シンチレータ用ガーネット型結晶、及び、これを用いる放射線検出器
【課題】放射線検出器に好適に適用できる、発光量の高いシンチレータ用結晶を提供すること。
【解決手段】ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用ガーネット型結晶であって、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下である、シンチレータ用ガーネット型結晶。
【解決手段】ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用ガーネット型結晶であって、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下である、シンチレータ用ガーネット型結晶。
【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、及び、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）、若しくは光電子増倍管（ＰＭＴ）、又は他の光検出器を使用して、検出することができる。
【０００３】
ＰＤやＳｉ−ＰＭは、特に放射線検出器やイメージング機器において、広範な用途を有する。様々なＰＤが知られており、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭは、感度の高い波長が４５０〜７００ｎｍであり、６００ｎｍ付近で最も感度が高くなる。そのため、６００ｎｍ付近に発光ピーク波長を有するシンチレータと組み合わせて使用されている。一般に、ＰＤアレー、位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（ＰＳＡＰＤ）から構成されるアバランシェ・フォトダイオード・アレー（ＡＰＤアレー）と称される一形式フォトダイオード、及びＳｉ−ＰＭアレーでは、フォトンを検出して、このフォトンがアレーに衝突する位置を突き止めることができる。
【０００４】
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。また、シンチレータの発光波長が光検出器の検出感度の高い波長域と一致することも重要である。
【０００５】
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程度以下と短いものの、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以下と短波長であり、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭの感度の高い波長とは一致しない。
【０００６】
また、特許文献２及び非特許文献１には、発光ピーク波長が５５０ｎｍ程度であり、シリコン半導体から構成されるＰＤの感度の高い波長と一致する発光ピーク波長を有する（ＹＧｄ）３Ａｌ５Ｏ１２の多結晶ガーネットシンチレータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０４９２８４号パンフレット
【特許文献２】特開２００１−１８１０４３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ，５７９（２００７）２３−２６，"Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ＹＡＧ（Ｃｅ）Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒｓ ｔｏ （ＹＧｄ）３Ａｌ５Ｏ１２（Ｃｅ） ｆｏｒ ｇａｍｍａ−ｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、非特許文献１に記載の結晶は、５ｍｍ厚の結晶において波長５６０ｎｍの透過率は、２０％程度と低く、十分な発光量が得られていない。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放射線検出器の用途に適した発光ピーク波長を有し、かつ、高い発光量を有するシンチレータ用結晶を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明によれば、ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用ガーネット型結晶であって、
Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、
波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下である、シンチレータ用ガーネット型結晶が提供される。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明のシンチレータ用結晶は、Ｃｅを発光成分、ＧａとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一種をさらに含み、波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下の結晶であるため、自己吸収が少なく、照射したエネルギー線を良好に透過させることができる。そのため、照射したエネルギー線を効率よくＣｅの発光エネルギーに変換させて、高い発光量を得ることができる。また、発光ピーク波長が光検出器の検出感度の波長域と一致する蛍光成分を発光することができる。したがって、放射線検出器の用途に適した高発光量のシンチレータ用結晶が実現可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、放射線検出器の用途に適した発光ピーク波長を有し、かつ、高い発光量を有する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】
【００１５】
【図１】発光量及び蛍光寿命の測定する装置を模式的に示す図である。
【図２】実施例の結晶の透明性を示す図である。
【図３】実施例の結晶の透明性を示す図である。
【図４】実施例の結晶の透過スペクトルを示す図である。
【図５】実施例の結晶の励起・発光スペクトルを示す図である。
【図６】実施例の結晶の励起・発光スペクトルを示す図である。
【図７】実施例の結晶のγ線励起エネルギースペクトルを示す図である。
【図８】実施例の結晶の紫外線励起による蛍光寿命を示す図である。
【図９】実施例の結晶のγ線励起による蛍光寿命を示す図である。
【図１０】Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２を光電子増倍管に接着し，２５２Ｃｆ中性子線を照射して得られたエネルギースペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施の形態に係るガーネット型結晶は、ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用結晶である。このガーネット型結晶は、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数（α）が０．０３ｍｍ−１以下である。
【００１７】
本実施の形態に係るガーネット型結晶の吸光係数は、０．０１５ｍｍ−１以下が好ましく、より高い発光量が得られるという観点から、０．０１ｍｍ−１以下がより好ましい。こうすることで、厚さ５ｍｍの結晶において、波長５５０ｎｍの光の透過率を７０％以上とすることができる。なお、本明細書において、吸光定数とは、厚み１ｍｍの結晶と厚み５ｍｍの結晶とを用意し、波長５５０ｎｍの光を照射したときの透過率（％）を測定し、下記式（２）により求められるものである。
Ｔ＝（１−Ｒ）２ｅ−２αＬ／（１−Ｒ２ｅ−２αＬ）・・・（２）
〔式（２）中、αが吸光係数（ｍｍ−１）であり、Ｔが波長５５０ｎｍの光に対する透過率（％）であり、Ｒが反射率であり、Ｌが試料の厚さ（ｍｍ）である。〕
【００１８】
波長５５０ｎｍの光の透過率は、７０％以上が好ましく、７５％以上がより好ましく、８０％以上がさらに好ましい。なお、この透過率は、厚み５ｍｍの結晶を波長５５０ｎｍで測定したものである。
【００１９】
また、本発明に係るガーネット型結晶は、Ｇａ又はＳｃと、Ｙ又はＬｕとを含むことが好ましい。こうすることで、発光量をさらに増加させることができる。
【００２０】
好ましくは、本実施の形態に係るガーネット型結晶は、以下の一般式（１）で表される。
Ｇｄ３−ｘ−ｙＣｅｘＲＥｙＡｌ５−ｚＭｚＯ１２ （１）
【００２１】
上記一般式（１）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．９、０≦ｚ≦４．８であり、ＭはＧａ及びＳｃから選択される少なくとも１種であり、ＲＥはＹ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種である。
【００２２】
また、上記一般式（１）においてＲＥをＬｕ，Ｙとし０≦ｚ＜１とした場合、ｙの下限を１．８≦ｙとすることが好ましく、さらにｙの下限を２．２≦ｙとするとより好ましい。こうすることで、波長５５０ｎｍの透過率を高めることができる。
【００２３】
また、上記一般式（１）においてＭをＧａとし０≦ｙ＜０．１とした場合、ｚの下限を１≦ｚとすることが好ましく、さらにｚの下限を２≦ｚとするとより好ましい。こうすることで、波長５５０ｎｍの透過率を高めることができる。
【００２４】
本実施の形態のガーネット型結晶において、Ｃｅの濃度ｘは、０．０００１≦ｘ≦０．１５であり、好ましくは、０．００１≦ｘ≦０．１５であり、より好ましくは、０．００６≦ｘ≦０．１５である。このように、上記一般式（１）において好適なＣｅの値をとることで、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移が促進され、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。
【００２５】
本実施の形態に係るガーネット型結晶は、γ線で励起させることができ、これにより、蛍光発光させることが可能になる。その発光ピーク波長は、４４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下とすることができ、好ましくは、４４０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下とすることができる。そのため、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭの感度の高い波長と一致させることができる。
【００２６】
本実施の形態に係るガーネット型結晶は、単結晶であってもよいし、透明セラミックスであってもよいが、単結晶であることがより好ましい。単結晶とすることにより、粒界が存在しないか、あるいは、非常に少なく、均一な結晶軸方位をとることができる。そのため、結晶内部における応力や歪みの発生を少なくでき、Ｃｅ本来の発光特性が引き出され、高い発光量を得ることができる。例えば、γ線励起による蛍光発光の発光量を２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とすることができ、好ましくは、４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とすることができ、より好ましくは、５００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とすることができる。
【００２７】
本明細書において、発光量とは、φ３ｍｍ×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：３３０００ｐｈｏｔｏｎ／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。
【００２８】
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。
【００２９】
本実施の形態のガーネット型結晶では上記一般式（１）において好適なｘ、ｙ、ｚの値をとることで液相からの単結晶育成を可能し、高品質の単結晶を育成することができる。
【００３０】
また、一般式（１）において好適なＧａ及びＳｃの値をとることで、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移が促進され、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。
【００３１】
さらに、上記一般式（１）において好適なＣｅの値をとることで、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移が促進され、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。
【００３２】
具体的には、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、例えば、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、ＭがＧａとすることで、発光量が３００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。また、さらに、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３３】
また、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、式中、例えば、０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＧａとすることで、発光量が２５０００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。また、さらに、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量を４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３４】
また、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、式中、例えば、０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦３であり、ＲＥがＹ、ＭがＳｃであり、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３５】
また、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、式中、例えば、０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦２．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＳｃであり、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が３００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３６】
また、上記一般式（１）において、式中０．００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．１、２．０≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、Ｌｕであり、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３７】
本実施の形態に係るガーネット型結晶の蛍光寿命（蛍光減衰時間）は、１００ナノ秒以下とすることができ、より好ましくは、８０ナノ秒以下、さらに好ましくは、７０ナノ秒以下とすることができる。したがって、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。なお、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強度に対する各蛍光減衰成分の強度の割合を算出することができる。
【００３８】
このように、本実施の形態に係るガーネット型結晶は、エネルギー分解能にも優れることから、高精度な放射線検出が可能となる。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。
【００３９】
本実施の形態に係るシンチレータ用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。
【００４０】
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。又は、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）、及び、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。
【００４１】
本実施の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）、及び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。
【００４２】
また、使用できる坩堝及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、又はこれらの合金が挙げられる。
【００４３】
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、及び抵抗加熱機を使用してもよい。
【００４４】
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以下に一例として示すが、これに限定されるものではない。
【００４５】
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、単結晶を作製することができる。
【００４６】
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、又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、又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及びその分布を制御することができる。
【００４７】
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、ローターリポンプを具備し、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。
【００４８】
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ガス又は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又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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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及び長尺化の目的で、原料の連続チャージ用機器を取り入れてもよい。
【００５２】
また、本実施の形態に係る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。
【００５３】
ここで、水素、窒素又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用結晶を効率的に得ることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
本実施の形態に係るガーネット構造を有するシンチレータ用結晶は、受光器とを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、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、及びＣＴが例示される。
【００５７】
本発明のガーネット型結晶は、放射線により励起されると、４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光ピーク波長で発光することができる。したがって、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭの感度の高い波長と一致させることができる。また、このとき、２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上の発光量で発光できるため、高い位置分解能かつ高いＳ／Ｎを持つ放射線検出器を実現することができる。
【００５８】
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１００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強度を、蛍光成分全体の強度に対して２０％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。
【００５９】
また、本発明のガーネット型結晶では、６６２ｋｅＶでのエネルギー分解能を１０％以下とすることができる。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では、高精度な放射線検出が可能となる。
【００６０】
また、本発明のガーネット型結晶の密度は、６．５〜７．１ｇ／ｃｍ３の範囲とすることができる。したがって、感度の高い検出器を構成でき、装置の小型化も可能である。
【００６１】
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】
【００６２】
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、Ｃｅ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。また、実施例及び比較例においてマイクロ引下げ法は、坩堝をイリジウムとし、育成雰囲気は酸素1％含有アルゴン、育成温度は、０．０５ｍｍ／分とした。
【００６３】
（実施例１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６４】
（実施例２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６５】
（実施例３）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６６】
（実施例４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ４Ａｌ１Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６７】
（実施例５）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６８】
（実施例６）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６９】
（実施例７）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７０】
（実施例８）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７１】
（実施例９）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７２】
（実施例１０）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７３】
（実施例１１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７４】
（実施例１２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７５】
（実施例１３）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７６】
（実施例１４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７７】
（実施例１５）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７８】
（実施例１６）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７９】
（実施例１７）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８０】
（実施例１８）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｓｃ０．５Ａｌ４．５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８１】
（実施例１９）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８２】
（実施例２０）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２９７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．００３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８３】
（実施例２１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２９７Ｌｕ２．５５Ｃｅ０．１５Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８４】
（実施例２２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９７Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８５】
（実施例２３）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９９５Ｃｅ０．００５Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８６】
（実施例２４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９７Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８７】
（実施例２５）
熱間静水圧プレス燒結法により、Ｇｄ2.97Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型透明セラミックスを作製した。
【００８８】
（実施例２６）
熱間静水圧プレス燒結法により、Ｇｄ2.97Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型透明セラミックスを作製した。
【００８９】
（実施例２７）
熱間静水圧プレス燒結法により、Ｇｄ2.97Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型透明セラミックスを作製した。
【００９０】
（比較例１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９７Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９１】
（比較例２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．6７Ｙ０．3Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９２】
（比較例３）
【００９３】
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．67Ｌｕ０．3Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は不透明な多結晶であった。
【００９４】
（比較例４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．6７Ｙ０．3Ｃｅ０．０３Ｓｃ１Ａｌ４Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９５】
（比較例５）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ２．６７Ｇｄ０．３Ｃｅ０．０３Ｓｃ3Ａｌ2Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９６】
各々の光学特性評価及びシンチレータ特性を評価した。なお、特に明示しない限り、実施例１〜２７、比較例１〜５で得られた結晶をφ３ｍｍ×２ｍｍサイズに加工し、φ３ｍｍ面を両面光学研磨して評価した。
１．透過率（Ｔ）
実施例１〜２７、比較例１〜５で得られた結晶をφ３ｍｍ×５ｍｍサイズに加工し、φ３ｍｍ面を両面光学研磨し、分光光度計（Ｕ４０００、（株）日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて５５０ｎｍにおける透過率を測定した。
２．吸光係数（α）
実施例１〜２７、比較例１〜５で得られた結晶について、φ３×１ｍｍサイズ及びφ３ｍｍ×１５ｍｍサイズに加工研磨したものも用意し、発光ピーク波長における透過率をそれぞれ測定し、上記式（２）を用いて、吸光係数α（ｃｍ−１）を求めた。
３．励起・発光スペクトル測定
分光蛍光光度計（Ｆ−７０００、（株）日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて、フォトルミネセンス法（Ｘ線励起：ＣｕＫα）により励起・発光スペクトルを測定した。
４．γ線励起発光量、エネルギー分解能
図１に示す装置を用いて、φ３×２ｍｍサイズに加工研磨した結晶を１３７Ｃｓからのγ線を照射し発光量を測定した。光電子倍増管として、浜松ホトニクス社製のＰＭＴ−Ｒ７６００Ｕを用いた。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：３３０００ｐｈｏｔｏｎ／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。エネルギー分解能（ΔＥ／Ｅ）は、６６２ｋｅＶ（Ｅ）を基準とした反値幅（ＦＷＨＭ、ΔＥ）から算出した。
５．紫外線蛍光寿命測定
２５０ｎｍ紫外線励起（Ｘ線励起：ＣｕＫα）して生じた発光波長５３０ｎｍの蛍光成分の蛍光減衰時間を測定した。
６．γ線蛍光寿命測定
図１に示す装置を用いて、１３７Ｃｓからのγ線を照射し蛍光減衰時間を測定した。光電子倍増管として、浜松ホトニクス社製のＰＭＴ−Ｒ７６００Ｕを用いた。測定温度は２５℃とした。
【００９７】
図２は、実施例１〜５の結晶を示す図である。図２（ａ）が実施例１の結晶を示し、図２（ｂ）が実施例２の結晶を示し、図２（ｃ）が実施例３の結晶を示し、図２（ｄ）が実施例４の結晶を示す。図２（ｅ）が実施例５の結晶を示す。図３は、実施例２２、２３、２６の結晶を示す図であり、図３（ａ）が実施例２２の結晶を示し、図３（ｂ）が実施例２３の結晶を示し、図３（ｃ）が実施例２６の結晶を示す。いずれも黄色又は橙色透明な結晶であった。
【００９８】
密度、結晶の状態、発光ピーク波長、５５０ｎｍにおける透過率（Ｔ（％））、及び、吸光係数（α（ｍｍ−１））の結果を表１（表１−１、１−２）、２に示す。また、実施例３の透過スペクトルを図４に示す。
【００９９】
【表１】
【０１００】
【表２】
【０１０１】
表１で示すように、実施例におけるセリウム付活ガーネット型結晶は、発光量４６０〜５５０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有することから、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭ等の４８０〜７００ｎｍに感度の高い波長を有する受光器との組み合わせに適していることがわかる。
【０１０２】
実施例１〜２７で得られた結晶に関する諸特性を表３（表３−１、３−２）にまとめる。図５は、実施例１３で得られた結晶の励起・発光スペクトルを示す図であり、図６は、実施例１５で得られた結晶の励起・発光スペクトルを示す図であり、図５、６において、横軸は発光波長（ｎｍ）、縦軸は励起波長（ｎｍ）を表す。また、図７は、実施例３で得られたγ線励起エネルギースペクトルを示す。図８は、実施例５〜７で得られた紫外線励起蛍光寿命のスペクトルを示す。図９は、実施例１５、２０で得られたγ励起蛍光寿命のスペクトルを示す。図１０は、実施例３の結晶を光電子増倍管に接着し，２５２Ｃｆ中性子線を照射して得られたエネルギースペクトルである。
【０１０３】
【表３】
【０１０４】
表３で示すように、本実施例におけるセリウム付活ガーネットシンチレータ結晶は非常に優れていることが分かる。さらに好適なＣｅ濃度、Ｇａ濃度をとることで、高発光量かつエネルギー分解能も高くなることが分かる。さらに、蛍光寿命の単寿命化及び長寿命成分も低減することができることが分かった。らに蛍光寿命は、３０〜９５ナノ秒程度であり、シンチレータ材料として非常に優れていることが分かった。
【０１０５】
特に、実施例１５、２０，２１で得られた結晶について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結果、Ｃｅ濃度が増加するに従い、蛍光寿命は短くなった。また、実施例２０において確認された３８５ｎｓの長寿命成分は、Ｃｅ濃度が増加すると減少した。当該長寿命成分はＧｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移の結果生じるものと考えられ、Ｃｅ濃度が増加すると、エネルギー遷移の確立が増加し、長寿命成分が減少すると考えられる。同時に発光量も向上し、実施例１５で最大となった。この測定結果からもＧｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移現象の存在が確認できる。
【０１０６】
図５において、実施例１３の結晶は発光波長５１０ｎｍ付近にＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光由来の発光ピークが確認され、発光波長３１２ｎｍ付近にＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光由来の発光ピークが確認された。Ｇｄ３＋の４ｆ４ｆ発光由来の発光の励起波長は２６０ｎｍ付近であったが、２６０ｎｍ励起においてＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光由来の発光も生じることが分かる。このことから、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移現象の存在が確認できる。一方、図６の実施例１５で得られた結晶では、Ｃｅ３＋の４ｆ５ｄ発光由来の発光ピークは確認されなかった。
【０１０７】
また、図７で示すエネルギースペクトルから、実施例３のエネルギー分解能は３．６％であった。
【０１０８】
また、図８で示すように、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶（実施例５）の紫外線励起では、５２０ｎｍの蛍光成分は、８２ｎｓの蛍光寿命と１１２ｎｓの長寿命成分を示した。また、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２結晶（実施例７）では、長寿命成分が無くなり１３ｎｓ（１４％）、４５ｎｓ（８６％）の蛍光寿命を示した。このように、Ｇａ濃度の増加に伴い、蛍光寿命が短寿命化するのが示された。なお、γ線励起蛍光寿命が紫外線励起に比べて長寿命なのは、γ線励起の場合、Ｇｄ３＋の各エネルギー準位を経由してＣｅ３＋４ｆ５ｄ発光に至るためと考えられる。
【０１０９】
図１０のエネルギースペクトルでは、実施例３の結晶中に含まれるＧｄと中性子との（ｎ，γ）反応により放出されるγ線がＧｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２に吸収されることで生じるフォトピークを確認した。
【０１１０】
さらに、実施例１３〜１６及び１８、１９で得られた結晶の蛍光減衰曲線を、フォトルミネッセンスにて観測し、発光波長５３０ｎｍのＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光及び発光波長３１２ｎｍのＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光についてそれぞれ蛍光寿命（蛍光減衰時間）を測定した。結果を、表４に示す。発光波長５３０ｎｍのＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光を励起波長４５０ｎｍで直接励起した場合には、３２〜５１ｎｓの蛍光寿命を示し、Ｇａ及びＳｃ濃度の増加とともに、蛍光寿命が短くなった。また、発光波長５３０ｎｍのＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光をＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光の励起波長である励起波長２５０ｎｍで励起した場合には、９２〜１０２ｎｓの長寿命成分が確認された。さらに、発光波長３１２ｎｍのＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光を２５０ｎｍで励起した場合には、数μｓ〜１２７ｎｓの蛍光寿命が得られ、Ｇａ及びＳｃ濃度の増加とともに、蛍光寿命が短くなった。以上の測定結果からもＧｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移現象の存在が確認できる。
【０１１１】
【表４】
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 暗箱
１１ Ｃｓ１３７γ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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレータ用ガーネット型結晶、及び、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）、若しくは光電子増倍管（ＰＭＴ）、又は他の光検出器を使用して、検出することができる。
【０００３】
ＰＤやＳｉ−ＰＭは、特に放射線検出器やイメージング機器において、広範な用途を有する。様々なＰＤが知られており、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭは、感度の高い波長が４５０〜７００ｎｍであり、６００ｎｍ付近で最も感度が高くなる。そのため、６００ｎｍ付近に発光ピーク波長を有するシンチレータと組み合わせて使用されている。一般に、ＰＤアレー、位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（ＰＳＡＰＤ）から構成されるアバランシェ・フォトダイオード・アレー（ＡＰＤアレー）と称される一形式フォトダイオード、及びＳｉ−ＰＭアレーでは、フォトンを検出して、このフォトンがアレーに衝突する位置を突き止めることができる。
【０００４】
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。また、シンチレータの発光波長が光検出器の検出感度の高い波長域と一致することも重要である。
【０００５】
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程度以下と短いものの、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以下と短波長であり、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭの感度の高い波長とは一致しない。
【０００６】
また、特許文献２及び非特許文献１には、発光ピーク波長が５５０ｎｍ程度であり、シリコン半導体から構成されるＰＤの感度の高い波長と一致する発光ピーク波長を有する（ＹＧｄ）３Ａｌ５Ｏ１２の多結晶ガーネットシンチレータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０４９２８４号パンフレット
【特許文献２】特開２００１−１８１０４３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ，５７９（２００７）２３−２６，"Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ＹＡＧ（Ｃｅ）Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒｓ ｔｏ （ＹＧｄ）３Ａｌ５Ｏ１２（Ｃｅ） ｆｏｒ ｇａｍｍａ−ｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、非特許文献１に記載の結晶は、５ｍｍ厚の結晶において波長５６０ｎｍの透過率は、２０％程度と低く、十分な発光量が得られていない。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放射線検出器の用途に適した発光ピーク波長を有し、かつ、高い発光量を有するシンチレータ用結晶を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明によれば、ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用ガーネット型結晶であって、
Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、
波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下である、シンチレータ用ガーネット型結晶が提供される。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明のシンチレータ用結晶は、Ｃｅを発光成分、ＧａとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一種をさらに含み、波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下の結晶であるため、自己吸収が少なく、照射したエネルギー線を良好に透過させることができる。そのため、照射したエネルギー線を効率よくＣｅの発光エネルギーに変換させて、高い発光量を得ることができる。また、発光ピーク波長が光検出器の検出感度の波長域と一致する蛍光成分を発光することができる。したがって、放射線検出器の用途に適した高発光量のシンチレータ用結晶が実現可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、放射線検出器の用途に適した発光ピーク波長を有し、かつ、高い発光量を有する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】
【００１５】
【図１】発光量及び蛍光寿命の測定する装置を模式的に示す図である。
【図２】実施例の結晶の透明性を示す図である。
【図３】実施例の結晶の透明性を示す図である。
【図４】実施例の結晶の透過スペクトルを示す図である。
【図５】実施例の結晶の励起・発光スペクトルを示す図である。
【図６】実施例の結晶の励起・発光スペクトルを示す図である。
【図７】実施例の結晶のγ線励起エネルギースペクトルを示す図である。
【図８】実施例の結晶の紫外線励起による蛍光寿命を示す図である。
【図９】実施例の結晶のγ線励起による蛍光寿命を示す図である。
【図１０】Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２を光電子増倍管に接着し，２５２Ｃｆ中性子線を照射して得られたエネルギースペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施の形態に係るガーネット型結晶は、ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用結晶である。このガーネット型結晶は、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数（α）が０．０３ｍｍ−１以下である。
【００１７】
本実施の形態に係るガーネット型結晶の吸光係数は、０．０１５ｍｍ−１以下が好ましく、より高い発光量が得られるという観点から、０．０１ｍｍ−１以下がより好ましい。こうすることで、厚さ５ｍｍの結晶において、波長５５０ｎｍの光の透過率を７０％以上とすることができる。なお、本明細書において、吸光定数とは、厚み１ｍｍの結晶と厚み５ｍｍの結晶とを用意し、波長５５０ｎｍの光を照射したときの透過率（％）を測定し、下記式（２）により求められるものである。
Ｔ＝（１−Ｒ）２ｅ−２αＬ／（１−Ｒ２ｅ−２αＬ）・・・（２）
〔式（２）中、αが吸光係数（ｍｍ−１）であり、Ｔが波長５５０ｎｍの光に対する透過率（％）であり、Ｒが反射率であり、Ｌが試料の厚さ（ｍｍ）である。〕
【００１８】
波長５５０ｎｍの光の透過率は、７０％以上が好ましく、７５％以上がより好ましく、８０％以上がさらに好ましい。なお、この透過率は、厚み５ｍｍの結晶を波長５５０ｎｍで測定したものである。
【００１９】
また、本発明に係るガーネット型結晶は、Ｇａ又はＳｃと、Ｙ又はＬｕとを含むことが好ましい。こうすることで、発光量をさらに増加させることができる。
【００２０】
好ましくは、本実施の形態に係るガーネット型結晶は、以下の一般式（１）で表される。
Ｇｄ３−ｘ−ｙＣｅｘＲＥｙＡｌ５−ｚＭｚＯ１２ （１）
【００２１】
上記一般式（１）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．９、０≦ｚ≦４．８であり、ＭはＧａ及びＳｃから選択される少なくとも１種であり、ＲＥはＹ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種である。
【００２２】
また、上記一般式（１）においてＲＥをＬｕ，Ｙとし０≦ｚ＜１とした場合、ｙの下限を１．８≦ｙとすることが好ましく、さらにｙの下限を２．２≦ｙとするとより好ましい。こうすることで、波長５５０ｎｍの透過率を高めることができる。
【００２３】
また、上記一般式（１）においてＭをＧａとし０≦ｙ＜０．１とした場合、ｚの下限を１≦ｚとすることが好ましく、さらにｚの下限を２≦ｚとするとより好ましい。こうすることで、波長５５０ｎｍの透過率を高めることができる。
【００２４】
本実施の形態のガーネット型結晶において、Ｃｅの濃度ｘは、０．０００１≦ｘ≦０．１５であり、好ましくは、０．００１≦ｘ≦０．１５であり、より好ましくは、０．００６≦ｘ≦０．１５である。このように、上記一般式（１）において好適なＣｅの値をとることで、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移が促進され、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。
【００２５】
本実施の形態に係るガーネット型結晶は、γ線で励起させることができ、これにより、蛍光発光させることが可能になる。その発光ピーク波長は、４４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下とすることができ、好ましくは、４４０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下とすることができる。そのため、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭの感度の高い波長と一致させることができる。
【００２６】
本実施の形態に係るガーネット型結晶は、単結晶であってもよいし、透明セラミックスであってもよいが、単結晶であることがより好ましい。単結晶とすることにより、粒界が存在しないか、あるいは、非常に少なく、均一な結晶軸方位をとることができる。そのため、結晶内部における応力や歪みの発生を少なくでき、Ｃｅ本来の発光特性が引き出され、高い発光量を得ることができる。例えば、γ線励起による蛍光発光の発光量を２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とすることができ、好ましくは、４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とすることができ、より好ましくは、５００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とすることができる。
【００２７】
本明細書において、発光量とは、φ３ｍｍ×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：３３０００ｐｈｏｔｏｎ／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。
【００２８】
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。
【００２９】
本実施の形態のガーネット型結晶では上記一般式（１）において好適なｘ、ｙ、ｚの値をとることで液相からの単結晶育成を可能し、高品質の単結晶を育成することができる。
【００３０】
また、一般式（１）において好適なＧａ及びＳｃの値をとることで、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移が促進され、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。
【００３１】
さらに、上記一般式（１）において好適なＣｅの値をとることで、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移が促進され、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。
【００３２】
具体的には、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、例えば、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、ＭがＧａとすることで、発光量が３００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。また、さらに、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３３】
また、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、式中、例えば、０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＧａとすることで、発光量が２５０００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。また、さらに、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量を４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３４】
また、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、式中、例えば、０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦３であり、ＲＥがＹ、ＭがＳｃであり、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３５】
また、上記一般式（１）で表されるガーネット型結晶において、式中、例えば、０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦２．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＳｃであり、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が３００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３６】
また、上記一般式（１）において、式中０．００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．１、２．０≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、Ｌｕであり、吸光係数が０．０１５ｍｍ−１以下の結晶にすることで、発光量が４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上のガーネット型結晶とすることができる。
【００３７】
本実施の形態に係るガーネット型結晶の蛍光寿命（蛍光減衰時間）は、１００ナノ秒以下とすることができ、より好ましくは、８０ナノ秒以下、さらに好ましくは、７０ナノ秒以下とすることができる。したがって、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。なお、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強度に対する各蛍光減衰成分の強度の割合を算出することができる。
【００３８】
このように、本実施の形態に係るガーネット型結晶は、エネルギー分解能にも優れることから、高精度な放射線検出が可能となる。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。
【００３９】
本実施の形態に係るシンチレータ用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。
【００４０】
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。又は、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）、及び、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。
【００４１】
本実施の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）、及び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。
【００４２】
また、使用できる坩堝及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、又はこれらの合金が挙げられる。
【００４３】
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、及び抵抗加熱機を使用してもよい。
【００４４】
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以下に一例として示すが、これに限定されるものではない。
【００４５】
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、単結晶を作製することができる。
【００４６】
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、又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、又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及びその分布を制御することができる。
【００４７】
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、ローターリポンプを具備し、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。
【００４８】
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ガス又は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又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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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及び長尺化の目的で、原料の連続チャージ用機器を取り入れてもよい。
【００５２】
また、本実施の形態に係る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。
【００５３】
ここで、水素、窒素又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用結晶を効率的に得ることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
本実施の形態に係るガーネット構造を有するシンチレータ用結晶は、受光器とを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、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、及びＣＴが例示される。
【００５７】
本発明のガーネット型結晶は、放射線により励起されると、４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光ピーク波長で発光することができる。したがって、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭの感度の高い波長と一致させることができる。また、このとき、２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上の発光量で発光できるため、高い位置分解能かつ高いＳ／Ｎを持つ放射線検出器を実現することができる。
【００５８】
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１００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強度を、蛍光成分全体の強度に対して２０％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。
【００５９】
また、本発明のガーネット型結晶では、６６２ｋｅＶでのエネルギー分解能を１０％以下とすることができる。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では、高精度な放射線検出が可能となる。
【００６０】
また、本発明のガーネット型結晶の密度は、６．５〜７．１ｇ／ｃｍ３の範囲とすることができる。したがって、感度の高い検出器を構成でき、装置の小型化も可能である。
【００６１】
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】
【００６２】
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、Ｃｅ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。また、実施例及び比較例においてマイクロ引下げ法は、坩堝をイリジウムとし、育成雰囲気は酸素1％含有アルゴン、育成温度は、０．０５ｍｍ／分とした。
【００６３】
（実施例１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６４】
（実施例２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６５】
（実施例３）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６６】
（実施例４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ４Ａｌ１Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６７】
（実施例５）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６８】
（実施例６）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００６９】
（実施例７）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７０】
（実施例８）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７１】
（実施例９）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７２】
（実施例１０）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７３】
（実施例１１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７４】
（実施例１２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ１．９７Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７５】
（実施例１３）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７６】
（実施例１４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｇａ１Ａｌ４Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７７】
（実施例１５）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７８】
（実施例１６）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００７９】
（実施例１７）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８０】
（実施例１８）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｓｃ０．５Ａｌ４．５Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８１】
（実施例１９）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．０３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８２】
（実施例２０）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２９７Ｌｕ２．７Ｃｅ０．００３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８３】
（実施例２１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ０．２９７Ｌｕ２．５５Ｃｅ０．１５Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８４】
（実施例２２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９７Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８５】
（実施例２３）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９９５Ｃｅ０．００５Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８６】
（実施例２４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９７Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型単結晶を作製した。得られた単結晶は、透明であった。
【００８７】
（実施例２５）
熱間静水圧プレス燒結法により、Ｇｄ2.97Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型透明セラミックスを作製した。
【００８８】
（実施例２６）
熱間静水圧プレス燒結法により、Ｇｄ2.97Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型透明セラミックスを作製した。
【００８９】
（実施例２７）
熱間静水圧プレス燒結法により、Ｇｄ2.97Ｌｕ１Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２の組成で表されるガーネット型透明セラミックスを作製した。
【００９０】
（比較例１）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．９７Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９１】
（比較例２）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．6７Ｙ０．3Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９２】
（比較例３）
【００９３】
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．67Ｌｕ０．3Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は不透明な多結晶であった。
【００９４】
（比較例４）
マイクロ引下げ法により、Ｇｄ２．6７Ｙ０．3Ｃｅ０．０３Ｓｃ１Ａｌ４Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９５】
（比較例５）
マイクロ引下げ法により、Ｌｕ２．６７Ｇｄ０．３Ｃｅ０．０３Ｓｃ3Ａｌ2Ｏ１２結晶の組成で表されるガーネット型結晶を作製した。得られた結晶は、不透明な多結晶であった。
【００９６】
各々の光学特性評価及びシンチレータ特性を評価した。なお、特に明示しない限り、実施例１〜２７、比較例１〜５で得られた結晶をφ３ｍｍ×２ｍｍサイズに加工し、φ３ｍｍ面を両面光学研磨して評価した。
１．透過率（Ｔ）
実施例１〜２７、比較例１〜５で得られた結晶をφ３ｍｍ×５ｍｍサイズに加工し、φ３ｍｍ面を両面光学研磨し、分光光度計（Ｕ４０００、（株）日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて５５０ｎｍにおける透過率を測定した。
２．吸光係数（α）
実施例１〜２７、比較例１〜５で得られた結晶について、φ３×１ｍｍサイズ及びφ３ｍｍ×１５ｍｍサイズに加工研磨したものも用意し、発光ピーク波長における透過率をそれぞれ測定し、上記式（２）を用いて、吸光係数α（ｃｍ−１）を求めた。
３．励起・発光スペクトル測定
分光蛍光光度計（Ｆ−７０００、（株）日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて、フォトルミネセンス法（Ｘ線励起：ＣｕＫα）により励起・発光スペクトルを測定した。
４．γ線励起発光量、エネルギー分解能
図１に示す装置を用いて、φ３×２ｍｍサイズに加工研磨した結晶を１３７Ｃｓからのγ線を照射し発光量を測定した。光電子倍増管として、浜松ホトニクス社製のＰＭＴ−Ｒ７６００Ｕを用いた。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：３３０００ｐｈｏｔｏｎ／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。エネルギー分解能（ΔＥ／Ｅ）は、６６２ｋｅＶ（Ｅ）を基準とした反値幅（ＦＷＨＭ、ΔＥ）から算出した。
５．紫外線蛍光寿命測定
２５０ｎｍ紫外線励起（Ｘ線励起：ＣｕＫα）して生じた発光波長５３０ｎｍの蛍光成分の蛍光減衰時間を測定した。
６．γ線蛍光寿命測定
図１に示す装置を用いて、１３７Ｃｓからのγ線を照射し蛍光減衰時間を測定した。光電子倍増管として、浜松ホトニクス社製のＰＭＴ−Ｒ７６００Ｕを用いた。測定温度は２５℃とした。
【００９７】
図２は、実施例１〜５の結晶を示す図である。図２（ａ）が実施例１の結晶を示し、図２（ｂ）が実施例２の結晶を示し、図２（ｃ）が実施例３の結晶を示し、図２（ｄ）が実施例４の結晶を示す。図２（ｅ）が実施例５の結晶を示す。図３は、実施例２２、２３、２６の結晶を示す図であり、図３（ａ）が実施例２２の結晶を示し、図３（ｂ）が実施例２３の結晶を示し、図３（ｃ）が実施例２６の結晶を示す。いずれも黄色又は橙色透明な結晶であった。
【００９８】
密度、結晶の状態、発光ピーク波長、５５０ｎｍにおける透過率（Ｔ（％））、及び、吸光係数（α（ｍｍ−１））の結果を表１（表１−１、１−２）、２に示す。また、実施例３の透過スペクトルを図４に示す。
【００９９】
【表１】
【０１００】
【表２】
【０１０１】
表１で示すように、実施例におけるセリウム付活ガーネット型結晶は、発光量４６０〜５５０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有することから、シリコン半導体から構成されるＰＤやＳｉ−ＰＭ等の４８０〜７００ｎｍに感度の高い波長を有する受光器との組み合わせに適していることがわかる。
【０１０２】
実施例１〜２７で得られた結晶に関する諸特性を表３（表３−１、３−２）にまとめる。図５は、実施例１３で得られた結晶の励起・発光スペクトルを示す図であり、図６は、実施例１５で得られた結晶の励起・発光スペクトルを示す図であり、図５、６において、横軸は発光波長（ｎｍ）、縦軸は励起波長（ｎｍ）を表す。また、図７は、実施例３で得られたγ線励起エネルギースペクトルを示す。図８は、実施例５〜７で得られた紫外線励起蛍光寿命のスペクトルを示す。図９は、実施例１５、２０で得られたγ励起蛍光寿命のスペクトルを示す。図１０は、実施例３の結晶を光電子増倍管に接着し，２５２Ｃｆ中性子線を照射して得られたエネルギースペクトルである。
【０１０３】
【表３】
【０１０４】
表３で示すように、本実施例におけるセリウム付活ガーネットシンチレータ結晶は非常に優れていることが分かる。さらに好適なＣｅ濃度、Ｇａ濃度をとることで、高発光量かつエネルギー分解能も高くなることが分かる。さらに、蛍光寿命の単寿命化及び長寿命成分も低減することができることが分かった。らに蛍光寿命は、３０〜９５ナノ秒程度であり、シンチレータ材料として非常に優れていることが分かった。
【０１０５】
特に、実施例１５、２０，２１で得られた結晶について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結果、Ｃｅ濃度が増加するに従い、蛍光寿命は短くなった。また、実施例２０において確認された３８５ｎｓの長寿命成分は、Ｃｅ濃度が増加すると減少した。当該長寿命成分はＧｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移の結果生じるものと考えられ、Ｃｅ濃度が増加すると、エネルギー遷移の確立が増加し、長寿命成分が減少すると考えられる。同時に発光量も向上し、実施例１５で最大となった。この測定結果からもＧｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移現象の存在が確認できる。
【０１０６】
図５において、実施例１３の結晶は発光波長５１０ｎｍ付近にＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光由来の発光ピークが確認され、発光波長３１２ｎｍ付近にＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光由来の発光ピークが確認された。Ｇｄ３＋の４ｆ４ｆ発光由来の発光の励起波長は２６０ｎｍ付近であったが、２６０ｎｍ励起においてＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光由来の発光も生じることが分かる。このことから、Ｇｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移現象の存在が確認できる。一方、図６の実施例１５で得られた結晶では、Ｃｅ３＋の４ｆ５ｄ発光由来の発光ピークは確認されなかった。
【０１０７】
また、図７で示すエネルギースペクトルから、実施例３のエネルギー分解能は３．６％であった。
【０１０８】
また、図８で示すように、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ａｌ５Ｏ１２結晶（実施例５）の紫外線励起では、５２０ｎｍの蛍光成分は、８２ｎｓの蛍光寿命と１１２ｎｓの長寿命成分を示した。また、Ｇｄ０．５７Ｙ２．４Ｃｅ０．０３Ｇａ２Ａｌ３Ｏ１２結晶（実施例７）では、長寿命成分が無くなり１３ｎｓ（１４％）、４５ｎｓ（８６％）の蛍光寿命を示した。このように、Ｇａ濃度の増加に伴い、蛍光寿命が短寿命化するのが示された。なお、γ線励起蛍光寿命が紫外線励起に比べて長寿命なのは、γ線励起の場合、Ｇｄ３＋の各エネルギー準位を経由してＣｅ３＋４ｆ５ｄ発光に至るためと考えられる。
【０１０９】
図１０のエネルギースペクトルでは、実施例３の結晶中に含まれるＧｄと中性子との（ｎ，γ）反応により放出されるγ線がＧｄ２．３７Ｙ０．６Ｃｅ０．０３Ｇａ３Ａｌ２Ｏ１２に吸収されることで生じるフォトピークを確認した。
【０１１０】
さらに、実施例１３〜１６及び１８、１９で得られた結晶の蛍光減衰曲線を、フォトルミネッセンスにて観測し、発光波長５３０ｎｍのＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光及び発光波長３１２ｎｍのＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光についてそれぞれ蛍光寿命（蛍光減衰時間）を測定した。結果を、表４に示す。発光波長５３０ｎｍのＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光を励起波長４５０ｎｍで直接励起した場合には、３２〜５１ｎｓの蛍光寿命を示し、Ｇａ及びＳｃ濃度の増加とともに、蛍光寿命が短くなった。また、発光波長５３０ｎｍのＣｅ３＋の４ｆ５ｄ発光をＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光の励起波長である励起波長２５０ｎｍで励起した場合には、９２〜１０２ｎｓの長寿命成分が確認された。さらに、発光波長３１２ｎｍのＧｄ３＋の４ｆ４ｆ発光を２５０ｎｍで励起した場合には、数μｓ〜１２７ｎｓの蛍光寿命が得られ、Ｇａ及びＳｃ濃度の増加とともに、蛍光寿命が短くなった。以上の測定結果からもＧｄ３＋のエネルギー準位からＣｅ３＋のエネルギー準位へのエネルギー遷移現象の存在が確認できる。
【０１１１】
【表４】
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 暗箱
１１ Ｃｓ１３７γ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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用ガーネット型結晶であって、
Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、
波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下である、シンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項２】
単結晶である、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】
波長５５０ｎｍにおける光の透過率が７０％以上である、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】
蛍光寿命が１００ナノ秒以下の蛍光成分を有する、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】
前記蛍光成分の発光ピーク波長が４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である、請求項４に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項６】
Ｇａ又はＳｃと、Ｙ又はＬｕとを含む、請求項１乃至５いずれか１項に記載のシンチレータ用ガーネット結晶。
【請求項７】
該シンチレータ用ガーネット型結晶が下記一般式（１）：
Ｇｄ３−ｘ−ｙＣｅｘＲＥｙＡｌ５−ｚＭｚＯ１２ （１）
（式（１）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．９、０≦ｚ≦４．８であり、ＭはＧａ及びＳｃから選択される少なくとも１種であり、ＲＥはＹ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種である）で表される、請求項１乃至５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８】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、ＭがＧａである、請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項９】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＧａである、請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１０】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦３であり、ＲＥがＹ、ＭがＳｃである、請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１１】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦２．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＳｃである請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１２】
前記一般式（１）において、式中０．００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．１、２．０≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、Ｌｕである請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１３】
発光量が２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上である、請求項１乃至１２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１４】
請求項１乃至１３いずれか１項に記載のシンチレータ用ガーネット型単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。
【請求項１】
ＧｄとＡｌとＯとを必須成分とし、Ｃｅを発光成分とするシンチレータ用ガーネット型結晶であって、
Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種をさらに含み、
波長５５０ｎｍの光に対する吸光係数が０．０３ｍｍ−１以下である、シンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項２】
単結晶である、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】
波長５５０ｎｍにおける光の透過率が７０％以上である、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】
蛍光寿命が１００ナノ秒以下の蛍光成分を有する、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】
前記蛍光成分の発光ピーク波長が４６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である、請求項４に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項６】
Ｇａ又はＳｃと、Ｙ又はＬｕとを含む、請求項１乃至５いずれか１項に記載のシンチレータ用ガーネット結晶。
【請求項７】
該シンチレータ用ガーネット型結晶が下記一般式（１）：
Ｇｄ３−ｘ−ｙＣｅｘＲＥｙＡｌ５−ｚＭｚＯ１２ （１）
（式（１）中、０．０００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．９、０≦ｚ≦４．８であり、ＭはＧａ及びＳｃから選択される少なくとも１種であり、ＲＥはＹ、Ｙｂ及びＬｕから選択される少なくとも１種である）で表される、請求項１乃至５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８】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、ＭがＧａである、請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項９】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．７、１．５≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＧａである、請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１０】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦３であり、ＲＥがＹ、ＭがＳｃである、請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１１】
前記一般式（１）において、式中０．００６≦ｘ≦０．１５、０．３≦ｙ≦２．９、０．５≦ｚ≦２．５であり、ＲＥがＬｕ、ＭがＳｃである請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１２】
前記一般式（１）において、式中０．００１≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．１、２．０≦ｚ≦３．５であり、ＲＥがＹ、Ｌｕである請求項７に記載のシンチレータ用ガーネット型結晶。
【請求項１３】
発光量が２００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上である、請求項１乃至１２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１４】
請求項１乃至１３いずれか１項に記載のシンチレータ用ガーネット型単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。
【図１】
【図４】
【図７】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図４】
【図７】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８０３９９（Ｐ２０１２−１８０３９９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２６０１（Ｐ２０１１−４２６０１）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年８月３０日 社団法人応用物理学会発行の「２０１０年秋季 第７１回 応用物理学会学術講演会「講演予稿集」（ＤＶＤ−ＲＯＭ）」に発表
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年８月３０日 社団法人応用物理学会発行の「２０１０年秋季 第７１回 応用物理学会学術講演会「講演予稿集」（ＤＶＤ−ＲＯＭ）」に発表
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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