(57)【要約】【課題】放射線検出器に好適に適用できる、蛍光寿命の短いシンチレータ用ガーネット型結晶を提供する。【解決手段】本発明のシンチレータ用ガーネット型結晶は、一般式（Ｉ）：     Ｌｕ３−ｘ−ＹＰｒｘＹＹＡｌ５−ＺＧａＺＯ１２    （Ｉ）  （式（Ｉ）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０．３≦Ｙ≦３、１≦ｚ≦３である）で表される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ｉ）：
Ｌｕ３−ｘ−ｙＰｒｘＹｙＡｌ５−ｚＧａｚＯ１２    （Ｉ）
（式（Ｉ）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦３、１≦ｚ≦３である）
で表されるシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項２】
Ｐｒ３＋４ｆ５ｄ発光由来の蛍光成分が、２５ナノ秒以下の蛍光寿命を有する、請求項１に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項３】
１００ナノ秒を超える長寿命蛍光成分の発光量が、蛍光成分全体の発光量に対して４０％以下である、請求項１又は２に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項４】
発光量が、１８０００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上である、請求項１乃至３いずれか１項に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶から構成されるシンチレータと、前記シンチレータの発光を検出する受光器とを備える、放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータ用ガーネット型結晶、およびこれを用いる放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンチレータ単結晶はγ線、Ｘ線、α線、中性子線等を検出する放射線検出器に用いられ、このような放射線検出器は、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）装置やＸ線コンピュータ断層装置（ＣＴ装置）などの医療画像装置、高エネルギー物理分野における各種放射線計測装置、資源探査装置などに幅広く応用されている。一般に、放射線検出器は、γ線、Ｘ線、α線、中性子線を吸収し、シンチレーション光に変換するシンチレータと、シンチレータ光を受光し、電気信号等に変換する受光素子から構成される。例えば、高エネルギー物理やＰＥＴイメージングシステムでは、シンチレータと、核崩壊によって発生する放射線との衝突に基づいて画像が作成される。また、陽電子放射断層撮影法において、被検体内の陽電子（ポジトロン）と対応する電子との相互作用から生じるガンマ線がシンチレータの中へ入って、光検出器によって検出することのできるフォトンに変換される。例えば、被検体内の特定の位置から放出されたフォトンはフォトダイオード（ＰＤ）、シリコンフォトマルチプライヤー（Ｓｉ−ＰＭ）、もしくは光電子増倍管（ＰＭＴ）、または他の光検出器を使用して、検出することができる。
【０００３】
そこで、これらの放射線検出器に適するシンチレータには、検出効率の点から密度が高く原子番号が大きいこと（光電吸収比が高いこと）、高速応答の必要性や高エネルギー分解能の点から発光量が多く、蛍光寿命（蛍光減衰時間）が短いことが望まれる。
【０００４】
現在、各種放射線検出器へ応用される好ましいシンチレータとして、ガーネット構造を有するシンチレータがある。ガーネット構造を有するシンチレータは、化学的に安定で、劈開性や潮解性が無く、加工性に優れるという利点がある。例えば、特許文献１、非特許文献２に記載の、Ｐｒ３＋の４ｆ５ｄ準位からの発光を利用するガーネット構造を持つシンチレータは、蛍光寿命が４０ｎｓ程度以下と短い。例えば、Ｐｒ添加Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２（Ｐｒ：ＬｕＡＧ）では、発光量１９０００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ程度、蛍光寿命２０ｎｓ程度、密度６．７ｇ／ｃｍ３と優れた特性を示す。また、非特許文献２ではＰｒ：ＬｕＡＧのＡｌサイトにＧａを置換することで欠陥を低減し、長寿命発光成分を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０４９２８４号パンフレット
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｗｉｎｉｃｊｕｓｚ  Ｄｒｏｚｄｏｗｓｋｉ，Ｐｉｅｔｅｒ  Ｄｏｒｅｎｂｏｓ，Ｊｏｈａｎ  Ｔ．Ｍ．ｄｅ  Ｈａａｓ，Ｒｅｎａｔａ  Ｄｒｏｚｄｏｗｓｋａ，Ａｌａｎ  Ｏｗｅｎｓ，Ｋｅｉ  Ｋａｍａｄａ，Ｋｏｕｓｕｋｅ  Ｔｓｕｔｓｕｍｉ，Ｙｏｓｈｉｙｕｋｉ  Ｕｓｕｋｉ，Ｔａｋａｙｕｋｉ  Ｙａｎａｇｉｄａ，ａｎｄ  Ａｋｉｒａ  Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＮＵＣＬＥＡＲ  ＳＣＩＥＮＣＥ，ＶＯＬ．５５，ＮＯ．４，（２００８）２４２０−２４２４
【非特許文献２】Ｈ．Ｏｇｉｎｏ，Ｋ．Ｋａｍａｄａ  ａｎｄ  Ａ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，ｅｔ  Ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｎｕｃｌ．Ｓｃｉ．，５５（２００８）１１９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の知見によれば、特許文献１の技術では、２０ｎｓ程度の早い蛍光寿命成分と同時に、１００ｎｓ以上の長寿命発光成分が全発光量に対し７０％以上の割合で存在するという問題が明らかとなった。
【０００８】
非特許文献１に記載の技術では、Ｐｒ：ＬｕＡＧのＡｌサイトにＧａを置換することで欠陥を低減し、当該の長寿命発光成分を低減できるものの、発光量が減少するという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放射線検出器に好適に適用できる、高発光量かつ蛍光寿命が短く、長寿命発光成分の少ないシンチレータ用ガーネット型結晶を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明によれば、
一般式（１）：
Ｌｕ３−ｘ−ＹＰｒｘＹｙＡｌ５−ｚＧａｚＯ１２    （Ｉ）
（式（Ｉ）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０.３≦ｙ≦３、１≦ｚ≦３である）
で表されるシンチレータ用ガーネット型結晶が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、上記のシンチレータ用ガーネット型結晶から構成されるシンチレータと、前記シンチレータの発光を検出する受光器とを備える、放射線検出器が提供される。
【００１２】
本発明によれば、Ｐｒを発光元素とし、ＡｌとＯとを必須成分とし、かつ、Ｇａを含むガーネット型結晶に、ＹあるいはＬｕを含ませたことにより、エネルギーバンド構造が最適化され、Ｐｒ３＋の４ｆ５ｄ発光が促進され、結果として蛍光寿命が短くなり、長寿命発光成分が減少するとともに、発光量が高くなる。したがって、放射線検出器に好適に適用できる、蛍光寿命が短く、高発光量かつ長寿命発光成分の少ないシンチレータ用ガーネット型結晶が実現可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、放射線検出器に好適に適用できる、高発光量かつ蛍光寿命が短く、長寿命発光成分の少ない、シンチレータ用ガーネット型結晶が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のシンチレータ用ガーネット型結晶をγ線励起させたときの発光量及び蛍光減衰時間を測定する装置の一例を説明する図である。
【図２】本発明のシンチレータ用ガーネット型結晶をγ線励起させたときに発光量が高くなり、発光する蛍光寿命が短寿命であり、かつ、長寿命成分が低減する原理を説明する図である。
【図３】マイクロ引下げ法で作製したＬｕ１．９７Ｐｒ０．０３Ｙ１Ａｌ４Ｇａ１Ｏ１２結晶及びＬｕ１．９７Ｐｒ０．０３Ｙ１Ａｌ３Ｇａ２Ｏ１２結晶の発光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係るシンチレータ用ガーネット型結晶は、以下の
一般式（Ｉ）で表される。
Ｌｕ３−ｘ−ＹＰｒｘＹｙＡｌ５−ｚＧａｚＯ１２    （Ｉ）
（式（Ｉ）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０.３≦ｙ≦３、１≦ｚ≦３である。）
【００１６】
上記式（Ｉ）で表されるシンチレータ用ガーネット型結晶において、Ｐｒの濃度ｘは、０．０００１≦ｘ≦０．１５であり、好ましくは、０．００１≦ｘ≦０．１０であり、より好ましくは、０．０１５≦ｘ≦０．０９である。このように、一般式（Ｉ）において好適なＰｒの値をとることで、Ｐｒ３＋の４ｆ５ｄ準位からの発光が促進され、結果として蛍光寿命が短くなり、長寿命発光成分が減少するとともに、発光量が高くなる。
【００１７】
上記式（Ｉ）で表されるシンチレータ用ガーネット型結晶において、Ｇａの濃度ｚは、１≦ｚ≦３であり、より好ましいｚの範囲は、１≦ｚ≦２．５である。
このように、一般式（Ｉ）において好適なＹ，Ｇａをとることで、蛍光寿命が短くなり、長寿命発光成分が減少するとともに、発光量が高くなる。
【００１８】
また、上記式（Ｉ）で表されるガーネット型結晶の発光量は、１８０００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上で得ることができ、より好ましくは、２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上で得ることができる。
本発明において、発光量とは、φ３×２ｍｍサイズの結晶を２５℃で測定したものをいい、例えば、図１のような測定装置を用いて測定することができる。この測定装置では、暗箱１０内に、Ｃｓ１３７γ線源１１と、測定サンプルであるシンチレータ１２と、光電子増倍管１４とが備えられている。シンチレータ１２は、光電子増倍管１４に、テフロンテープ１３を用いて物理的に固着されるとともに、光学接着剤等により光学接着されている。そして、Ｃｓ１３７γ線源１１から、６２２ｋｅＶのγ線をシンチレータ１２に照射し、光電子増倍管１４より出力される、パルス信号を前置増幅器１５、波形整形増幅器１６へと入力し、増幅・波形整形し、さらにマルチチャンネルアナライザ１７へと入力し、パーソナルコンピュータ１８を用いてＣｓ１３７γ線励起のエネルギースペクトルを取得する。得られたエネルギースペクトル中の光電吸収ピークの位置を既知のシンチレータであるＣｅ：ＬＹＳＯ（発光量：３００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）と比較し、光電子増倍管１４の波長感度をそれぞれ考慮し、発光量を最終的に算出する。
この測定方法では、シンチレーションカウンティング法による発光量を測定しており、放射線に対する光電変換効率を求めることができる。そのため、シンチレータが持つ固有の発光量を測定することができる。
【００１９】
上記式（Ｉ）で表されるガーネット型結晶は、０.３≦ｙ≦３、１≦ｚ≦３であるため、γ線励起による蛍光発光の蛍光寿命（蛍光減衰時間）を２５ナノ秒以下、好ましくは、２２ナノ秒以下、より好ましくは、２０ナノ秒以下にすることができる。また、このガーネット型結晶は、０.３≦ｙ≦３、１≦ｚ≦３であるため、長寿命成分も顕著に低減することができ、例えば、蛍光寿命が１００ナノ秒を超える長寿命成分の発光量を、蛍光成分全体の発光量に対して４０％以下にすることができるが、好ましくは１０％以下にすることができ、蛍光寿命が１００ナノ秒を超える長寿命成分を有しないことが特に好ましい。
【００２０】
１≦ｚであること、即ち、Ｇａが１以上の場合に、蛍光寿命を短くでき、かつ、長寿命成分を低減でき、発光量が高くできる理由は、以下のように推察することができる。
一般的にガーネット型結晶は化学式Ｃ３Ａ２Ｄ３Ｏ１２で表される立方晶の結晶構造を有し、図２のような模式図で示される。ここでＣはドデカヘドラル（DodechahedrＡｌ）サイト、Ａはオクタヘドラル（OctahedrＡｌ）サイト、Ｄはテトラヘドラル（TetrahedrＡｌ）サイトで、各サイトがＯ２−イオンで囲まれている。例えば、Ｌｕ、Ａｌ、Ｏから構成されるルテチウムアルミニウムガーネットではＬｕ３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２のように表記される。より一般的にはＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２と簡易的に表記され、Ｌｕがドデカヘドラルサイトに、Ａｌはオクタヘドラル及びテトラヘドラルサイトに配置することが知られている。ここで、例えばＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２におけるＡｌのサイトにＧａを置換した場合には、Ｇａはオクタヘドラル及びテトラヘドラルサイトにランダムに置換されることが知られている。また、Ｙ，Ｌｕ，Ｙｂ、Ｇｄといった希土類元素をＬｕのサイトに置換した場合には、ドデカヘドラルサイトに置換されることが知られている。例えば、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２におけるＡｌのサイトにＧａを置換した場合，結晶格子が変化し、格子定数はＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２で１１．９０Å、Ｌｕ３Ｇａ５Ｏ１２で１２．１８Åといったように変化する。このように、ＡｌのサイトへのＧａ置換により、結晶格子が変化すると、結晶場が変化し、エネルギーバンド構造も変化することになる。Ｇａ濃度が増加するとバンドギャップが小さくなり、かつＰｒ３＋の５ｄ１準位が伝導体により近接する。また、Ｙ濃度が増加するとＰｒ３＋の５ｄ１準位が伝導体から離れる。
上記一般式（Ｉ）で表されるガーネット型結晶では、最適なＹおよびＧａ置換量をとることで、エネルギーバンド構造が最適化され、Ｐｒ３＋の４ｆ５ｄのエネルギー準位からの発光が促進され発光量が高くなる。さらに、蛍光寿命が短寿命化され、かつ長寿命成分が低減するものと考えられる。
【００２１】
本発明において、γ線励起による蛍光発光の蛍光減衰時間は、例えば、上述の図１で示す測定装置を用いて測定することができる。具体的には、Ｃｓ１３７γ線源１１からγ線をシンチレータ１２に照射し、デジタルオシロスコープ１９を用いて、光電子増倍管１４より出力されるパルス信号を取得し、蛍光減衰成分を解析することで、各蛍光減衰成分の蛍光減衰時間、及び、蛍光寿命成分全体の発光量に対する各蛍光減衰成分の発光量の割合を算出することができる。
【００２２】
具体的には図１で示す測定装置を用いて測定された電圧パルス信号の蛍光寿命成分に対して、下記式（II）の関数を用いて非線形回帰曲線を描いた場合に、実測値との相関係数Ｒの２乗値が０．９８以上とする。
Ｉ（ｔ）＝Ａ１＊ｅｘｐ（−ｔ／ｔ１）＋Ａ２＊ｅｘｐ（−ｔ／ｔ２）＋ｙ０  （II）
〔式中、ｔは時間、Ａ１は蛍光寿命の第一成分の強度、ｔ１は第一成分の寿命、Ａ２は蛍光寿命の第二成分の強度、ｔ２は第二成分の寿命、ｙ０はバックグランド値である。〕
蛍光寿命の第一成分の発光量はＡ１＊ｔ１、蛍光寿命の第二成分の発光量はＡ２＊ｔ２であらわされ、蛍光成分全体の発光量はＡ１＊ｔ１＋Ａ２＊ｔ２であらわされる。
【００２３】
本発明のガーネット型結晶は、ガンマ線により励起されて発する蛍光波長が２００〜３５０ｎｍ、好ましくは２００〜３２０ｎｍであると、高速応答の放射線検出の用途に好適に用いることができる。
【００２４】
つづいて、本発明のガーネット型結晶の製造方法について、以下に説明する。いずれの組成の結晶の製造方法においても、出発原料としては、一般的な酸化物原料が使用可能であるが、シンチレータ用単結晶として使用する場合、９９．９９％以上（４Ｎ以上）の高純度原料を用いることが特に好ましく、これらの出発原料を、融液形成時に目的の組成となるように秤量、混合したものを用いる。さらにこれらの原料中には、特に目的とする組成以外の不純物が極力少ない（例えば、１ｐｐｍ以下）ものが特に好ましい。特に発光波長付近に発光を有する元素（例えば、Ｔｂなど）を極力含まない原料を用いることが好ましい。
【００２５】
結晶の育成は、不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）雰囲気下で行うことが好ましい。または、不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）と酸素ガスとの混合ガスを使用してもよい。ただし、この混合ガスの雰囲気下で結晶の育成を行う場合、坩堝の酸化を防ぐ目的で、酸素の分圧は２％以下であることが好ましい。なお、結晶成長後のアニールなどの後工程においては、酸素ガス、不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）、および不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等）と酸素ガスとの混合ガスを用いることができる。混合ガスを用いる場合、酸素分圧は２％以下という制限は受けず、酸素分圧０％から１００％までいずれの混合比のものを使用してもよい。
【００２６】
本実施形態の酸化物のガーネット型結晶の製造方法としては、マイクロ引き下げ法に加え、チョコラルスキー法（引き上げ法）、ブリッジマン法、帯溶融法（ゾーンメルト法）、縁部限定薄膜供給結晶成長（ＥＦＧ法）及び熱間静水圧プレス燒結法等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２７】
また、使用できる坩堝およびアフターヒータの材料としては、白金、イリジウム、ロジウム、レニウム、またはこれらの合金が挙げられる。
【００２８】
シンチレータ用結晶の製造においては、さらに高周波発振機、集光加熱器、および抵抗加熱機を使用してもよい。
【００２９】
以下に本実施形態の酸化物のシンチレータ用単結晶の製造方法について、マイクロ引き下げ法を用いた結晶製造法を一例として示すが、これに限定されるものではない。
【００３０】
マイクロ引き下げ法については、高周波誘導加熱による雰囲気制御型マイクロ引き下げ装置を用いて行うことができる。マイクロ引き下げ装置は、坩堝と、坩堝底部に設けた細孔から流出する融液に接触させる種を保持する種保持具と、種保持具を下方に移動させる移動機構と、移動機構の移動速度制御装置と、坩堝を加熱する誘導加熱手段とを具備した単結晶製造装置である。このような単結晶製造装置によれば、坩堝直下に固液界面を形成し、下方向に種結晶を移動させることで、結晶を作製することができる。
【００３１】
上記のマイクロ引き下げ法装置において、坩堝は、カーボン、白金、イリジウム、ロジウム、レニウム、またはこれらの合金製である。また、坩堝底部外周にカーボン、白金、イリジウム、ロジウム、レニウム、またはこれらの合金からなる発熱体であるアフターヒータが配置される。坩堝及びアフターヒータの誘導加熱手段の出力調整により、発熱量を調整することによって、坩堝底部に設けた細孔から引き出される融液の固液境界領域の温度およびその分布を制御することができる。
【００３２】
上記の雰囲気制御型マイクロ引き下げ装置は、チャンバーの材質にはステンレス鋼（ＳＵＳ）、窓材には石英を採用し、雰囲気制御を可能にするため、ロータリーポンプを具備し、ガス置換前において、真空度が０．１３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以下にすることを可能にした装置である。また、チャンバーへは付随するガスフローメータにより精密に調整された流量でＡｒ、Ｎ２、Ｈ２、Ｏ２ガス等を導入できるものである。
【００３３】
この装置を用いて、上述の方法にて準備した原料を坩堝に入れ、炉内を排気して高真空にした後、ＡｒガスもしくはＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガスを炉内に導入することにより、炉内を不活性ガス雰囲気もしくは低酸素分圧雰囲気とし、高周波誘導加熱コイルに高周波電力を徐々に印加することにより坩堝を加熱して、坩堝内の原料を完全に融解する。
【００３４】
続いて、種結晶を所定の速度で徐々に上昇させて、その先端を坩堝下端の細孔に接触させて充分になじませたら、融液温度を調整しつつ、引き下げ軸を下降させることで結晶を成長させる。
【００３５】
種結晶としては、結晶成長対象物と同等ないしは、構造・組成ともに近いものを使用することが好ましいが、これに限定されない。また種結晶として方位の明確なものを使用することが好ましい。
【００３６】
準備した材料が全て結晶化し、融液が無くなった時点で結晶成長は終了となる。一方、組成を均一に保つ目的および長尺化の目的で、原料の連続チャージ用機器を取り入れてもよい。
【００３７】
上記式（Ｉ）で表されるシンチレータ用ガーネット型結晶の融点は、１７００〜１９００℃の範囲とすることができる。例えば、Ｌｕ3Ａｌ５Ｏ１２では融点は１９８０℃と高温であるが、本発明の結晶では融点が低いため、断熱材の損傷を低減することができ、また、結晶作製に坩堝を使用する際には坩堝の損傷も低減できる。加えて、構成元素である酸化ガリウムの蒸発も低減する効果を得ることもできる。さらに、式（Ｉ）において、ｚを１以上とすれば、より工業的な量産が可能になるため、好ましい。
【００３８】
また、本発明のシンチレータ用ガーネット型結晶の製造方法の他の一例として、熱間静水圧プレス燒結装置を用いた透明セラミックスを作製する方法が挙げられる。この方法では、はじめに、各粉末原料をアルミナ坩堝に入れ、アルミナの蓋をした後、１５００℃で２時間仮焼する。冷却後、純水で洗浄し乾燥したシンチレータ粉末は２４時間ボールミル粉砕を行い、粒径１〜２μｍのシンチレータ粉砕粉を得る。ついで、この粉砕紛に、純水を５重量％添加し、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で一軸プレス成形し、その後、加圧力３ｔｏｎ／ｃｍ２で冷間静水圧プレスを行って、理論密度に対し６４％程度の成形体を得る。その後、得られた成形体をこう鉢に入れ、フタをして、１７５０℃、３時間の一次燒結を行い、理論密度に対し、９８．５％以上の燒結体を得る。
【００３９】
ここで、水素、窒素またはアルゴン雰囲気中で燒結する場合、こう鉢として、アルミナこう鉢を用いることが好ましいが、真空中で燒結する場合には、窒化ホウ素を用いることが好ましい。こうすることで、所望のシンチレータ結晶を効率的に得ることができる。
【００４０】
また、１３５０℃以上の昇温速度は、５０℃／時とすることが好ましい。こうすることで、密度の高い均一な燒結体を得ることができる。
【００４１】
そして、最後に、１５５０℃、３時間、１０００ａｔｍの条件で熱間静水圧プレス燒結を行う。これにより、理論密度と同じ密度を有する燒結体を得ることができる。
【００４２】
本発明におけるガーネット構造を有するシンチレータ用結晶は、受光器と組み合わせることで、放射線検出器としての使用が可能となる。さらに、これらの放射線検出器を放射線検出器として備えたことを特徴とする放射線検査装置としても使用可能である。放射線検査装置としては、例えば、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、およびＣＴが例示される。
【００４３】
また、本発明のガーネット型結晶は、蛍光寿命（蛍光減衰時間）が２５ナノ秒以下の蛍光成分を発光し、蛍光寿命が１００ナノ秒を超える長寿命成分の発光量を、蛍光成分全体の発光量に対して４０％以下にすることができる。したがって、本発明のガーネット型結晶を備えた放射線検出器は、蛍光測定のためのサンプリング時間が短くて済み、高時間分解能、すなわちサンプリング間隔を低減することができる。
【００４４】
このように、本発明のシンチレータ用ガーネット型結晶は、高発光量、高いエネルギー分解能、高密度かつ短寿命の発光を有するため、本発明のシンチレータ用結晶を備えるこれら放射線検査装置では、高速応答の放射線検出が可能となる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の具体例について、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるわけではない。なお、以下の実施例では、Ｐｒ濃度は、特定の結晶中における濃度か、融液（仕込み）における濃度かのいずれかの記載となっているが、各実施例において、結晶中の濃度１に対して仕込み時の濃度１〜１０程度となるような関係があった。
【００４６】
（実施例１）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ1.97Ｐｒ0.03Ｙ1Ａｌ4Ｇａ1Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００４７】
（実施例２）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ1.97Ｐｒ0.03Ｙ1Ａｌ３Ｇａ２Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００４８】
（実施例３）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ0.97Ｐｒ0.03Ｙ2Ａｌ３Ｇａ２Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００４９】
（実施例４）
マイクロ引下げ法により、Ｐｒ0.03Ｙ2.97Ａｌ4Ｇａ１Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００５０】
（実施例５）
マイクロ引下げ法により、Ｐｒ0.03Ｙ2.97Ａｌ３Ｇａ２Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００５１】
（実施例６）
熱間静水圧プレス燒結法により、Ｌｕ1.97Ｐｒ0.03Ｙ1Ａｌ３Ｇａ２Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００５２】
（実施例７）
チョクラルスキー法により、Ｌｕ1.97Ｐｒ0.03Ｙ1Ａｌ３Ｇａ２Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００５３】
（比較例１）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ2.97Ｐｒ0.03Ａｌ5Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００５４】
（比較例２）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ1.97Ｐｒ0.03Ｙ1Ａｌ１Ｇａ４Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００５５】
（比較例３）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ0.97Ｐｒ0.03Ｙ2Ａｌ１Ｇａ４Ｏ12の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。
【００５６】
実施例１〜７、比較例１〜３で得られた結晶をφ３×２ｍｍサイズに加工・研磨した後、各々のシンチレータ特性を評価した。また、実施例及び比較例で得られた結晶をＸ線励起発光スペクトル法により発光スペクトルを測定した。具体的には、Ｘ線を各サンプルに照射し、発生したシンチレーション光を分光器を用いて、図３で示すようなプロファイルを取得した。図３は、実施例１，２において得られた発光スペクトルを示す。
また、１３７Ｃｓからのγ線を照射し蛍光減衰時間、及び、発光量を測定した。発光量測定に関しては、得られたエネルギースペクトル中の光電吸収ピークの位置を既知のシンチレータであるＣｅ：ＬＹＳＯ（発光量：３００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）と比較し、光電子増倍管の波長感度をそれぞれ考慮し、発光量を算出した。測定温度は２５℃とした。
蛍光寿命に関しては、図１で示す測定装置を用いて測定された電圧パルス信号の蛍光寿命成分に対して、上記式（II）の関数を用いて非線形回帰曲線を描き、蛍光寿命の第一成分の発光量および蛍光寿命の第二成分の発光量を算出し、それぞれの発光量の割合を計算した。
【００５７】
実施例１〜７、比較例１〜３で得られた結晶に関する諸特性を表１、２にまとめる。
【００５８】
【表１】
2013040274.tif 000002
【００５９】
【表２】
2013040274.tif 000003
【００６０】
図３で示すように、実施例１〜７および比較例１においてＰｒ３＋の４ｆ５ｄ発光由来の発光ピークが３１０ｎｍ付近に確認された。図３、表１、２に示すとおり、Ｇａ濃度が増加すると発光ピークが短波長側にシフトし、Ｙ濃度が増加すると発光ピークが長波長側にシフトしている。これは、Ｇａ濃度が増加するとバンドギャップが小さくなり、かつＰｒ３＋の５ｄ１準位が伝導体により近接する。また、Ｙ濃度が増加するとＰｒ３＋の５ｄ１準位が伝導体から離れることをあらわしている。
【００６１】
このように、本発明におけるプラセオジム付活ガーネット型結晶は、最適なＧａ濃度、Ｙ濃度をとることで、高い発光量を持ち、さらに蛍光減衰時間を短くかつ長寿命成分も低減できることが分かった。
【００６２】
なお、実施例１〜６、比較例１〜３で得られた結晶は、いずれも単結晶であり、実施例７の結晶は、透明セラミックスであった。
【符号の説明】
【００６３】
１０  暗箱
１１  １３７Ｃｓ線源
１２  シンチレータ
１３  テフロンテープ
１４  光電子増倍管
１５  前置増幅器
１６  波形整形増幅器
１７  マルチチャンネルアナライザ
１８  パーソナルコンピュータ
１９  デジタルオシロスコープ
【図１】
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【図３】
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【図２】
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