(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タリウムハロゲン化物結晶の対向する２つの面にＴｌ電極を有するタリウムハロゲン化物放射線検出器。
【請求項２】
対向する２つの面にＴｌ電極を有するタリウムハロゲン化物結晶を、２枚重ね合わせ、外側の２枚のＴｌ電極を導通して一方の電極とし、内側の重ね合わさった２枚のＴｌ電極をもう一方の電極とすることを特徴とするタリウムハロゲン化物放射線検出器。
【請求項３】
上記Ｔｌ電極上にＴｌと反応しにくく導電性の良い金属の電極がさらに設けられた請求項１又は２に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
【請求項４】
上記金属の電極は、Ａｕ電極であることを特徴とする請求項３に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
【請求項５】
タリウムハロゲン化物結晶に印加する電圧の極性を変えて使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
【請求項６】
上記タリウムハロゲン化物は、臭化タリウムであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器を備えた陽電子断層撮影装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器を備えた単光子放射線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽電子断層画像診断装置（ＰＥＴ）、単光子放射線コンピュータ断層撮影装置（ＳＰＥＣＴ）等に用いられる臭化タリウム等のタリウムハロゲン化物放射線検出器及びこれを備えたＰＥＴあるいはＳＰＥＣＴに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＴ等における高性能タイプの検出部には、ＣｄＴｅ結晶を用いた放射線検出器が使用されている。ところがＣｄＴｅ結晶は、共有結合結晶であり、融点が高く、また作製費が高いという問題点がある。例えば装置１台当たりの結晶のみの価格が数億円と高価になっている。
このためＣｄＴｅに代わるものとしてＴｌＢｒ等のタリウムハロゲン化物が注目されている。
例えばＴｌＢｒは、その高い原子番号(Tl: 81、Br: 35)及び高密度(7.56g/cm3)、広いギャップ・エネルギー(2.68eV)及び高い光子阻止能により室温放射線検出器の素材として魅力的な半導体である。
【０００３】
ＴｌＢｒ結晶を用いた従来の臭化タリウム放射線検出器の構造模式図を図６に示す。ＴｌＢｒ結晶の対向する面にＡｕ電極が形成されている。そしてＡｕ電極間には、バイアス電圧が印加されており、ＴｌＢｒ結晶にガンマ線が入射するとこれにより電子が生成され、これが前置増幅器の出力信号として検出される。
【０００４】
臭化タリウム放射線検出器は、ＣｄＴｅ放射線検出器に比べて次のような点で優れている。
（１）臭化タリウムは、イオン結合結晶であり、融点が低く、安価に作製できる。このためＴｌＢｒ結晶は、ＣｄＴｅ結晶と比較し、１００分の１程度の値段で作製できる。
（２）ＴｌＢｒ結晶はＣｄＴｅ結晶よりもガンマ線を止める能力が高く、ＣｄＴｅの半分程度の大きさで同程度の効果が発揮できる。このため検出器を薄くすることができる。
【０００５】
ところが臭化タリウム等のタリウムハロゲン化物放射線検出器には、次のような重大な問題がある。
これは、臭化タリウム等のタリウムハロゲン化物放射線検出器にバイアス電圧を印加した後、しばらく経つとその検出能力が無くなるというものである（非特許文献１参照）。この理由としては、ＴｌＢｒ結晶中の伝導イオンが検出器の中で分極現象を引き起こすためと考えられている（非特許文献２参照）。
【０００６】
すなわちＴｌＢｒ等のタリウムハロゲン化物結晶の対向する面にＡｕ電極が形成された臭化タリウム等のタリウムハロゲン化物放射線検出器では、電極間に電圧をかけると、伝導イオンであるＢｒ−イオンが陽極に移動し、陽極にはＢｒ−イオンが、陰極には結果としてＴｌ＋イオンが集積する。これらのイオンを中和する反応速度が集積速度より遅いので、この結果通常の臭化タリウム放射線では分極が生じることになる。
【０００７】
ＣｄＴｅ結晶も同様に分極の問題があるが、一度装置をシャットダウンすると分極が解消される。これに対し臭化タリウム等のタリウムハロゲン化物では金属イオンが動いてしまうため、シャットダウンしても分極が解消されない。このためＴｌＢｒ結晶自体の寿命が４時間程度しかなく実用化には至っていなかった。なおこの分極現象を防ぐ唯一の方法として、−２０℃の下で例えばＴｌＢｒ結晶を使用することが知られているが、常時検出器を冷却しておく必要があり実用的ではない。
【特許文献１】特開２００５−１５６２５２号公報
【特許文献２】特開２００５−２０８０５７号公報
【非特許文献１】T. Onodera, K. Hitomi, T. Shoji, Nucl. Instr. and Meth. A 568 (2006) 433.
【非特許文献２】V. Kozlov, M. Kemell, M. Vehkamaki, M. Leskela, Nucl. Instr. and Meth. A 576 (2007) 10.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はＴｌＢｒ等のタリウムハロゲン化物結晶における分極現象を防止し、安価で寿命が長いタリウムハロゲン化物放射線検出器を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明は、次のような放射線検出器及びこれを備えた装置を提供するものである。
（１）タリウムハロゲン化物結晶の対向する２つの面にＴｌ電極を有するタリウムハロゲン化物放射線検出器。
（２）対向する２つの面にＴｌ電極を有するタリウムハロゲン化物結晶を、２枚重ね合わせ、外側の２枚のＴｌ電極を導通して一方の電極とし、内側の重ね合わさった２枚のＴｌ電極をもう一方の電極とすることを特徴とするタリウムハロゲン化物放射線検出器。
（３）上記Ｔｌ電極上にＴｌと反応しにくく導電性の良い金属の電極がさらに設けられた（１）又は（２）に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
（４）上記金属の電極は、Ａｕ電極であることを特徴とする（３）に記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
（５）タリウムハロゲン化物結晶に印加する電圧の極性を変えて使用することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
（６）上記タリウムハロゲン化物は、臭化タリウムであることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器。
（７）（１）乃至（６）のいずれかに記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器を備えた陽電子断層撮影装置。
（８）（１）乃至（６）のいずれかに記載のタリウムハロゲン化物放射線検出器を備えた単光子放射線コンピュータ断層撮影装置。
なお本発明においてタリウムハロゲン化物は、ＴｌＣｌ、ＴｌＢｒ、ＴｌＩ又はこれらの混晶を指す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＴｌＢｒ等のタリウムハロゲン化物結晶中の伝導イオンが検出器の中で分極現象を引き起こすことがないため、安価で寿命が長いタリウムハロゲン化物放射線検出器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、ＴｌＢｒ結晶等のタリウムハロゲン化物結晶の対向する面にＴｌ膜を蒸着することにより、タリウムハロゲン化物結晶中のＴｌイオン及びハロゲンイオンがそれぞれＴｌメタルとタリウムハロゲン化物に変化するため、分極が発生しないという知見に基づくものである。
【００１２】
タリウムハロゲン化物結晶であるＴｌＢｒ結晶についていうと、ＴｌＢｒ結晶の対向する両面を蒸着等によってＴｌの薄層を形成し、電極とすると、陰極においては、Ｔｌ＋イオンは電子と一緒になり、Ｔｌ金属となる。陽極においては、Ｂｒ−イオンがＴｌと結合してＴｌＢｒとなり、電子が生成される。この反応によって生成されるＴｌ金属、ＴｌＢｒはイオンではなく、電荷を持たない。したがって、Ｔｌ電極付きＴｌＢｒ検出器中では、イオンが集積しても直後に中性化され、分極を起こさないというものである。
【００１３】
以下本発明に係るタリウムハロゲン化物放射線検出器について、臭化タリウム放射線検出器を例示して、詳細に説明する。
図１は、本発明の原理を説明する構造模式図である。基本的な構成は、図６に示す従来の臭化タリウム放射線検出器と同様であるが、ＴｌＢｒ結晶の対向する面にＴｌ電極が形成されている。
また図２は、本発明の臭化タリウム放射線検出器と図６に示す従来の臭化タリウム放射線検出器との特性比較のため、Ｔｌ電極上にＡｕ電極をさらに設けたものである。
【００１４】
放射線検出器に用いるＴｌＢｒ結晶は、99.999%の市販のＴｌＢｒパウダーをゾーン精製法によって作製した。ＴｌＢｒ結晶をワイヤーソーで厚さ約１ｍｍのウエハーに切断した後、ウエハーの表面をエメリー・シート(#800)で磨き、厚さを約０．６ｍｍとした。次に直径３ｍｍのＴｌ、Ａｕ電極を蒸着によって形成した。電極と外部回路との接続はバネ接点によって行った。
【００１５】
スペクトルの計測は、標準エレクトロニクス・システム（電荷敏感型プリアンプ(クリアーパルス580K)、シェーピングアンプ(Aptec 6300、シェーピングタイム14μ秒及びマルチ・チャンネル波高分析器)を用いて行った。放射線検出器の長期間安定性を評価するために、室温で３０時間、２２Ｎａ線源を測定した。ＴｌＢｒ結晶のバイアス電圧は、−２００Ｖとして行った。
【００１６】
図３は、バイアス電圧の印加後の０時間及び３０時間での、図６に示す従来の放射線検出器（Au/TlBr/Au放射線検出器）で得られた２２Ｎａスペクトルを示す。
図３から分かるように、分極現象によるエネルギー分解能の低下が３０時間後のスペクトルに観察された。これは、図６で示した従来の放射線検出器は、３０時間後では検出器として使えないことが分かる。
【００１７】
次に図２に示す放射線検出器（Au/Tl/TlBr/Tl/Au放射線検出器）で得られたスペクトルを図４に示す。図４から分かるように、本発明に係る放射線検出器では、電圧印加後３０時間経っても、スペクトルは変わらず、分極現象が起きていないことが分かる。
【００１８】
なお本発明ではＴｌ膜を蒸着することにより、Ｔｌイオン及びＢｒイオンがそれぞれＴｌメタルとＴｌＢｒに変化するため、分極が発生しないが、Ｔｌ膜が薄くなる現象が発生する。すなわち検出器に電圧を印加することによって、陰極ではＴｌ金属、陽極ではＴｌＢｒ結晶が生成され、その結果陰極のＴｌ層は厚くなり、陽極のＴｌ層は薄くなる。
しかし、Ｔｌ金属及びＴｌＢｒ結晶の生成反応は、可逆反応であるので、ＴｌＢｒ結晶に印加する電圧の極性を変えて、使用時間を同じにすることによって、元に戻すことができる。これによって、Ｔｌ電極を有する臭化タリウム放射線検出器を恒久的に使用することができる。
【００１９】
以上従来の臭化タリウム放射線検出器との比較のため、Ｔｌ膜上にＡｕ電極を形成した臭化タリウム放射線検出器を例示したが、Ｔｌ膜上にはＴｌと反応しにくく導電性の良い金属を形成することが望ましい。特にＡｌを蒸着することによって、非常に酸素と反応し易いＴｌの酸化を防ぐことができる。またＴｌ膜上に複数の金属を多層に形成してもよい。
【００２０】
次に本発明に係る臭化タリウム放射線検出器のＰＥＴへの適用について説明する。
ＰＥＴ用検出器としては、同時計数の時間分解能が数十ナノ秒でなければならない。このためＴｌＢｒ結晶の電極間を薄くして高時間分解能を得る必要がある。
ところが結晶が薄くなると、ガンマ線を検出できる体積が減る。そこで、図５に示すように、２枚のＴｌＢｒ結晶を重ね合わせ、対向する２表面を導通して一方の電極とし、重ね合わさった中間層をもう一方の電極にすることによって、厚みを２倍にした放射線検出器とする。この薄片２層の構造によってＰＥＴに使用できる時間分解能として数十ナノ秒を確保し、且つ検出感度も確保できた。
【００２１】
さらに検出器のサイズを１ｍｍ角で長さ１〜２ｍｍのものを薄い絶縁板（セラミック樹脂板）に並べ、それをさらに重ね、各放射線検出器からの信号をＡＳＩＣ増幅器に繋げることにより、高空間分解能で高感度の高いＰＥＴ用ガンマ線３次元検出器ブロックを実現することができる。
【００２２】
以上本発明に係る臭化タリウム放射線検出器について、ＰＥＴ用の放射線検出器への適用について説明したが、本発明はこれに限定されずＳＰＥＣＴその他、放射線検出器を必要とする装置に適用することができる。
なお本発明にかかるタリウムハロゲン化物放射線検出器は、単体でも、放射線検出器として十分機能することはいうまでもないことである。
【００２３】
また臭化タリウム放射線検出器を例示して本発明を説明したが、本発明はＴｌＢｒと同様のイオン結合結晶である、ＴｌＣｌ、ＴｌＩを用いた放射線検出器についても適用することができる。さらにＴｌＣｌ、ＴｌＩ及びＴｌＢｒの混晶であってもよい。
本発明では、ＴｌＣｌ、ＴｌＩ、ＴｌＢｒ及びこれらの混晶をタリウムハロゲン化物と総称する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】Ｔｌ電極を付けた本発明に係る臭化タリウム放射線検出器を示す構造模式図である。
【図２】Ａｕで覆ったＴｌ電極を付けた本発明に係る臭化タリウム放射線検出器を示す構造模式図である。
【図３】Au/TlBr/Au放射線検出器で測定した２２Ｎａスペクトルである。
【図４】Au/Tl/TlBr/Tl/Au放射線検出器で測定した２２Ｎａスペクトル図である。
【図５】厚みを２倍にした本発明に係る臭化タリウム放射線検出器を示す構造模式図である。
【図６】Ａｕ電極を付けた従来の臭化タリウム放射線検出器を示す構造模式図である。
【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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