１          （３）
０．９≦ｚ≦１．１          （４）
４．９≦ｕ≦５．１          （５）
（式（１）中、ＬｎはＹ、Ｇｄ及びＬｕより選択される少なくとも２種の元素を示す。）
【請求項２】
前記蛍光の強度スペクトルのピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、請求項１記載の無機シンチレータ。
【請求項３】
前記蛍光が主として酸素６配位のセリウム原子によるものである、請求項１または２記載の無機シンチレータ。
【請求項４】
空間群Ｃ２／ｃの単斜晶に属する結晶である、請求項１〜３のいずれか一項記載の無機シンチレータ。
【請求項５】
単結晶である、請求項１〜４のいずれか一項記載の無機シンチレータ。
【請求項６】
下記式（６）で表される条件を満たす、請求項１〜５のいずれか一項記載の無機シンチレータ。
０．０２≦ｘ≦０．１      （６）
【請求項７】
式（１）中のＬｎがＧｄ及びＬｕである、請求項１〜６のいずれか一項記載の無機シンチレータ。
【請求項８】
Ｇｄのモル分率の値がＬｕのモル分率の値以上である、請求項７記載の無機シンチレータ。
【請求項９】
式（１）中のＬｎがＹ及びＬｕである、請求項１〜６のいずれか一項記載の無機シンチレータ。
【請求項１０】
Ｙのモル分率の値がＬｕのモル分率の値以上である、請求項９記載の無機シンチレータ。
【請求項１１】
式（１）中のＬｎがＹ、Ｇｄ及びＬｕである、請求項１〜６のいずれか一項記載の無機シンチレータ。
【請求項１２】
Ｙ及びＧｄのモル分率の値の合計がＬｕのモル分率の値以上である、請求項１１記載の無機シンチレータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項記載の無機シンチレータとフォトダイオードとを組み合わせたものである、放射線検出器。
【請求項１４】
請求項１３記載の放射線検出器を備える、ＰＥＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機シンチレータ、並びにこれを用いた放射線検出器及びＰＥＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽電子放出核種断層撮像装置（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下、「ＰＥＴ」という）では、これに搭載されるシンチレータの光学特性（波長変換特性等）が装置全体の撮像性能に与える影響は極めて大きいため、シンチレータの光学特性を向上させることが装置全体の撮像性能を向上させる上で最も重要なポイントの一つとなっている。そのため、優れた光学特性を有するシンチレータを構成可能なシンチレータ材料の探索や、そのシンチレータを実用化するための結晶育成技術等の製造技術の開発が精力的に進められている。
【０００３】
ところで、ＰＥＴを用いた検査は、治療前の腫瘍悪性度診断、癌の浸潤範囲や転移病巣の検出などによる臨床病期の診断、治療中・治療直後の癌治療に対する反応の判定・評価、治療後の予後予測や再発診断など、癌診断について精度の高い情報を提供すると期待され、癌臨床への応用が広まっている。しかし、癌浸潤範囲の正確な診断という観点では、ＰＥＴにより得られる画像のみでは生体臓器や組織の正確な位置情報が得にくいという欠点がある。
【０００４】
一方、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置は、生体の解剖学的な詳細情報を正確に描出でき、医療分野において広く利用されているが、ＰＥＴのような代謝機能に関する解析能は備わっていない。このＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置との互いの欠点を補い、両者の優れた特徴を利用した新しい癌診断法が切望されている。
【０００５】
近年、ＰＥＴ画像による代謝機能情報とＸ線ＣＴ画像による解剖学的位置情報とを同時期に収集し、両画像の重ね合わせによる診断を可能としたＣＴ付ＰＥＴ装置（ＰＥＴ−ＣＴ）が開発された。また、ＰＥＴ画像による代謝機能情報とＭＲＩ画像による解剖学的位置情報とを同時期に収集し、両画像の重ね合わせによる診断を可能としたＭＲＩ付ＰＥＴ装置が検討されている。
【０００６】
しかし、ＭＲＩは強力な磁場を使用するため、従来のＰＥＴ装置に用いられてきた光電子増倍管が使用できない。すなわち、光電子増倍管は、シンチレータに放射線が入射した際に発せられる蛍光を電気信号へと変換するものであるが、光電子増倍管はその構造上、強力な磁場が存在する環境下では使用できない。これに対し、磁場の影響を受けず、シンチレータから発せられる蛍光を電気信号に変換可能な素子として、フォトダイオードがある。
【０００７】
光電子増倍管とシンチレータを組合わせた放射線検出器において、光電子増倍管の電気信号への変換効率の最も高い蛍光波長が４１５ｎｍ程度であるため、蛍光強度スペクトルのピーク波長が４１５ｎｍ程度のシンチレータが用いられている（例えば、下記特許文献１）。ところが、フォトダイオードの変換効率が高い波長領域は４５０〜６００ｎｍであるため、フォトダイオードと組合わせて放射線検出器を構成するシンチレータとして、フォトダイオードの変換効率が高い波長領域に蛍光強度のピーク波長があるものが望まれている。
【０００８】
蛍光強度のピーク波長がフォトダイオードの変換効率が高い、４５０〜６００ｎｍの波長領域にあるシンチレータとして、例えば、下記特許文献２には、少なくともＧｄ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｏ元素から構成された酸化物で結晶構造がガーネット構造である酸化物蛍光体が記載されている。
【特許文献１】特公平７−７８２１５号公報
【特許文献２】特開２００１−４７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＰＥＴに搭載されるシンチレータの光学特性として、蛍光出力が高いことや蛍光減衰時間が短いことが要求される。検査時間を短くし、ＰＥＴを用いた検査の対象となる被検体の負担を軽減する観点、及び、複数の蛍光が重なり合う現象、いわゆるパイルアップを防止して高い時間分解能を有する放射線検出器を構成する観点から、特に蛍光減衰時間が短いシンチレータが求められている。しかしながら、特許文献２に記載されているような酸化物蛍光体は、蛍光減衰時間が長く、ＰＥＴに搭載して用いるためには改善の余地がある。
【００１０】
そこで、本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、高蛍光出力であるとともにフォトダイオードの変換効率が高い４５０〜６００ｎｍの波長領域に蛍光強度のピーク波長を有する無機シンチレータ、並びに、当該無機シンチレータを用いた放射線検出器及びＰＥＴ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の無機シンチレータは、下記式（１）〜（５）で表される化学組成を有し、放射線の入射により蛍光を発する無機シンチレータであって、前記蛍光の強度スペクトルにおいて最大ピーク波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲であるピークを有する。
ＣｅｘＬｎｙＳｉｚＯｕ        （１）
０．００１≦ｘ≦０．１      （２）
１．９≦ｙ≦２．１          （３）
０．９≦ｚ≦１．１          （４）
４．９≦ｕ≦５．１          （５）
ここで、式（１）中、ＬｎはＹ、Ｇｄ及びＬｕより選択される少なくとも２種の元素を示す。
【００１２】
本発明の無機シンチレータによれば、上記式（１）〜（５）のすべてを満たす化学組成とすることによって、放射線の入射により発せられる蛍光の強度スペクトルのピーク波長を４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の領域に生じさせることができる。このため、フォトダイオードによって高い変換効率にて蛍光が電気信号へと変換される。高い変換効率が得られる理由は、フォトダイオードの変換効率が高い波長領域（４５０〜６００ｎｍ）と無機シンチレータから発せられる蛍光のピーク波長の存在領域とが一致するためである。
【００１３】
本発明の無機シンチレータにおいて、蛍光の強度スペクトルのピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることが好ましい。フォトダイオードは波長が５００〜５５０ｎｍである蛍光の変換効率が特に高いためである。
【００１４】
また、本発明の無機シンチレータは、蛍光が主として酸素６配位のセリウム原子によるものであることが好ましく、空間群Ｃ２／ｃの単斜晶に属する結晶であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のシンチレータは、その結晶状態が単結晶であることが好ましい。結晶状態が単結晶であると、優れたシンチレーション特性をより確実に得ることが可能となるためである。
【００１６】
また、本発明の無機シンチレータにおいて、上記式（１）中のｘが下記式（６）で表される条件を満たすことが好ましい。
０．０２≦ｘ≦０．１      （６）
【００１７】
Ｃｅの含有量を規定するｘが上記式（６）を満たすものであると酸素６配位のＣｅ原子の数が増大する。これにより、放射線の入射により出力する蛍光の強度スペクトルのピーク波長をより長いものにすることができる。このため、より確実にピーク波長を４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内とすることができる。
【００１８】
本発明の無機シンチレータにおいて、上記式（１）中のＬｎがＧｄ及びＬｕであってもよい。結晶構造中の酸素６配位の位置において、この位置を占めているＬｎのイオン半径が大きいほど、Ｃｅが酸素６配位のＬｎを置換しやすくなる。このため、Ｙ、Ｇｄ及びＬｕから少なくとも２種選ばれるＬｎとしては、イオン半径の大きい元素を多く含んでいることが好ましい。すなわち、Ｇｄのモル分率の値がＬｕのモル分率の値以上であることが好ましい。なお、Ｙ、Ｇｄ及びＬｕのイオン半径（６配位）の大きさはＧｄ＞Ｙ＞Ｌｕの順である。
【００１９】
また、本発明の無機シンチレータにおいて、上記式（１）中のＬｎがＹ及びＬｕであってもよい。この場合、上記と同様の理由からＹのモル分率の値がＬｕのモル分率の値以上であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の無機シンチレータにおいて、上記式（１）中のＬｎがＹ、Ｇｄ及びＬｕであってもよい。この場合、上記と同様の理由からＹ及びＧｄのモル分率の値の合計がＬｕのモル分率の値以上であることが好ましい。
【００２１】
式（１）中のＬｎで表される元素の一つとしてＧｄを用いる場合、より確実にピーク波長を４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内とするには、Ｌｎを構成する元素のモル分率に関する上述の条件を満たすことに加え、Ｌｎの総モル数を基準として、Ｇｄのモル分率が９０モル％未満となるようにＧｄを含有させればよい。これにより、シンチレータの結晶構造を空間群Ｃ２／ｃに属するものにすることができ、酸素６配位のＣｅ原子の数を十分に確保することができる。
【００２２】
本発明の放射線検出器は、上記本発明の無機シンチレータとフォトダイオードとを組み合わせたものである。本発明の放射線検出器によれば、本発明の無機シンチレータから発せられる蛍光の強度スペクトル波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であるため、フォトダイオードによって高い変換効率にて蛍光が電気信号へと変換される。このため、高精度に放射線が検出される。また、無機シンチレータから発せられた蛍光を電気信号に変換する素子としてフォトダイオードが用いられているため、本発明の放射線検出器は強力な磁場が存在する環境下であっても使用することができる。
【００２３】
本発明のＰＥＴ装置は、上記本発明の放射線検出器を備えるものである。本発明のＰＥＴ装置によれば、本発明の無機シンチレータより発せられる蛍光の強度スペクトル波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。このため、フォトダイオードによって高い変換効率にて蛍光が電気信号へと変換される。よって、高精度に放射線が検出される。また、無機シンチレータから発せられた蛍光を電気信号に変換する素子としてフォトダイオードが用いられている。フォトダイオードは強力な磁場が存在する環境下であっても使用することができるため、ＭＲＩ装置と本発明のＰＥＴ装置とを組み合わせてＭＲＩ付ＰＥＴ装置を構成することができる。このためＰＥＴ画像による代謝機能情報とＭＲＩ画像による解剖学的位置情報とを同時期に収集し、両画像の重ね合わせによる診断が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高蛍光出力であるとともにフォトダイオードの変換効率が高い４５０〜６００ｎｍの波長領域に蛍光強度のピーク波長を有する無機シンチレータ、並びに、当該無機シンチレータを用いた放射線検出器及びＰＥＴ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００２６】
本発明の好適な実施形態に係る無機シンチレータは、下記式（１）〜（５）で表される化学組成を有し、放射線の入射により蛍光を発する無機シンチレータであって、蛍光の強度スペクトルにおいて最大ピーク波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲であるピークを有する。
ＣｅｘＬｎｙＳｉｚＯｕ        （１）
０．００１≦ｘ≦０．１      （２）
１．９≦ｙ≦２．１          （３）
０．９≦ｚ≦１．１          （４）
４．９≦ｕ≦５．１          （５）
ここで、式（１）中、ＬｎはＹ、Ｇｄ及びＬｕより選択される少なくとも２種の元素を示す。
【００２７】
本発明者らは、Ｃｅが実質的に酸素７配位のＬｎのみを置換している無機シンチレータであるＧＳＯ（ＣｅｘＧｄ２−ｘＳｉＯ５）では、その蛍光の強度スペクトルのピーク波長が約４１５ｎｍ程度と短いものになることを見出した。さらに、例えば過剰のＣｅを空間群Ｃ２／ｃに属する結晶構造中に加える等の方法により、Ｃｅが酸素６配位のＬｎを置換すると、酸素６配位のＣｅからは強度スペクトルのピーク波長が４５０ｎｍ以上の蛍光が発せられることを見出した。これに基づき、蛍光の強度スペクトルのピーク波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である本発明の無機シンチレータを完成させた。この際、酸素７配位のＣｅも存在する。しかし、放射線の入射に伴う酸素７配位のＣｅからの出力は、酸素６配位のＣｅからの出力と比較するとエネルギーが高いため発光に寄与せず、該エネルギーは酸素６配位の位置に存在するＣｅに移動し、酸素６配位のＣｅの発光に寄与する。
【００２８】
このように本発明の無機シンチレータによれば、放射線の入射により強度スペクトルのピーク波長が４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である蛍光を発することができる。この波長領域の蛍光は、フォトダイオードによって高変換効率にて電気信号に変換される。
【００２９】
ＰＥＴに搭載されるシンチレータの光学特性としては、蛍光が上述したような特定の波長領域にピークを有すること以外に、高い蛍光出力や短い蛍光減衰時間が要求される。特に、無機シンチレータをＰＥＴ装置の検出器等に使用する際、その無機シンチレータから出力される蛍光の蛍光減衰時間は短い方が、エネルギーの時間分解能を向上できるので望ましい。なお、本発明でいう蛍光減衰時間は、蛍光寿命と同義である。
【００３０】
シンチレータの蛍光減衰時間が長いと、そのシンチレータに放射線が入射して出力される蛍光が消滅しないうちに、次の放射線が入射してそれに対応する蛍光が出力される。こうなると、それら２つの放射線を分離して検出できなくなる。すなわち、時間分解能が低下する。このような現象をパイルアップという。このパイルアップを防ぐためには、ＰＥＴ装置の検出器に搭載される電子回路で、そのシンチレータから出力される残光成分や出力が遅い蛍光成分（第２蛍光成分）をカットすることもできる。しかしながら、電子回路による蛍光成分のカットは、検出効率を低下させる原因となる。
【００３１】
本発明のシンチレータによれば、シンチレータから発せられる蛍光の蛍光減衰時間を十分に短くすることができる。蛍光減衰時間を十分に短くすることができる主因は未だ十分に解明されていないが、本発明者らは発せられる蛍光の蛍光減衰時間が一般に短いＣｅ元素を使用していること、並びに、シンチレータの結晶構造に由来していると考えている。これにより、本発明のシンチレータでは蛍光減衰時間を約７０ｎｓとすることができ、パイルアップを防止することも可能となり、更に時間分解能を向上させることができる。これに対し、特開２００１−４７５３号公報に記載の結晶構造がガーネット構造であるシンチレータのように、蛍光を発する元素がＣｅであっても結晶構造によっては蛍光減衰時間が長くなる。特開２００１−４７５３号公報に記載のガーネット構造のシンチレータでは蛍光減衰時間が約３μｓであることに加え、残光が３０ｍｓ程度まであるため、ＰＥＴ用のシンチレータとして使用するには改善の余地がある。
【００３２】
なお、本明細書において、「放射線」とは、原子、分子をイオン化させるのに十分なエネルギーをもった粒子線（α線、β線、γ線、Ｘ線等）を示す。
【００３３】
次に、本発明の無機シンチレータの製造方法の好適な実施形態（金属酸化物の単結晶として希土類珪酸塩単結晶を得る場合の製造方法の一例）について説明する。
【００３４】
本実施形態の無機シンチレータの製造方法は、Ｃｅ、Ｌｎ及びＳｉを含有する希土類珪酸塩単結晶である無機シンチレータの製造方法である。なお、ＬｎはＹ、Ｇｄ及びＬｕより選択される少なくとも２種の元素を示す。ここで説明する製造方法は溶融法に基づき無機シンチレータの原料を溶融状態とした溶融液を得る溶融工程と、その溶融液に種結晶の少なくとも一部を浸漬し、種結晶を浸漬した溶融液を冷却固化させることにより、種結晶の所定の結晶面に沿って結晶を育成して単結晶インゴットを得る冷却固化工程と、単結晶インゴットを所望の形状及び大きさに切り出す切断工程とを有するものである。
【００３５】
本実施形態の無機シンチレータをより確実に得る観点から、上記溶融工程における溶融法はチョクラルスキー法であることが好ましい。更に、この場合、図１に示す構成を有する引き上げ装置１０を用いて溶融工程及び冷却固化工程における作業を行うことが好ましい。
【００３６】
図１は本実施形態の無機シンチレータを製造するための製造装置の基本構成の一例を示す模式断面図である。
【００３７】
図１に示す引き上げ装置１０は、高周波誘導加熱炉（２ゾーン加熱育成炉）１４を有している。この高周波誘導加熱炉１４は先に述べた溶融工程及び冷却固化工程における作業を連続的に行うためのものである。
【００３８】
この高周波誘導加熱炉１４は耐火性を有する側壁が筒状の有底容器である。有底容器の形状自体は公知のチョクラルスキー法に基づく単結晶製造に使用されるものと同様である。この高周波誘導加熱炉１４の底部の外側面には高周波誘導コイル１５が巻回されている。そして、高周波誘導加熱炉１４の内部の底面上には、るつぼ１７（例えば、Ｉｒ（イリジウム）製のるつぼ）が配置されている。このるつぼ１７は、高周波誘導加熱ヒータを兼ねている。そして、るつぼ１７中に、無機シンチレータの原料を投入し、高周波誘導コイル１５に高周波誘導をかけると、るつぼ１７が加熱され、無機シンチレータの構成材料からなる溶融液１８（融液）が得られる。
【００３９】
また、高周波誘導加熱炉１４の溶融液１８に接触しない上部内壁面には、ヒータ１３（抵抗加熱ヒータ）が更に配置されている。このヒータはその加熱出力を高周波誘導コイル１５に対して独立に制御することが可能となっている。
【００４０】
高周波誘導加熱炉１４の底部中央には、高周波誘導加熱炉１４の内部から外部へ貫通する開口部（図示せず）が設けられている。そして、この開口部を通じて、高周波誘導加熱炉１４の外部からるつぼ支持棒１６が挿入されている。るつぼ支持棒１６の先端はるつぼ１７の底部に接続されている。このるつぼ支持棒１６を回転させることにより、高周波誘導加熱炉１４中において、るつぼ１７を回転させることができる。開口部とるつぼ支持棒１６との間には、パッキンなどによりシールされている。
【００４１】
次に、引き上げ装置１０を用いたより具体的な製造方法について説明する。
【００４２】
まず、溶融工程では、るつぼ１７中に、無機シンチレータの単結晶の原料を投入し、高周波誘導コイル１５に高周波誘導をかけることにより、無機シンチレータの構成材料からなる溶融液１８（融液）を得る。単結晶の原料としては、例えば、単結晶を構成する希土類元素やＳｉの単独酸化物などを用いることができる。
【００４３】
次に、冷却固化工程において溶融液を冷却固化させることにより、円柱状の無機シンチレータの単結晶インゴット１を得る。より具体的には、後述する育成工程と、冷却工程の２つの工程に分けて作業が進行する。
【００４４】
まず、育成工程では、高周波誘導加熱炉１４の上部から、種結晶２を下部先端に固定した引き上げ棒１２を溶融液１８中に浸漬する。次いで、引き上げ棒１２を引き上げながら、無機シンチレータの単結晶インゴット１を形成する。このとき、育成工程では、ヒータ１３の加熱出力を調節し、溶融液１８から引き上げられる無機シンチレータの単結晶インゴット１を、その断面が所定の直径となるまで育成する。
【００４５】
空間群Ｃ２／ｃに属する単結晶をより確実に得る観点から、単結晶インゴット１の核となる種結晶は、空間群Ｃ２／ｃに属する単結晶であると好ましい。具体的には、その単結晶が希土類珪酸塩単結晶であるとより好ましく、希土類元素としてＬｕ、Ｇｄ及びＹのいずれかを含有すると更に好ましい。したがって、Ｌｕ及びＧｄを含有する希土類珪酸塩、Ｙを含有する希土類珪酸塩、Ｌｕを含有しＧｄを本質的に含有しない（すなわち、不可避的不純物としてのＧｄを含有してもよい）希土類珪酸塩などを含むものを用いることができる。これらのなかでも、Ｌｕ及びＧｄを含有する希土類珪酸塩からなる単結晶を種結晶として用いると、上述の無機シンチレータを特に確実に作製可能となる。
【００４６】
次に、冷却工程ではヒータの加熱出力を調節し、育成工程後に得られる育成後の単結晶インゴット（図示せず）を冷却する。
【００４７】
ここで、上記溶融工程及び冷却固化工程の作業中に、高周波誘導加熱炉１４内の気相を、下記式（７）で表される条件を満たす不活性ガスを主成分とする混合ガスで満たしておくことが好ましい。単結晶のクラックの発生を十分に防止して、無機シンチレータの単結晶をより確実に製造するためである。
１００×｛Ｇ／（Ｅ＋Ｇ）｝≦２．０（％）・・・（７）
【００４８】
式（７）中、Ｅは混合ガス中の不活性ガスの分圧を示し、Ｇは混合ガス中の酸素ガスの分圧を示す。なお、本発明において、「不活性ガス」とは、希ガス及び窒素ガスを示す。
【００４９】
｛Ｇ／（Ｅ＋Ｇ）｝の値が２．０％を超えると、結晶に着色が発生し、シンチレータ性能が低下する傾向が大きくなる。｛Ｇ／（Ｅ＋Ｇ）｝の値が４．０％を超えると、るつぼの構成材料にＩｒを使用した場合には、この構成材料の蒸発が激しく進行するようになり、結晶の育成が困難になる。
【００５０】
次に、切断工程において、無機シンチレータの単結晶インゴット１を、所望の形状及び大きさに切り出し、無機シンチレータの単結晶を得る。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の無機シンチレータは、固体状態が多結晶であってもよい。本発明の無機シンチレータが多結晶である場合、従来の多結晶シンチレータと同様に、ゾル−ゲル法などの製造方法により得ることができる。
【実施例１】
【００５２】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
図１に示すものと同様の形状を有し、直径１１０ｍｍ、高さ１００ｍｍ、厚み２．５ｍｍのＩｒ製るつぼの中に、原料として、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３、純度９９．９９質量％）３６００．６４ｇ、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３、純度９９．９９質量％）１０００．６４ｇ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、純度９９．９９質量％）７５５．４４ｇ、酸化セリウム（ＣｅＯ２、純度９９．９９質量％）４３．２８ｇを投入し、これらの混合物５４００．００ｇを得た。次に、そのるつぼを高周波誘導加熱炉内の所定位置に配置し、１９５０℃以上に加熱し融解して溶融液（溶融液の化学組成：Ｃｅ０．０２Ｌｕ０．４Ｇｄ１．５８ＳｉＯ５）を得た。
【００５４】
続いて、種結晶を先端に固定した引き上げ棒の当該先端を溶融液中に入れ種付けを行った。種結晶として、通常の結晶育成法で得られたＬｕ、Ｇｄ、Ｃｅ及びＳｉを含む金属酸化物からなる単結晶を切り出したものを用いた。なお、粉末Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：「ＲＡＤ」）により、種結晶の結晶構造が空間群Ｃ２／ｃの単斜晶に属するものであることを確認した。
【００５５】
次いで、引上げ速度３〜１０ｍｍ／ｈの速度でネック径８ｍｍφの単結晶インゴットを引き上げてネック部を形成した。その後、コーン部（直胴部）の引上げを行い、直径が２５ｍｍφになった時点より、直胴部の引き上げを開始した（育成工程）。この際の炉内の雰囲気は、酸素濃度を０．５体積％とするよう、炉内への窒素の流入量と酸素の流入量とを調整した。
【００５６】
直胴部を育成した後、単結晶インゴットを溶融液から切り離した。次いで、炉内の雰囲気を、単結晶育成時よりも酸素分圧の低い（酸素をほとんど含まない）雰囲気に調整し、更に炉内温度を１９００℃に設定した。そして、炉内温度を１９００℃でほぼ一定に維持しながら、単結晶インゴットの加熱処理を２４時間行った（加熱工程）。
【００５７】
その後、炉内を加熱工程の際と同様の雰囲気に維持した状態で、５０℃／ｈの速度で炉内を降温しながら、単結晶インゴットを冷却した（冷却工程）。冷却終了後、得られた単結晶を取り出した。得られた単結晶インゴットは、結晶質量約２４９５ｇであった。
【００５８】
次いで、得られた単結晶底部を一部切り出し、粉末状に加工した。続いて、得られた粉末を、シリコン粉末標準サンプルと混合し、粉末Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：「ＲＡＤ」）を用いて、結晶構造を同定した。その結果、実施例１に係る単結晶は空間群Ｃ２／ｃに属するものであることが確認された。
【００５９】
次に、得られた単結晶インゴットから、４ｍｍ×６ｍｍ×２０ｍｍの大きさを有する略直方体のサンプル（無機シンチレータの単結晶）を切り出した（切断工程）。切り出しには内周刃切断機を用い、内周刃切断機の刃は、＃３２５〜４００の天然ダイヤモンドを電着したものを用いた。
【００６０】
［蛍光スペクトルの測定］
サンプル（略直方体）の蛍光スペクトルを分光蛍光光度計（日立製作所製、型式Ｆ−４５００）を用いて測定した。蛍光強度が最大となる励起波長は３９２ｎｍであった。そこで、蛍光強度が最大となる励起波長３９２ｎｍで励起した際に発生した蛍光スペクトルを測定した。結果を図２に示す。蛍光強度のピーク波長は５１０ｎｍであった。
【００６１】
［蛍光出力の測定］
上記サンプル（略直方体）の６つの面のうちの４ｍｍ×６ｍｍの大きさを有する面（以下、「放射線入射面」という。）の１つを除く残り５つの面に、反射材としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）テープを被覆した。次に、そのサンプルを、ＰＴＦＥテープを被覆していない上記放射線入射面を浜松ホトニクス社製光電子増倍管（Ｈ１９４９、商品名）のフォトマル面（光電変換面）に対向させるようにして、光学グリースを用いて固定し、無機シンチレータを得た。
【００６２】
そして、そのサンプルに対して１３７Ｃｓを用いた６１１ＫｅＶの放射線を照射し、その蛍光パルス出力の時間変化（経時変化）をテクトロニクス社製デジタルオシロスコープ（ＴＤＳ３０５２、商品名）を用いて測定した。得られた蛍光パルス出力の経時変化曲線から、蛍光出力を求めた。蛍光出力は、ＮａＩからなる無機シンチレータについて同様の測定をして得られた蛍光出力を１００とし、その蛍光出力に対する相対値として求めた。結果を表１に示す。
【００６３】
（比較例１）
図１に示すものと同様の形状を有し、直径１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚み３ｍｍのＩｒ製るつぼの中に、原料として、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３、純度９９．９９質量％）１１９５２ｇ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、純度９９．９９質量％）１９９０．９７ｇ、酸化セリウム（ＣｅＯ２、純度９９．９９質量％）５７．０３ｇを投入し、これらの混合物１４０００．００ｇを得た。次に、そのるつぼを高周波誘導加熱炉内の所定位置に配置し、１９５０℃以上に加熱し融解して溶融液（溶融液の化学組成：Ｃｅ０．０１Ｇｄ１．９９ＳｉＯ５）を得た。
【００６４】
続いて、種結晶を先端に固定した引き上げ棒の当該先端を溶融液中に入れ種付けを行った。種結晶として、通常の結晶育成法で得られたＧｄ、Ｃｅ及びＳｉとを含む金属酸化物からなる単結晶を切り出したものを用いた。結晶育成後、切り出し（切削）前に粉末Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：「ＲＡＤ」）を用いて、結晶構造を同定した。その結果、比較例１に係る単結晶は空間群Ｐ２１／ｃの単斜晶に属するものであることが確認された。
【００６５】
次いで、実施例１と同様にして略直方体のサンプル（無機シンチレータの単結晶）を切り出した。得られたサンプルを用いて、実施例１と同様にして、蛍光スペクトルを測定した。結果を図３に示す。また、蛍光出力の測定結果を表１に示す。
【００６６】
（比較例２）
図１に示すものと同様の形状を有し、直径１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚み３ｍｍのＩｒ製るつぼの中に、原料として、所定量の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３、純度９９．９９質量％）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３、純度９９．９９質量％）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、純度９９．９９質量％）及び酸化セリウム（ＣｅＯ２、純度９９．９９質量％）を投入し、これらの混合物を得た。次に、そのるつぼを高周波誘導加熱炉内の所定位置に配置し、１９５０℃以上に加熱し融解して溶融液（溶融液の化学組成：Ｃｅ０．００２Ｌｕ０．４Ｇｄ１．５９８ＳｉＯ５）を得た。
【００６７】
続いて、種結晶を先端に固定した引き上げ棒の当該先端を溶融液中に入れ種付けを行った。種結晶として、通常の結晶育成法で得られたＬｕ、Ｇｄ、Ｃｅ及びＳｉを含む金属酸化物からなる単結晶を切り出したものを用いた。結晶育成後、切り出し（切削）前に粉末Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：「ＲＡＤ」）を用いて、結晶構造を同定した。その結果、比較例２に係る単結晶は空間群Ｃ２／ｃに属するものであることが確認された。
【００６８】
次いで、実施例１と同様にして略直方体のサンプル（無機シンチレータの単結晶）を切り出した。得られたサンプルを用いて、実施例１と同様にして、蛍光スペクトルを測定した。蛍光強度のピーク波長及び蛍光出力を表２に示す。
【００６９】
（比較例３）
図１に示すものと同様の形状を有し、直径１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚み３ｍｍのＩｒ製るつぼの中に、原料として、所定量の酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３、純度９９．９９質量％）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、純度９９．９９質量％）及び酸化セリウム（ＣｅＯ２、純度９９．９９質量％）を投入し、これらの混合物を得た。次に、そのるつぼを高周波誘導加熱炉内の所定位置に配置し、１９５０℃以上に加熱し融解して溶融液（溶融液の化学組成：Ｃｅ０．０２Ｇｄ１．９８ＳｉＯ５）を得た。
【００７０】
続いて、種結晶を先端に固定した引き上げ棒の当該先端を溶融液中に入れ種付けを行った。種結晶として、通常の結晶育成法で得られたＧｄ、Ｃｅ及びＳｉを含む金属酸化物からなる単結晶を切り出したものを用いた。結晶育成後、切り出し（切削）前に粉末Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：「ＲＡＤ」）を用いて、結晶構造を同定した。その結果、比較例３に係る単結晶は空間群Ｐ２１／ｃに属するものであることが確認された。
【００７１】
次いで、実施例１と同様にして略直方体のサンプル（無機シンチレータの単結晶）を切り出した。得られたサンプルを用いて、実施例１と同様にして、蛍光スペクトルを測定した。蛍光強度のピーク波長及び蛍光出力を表２に示す。
【００７２】
（比較例４）
図１に示すものと同様の形状を有し、直径１５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚み３ｍｍのＩｒ製るつぼの中に、原料として、所定量の酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３、純度９９．９９質量％）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、純度９９．９９質量％）及び酸化セリウム（ＣｅＯ２、純度９９．９９質量％）を投入し、これらの混合物を得た。次に、そのるつぼを高周波誘導加熱炉内の所定位置に配置し、１９５０℃以上に加熱し融解して溶融液（溶融液の化学組成：Ｃｅ０．００２Ｌｕ１．９９８ＳｉＯ５）を得た。
【００７３】
続いて、種結晶を先端に固定した引き上げ棒の当該先端を溶融液中に入れ種付けを行った。種結晶として、通常の結晶育成法で得られたＬｕ、Ｃｅ及びＳｉを含む金属酸化物からなる単結晶を切り出したものを用いた。結晶育成後、切り出し（切削）前に粉末Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：「ＲＡＤ」）を用いて、結晶構造を同定した。その結果、比較例４に係る単結晶は空間群Ｐ２１／ｃに属するものであることが確認された。
【００７４】
次いで、実施例１と同様にして略直方体のサンプル（無機シンチレータの単結晶）を切り出した。得られたサンプルを用いて、実施例１と同様にして、蛍光スペクトルを測定した。蛍光強度のピーク波長及び蛍光出力を表２に示す。
【表１】
2007002226.tif 000002
【表２】
2007002226.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の無機シンチレータを製造するための製造装置の基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図２】実施例１で製造した無機シンチレータの蛍光スペクトルを示すグラフである。
【図３】比較例１で製造した無機シンチレータの蛍光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１…単結晶インゴット、２…種子結晶、１０…引き上げ装置、１２…引き上げ棒、１３…抵抗加熱ヒータ、１４…高周波誘導加熱炉（２ゾーン加熱育成炉）、１５…高周波誘導コイル、１６…るつぼ支持棒、１７…るつぼ、１８…溶融液（融液）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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