(57)【要約】【課題】  中性子を高感度で検出可能な検出素子を提供する。【解決手段】  放射線検出素子は、銀とオルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムを含有するリン酸塩化合物から構成される。このリン酸塩化合物は、オルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムの合計量に対し、オルトリン酸リチウムを１０〜９５ｍｏｌ％含有するものが好ましい。このリン酸塩化合物は、オルトリン酸リチウム、メタリン酸アルミニウム及び酸化銀を混合し、加熱溶融後、冷却することにより得られる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀とオルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムを含有するリン酸塩化合物から構成されることを特徴とする放射線検出素子。
【請求項２】
前記オルトリン酸リチウムと前記メタリン酸アルミニウムの合計量に対し、前記オルトリン酸リチウムを１０〜９５ｍｏｌ％含有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記オルトリン酸リチウムと前記メタリン酸アルミニウムの合計量に対し、前記オルトリン酸リチウムを３０〜７０ｍｏｌ％含有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出素子。
【請求項４】
前記オルトリン酸リチウムと前記メタリン酸アルミニウムの合計量に対し、銀を０．０００５〜０．０５ｍｏｌ％含有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放射線検出素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放射線検出素子と、
前記放射線検出素子を収容する容器と、を具備することを特徴とする線量計。
【請求項６】
前記放射線検出素子を複数有し、少なくとも一部の前記放射線検出素子が放射線フィルタで覆われている、
ことを特徴とする請求項５に記載の線量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出素子及び該放射線検出素子を具備してなる線量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、線量計に用いる放射線検出素子として、賦活剤として銀を含有するリン酸塩ガラスが使用されてきた（非特許文献１参照）。かかるリン酸塩ガラスからなる放射線検出素子は、一般にＸ線やγ線の線量を計測するものであるが、中性子を計測するためのリン酸塩ガラスとして、メタリン酸リチウム、メタリン酸ナトリウム及びメタリン酸アルミニウムからなるリン酸塩ガラスも提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１６１１４１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】David Y.C. Huang and Shih-Ming Hsu, “Advances in Cancer Therapy”, 553-568 (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記中性子を計測するためのリン酸塩ガラスにおいて、中性子に対する感度を高めるためには、リチウム６同位体を多量に含むことが好ましい。しかしながら、特許文献１では、リチウムを多量に含むリン酸塩化合物は、検出素子としての性能が極端に低下しており、検出素子としての性能を発揮し得るようにリチウムの含有量を高めることが困難であった（特許文献１、図１参照）。
【０００６】
また、Ｘ線やγ線の線量を計測するためのリン酸塩ガラスについても、生体等価性を高めるために原子番号の小さいリチウム塩を用いることが好ましい。しかし、上記と同様の理由によってリチウム塩を用いることが困難であり、ナトリウム塩を主成分として含むリン酸塩ガラスが専ら使用されてきた。
【０００７】
本発明は前記問題を解決すべくなされたものであって、リン酸リチウムを主成分とするリン酸塩化合物から構成される放射線検出素子を提供し、また、中性子に対する感度が高く、生体等価性に優れた線量計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】
【０００８】
本発明者等は、リン酸リチウムを主成分とし、検出素子としての性能に優れたリン酸塩化合物を得るべく種々検討した。その結果、賦活剤として銀を含有し、オルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムからなるリン酸塩化合物によって、検出素子としての性能に優れたリン酸塩化合物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の第１の観点に係る放射線検出素子は、銀とオルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムを含有するリン酸塩化合物から構成されることを特徴とする。
【００１０】
また、前記オルトリン酸リチウムと前記メタリン酸アルミニウムの合計量に対し、前記オルトリン酸リチウムを１０〜９５ｍｏｌ％含有するものが好ましい。
【００１１】
また、前記オルトリン酸リチウムと前記メタリン酸アルミニウムの合計量に対し、前記オルトリン酸リチウムを３０〜７０ｍｏｌ％含有することが好ましい。
【００１２】
また、前記オルトリン酸リチウムと前記メタリン酸アルミニウムの合計量に対し、銀を０．０００５〜０．０５ｍｏｌ％含有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の第２の観点に係る線量計は、
本発明の第１の観点に係る放射線検出素子、
前記放射線検出素子を覆う容器又は放射線フィルタと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記放射線検出素子を複数有し、少なくとも一部の前記放射線検出素子が放射線フィルタで覆われていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の放射線検出素子を構成するリン酸塩化合物は、リチウム６同位体を多量に含有しているため、中性子に対する感度に優れた線量計を提供できる。また、リン酸塩化合物は原子番号の小さいリチウム塩を主成分として含むため、生体等価性に優れた線量計を提供できる。
【００１６】
従って、本発明の放射線検出素子を具備してなる線量計は、個人線量計、環境モニタ用線量計、医療用線量計等の種々の用途において、好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１〜３で得られたリン酸塩化合物のラジオフォトルミネッセンス（ＲＰＬ）スペクトルである。
【図２】図１は、実施例３〜５で得られたリン酸塩化合物のラジオフォトルミネッセンス（ＲＰＬ）スペクトルである。
【図３】図２は、実施例１で得られたリン酸塩化合物及び比較例１のリン酸塩ガラスの照射線量に対するＲＰＬ強度を示す図である。
【図４】図４は、実施例４で得られたリン酸塩化合物及び比較例１のリン酸塩ガラスの照射線量に対するＲＰＬ強度を示す図である。
【図５】図５は、実施例１で得られたリン酸塩化合物のフェーディングを示す図である。
【図６】図６は、実施例４で得られたリン酸塩化合物のフェーディングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施の形態に係る放射線検出素子（以下、単に検出素子ともいう）は、銀とオルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムを含有するリン酸塩化合物から構成されることを特徴とする。該リン酸塩化合物は、α線、β線、γ線、Ｘ線、または中性子等の放射線が照射された後に、適切な光刺激が与えられると、ラジオフォトルミネッセンス（以下、ＲＰＬともいう）と呼ばれる蛍光を発するため、放射線の照射量を計測する線量計の検出素子として好適に使用することができる。
【００１９】
オルトリン酸リチウムは、化学式Ｌｉ３ＰＯ４で表され、リチウム６同位体を含有することから、リン酸塩化合物の中性子に対する感度を高めることができる。また、オルトリン酸リチウムは、原子番号の小さいリチウム塩であることから、リン酸塩化合物は、生体等価性を高めることができる。リン酸塩化合物において、オルトリン酸リチウムの含有量は、特に制限されないが、１０〜９５ｍｏｌ％であることが好ましく、３０〜７０ｍｏｌ／Ｌであることがより好ましい。なお、本明細書中において、オルトリン酸リチウム、及び、メタリン酸アルミニウムのそれぞれ含有量（濃度）は、オルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムの合計量に対する含有量をいう。オルトリン酸リチウムの含有量が１０ｍｏｌ％以上であることによって、前記中性子に対する感度及び生体等価性を特に高めることができる。また、オルトリン酸リチウムの含有量が６０ｍｏｌ％以上であることによって、ＲＰＬの強度がさらに向上するため、高感度な放射線計測を行うことができる。一方、オルトリン酸リチウムの含有量が９５ｍｏｌ％以下であることにより、リン酸塩化合物が吸湿性を示さなくなるため、リン酸塩化合物の取り扱いを容易にできる。
【００２０】
リン酸塩化合物は、オルトリン酸リチウムの含有量が約６０ｍｏｌ％未満の場合はガラスの形態であり、約６０ｍｏｌ％以上の場合はセラミックの形態である。リン酸塩化合物を特に一様性に優れた放射線検出素子としたい場合は、オルトリン酸リチウムの含有量を約６０ｍｏｌ％未満とし、ガラスとすることが好ましい。但し、特にリン酸塩化合物中のリチウムの含有量を高めたい場合は、オルトリン酸リチウムの含有量を約６０ｍｏｌ％以上としてセラミックの形態で用いてもよい。
【００２１】
リン酸塩化合物を、中性子の線量計に用いる場合には、オルトリン酸リチウムのリチウム６同位体比を２０〜９９％とすることが特に好ましい。リチウム６同位体比を２０％以上、好ましくは９０％以上とすることによって、中性子がオルトリン酸リチウムのリチウム６同位体に捕獲され、捕獲反応を起こす確率が高まり中性子に対する感度が向上する。一方、同位体濃縮にかかるコストに鑑みて、リチウム６同位体比を９９％以下とすることが好ましい。
【００２２】
メタリン酸アルミニウムは、化学式Ａｌ（ＰＯ３）３で表される。当該メタリン酸アルミニウムと前記オルトリン酸リチウムを組み合わせることによって、従来にない優れた中性子感度、生体等価性、ＲＰＬ強度、及び化学的安定性を有するリン酸塩化合物が得られる。
【００２３】
銀は賦活剤であって、前記ＲＰＬを発するための蛍光中心としてリン酸塩化合物に含有される。該銀は、リン酸塩化合物中において、銀イオン（Ａｇ＋）として存在しており、放射線の照射によってその価数が変化する（Ａｇ＋→Ａｇ０及びＡｇ＋→Ａｇ２＋）。当該価数が変化した銀は、紫外線パルスレーザー等による適切な光刺激が与えられることにより、励起されてＲＰＬを発する(非特許文献1、p.558参照)。該ＲＰＬの強度は、照射された放射線の線量に比例するため、線量の計測に用いることができる。また、該ＲＰＬに基づく線量計は、線量測定時の光刺激、環境温度及び環境光の暴露による計測値の劣化、所謂フェーディングが少ないため、個人線量計等の用途に好適に用いることができる。なお、銀の含有量は、リン酸塩化合物１００ｍｏｌ％に対して０．０５〜５ｍｏｌ％とすることが好ましい。なお、本明細書において、銀の含有量（濃度）は、オルトリン酸リチウムとメタリン酸アルミニウムの合計量に対する含有量をいう。銀の含有量をかかる範囲とすることによって、特にＲＰＬ強度が優れたリン酸塩化合物とすることができる。
【００２４】
好適なリン酸塩化合物を化学式で表すと以下の通りである。
【００２５】
ＡｇＸ：｛Ｌｉ３ＰＯ４｝Ｙ・｛Ａｌ（ＰＯ３）３｝（１−Ｙ）
（上記式中Ｘは０．０００５〜０．０５である。また、Ｙは０．１０〜０．９５であり、０．３〜０．７であることがより好ましい。）
リン酸塩化合物の製造方法は特に制限されず、公知のガラス又はセラミックの製造方法を採用することができる。
【００２６】
リン酸塩化合物は、オルトリン酸リチウム、メタリン酸アルミニウム、及び酸化銀を混合し、加熱することにより、ガラス状又はセラミックス状の物質として得られる。これら原料は粉末が市販されており、市販品をそのままを使用することができる。なお、オルトリン酸リチウムは吸湿性を有するため、乾燥雰囲気下で取り扱うか、又は予め１００〜４００℃に加熱して乾燥してから用いることが好ましい。
【００２７】
リン酸塩化合物のガラス又はセラミックを得る製造方法を具体的に例示する。前記各原料の粉末を、所定の組成となるようにそれぞれ秤量して混合し、加熱して溶融せしめた後、急冷してガラス又はセラミックを得る方法が好適に採用できる。なお、当該製造方法において、前記説明したように、オルトリン酸リチウムの含有量が約６０ｍｏｌ％未満の場合、リン酸塩化合物はガラスの形態で得られ、約６０ｍｏｌ％以上の場合はセラミックの形態で得られる。溶融せしめる際の加熱温度は、前記オルトリン酸リチウムの含有量によって異なるが、８００〜１５００℃とすることが好ましい。また、ガラスを得る際には、前記加熱して溶融せしめた後に、１００〜５００℃まで急冷し、その後室温まで徐々に冷却する所謂徐冷工程を設ける方法も好適に採用できる。加熱時間は原料が全て一旦溶融すればよく、特に限定されないが、一般的には溶融状態が５分〜３時間程度持続するようにすればよい。当該加熱には一般的な電気炉を用いることができる。また該加熱は大気中で行ってなんら問題はない。
【００２８】
得られたリン酸塩化合物は、辺長が数ｍｍ〜数十ｍｍの面を有し、厚さが数百μｍ〜数ｍｍ程度の平板状に加工し、線量計の検出素子として用いることができる。リン酸塩化合物は良好な加工性を有しており、所望の形状に加工して用いることが容易である。加工に際しては、公知のブレードソー、ワイヤーソー等の切断機、研削機、或いは研磨盤を何ら制限無く用いる事ができる。
【００２９】
本実施の形態に係る線量計の構成としては、公知の構成が採用できるが、具体的には前記平板状に加工したリン酸塩化合物からなる検出素子をプラスチック製の容器に収納した構成が挙げられる。また、複数の検出素子を容器に収納し、これらの複数の検出素子の少なくとも一部をアクリル、アルミニウム、銅、又はスズ等の放射線フィルタで覆うことによって放射線エネルギーの推定を可能にする構成であってもよい。例えば、何も覆われていない検出素子そのもの、アクリルで覆われた検出素子、及び、アルミニウムで覆われた検出素子がセットとして容器に収納された構成である。或いは、リチウム６同位体比が異なる複数の検出素子を容器に収納し、これらの応答の差異によって中性子計測の精度を高める構成等も好適に採用できる。かかる構成の線量計を、被検体に所定の計測期間装着又は設置した後、線量計の検出素子に紫外線パルスレーザー等による光刺激を与え、該検出素子から発せられるＲＰＬ強度を測定することにより、前記計測期間中に被検体に照射された放射線の線量を計測することができる。なお、かかる線量の計測方法は、公知の方法が採用でき、例えば非特許文献１に記載されている方法等を何ら制限なく採用できる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例および比較例における各種物性は、下記の方法により測定した。
【００３１】
実施例１〜５
（リン酸塩化合物及び線量計用の検出素子の製造）
オルトリン酸リチウム、メタリン酸アルミニウム、及び酸化銀を、表１の組成となるようにそれぞれ秤量して混合し、原料を調合した。該原料をアルミナ製の坩堝に充填し、電気炉を用いて１３００℃で３０分間加熱して溶融せしめた。該溶融した原料を、２００℃に加熱したステンレス板に流出させて急冷した後、室温まで徐々に冷却してリン酸塩化合物を得た。なお、実施例１及び２はセラミックが得られ、実施例３、４及び５はガラスが得られた。実施例１〜５で得られたリン酸塩化合物の組成を表２に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
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【００３４】
得られたリン酸塩化合物のガラス又はセラミックを、１０ｍｍ角の面を有し、厚さが１ｍｍの形状に加工し、線量計用の検出素子を得た。なお当該検出素子の１０ｍｍ角の面には鏡面研磨を施した。
【００３５】
（リン酸塩化合物からなる検出素子のＲＰＬスペクトルの測定）
タングステン陰極を有するＸ線管を、管電圧４０ｋｅＶ及び管電流５ｍＡで動作させ、該Ｘ線管から発せられるＸ線を検出素子に照射した。なお、検出素子に照射する際の線量率を１Ｇｙ／ｍｉｎ（空気カーマ）、照射時間を５分間とし、合計の照射線量を５Ｇｙとした。
【００３６】
前記Ｘ線を照射した検出素子に３４０ｎｍの紫外線を照射し、該検出素子から発せられる発光スペクトルを測定した。当該発光スペクトル、及びＸ線を照射する前に予め同様にして測定しておいた発光スペクトルとの差分をとり、ＲＰＬに基づく発光スペクトルを取得した。得られた結果を図１、図２に示す。
【００３７】
図１、図２より、本発明のリン酸塩化合物は、放射線の照射によって高強度なＲＰＬを呈することから、線量計の検出素子として有用であることが分かる。また、オルトリン酸リチウムの含有量を６０ｍｏｌ％以上とした実施例１及び２のリン酸塩化合物によれば、ＲＰＬの強度がさらに向上するため、高感度な放射線計測を行えることが分かる。
【００３８】
（ＲＰＬ強度の照射線量に対する線形性の評価）
実施例１及び４で得られたリン酸塩化合物からなる検出素子について、照射時間を０．１、１、２、５、１０及び２０分間とし、合計の照射線量をそれぞれ０．１、１、２、５、１０及び２０Ｇｙとする以外は、前記と同様にしてＲＰＬスペクトルを測定し、照射線量に対するＲＰＬ強度の線形性を評価した。得られた結果を図３、４に示す。図３、４より、本発明のリン酸塩化合物から構成される検出素子によれば、照射線量に対するＲＰＬ強度の線形性に優れているため、高精度な放射線計測を行えることが分かる。
【００３９】
（フェーディングの評価）
実施例１及び４で得られたリン酸塩化合物からなる検出素子について、ＲＰＬスペクトルの測定を繰り返し行い、測定時の紫外線照射によるフェーディングの評価を行った。結果を図５、６に示す。図５、６より、紫外線の繰り返し照射によるＲＰＬ強度の劣化は認められず、繰り返し測定が可能であることが分かる。
【００４０】
比較例１
線量計用の検出素子として市販されている蛍光ガラスを用いる以外は、前記実施例１及び４と同様にしてＲＰＬ強度の照射線量に対する線形性の評価を行った。なお、該蛍光ガラスは、賦活剤として銀を含有し、メタリン酸ナトリウムとメタリン酸アルミニウムからなるリン酸塩化合物である。この蛍光ガラスの元素組成を上記表２に示す。そして、得られた比較例１のＲＰＬ強度の照射線量に対する線形性の結果を図３、４に示す。図３、４において、実施例１、４と比較例１との比較により、本発明のリン酸塩化合物は、リン酸リチウムを主成分とするため中性子に対する感度が高く、且つ生体等価性に優れていることに加えて、ＲＰＬ強度及びその照射線量に対する線形性が従来の市販品と遜色ないことが分かる。
【００４１】
なお、本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【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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