(57)【要約】      （修正有）【課題】高発光量、易単結晶育成性で、へき開性や潮解性のない単結晶シンチレータ、それを用いた放射線検出器、撮像装置、非破壊検査装置の提供。【解決手段】シンチレータ結晶材料は、ＬａおよびＧｄを含むパイロクロア結晶であり、光学賦活剤として５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素を含み、Ｌａのモル分率ＭＬａおよびＧｄのモル分率ＭＧｄの関係は０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．１５を満たし、シンチレーション光の発光波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、発光波長に対するシンチレーション光の発光波長強度の分布が少なくとも二つ以上のピークを示す。発光波長強度の最も高いピークと２番目に発光波長強度の高いピークのうち、発光波長のより短いピークの発光波長強度をＰ１として、発光波長のより長いピークの発光波長強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の照射によってシンチレーション光を発するシンチレータ結晶材料であって、
前記シンチレータ結晶材料は、ＬａおよびＧｄを含むパイロクロア結晶であり、
光学賦活剤として５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素を含み、
Ｌａのモル分率ＭＬａおよびＧｄのモル分率ＭＧｄの関係は、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．１５を満たし、
前記シンチレーション光の発光波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記発光波長に対する前記シンチレーション光の発光波長強度の分布が少なくとも二つ以上のピークを示し、
前記発光波長強度の最も高いピークと２番目に前記発光波長強度の高いピークのうち、前記発光波長のより短いピークの前記発光波長強度をＰ１として、前記発光波長のより長いピークの前記発光波長強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たすことを特徴とするシンチレータ結晶材料。
【請求項２】
前記シンチレータ結晶材料の光学賦活剤がＣｅであって、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．２７を満たすことを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ結晶材料。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のシンチレータ結晶材料から構成されることを特徴とする単結晶シンチレータ。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載のシンチレータ結晶材料もしくは請求項３に記載の単結晶シンチレータから構成されるシンチレータと、
前記シンチレータからのシンチレーション光を受光する光検出器と、を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項５】
請求項４に記載の放射線検出器を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４に記載の放射線検出器を備えることを特徴とする非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータ結晶材料、単結晶シンチレータ、放射線検出器、撮像装置および非破壊検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンチレーションとはアルファ線、ガンマ線、エックス線もしくは中性子線などの電離作用を有する粒子、いわゆる電離放射線を物質が吸収して電子が励起するときに、吸収したエネルギーを可視光または紫外光や赤外線として電磁波を放出する緩和現象のことである。また、シンチレーション光とはシンチレーション現象の際に放出される光のことをいう。
【０００３】
シンチレータとは、シンチレーション現象を起こす物質であり、シンチレータは光検出器と組み合わせることで放射線検出器として用いられ、種々の産業分野にて利用されている。
【０００４】
このような放射線検出器は例えば、核医学分野で陽電子放射断層撮影（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）装置や単一光放射断層撮像（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  ＥｍｉｓｓｉｏｎＣｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＰＥＣＴ）、高エネルギー物理分野における例として、ガンマ線用途や中性子線用途の各種放射線計測装置、および資源探査装置などに広く利用されている。
【０００５】
例えば、ＰＥＴイメージングシステムでは、トレーサとしてβ＋崩壊する放射性物質を用い、被検体内に注入された放射性物質がβ＋崩壊によって生成される陽電子（ポジトロン）と体内の電子との相互作用から生じる２対のガンマ線（消滅放射線：５１１ｋｅＶ）が対向する二つのシンチレータに入射し、光検出器によって検出することのできる光子に変換される。それぞれのシンチレータから放出された光子はフォト・ダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）、シリコンフォトマルチプライヤー（Ｓｉ−Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ：Ｓｉ−ＰＭ）、もしくは、光電子増倍管（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ：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。
【０００６】
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、原子番号が大きいこと（光電吸収比が高いこと）、高エネルギー分解能の点から発光量が高く、高速応答の必要性から、蛍光寿命（蛍光減衰時間）が短いことが望まれる。加えて、近年のシステムでは多層化、高分解能化のため、多数のシンチレータを細長い形状（例えばＰＥＴでは５ｍｍ×５ｍｍ×３０ｍｍ程度）で緻密に並べる必要から、取り扱い易さ、加工性、大型結晶作製が可能なこと、さらには価格も重要な選定要因となっている。
【０００７】
発光量の高いシンチレータとして、希土類ハロゲン化物単結晶シンチレータが挙げられる。特に、例えば非特許文献１によれば、Ｃｅ：ＬａＢｒ３は発光量が６１，０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶと高く、エネルギー分解能も６６２ｋｅＶのガンマ線照射下において、２．９％と高い。
【０００８】
また、特許文献１に見られるように、希土類ブロマイド結晶において、光学賦活剤として５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素を由来とする二つの発光ピークに対して、光検出器の量子効率の高い波長域に近い波長の発光の割合を高めることで、光検出器に対する感度の高い結晶が得られている。この特許文献１に示すように、発光波長を調整するためには、通常、微量添加成分（ドーパント）の添加を調整することによって行なわれる。
【０００９】
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、パイロクロア型酸化物系のシンチレータＣｅ：Ｇｄ２Ｓｉ２Ｏ７がある。当該シンチレータは化学的に安定で、へき開性や潮解性が無く、加工性に優れ、発光量が高いという利点がある。例えば、非特許文献２に記載の、Ｃｅ３＋の４ｆ―５ｄ準位からの発光を利用するパイロクロア型酸化物系のシンチレータは、蛍光寿命が８０ｎｓ程度以下と短く、発光量も高い。
【００１０】
また、特許文献２や非特許文献３に記載のパイロクロア型酸化物系のシンチレータでは、Ｃｅを希土類元素のサイトに置換することで、調和溶融組成にするという試みがなされている。これにより、この結晶はフローティングゾーン法、チョクラルスキー法（引き上げ法）、マイクロ引下げ法、ブリッジマン法などの融液成長法により大型単結晶作製が可能となる。
【００１１】
特許文献２に記載の（Ｇｄ１−ｘＣｅｘ）２Ｓｉ２Ｏ７では、安定な結晶成長などの観点から、ドーパントＣｅの過剰添加による濃度消光または自己吸収によって、発光量は落ちるものの、０．１＜ｘ＜０．３が望ましいとしている。それでも大きな単結晶は得られず、多結晶化した中から単結晶を取り出している実施例が記載されている。
【００１２】
非特許文献４では、ＣｅをＬａに代替することで、発光量の激減（濃度消光）を抑制し、かつ調和溶融組成とすることでフローティングゾーン法により単結晶を取り出すことに成功した例が記載されている。
【００１３】
シンチレータとして用いられる結晶材料は、発光量が高いことが求められる他、広く社会に応用されるためにはコストの観点から、へき開性がないことや、潮解性がなく、扱いが容易であることが求められている。またそのような結晶材料、ならびにこれらを用いた放射線検出器、撮像装置および非破壊検査装置が求められている。
【００１４】
しかしながら、一般的に特許文献１記載のＬａＢｒ３結晶は潮解性が非常に強く、大気中に暴露することができないため、封止加工が必須である。そのため、取り扱いに高度な技術が必要となり、また加工コストによる原価が高くなってしまうという問題がある。
【００１５】
特許文献２や非特許文献４に記載のパイロクロア型酸化物系のシンチレータは、Ｃｅを添加することで、調和融液組成となり、融液から組成を変えない直接結晶育成が可能になっている。しかしながら、光学賦活剤として用いられているＣｅを増やすと、発光量が激減するという問題（濃度消光) が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１０１１８０号公報
【特許文献２】特開２００９−０７４０３９号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】E. V. D. van Loef, P. Dorenbos, C. W. E. van Eijk, K. W. Kramer and H., U. Gudel. Scintillation properties of LaBr3 : Ce3+ crystals: fast, efficient and high-energy-resolution scintillators. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment, 486:254-258, 2002.
【非特許文献２】S.Kawamura, J.H.Kaneko, M.Higuchi, T.Yamaguchi, J.Haruna, Y,Yagi, K.Susa, F.Fujita, A.Homma, S.Nishiyama, H.Ishibashi, K.Kurashige and M.Furusaka, IEEE Nuculear Science Symposium Conference Record, San Diego, USA, 29 October - 5 November 2006, pp.1160-1163.
【非特許文献３】Sohan.Kawamura, Junichi H.Kaneko, Mikio Higuchi, Jun Haruna, Shohei Saeki, Fumiyuki Fujita, Akira Homma, Shusuke Nishiyama, Shunsuke Ueda, Kazuhisa Kurashige, Hiroyuki Ishibashi, and Michihiro Furusaka, IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE , VOL. 56, NO. 1, FEBRUARY 2009.
【非特許文献４】Akira Suzuki, Shunsuke Kurosawa, Toetsu Shishido, Jan Pejchal, Yuui Yokota, Yoshisuke Futami, and Akira Yoshikawa, Applied Physics Express 5 (2012) 102601-1 - 102601-3.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光量が高いシンチレータ結晶材料、このシンチレータ結晶材料を利用したへき開性や潮解性が低い単結晶シンチレータ、ならびにこれらを用いた放射線検出器、撮像装置および非破壊検査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】
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放射線の照射によってシンチレーション光を発するシンチレータ結晶材料であって、前記シンチレータ結晶材料は、ＬａおよびＧｄを含むパイロクロア結晶であり、光学賦活剤として５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素を含み、Ｌａのモル分率ＭＬａおよびＧｄのモル分率ＭＧｄの関係は、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．１５を満たし、前記シンチレーション光の発光波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記発光波長に対するシンチレーション光の発光波長強度の分布が少なくとも二つ以上のピークを示し、前記発光波長強度の最も高いピークと２番目に前記発光波長強度の高いピークのうち、前記発光波長のより短いピークの前記発光波長強度をＰ１として、前記発光波長のより長いピークの前記発光波長強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たすことを特徴とする。
【００２０】
また、前記シンチレータ結晶材料は、光学賦活剤がＣｅであって、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．２７を満たすことが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る単結晶シンチレータは、上記発明にかかるシンチレータ結晶材料からなることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る放射線検出器は、上記発明のシンチレータ結晶材料もしくは単結晶シンチレータから構成されるシンチレータと、前記シンチレータからのシンチレーション光を受光する光検出器と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る撮像装置は、上記発明の放射線検出器を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る非破壊検査装置は、上記発明の放射線検出器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高い発光量を持つシンチレータ結晶材料、このシンチレータ結晶材料を利用したへき開性や潮解性が低い単結晶シンチレータ、ならびにこれらを用いた放射線検出器、撮像装置および非破壊検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、実施例１の発光スペクトルを示す図である。
【図２】図２は、実施例２の発光スペクトルを示す図である。
【図３】図３は、実施例３の発光スペクトルを示す図である。
【図４】図４は、実施例４の発光スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、比較例１の発光スペクトルを示す図である。
【図６】図６は、比較例２の発光スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、ＬａとＧｄのモル分率の比の割合ＭＬａ／ＭＧｄと、比較例１を基準とする相対発光量の関係を実施例１から実施例４および比較例１の結果についてプロットした図である。
【図８】図８は、ＬａとＧｄのモル分率の比の割合ＭＬａ／ＭＧｄと、Ｐ１／Ｐ２の関係を実施例１、実施例４、比較例１および比較例２の結果についてプロットした図である。
【図９】図９は、実施例２の蛍光減衰曲線プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかる結晶材料、単結晶シンチレータ、放射線検出器、撮像装置および非破壊検査装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明は本発明の実施の形態の一部を例示するものであり、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、形態が本発明の技術的思想を有するものである限り、本発明の範囲に含まれる。各実施形態における各構成およびそれらの組み合せなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【００２８】
本発明の実施の形態にかかる結晶材料は、放射線の照射によってシンチレーション光を発するシンチレータ結晶材料であって、シンチレータ結晶材料は、ＬａおよびＧｄを含むパイロクロア結晶であり、光学賦活剤として５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素を含む。Ｌａのモル分率ＭＬａおよびＧｄのモル分率ＭＧｄの関係は、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．１５を満たす。シンチレーション光の発光波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、発光波長に対するシンチレーション光の発光波長強度の分布が少なくとも二つ以上のピークを示し、発光波長強度の最も高いピークと２番目に発光波長強度の高いピークのうち、発光波長のより短いピークの発光波長強度をＰ１として、発光波長のより長いピークの発光波長強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たす。
【００２９】
これにより、本実施の形態にかかるシンチレータ結晶材料は、放射線の照射により発生するシンチレーション光の発光量が高い結晶材料となる。
【００３０】
また、シンチレータ結晶材料は光学賦活剤がＣｅであって、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．２７を満たすことが好ましい。
【００３１】
これにより、本実施の形態にかかるシンチレータ結晶材料は、放射線の照射により発生するシンチレーション光の発光量が高いことを特徴とするだけでなく、更に、結晶構造が安定し、単結晶の得られやすい結晶材料となる。
【００３２】
本実施の形態に係る結晶材料は、前述した課題を解決でき、発光量を高めることが可能となり、マイクロ引下げ法やチョクラルスキー法などの工業分野の結晶生産に適用されている生産手法に応用できる。
【００３３】
このように、発光波長に対するシンチレーション光の発光波長強度の分布が少なくとも二つ以上のピークを示し、発光波長強度の最も高いピークと２番目に発光波長強度の高いピークのうち、発光波長のより短いピークの発光波長強度をＰ１として、発光波長のより長いピークの発光波長強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たすことによって、特に発光量を高くできることについては、現在次のように推察している。
【００３４】
希土類元素の原子の電子配置は５ｓおよび５ｐ軌道に電子が先に充填され、原子番号が大きくなるにつれて４ｆ軌道に電子が充填されていく。一般に希土類元素の原子がエネルギーを受け取って励起されると、４ｆ軌道電子が５ｄ軌道に遷移しやすい。これは、５ｄ−４ｆ遷移が許容遷移であるためである。希土類元素の電子軌道は、占有している電子の数や状態によりさまざまであり、５ｄ励起状態から４ｆ基底状態に戻る経路は、多数存在する。光学賦活剤として５ｄ−４ｆ遷移発光する希土類金属元素を添加すると、ホスト結晶のバンドギャップ中に不純物準位としてこれらの元素由来のエネルギー準位が形成される。
【００３５】
発光波長の強度、すなわち頻度が高いことは、その発光の過程が起きやすいことを示しており、最も強度の高い発光波長がその発光現象において支配的な発光の過程である。そのため、最も発光波長強度の高い発光波長のピークと、２番目に発光波長強度の高い発光波長のピークを調整することができれば、発光の過程、すなわち緩和過程の経路を調整することになる。これにより、発光に関わる電子の緩和を効率よく行うことができ、結果として全体の発光量を高くすることができると期待できる。
【００３６】
本発明者らは、鋭意実験を遂行した結果、発光波長強度の最も高いピークと２番目に発光波長強度の高いピークのうち、発光波長のより短いピークの発光波長強度をＰ１として、発光波長のより長いピークの発光波長強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たすことで、結果として全体の発光量を高くすることができることを見出した。
【００３７】
５ｄ−４ｆ遷移発光する希土類金属元素、例えばＣｅにおいては、４ｆ軌道にはスピンの異なる二つの状態（２Ｆ７／２、２Ｆ５／２）が存在し、Ｃｅ３＋の励起電子は一定の割合で二つの状態に遷移する。放出した光の発光スペクトルはそれぞれの基底状態に戻るために波長のピークが２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲に二つ存在する。
【００３８】
また、希土類金属元素が作る不純物準位で、発光に寄与する遷移においては、励起準位から基底準位に遷移するときの放出エネルギーは、ホスト結晶のバンドギャップのエネルギーよりも小さい。
【００３９】
ゆえに、その５ｄ−４ｆ遷移のエネルギー差は大きくても数ｅＶ以下、すなわち紫外領域程度の波長である。また、下限は元素の種類により様々であるが、Ｇｄ２Ｓｉ２Ｏ７結晶材料がホスト結晶でかつ５ｄ−４ｆ遷移発光する希土類金属元素がＣｅの場合、実際の放射エネルギーは約３．３ｅＶおよび約３．５ｅＶである。したがって、波長のピークが共に２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に存在する。
【００４０】
たとえばＰｒ３＋においては、Ｄｉｅｋｅ’ｓ  Ｄｉａｇｒａｍによれば、３Ｆ４、３Ｈ３、３Ｈ２、３Ｈ６、３Ｈ５、３Ｈ４など多数の準位が示されている。
【００４１】
結晶に微量添加する元素によって、発生するシンチレーション光の波長や発光量は様々に調整選択することができる。例えば、ドーパントにＣｅを選択する場合、Ｌａ，Ｇｄを含むパイロクロア結晶内では、ＧｄやＬａが存在するサイトに置換し、Ｃｅ３＋の状態で存在し、価数が３価の状態のＣｅ原子が発光に寄与する。ドープされたＣｅ３＋の電子は基底状態（４ｆ軌道）から励起状態（５ｄ軌道）へと遷移し、その後、励起状態から基底状態へと遷移する際に余分なエネルギーを光子（電磁波）として放出する。
【００４２】
本発明の実施にかかるシンチレータ結晶材料では、ホスト結晶であるパイロクロア結晶の構成元素の組成を調整し、結晶格子間隔が変わることによってパイロクロア結晶のエネルギーバンドギャップを調整する。そしてドーパントが作る不純物準位のエネルギーレベルを、バンド構造を調整することによって最適化し、フォノンによるエネルギーロスを少なくし、効率よく発光させることができるようになる。結果として、全体の発光量を増やすことができる。
【００４３】
本発明者らは、パイロクロア結晶において、このようにホスト結晶の構造を変えることによって発光波長のピークの割合が様々に変えることができうることを見出し、調整することによって発光量を最適化させうるという結論に至った。
【００４４】
また、選択される微量添加元素によっては発光波長が１０ｎｍから２００ｎｍまでの真空紫外領域、７００ｎｍ以上の赤外領域に発光ピークをとりうるが、ＰＥＴや資源探査用途として実用する場合、発光ピークは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
本発明の実施にかかるシンチレータ結晶材料は、放射線の照射によってシンチレーション光を発するシンチレータ結晶材料であって、シンチレータ結晶材料は、Ｌａ、Ｇｄを含むパイロクロア結晶であり、光学賦活剤として５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素を含み、Ｌａのモル分率ＭＬａおよびＧｄのモル分率ＭＧｄは０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．１５を満たし、シンチレーション光の発光波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、発光波長に対するシンチレーション光の発光強度の分布が少なくとも二つ以上のピークを示し、発光波長強度の最も高いピークと２番目に発光波長強度の高いピークのうち、発光波長のより短いピークの強度をＰ１として、発光波長のより長いピークの強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たせばよく、光学賦活剤として５ｄ−４ｆ遷移発光する希土類金属元素のほかに、さらに他の元素、例えば、希土類元素であるＳｃや、遷移元素であるＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕや、ｎｓ２イオンとなる元素であるＧａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉなどを含んでいてもよい。
【００４６】
なお、具体的に５ｄ−４ｆ遷移発光する希土類金属元素とは、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕのいずれか１つ以上である。
【００４７】
また、本発明の実施にかかるシンチレータ結晶材料は、放射線の照射によってシンチレーション光を発するシンチレータ結晶材料であって、シンチレータ結晶材料は、ＬａおよびＧｄを含むパイロクロア結晶であり、光学賦活剤として５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素を含み、Ｌａのモル分率ＭＬａおよびＧｄのモル分率ＭＧｄの関係は、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．１５を満たし、シンチレーション光の発光波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、発光波長に対するシンチレーション光の発光強度の分布が少なくとも二つ以上のピークを示し、発光波長強度の最も高いピークと２番目に発光波長強度の高いピークのうち、発光波長のより短いピークの強度をＰ１として、発光波長のより長いピークの強度をＰ２とした場合に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係を満たせばよく、ホスト結晶としてＬａおよびＧｄ以外の元素が含まれた構成であってもよい。
【００４８】
ここで、本発明の実施にかかるシンチレータ結晶材料の一つであるＬａおよびＧｄを含むパイロクロア結晶が（Ｇｄ，Ｌａ）２Ｓｉ２Ｏ７である場合には、次のように説明することができる。すなわち、Ｌａのモル分率ＭＬａおよびＧｄのモル分率ＭＧｄの比ＭＬａ／ＭＧｄが０．１付近では、結晶構造がＯｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ相となる組成（ＭＬａ／ＭＧｄ＜０．１）とＴｒｉｃｌｉｎｉｃ相（ＭＬａ／ＭＧｄ＞０．１）となる組成の境界が存在し、ＭＬａ／ＭＧｄ＞０．１とすることで結晶構造が安定する。すなわち、ホスト結晶としてＬａおよびＧｄ以外の元素が含まれた構成であっても、ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．１５とすることで結晶構造が安定すると類推できる。
【００４９】
また、ＭＬａ／ＭＧｄ＞０．６４となると、ホスト結晶のバンド構造が変化して、二つの状態（２Ｆ７／２、２Ｆ５／２）への遷移のうち、放出エネルギーが小さい２Ｆ７／２への遷移が増え、発光の効率が低下するため、発光量が低くなる傾向となる。また、ＭＬａ／ＭＧｄ＞０．７９となる場合、発光量は急激に低下する。
【００５０】
好ましくは、前記シンチレータ結晶は光学賦活剤がＣｅであって、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．２７を満たすことが好ましい。光学賦活剤をＣｅとすることで、発光量が高く、特に蛍光寿命の短いシンチレータ結晶とすることができる。
【００５１】
ここで、０．６４≧ＭＬａ／ＭＧｄ≧０．２７とすることで、結晶構造はさらに安定し、一致溶融組成となり、バルク単結晶の育成が非常に容易となる。
【００５２】
ここでいう結晶構造が安定するとは、Ｔｒｉｃｌｉｎｉｃ相の結晶格子定数が、Ｔｒｉｃｌｉｎｉｃ相として構造を保てない程度の歪が生じないような長さに収まっているという意味と、包晶組成であるＧｄ２Ｓｉ２Ｏ７のトータルな原子間の混合エンタルピーが正から負に近づくことによる初相の組成が融液組成に近づくという意味で用いている。
【００５３】
さらに、本実施の形態にかかるシンチレータ結晶材料は、容易に単結晶を育成することができ、単結晶シンチレータとシンチレーション光を受光できる光検出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非破壊検査装置としての放射線計測装置や資源探査装置としても使用可能である。
【００５４】
次に、本実施の形態に係る放射線検出器、撮像装置および非破壊検査装置について具体的に説明する。以下の説明は本発明の実施の形態の一部を例示するものであり、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
本実施の形態に係る放射線検出器は、当該発明のシンチレータ結晶もしくは単結晶シンチレータから構成されるシンチレータと、前記シンチレータからのシンチレーション光を受光する光検出器からなる。前記のようにシンチレータと光検出器を組み合わせることで、放射線がシンチレータに入射したときにシンチレーション光を発し、それを電気信号に変換して検知し、入射した放射線の強度とエネルギーの情報を得ることができる。
【００５６】
本実施の形態に係る撮像装置および非破壊検査装置は、放射線源、放射線制御装置、放射線駆動制御装置、前記放射線検出器または単結晶シンチレータを二次元配列させたシンチーレータアレイと光検出器を二次元配列させた光検出器アレイもしくは位置検出型光検出器を組み合わせた放射線検出器アレイからなる。放射線源は、Ｘ線源、ガンマ線源、中性子線源、もしくはこれらの組合せから選択される。
【００５７】
撮像範囲内に被検体を設置し、放射線源から放射される放射線を放射線制御装置にて被検体に一定時間照射し、被検体を中心として放射線源の反対側に設置された放射線検出器もしくは放射線検出器アレイによって放射線を検出する。
【００５８】
放射線は被検体を透過する際に一部が吸収され、強度が弱まる。透過した被検体の構成物により放射線の線減弱係数が異なるため、位置ごとに放射線強度を測定することで、線減弱係数に依存した構成物の位置的情報すなわち撮像データが得られる。本実施の形態に係る撮像装置ではこのようにして被検体の撮像データを得ることができる。
【００５９】
本実施の形態に係る撮像装置は、さらに放射線検出器アレイを、シンチレータを内側、光検出器を外側に配列させ、それを環状に配列させた環状構造の放射線検出器リングを備えた断層撮像装置、を含む。この場合、被検体をリング中央に設置し、放射線強度を３６０°の各方向から検出することで被検体投影データを取得し、得られたデータから画像再構成を行い、被検体の内部断層像を得ることができる。画像再構成の方法は例えば、単純逆投影法（バックプロジェクション法）、逐次近似法、解析的再構成法などから用途に応じて選択する。
【００６０】
また、本実施の形態に係るシンチレータ結晶材料およびその単結晶について、そのシンチレーション光に含まれる所定の蛍光成分は、その蛍光寿命が１０００ｎｓ以下の範囲とすることができる。このように、蛍光寿命が短いので、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。また、高時間分解能が実現されることにより、単位時間でのサンプリング数を増加させることが可能になる。このような短寿命の発光を有する結晶材料は、撮像装置であるＰＥＴ、ＳＰＥＣＴおよびＣＴ用の高速応答の放射線検出のためのシンチレータとして好適に利用できる。
【００６１】
また、シンチレーション光のピーク波長が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲である場合、シリコン半導体から構成されるＰＤ、ＡＰＤ、またはＳｉ−ＰＭなどの半導体光検出器と組み合わせて検出できるものである。
【００６２】
特に、蛍光成分の蛍光ピーク波長が４００ｎｍ以下の場合、波長変換素子を用いて３００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長、すなわち上述の光検出器の波長感度が十分ある領域の波長に変換することが有効である。
【００６３】
波長変換素子としては、たとえばプラスチック製の波長変換用光ファイバ（たとえばクラレ社製Ｙ１１（２００）Ｍ−Ｓ）等を用いたものが利用できる。
【００６４】
また、組み合わせる光検出器の種類は蛍光ピーク波長等に合わせて適宜利用でき、例えばＰＭＴやＰＳ−ＰＭＴを利用してもよい。
【００６５】
また、本実施の形態に係る結晶材料において、シンチレーション光に含まれる蛍光成分の蛍光寿命が８０ｎｓ以下であり、かつ、蛍光ピーク波長が３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲であれば、更なる高分解能かつ高感度でのシンチレーション光の検出を実現できる。蛍光寿命および蛍光ピーク波長の調整は、結晶材料の組成を調整することによって実現することができる。例えば、ドーパントの濃度を高くすることで、蛍光寿命を短くできる。
【００６６】
また、本実施の形態に係るシンチレータ結晶材料では、環境温度が摂氏０度の場合の蛍光成分の発光量を基準とした場合に、環境温度が室温から摂氏１５０度の範囲における蛍光成分の発光量の前記基準からの減衰割合を２０％未満とすることができる。したがって、本実施の形態に係るシンチレータ結晶材料は、高温環境下でも発光量の減衰を少なくできるので、高温環境下で使用されるシンチレータ結晶材料として非常に有用であり、特に１００度を超える環境下で使用される資源探索用途に対して有効である。
【００６７】
本実施の形態に係る結晶材料の単結晶の製造方法について、以下に説明する。いずれの組成の単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％（４Ｎ）以上の高純度原料を用いることが特に望ましい。
【００６８】
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、混合したものを結晶育成原料として用いる。さらにこれらの出発原料中には、目的とする組成以外の不純物が極力少ないものが特に好ましい。特に当該結晶材料のシンチレーション光の波長付近に発光を有する元素や価数の変化しやすい元素を極力含まない出発原料を用いることが好ましい。
【００６９】
結晶の育成は、例えばＡｒまたはＮ２などの不活性ガス雰囲気下で行なうことが好ましい。または、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを使用してもよく、還元雰囲気としての不活性ガスと水素ガスの混合ガスを使用してもよい。なお、結晶成長後のアニールなどの後工程においても、酸素ガス、不活性ガス、および、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることができる。
【００７０】
本実施の形態に係る結晶材料の単結晶の製造方法としては、マイクロ引下げ法に加え、チョクラルスキー法（引き上げ法）、ブリッジマン法、帯溶融法（ゾーンメルト法）、および縁部限定薄膜供給結晶成長（ＥＦＧ）法、フローティングゾーン法などが挙げられるが、これらに限定されず、各種結晶育成方法を用いることができる。
【００７１】
なお、大型単結晶を得るためには、チョクラルスキー法またはブリッジマン法が好ましい。大型単結晶を用い得ることにより、単結晶の歩留りを向上させ、相対的には加工ロスを軽減することができる。したがって特許文献２に記載のような、多結晶化した中から単結晶を取り出す方法と比較して、低コストかつ高品質の結晶材料を得ることができる。ただし、本実施の形態に係るシンチレータ結晶材料は、単結晶に限定されず、セラミックスなどの多結晶の焼結体でもよい。
【００７２】
一方、シンチレータ用単結晶として小型の単結晶のみを使用するのであれば、後加工の必要が無いかあるいは少ないことから、フローティングゾーン法、ゾーンメルト法、ＥＦＧ法、マイクロ引下げ法、またはチョクラルスキー法が好ましく、るつぼとの濡れ性などの理由から、マイクロ引下げ法、またはゾーンメルト法が特に好ましい。
【００７３】
さらに、シンチレータ用単結晶として小型の単結晶を工業量産する観点から見ると、高速な単結晶育成ができ、育成中に形状制御をすることが容易であるという特徴を持つ、マイクロ引下げ法がより好ましい。
【００７４】
また、使用できるるつぼおよびアフターヒータの材料としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、またはこれらの合金が挙げられる。
【００７５】
シンチレータ用単結晶の製造においては、さらに高周波発振器、集光加熱器、および抵抗加熱機を使用してもよい。
【００７６】
以下に、本実施の形態に係る結晶材料の単結晶の製造方法の例として、チョクラルスキー法およびマイクロ引下げ法を用いた単結晶製造法を示すが、本実施の形態に係る結晶材料の単結晶の製造方法はこれに限定されるものではない。
【００７７】
チョクラルスキー法（引き上げ法）については、公知の高周波誘導加熱による雰囲気制御型の単結晶引き上げ装置を用いて行なうことができる。
【００７８】
単結晶引き上げ装置は、原料融液を充填するるつぼと、るつぼを遠隔過熱する誘導加熱手段（例えば高周波誘導加熱コイル）と、るつぼ上部に設けた種結晶保持具と、種結晶保持具を上方に引き上げる移動機構と、種結晶保持具の軸を中心に回転させる回転機構から構成される。るつぼに結晶原料を充填し、高周波加熱法や抵抗加熱法によりるつぼを加熱し、結晶原料を融解する。原料が融解して原料融液となったところで、あらかじめ定められた結晶方位に切り出された種結晶を原料融液表面に接触させ、種結晶を所定の回転速度で回転させながら、所定の速度で引き上げることで単結晶を成長させる。
【００７９】
マイクロ引下げ法については、公知の高周波誘導加熱による雰囲気制御型マイクロ引下げ装置を用いて行なうことができる。
【００８０】
マイクロ引下げ装置は、例えば、原料融液を収容するるつぼと、るつぼ底部に設けた微細孔から流出する原料融液に接触させる種結晶を保持する種結晶保持具と、種結晶保持具を下方に移動させる移動機構と、移動機構の速度を制御する移動速度制御装置と、るつぼを遠隔加熱する誘導加熱手段（例えば高周波誘導加熱コイル）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、るつぼ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、単結晶を作製することができる。
【００８１】
上記の単結晶引き上げ装置およびマイクロ引下げ法装置において、るつぼは、Ｃ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの合金製である。また、マイクロ引き下げ法においては、るつぼ底部外周にＣ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｗ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。るつぼおよびアフターヒータのそれぞれ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、るつぼ底部に設けた微細孔から引き出される原料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。
【００８２】
上記の雰囲気制御型単結晶引き上げ装置および雰囲気制御型マイクロ引下げ装置は、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、かつ、雰囲気制御を可能にするためのロータリーポンプを具備し、ガス置換前において、内部の真空度を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。
【００８３】
この装置を用いて、上述の方法にて準備した結晶育成原料をるつぼに入れ、炉内を排気して高真空にした後、Ｎ２ガス、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する。次に、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るつぼをゆっくりと加熱して、るつぼ内の原料を完全に融解する。
【００８４】
マイクロ引き下げ法においては、種結晶保持具に保持された種結晶を移動機構によって所定の速度で徐々に上昇させる。そして、種結晶の先端をるつぼ下端の微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、種結晶を降下させることで結晶を成長させる。
【００８５】
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、種結晶として結晶方位の明確なものを使用することが好ましい。
【００８６】
準備した結晶育成原料が全て結晶化し、融液が無くなった時点で結晶成長は終了となる。一方、育成する結晶の組成を均一に保つ目的および長尺化の目的で、結晶育成原料の連続チャージ用機器を取り入れてもよい。これによって、結晶育成原料をチャージしながら結晶を育成することができる。
【実施例】
【００８７】
以下、本発明の実施例および比較例について、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。
【００８８】
（実施例１）
マイクロ引下げ法により、（Ｃｅ０．０１Ｌａ０．２９Ｇｄ０．７０）２Ｓｉ２Ｏ７の組成で表される結晶を育成した。この結晶はＡ２Ｂ２Ｏ７で表されるパイロクロア型酸化物結晶である。
【００８９】
（実施例２）
マイクロ引下げ法により、（Ｃｅ０．０１Ｌａ０．２２Ｇｄ０．７７）２Ｓｉ２Ｏ７の組成で表される結晶を育成した。この結晶はＡ２Ｂ２Ｏ７で表されるパイロクロア型酸化物結晶である。
【００９０】
（実施例３）
マイクロ引下げ法により、（Ｃｅ０．０１Ｌａ０．２１５Ｇｄ０．７７５）２Ｓｉ２Ｏ７の組成で表される結晶を育成した。この結晶はＡ２Ｂ２Ｏ７で表されるパイロクロア型酸化物結晶である。
【００９１】
（実施例４）
マイクロ引下げ法により、（Ｃｅ０．０１Ｌａ０．３９Ｇｄ０．６０）２Ｓｉ２Ｏ７の組成で表される結晶を育成した。この結晶はＡ２Ｂ２Ｏ７で表されるパイロクロア型酸化物結晶である。
【００９２】
（比較例１）
マイクロ引下げ法により、（Ｃｅ０．０１Ｌａ０．４４Ｇｄ０．５５）２Ｓｉ２Ｏ７の組成で表される結晶を育成した。この結晶はＡ２Ｂ２Ｏ７で表されるパイロクロア型酸化物結晶である。
【００９３】
（比較例２）
マイクロ引下げ法により、（Ｃｅ０．０１Ｌａ０．４４Ｇｄ０．５５）２Ｓｉ２Ｏ７の組成で表される結晶を育成した。この結晶はＡ２Ｂ２Ｏ７で表されるパイロクロア型酸化物結晶である。比較例２の結晶は脆い結晶でクラックが入りやすく、光学特性評価することが難しい。
【００９４】
（比較例３）
マイクロ引下げ法により、（Ｃｅ０．０１Ｌａ０．０９Ｇｄ０．９）２Ｓｉ２Ｏ７の組成で表される結晶を育成した。この結晶はＡ２Ｂ２Ｏ７で表されるパイロクロア型酸化物結晶である。比較例３の結晶は白濁し、かつ、脆い結晶でクラックが入りやすく、光学特性評価することができなかった。
【００９５】
実施例１から実施例４および比較例１の結晶育成を実施したところ、透明なバルク体を安定して育成することができたのに対して、比較例２および比較例３は、安定して育成することができなかった。ＧｄとＬａのイオン半径（シャノンのイオン半径）が、それぞれ０．９４Åおよび１．０３Åであり、イオン半径が異なる。そのため、Ｌａが多い場合、育成した結晶の格子の歪が大きくなり、割れやすくなると考えられる。比較例３はＬａが少ない場合であるが、調和溶融組成に近いものの、この組成では、Ｇｄ２Ｓｉ２Ｏ７の不安定な包晶組成に近づくため、結晶育成が不安定になる。
【００９６】
比較例３は白濁し、かつ、もろい結晶でクラックが入った結晶であり、特に結晶内部が白濁しており、発光スペクトル等の光学特性を得ることができなかった。比較例２はもろい結晶でクラックが入った結晶であったが、その結晶内部の構造は、クラックは目立つものの白濁した部分が見られなかった。発光スペクトルはクラックの影響を受けないが、発光強度の絶対値およびシンチレーション光の発光量は組成による影響と、サンプル内部のクラックによる影響があるため、光学特性評価およびシンチレータ特性を参考として実施した。
【００９７】
実施例１から実施例４および比較例１〜比較例２の結晶について、光学特性を評価するため、光励起による発光（フォトルミネッセンス）の測定を行った。
【００９８】
フォトルミネッセンスの測定には、Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の分光器（型式：Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ＦＬＳ９２０）を用い、励起源として同社の４５０Ｗキセノンアークランプ（Ｘｅ９００）を用いた。
【００９９】
図１から図６は得られた実施例および比較例のフォトルミネッセンスの発光スペクトルを示す図である。図１から図６において、横軸は発光波長であり、縦軸は各々のピークのカウント数（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ  Ｕｎｉｔ）である。また、図１から図６において、実線は実際の発光スペクトルであり、破線はピークサーチにより検出したガウシアンカーブであり、一点鎖線は実際の発光スペクトルをダブルガウシアンフィッティングを行った結果である。
【０１００】
実施例の結晶はどれも３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲でブロードな発光ピークを有するものであった。
【０１０１】
図１から図６の各々のフォトルミネッセンスをガウシアンによるピークサーチを行ったところ、全ての結果において、それぞれ３７０ｎｍおよび、３９０ｎｍの位置にピークが検出された。３７０ｎｍおよび、３９０ｎｍの各ピークはバンド構造および類似の硅酸化物材料の結果を考慮すると、これらは５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素の発光ピークである。また、これらのピークは、光学賦活剤として添加したＣｅの励起準位である５ｄ準位からそれぞれ４ｆ１および４ｆ２準位へ遷移する際に放出される発光のエネルギーに相当する。
【０１０２】
以上より、ＬａおよびＧｄを含むパイロクロア結晶において、ドーパントＣｅのスピン状態の異なる二つの４ｆ軌道（４Ｆ２／７＝３９０ｎｍ、４Ｆ２／５＝３７０ｎｍ）へと遷移する際の二つの波長のピークが確認された。
【０１０３】
発光波長のより短い（３７０ｎｍ（短波長側））ピークの発光波長強度をＰ１として、発光波長のより長い（３９０ｎｍ（長波長側））ピークの発光波長強度をＰ２とした場合に、これらの強度比（Ｐ１／Ｐ２）を表１に示した。実施例１から実施例４はいずれもＰ１とＰ２の間に、Ｐ１／Ｐ２≧０．９７の関係があることが確認された。
【０１０４】
さらに、実施例１から実施例４および比較例１から比較例２で得られた結晶の発光量を見積もった。ここでそれぞれの結晶は、光学グリース（応用光研社製６２６２Ａ）にて光検出器である光電子増倍管（浜松ホトニクス社製Ｒ７６００−２００）に光学装着し、１ＭＢｑの放射能を有する１３７Ｃｓ密封線源（ガンマ線源）ないしは２４１Ａｍを用い、ガンマ線を照射して励起、発光させた。
【０１０５】
なお、光電子増倍管には６５０Ｖないし７００Ｖを印加し、シンチレーション光を電気信号に変換した。ここで、光電子増倍管より出力される電気信号は、受光したシンチレーション光を反映したパルス状の信号であり、パルスの波高がシンチレーション光の発光強度を表す。このようにして光電子増倍管から出力された電気信号を整形増幅器で整形、増幅した後、多重波高分析器（マルチチャンネルアナライザー：ＭＣＡ）に入力して解析し、波高分布スペクトルを作成した。
【０１０６】
上記１３７Ｃｓによるガンマ線（６６２ｋｅＶ）を照射して得られた波高分布スペクトルから、発光量を見積もった。
【０１０７】
実施例１の発光量は４０，０００ｐｈｏｔｏｎｓ／ＭｅＶを超え、比較例１の発光量は４０，０００ｐｈｏｔｏｎｓ／ＭｅＶ未満であった。
【０１０８】
なお、本実施例では、発光量が４０，０００ｐｈｏｔｏｎｓ／ＭｅＶ以上となるものを良好な特性とする。実施例１から実施例４は発光量が４０，０００ｐｈｏｔｏｎｓ／ＭｅＶを超え、良好であった。
【０１０９】
表１は、実施例１から実施例４および比較例１から比較例３の結晶の、ＭＬａ／ＭＧｄの値、短波長側強度／長波長側強度の値（Ｐ１／Ｐ２）、比較例１を基準とした相対発光量の値をまとめた表である。表１に示すように、Ｐ１／Ｐ２が０．９７以上、好ましくは１以上、さらに好ましくは１．０４〜１．１１の場合に、好ましい結果が得られることが確認できた。
【０１１０】
【表１】
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【０１１１】
次に、実施例１から実施例４の結晶のシンチレーション光の減衰時間を求めた。ここで結晶は上記光学グリースにて上記光電子増倍管に光学接着し、上記１３７Ｃｓによるガンマ線を用い、ガンマ線を照射して励起、発光させた。そして、光電子増倍管からの信号をオシロスコープ（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製ＴＤＳ  ３０３４Ｂ）で信号の時間分布を測定することで、減衰時間を求めた。ここで、１０００ｎｓ以下を良好、８０ｎｓ以下を特に良好とする。
【０１１２】
図９は、実施例２の結晶の蛍光減衰曲線のプロファイルを示す図である。図９において、横軸は時間を表し、縦軸は発光強度に対応する電圧を表している。線αは実測であり、線βは減衰定数（蛍光寿命）を求めるために時間ｔを変数とする次の関数Ｉ（ｔ）でフィッティングを行なった結果である。
【０１１３】
Ｉ（ｔ（ｎｓ））＝Ａ１×ｅｘｐ（−ｔ／τ１（ｎｓ））＋  Ａ２×ｅｘｐ（−ｔ／τ２（ｎｓ））  ＋  ｃ
【０１１４】
ここで、Ａ１、τ１、Ａ２、τ２およびｃはフィッティングパラメータであり、特に、τ１、τ２を蛍光減衰曲線における蛍光寿命と呼ぶ。実施例１の測定結果をフィッティングすると、結晶の高速度成分蛍光寿命τ１は７５ｎｓであり、高速シンチレータを構成できるものであった。また、実施例１および実施例４の全ての実施例で８０ｎｓ以下であり、特に良好であった。
【０１１５】
以上から、Ｌａのモル分率ＭＬａとＧｄのモル分率ＭＧｄの比の割合ＭＬａ／ＭＧｄが０．１の場合、調和溶融組成からずれているため、融液が分解し、透明な結晶を育成することが困難となる。実際、比較例３の結晶は、白濁し、かつ、脆い結晶でクラックが入りやすく、光学評価することができなかった。
【０１１６】
比の割合ＭＬａ／ＭＧｄが０．１よりも大きく、かつ０．６４以下である範囲内において、５ｄ―４ｆ遷移発光する希土類金属元素由来のシンチレーション光が波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内で観測され、その波長に対するシンチレーション光の強度の分布が二つのピークを示した。それらのピークのうち、長波長側のピークにおける強度よりも短波長側のピークにおける強度を高くすることにより、良好な発光量特性を得ることができた。
【０１１７】
図７はＬａとＧｄのモル分率の比の割合ＭＬａ／ＭＧｄと、比較例１を基準とする相対発光量の関係を実施例１および比較例１から２までの結果についてプロットしたグラフである。図７によれば、比の割合ＭＬａ／ＭＧｄが大きくなるにつれて相対発光量は低下する。比の割合ＭＬａ／ＭＧｄについて、比較例１の比の割合ＭＬａ／ＭＧｄの値（約０．７９）を超すと相対発光量は大幅に低下することが図７から読み取れる。
【０１１８】
図８は、ＬａとＧｄのモル分率の比の割合ＭＬａ／ＭＧｄと、発光波長強度の最も高いピークと最も高いピークの次に発光波長強度の高いピークについて、発光波長の短いピークの強度Ｐ１と発光波長の長いピークの強度Ｐ２との比Ｐ１／Ｐ２の関係を実施例１、実施例４、比較例１および比較例２の結果についてプロットした図である。図８より、比の割合ＭＬａ／ＭＧｄが０．６４以下の場合に、発光波長の短いピークの強度Ｐ１と発光波長の長いピークの強度Ｐ２との比Ｐ１／Ｐ２は０．９７以上となることがわかる。
【０１１９】
また、比の割合ＭＬａ／ＭＧｄが０．２７以上であり、かつ０．６４以下の場合、特に安定して結晶格子に歪が少なくクラックの少ない透明な結晶を育成することができ、かつ、良好な発光量特性を得ることができた。
【０１２０】
以上のように、本発明に係るシンチレータ結晶材料、単結晶シンチレータは、発光量が高く、単結晶育成が容易であり、工業用途としての生産方法に向いており、有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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