放射線検出器
【課題】高感度でエネルギー分解能が優れた放射線検出器を提供する。
【解決手段】放射線検出器１は、シンチレータ結晶２に放射線８が入射するとシンチレーション光６が発生し、このシンチレーション光６を光検出器５が電気信号に変換することで、放射線８の入射が検出される。ただし、シンチレータ結晶２は屈折率が１．８以上でシンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶２と光検出器５との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４が充填されている。このため、シンチレータ結晶２と第一光波長変換層４との屈折率差が十分に小さいため、特定波長のシンチレーション光６が第一光波長変換層４で反射されることなく効率よく光検出器５に到達する。
【解決手段】放射線検出器１は、シンチレータ結晶２に放射線８が入射するとシンチレーション光６が発生し、このシンチレーション光６を光検出器５が電気信号に変換することで、放射線８の入射が検出される。ただし、シンチレータ結晶２は屈折率が１．８以上でシンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶２と光検出器５との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４が充填されている。このため、シンチレータ結晶２と第一光波長変換層４との屈折率差が十分に小さいため、特定波長のシンチレーション光６が第一光波長変換層４で反射されることなく効率よく光検出器５に到達する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線の入射を検出する放射線検出器に関し、特に、放射線の入射によりシンチレータ結晶で発生するシンチレーション光を光検出器により電気信号に変換する放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器は、一般にＸ線やγ線などの放射線を受光して可視光に変換するシンチレータ結晶、このシンチレータ結晶で変換され透過してきた可視光を検知して電気信号に変換するホトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）やホトダイオード（ＰＤ）などの光検出器、シンチレータ結晶から発したシンチレーション光を効率よく光検出器に導くための反射部材、等から構成されている。
【０００３】
シンチレータ結晶には、放射線を吸収して光に変換する機能のほか、変換した光を減衰させずに光検出部まで透過させる透明性が要求される。加えて、放射線検出器のシンチレータ結晶材料には、放射線を吸収し発光するシンチレータ結晶としての機能が必要であるほか、検出器の電気信号への変換効率が高い波長に発光のピーク波長を持つことも重要となる。
【０００４】
一方、ＣｓＩやプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）などの発光のピーク波長が４００ｎｍ以下のシンチレータ結晶と光検出器を組み合わせた放射線検出器では、蛍光波長が４００ｎｍ以下では光検出器の電気信号への変換効率が低いために、放射線検出器の光変換効率、および、検出感度が低下する。
【０００５】
そこで、多結晶化合物からなるシンチレータ結晶から発生した、シンチレーション光の波長を光検出器の波長感度に適合する波長に変換する光波長変換層をシンチレータ結晶と光検出器との間に形成し放射線検出器の光変換効率、および、検出感度を高める方法がある(例えば、特許文献１参照)。
【０００６】
また、円柱状に切り出したＣｓＩの円状の二面にシンチレーション光の波長を光検出器の波長感度に適合する波長に変換する光波長変換層を塗布し、そのうち一面を光検出器に光学接着することで放射線検出器の光変換効率、および、検出感度を高める方法もある(例えば、特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−８２１７１号公報
【特許文献２】特公平０７−７８２１５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 486 (2002) 40-47
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載された技術においては、シンチレータ結晶と光検出器の間にのみ波長変換層を形成する。シンチレータ結晶と光検出器の間の面以外の面には波長変換層が形成されていない。
【００１０】
このため、シンチレータ結晶と光検出器の間の面以外の面でシンチレーション光を波長変換するとともに効率よく反射させて、最終的に光検出器に導くことができず、結果として放射線検出器の検出感度は向上しないという課題がある。
【００１１】
特許文献２に記載された技術においては、ＣｓＩシンチレータ結晶の屈折率は、その発光のピーク波長において１．８であり、光波長変換層の屈折率は１．４〜１．６２程度であるため両者の屈折率差が小さい。
【００１２】
従って、光波長変換層をシンチレータ結晶と光検出器との間に形成しても、シンチレータ結晶と光波長変換層の間でのシンチレーション光の全反射成分が少ないため、光波長変換層を透過し光検出器に入射する。
【００１３】
一方、屈折率が２．０程度であるルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）等を母材とするシンチレータ結晶体では、屈折率が１．４〜１．６２程度である光波長変換層をシンチレータ結晶と光検出器との間に形成した場合、シンチレータ結晶と光検出器の表面との屈折率の差が大きい。このため、シンチレータ結晶と光波長変換層の間でのシンチレーション光の全反射成分が多くなり、放射線検出器の光変換効率および検出感度が低下する課題がある。
【００１４】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で光変換効率および検出感度が良好な放射線検出器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の放射線検出器は、放射線の入射を検出する放射線検出器であって、放射線の入射により内部で発生するシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶と、シンチレータ結晶に対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光を電気信号に変換する光検出器と、シンチレータ結晶と光検出器との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層と、を有する。
【００１６】
従って、本発明の放射線検出器では、シンチレータ結晶に放射線が入射するとシンチレーション光が発生し、このシンチレーション光を光検出器が電気信号に変換することで、放射線の入射が検出される。ただし、シンチレータ結晶は屈折率が１．８以上でシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶と光検出器との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層が充填されている。このため、シンチレータ結晶と第一光波長変換層との屈折率差が十分に小さいため、特定波長のシンチレーション光が第一光波長変換層で反射されることなく効率よく光検出器に到達する。
【００１７】
また、上述のような放射線検出器において、光検出器と対向しているシンチレータ結晶の一面以外の表面と対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光を反射する反射部材と、シンチレータ結晶と反射部材との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層とを、さらに有してもよい。
【００１８】
また、上述のような放射線検出器において、第二光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の樹脂からなってもよい。
【００１９】
また、上述のような放射線検出器において、第一光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の多孔質ガラスからなってもよい。
【００２０】
また、上述のような放射線検出器において、蛍光体は、クマリン系化合物、オキサゾール系化合物、フェニル系化合物、オキサジアゾール系化合物、ローダミン系化合物、スルフォローダミン系化合物、ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ）、スチリル系化合物、および、パイロメタン系化合物、から選択される少なくとも一種の有機化合物からなってもよい。
【００２１】
また、上述のような放射線検出器において、シンチレータ結晶は、プラセオジム添加ルテチウムアルミネートからなってもよい。
【００２２】
また、上述のような放射線検出器において、光検出器は、ノーマルモードＡＰＤ(Avalanche Photo Diode)またはガイガーモードＡＰＤピクセルの集合からなる半導体受光素子からなってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の放射線検出器では、シンチレータ結晶は屈折率が１．８以上でシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶と光検出器との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層が充填されている。このため、シンチレータ結晶と第一光波長変換層との屈折率差が十分に小さいため、特定波長のシンチレーション光は第一光波長変換層で反射されることなく効率よく光検出器に到達する。従って、光検出器における光電変換効率が大幅に増加し、光検出器に到達する光子数も多くなり、放射線検出器は高感度でエネルギー分解能が優れたものになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の放射線検出器の内部構造を示す模式図である。
【図２】放射線検出器での光学特性を示す模式図である。
【図３】一般的な光検出器であるＰＭＴとＰＤの分波長感度（量子変換効率）を示す特性図である。
【図４】プラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）の発光スペクトルと透過スペクトルとを示す特性図である。
【図５】ＣｅＦ３の発光スペクトルと吸収スペクトルとを示す特性図である。
【図６】Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒからなるシンチレータ結晶の発光スペクトルを示す特性図である。
【図７】ＣｅＦ３からなるシンチレータ結晶の発光スペクトルを示す特性図である。
【図８】実施例１〜５および比較例１の各種特性を示す特性図である。
【図９】実施例６〜１０および比較例２の各種特性を示す特性図である。
【図１０】実施例１１〜１５および比較例３の各種特性を示す特性図である。
【図１１】実施例１６〜２０および比較例４の各種特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。本実施の形態の放射線検出器１は、図１に示すように、放射線８の入射を検出する放射線検出器１であって、放射線８の入射により内部で発生するシンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２に対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光６を電気信号に変換する光検出器５と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４と、を有する。
【００２６】
さらに、光検出器５と対向しているシンチレータ結晶２の一面以外の表面と対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光６を反射する反射部材９と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層３と、も有する。
【００２７】
換言すると、本実施の形態の放射線検出器１は、放射線８の入射により内部でシンチレーション光６を発生する屈折率がｎ１(ｎ１は特定の自然数)以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率がｎ２(ｎ２はｎ１未満の自然数)以上の第一光波長変換層４と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率がｎ２未満の第二光波長変換層３と、を有する。
【００２８】
なお、詳細には後述するが、シンチレータ結晶２は、例えば、ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）等を母材とする、プラセオジム添加ルテチウムアルミネートからなる。
【００２９】
また、第二光波長変換層３は、蛍光体が均一に分散されている透光性の樹脂からなる。さらに、第一光波長変換層４は、蛍光体が均一に分散されている透光性の多孔質ガラスからなる。
【００３０】
なお、上述の蛍光体は、クマリン系化合物、オキサゾール系化合物、フェニル系化合物、オキサジアゾール系化合物、ローダミン系化合物、スルフォローダミン系化合物、ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ）、スチリル系化合物、および、パイロメタン系化合物、から選択される少なくとも一種の有機化合物からなる。
【００３１】
上述のような構成において、本実施の形態の放射線検出器１では、放射線源７からシンチレータ結晶２に放射線８が入射すると、その強度に対応したシンチレーション光６が発生する。このシンチレーション光６を光検出器５が電気信号に変換することで、放射線８の入射が検出される。
【００３２】
ただし、シンチレータ結晶２は屈折率が１．８以上でシンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶２と光検出器５との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４が充填されている。さらに、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙には屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層３が充填されている。
【００３３】
このため、シンチレータ結晶２で発生したシンチレーション光６は、最初に一部が、第二光波長変換層３に到達して波長が変換される。これで、シンチレーション光６の波長を光検出器５の波長感度に適合させることができる。
【００３４】
同時に、シンチレーション光６を、シンチレータ結晶２での透過率が高い波長に変換することができる。さらに、第二光波長変換層３での反射率が高い波長に変換することができる。
【００３５】
従って、シンチレータ結晶２で発生して第二光波長変換層３に到達したシンチレーション光６は光検出器５の波長感度に適合した波長となり、図１に示すように、第二光波長変換層３で良好に反射されながら、シンチレータ結晶２を良好に透過する。
【００３６】
従って、上述のようなシンチレーション光６は、最終的に第一光波長変換層４に到達するが、この第一光波長変換層４での反射率が低く透過率が高い。なお、シンチレータ結晶２で第一光波長変換層４に直接到達した一部のシンチレーション光６も、第一光波長変換層４での反射率が低く透過率が高い。
【００３７】
そして、この第一光波長変換層４を透過するときに、光検出器５の波長感度に適合する波長に変換することができる。従って、シンチレーション光６の全部が、最終的に光検出器５に良好な効率で入射することになる。
【００３８】
このため、本実施の形態の放射線検出器１では、光検出器５から出力される電気信号を大幅に増加させることが可能になり、結果的に放射線検出器１の検出感度を増大させることが可能になる。
【００３９】
ここで、上述のような放射線検出器１の作用を検証する。まず、シンチレータ結晶から発した光の光波長変換層との界面での反射角をθ１、屈折角をθ２、シンチレータ結晶の屈折率をｎ１、光波長変換層の屈折率をｎ２とすると、
ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｎ２・ｓｉｎθ２
となる。
【００４０】
また、屈折率ｎ1のシンチレータ結晶における光の全反射のときの角度（θ２＝９０°）つまり、臨界角τを求めると、
τ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）
となる。
【００４１】
また、シンチレータ結晶と光波長変換層の界面での反射率Ｒは、
Ｒ＝(ｎ１−ｎ２)２／(ｎ１＋ｎ２)２
となる。
【００４２】
従って、シンチレータ結晶と光波長変換層との屈折率差が大きければ大きいほど、臨界角τは大きくなり、反射率Ｒも大きくなる。すなわち、シンチレータ結晶と光波長変換層との屈折率差が大きければ大きいほど、シンチレータ結晶と光波長変換層との界面での全反射する光の割合が多くなる。
【００４３】
従来の放射線検出器においては、シンチレータ結晶から出射されたシンチレーション光は直接、ＰＭＴやＰＤなどの光検出器に供給され、この光検出器においてシンチレーション光の強度に比例した電気信号に変換されていた。
【００４４】
しかしながら、ＣｓＩやプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）等といった発光のピーク波長が４００nm以下のシンチレータ結晶では、ＰＭＴやＰＤなどの分波長感度（量子変換効率）に適合した波長ではないため、光変換効率が低いという問題点があった。
【００４５】
加えて、ＣｓＩやプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）、ＣｅＦ３などのシンチレータ結晶では、シンチレータ結晶の発光のピーク波長における透過率が、より長い波長域での透過率に比較して小さい。
【００４６】
このため、シンチレーション光が光検出器に到達するまでの自己吸収のためにシンチレーション光の強度が減衰し、放射線検出器１の光変換効率、および、検出感度が低下するという問題点があった。
【００４７】
例えば、図２に示すように、シンチレータ結晶２の周囲に光波長変換層０を形成し、このうちの一面を光検出器５と接合し、残りの面を反射部材９により覆われた放射線検出器において、シンチレータ結晶２と屈折率の差が大きい光波長変換層０を、シンチレータ結晶２と反射部材９の間に形成した場合、シンチレータ結晶２から発した光が光波長変換層０で透過する割合が少なくなる。
【００４８】
このため、光波長変換層０を透過した光が反射部材９に到達した際の、反射部材９と光波長変換層０との界面での散乱や反射部材９を透過する光成分の影響により、光の減衰が発生するという問題を軽減できる。結果として光検出器５まで到達する光の量が増加する。
【００４９】
また、シンチレータ結晶２と屈折率の差が小さい光波長変換層０をシンチレータ結晶２と光検出器５の間に形成した場合、シンチレータ結晶２から発した光が光波長変換層０で全反射する割合が少なくなるために、光検出器５まで到達する光の量が増加する。
【００５０】
なお、上述のような放射線検出器１に、一般的に用いられる光検出器であるＰＭＴとＰＤの分波長感度（量子変換効率）のグラフを、図３に例示する。シンチレーション光６を高い変換効率で電気信号に変換するためには、シンチレーション光６は４００〜６００ｎｍ付近の波長域に発光ピーク波長を有することが好ましい。
【００５１】
図４はプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）の発光スペクトルと透過スペクトルとを示すグラフである。発光ピーク波長は３１０ｎｍであり、ＰＭＴやＰＤなどの分波長感度（量子変換効率）に適合した波長ではない。
【００５２】
図５はＣｅＦ３の発光スペクトルと吸収スペクトルを示すグラフである。発光ピーク波長は３００ｎｍであり、ＰＭＴやＰＤなどの分波長感度（量子変換効率）に適合した波長ではない。
【００５３】
そこで、本実施の形態の放射線検出器１は、図１に示すように、放射線８の入射により内部でシンチレーション光６を発生する屈折率がｎ１(ｎ１は特定の自然数)以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率がｎ２(ｎ２はｎ１未満の自然数)以上の第一光波長変換層４と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率がｎ２未満の第二光波長変換層３として、シンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層３と、を有する。
【００５４】
このため、第二光波長変換層３によりシンチレーション光６の波長を光検出器５の波長感度に適合させることができ、かつ、シンチレータ結晶２の透過率が高い波長に効果的に変換することができる。
【００５５】
加えて、シンチレータ結晶２と第二光波長変換層３との屈折率差が十分に大きいため、シンチレーション光６が効率よく反射されてから第一光波長変換層４に効率よく到達する。
【００５６】
シンチレータ結晶２と第一光波長変換層４との屈折率差が十分に小さいため、シンチレーション光６は第一光波長変換層４で反射されることなく効率よく光検出器５に到達する。
【００５７】
従って、光検出器５における光電変換効率が大幅に増加し、光検出器５に到達する光子数も多くなり、放射線検出器１は高感度でエネルギー分解能が優れたものになる。
【００５８】
本発明者らがシンチレータ結晶２の構成材料として検討したＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒは潮解性がなく、ＬＳＯの半分程度の短い蛍光寿命（２２ｎｓｅｃ以下）・酸化物のシンチレータ結晶中で最も高いエネルギー分解能（〜５％）という優れた特性をもつシンチレータ結晶２である。
【００５９】
またＣｅＦ３潮解性がなく、ＬＳＯのよりも短い蛍光寿命（３０ｎｓｅｃ以下）・フッ化物のシンチレータ結晶中で最も高いエネルギー分解能（〜１８％）といった特性をもつシンチレータ結晶２である。
【００６０】
図６は、蛍光体としてのジフェニルオキサゾール他を含有した各光波長変換層３，４を形成した場合におけるＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒからなるシンチレータ結晶２の発光スペクトルを示すグラフである。
【００６１】
図７は、蛍光体としてのジフェニルオキサゾール他を含有した各光波長変換層３，４を形成した場合におけるＣｅＦ３からなるシンチレータ結晶２の発光スペクトルを示すグラフである。
【００６２】
図６，７に示すように各光波長変換層３，４を有するシンチレータ結晶２の発光スペクトルのピーク波長は４２０ｎｍ付近であり、この値は、図２に示すような光検出器５としてのＰＭＴやＰＤのピーク応答波長に近接している。
【００６３】
また、図３、４に示すようなＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：ＰｒやＣｅＦ３の透過率が高い波長に発光スペクトルのピーク波長をもつ。従って、上記のような各光波長変換層３，４を形成することにより、光検出器５に適合した波長を有する光に変換し得るシンチレータ結晶２が得られると同時に、光検出器５における光電変換効率が大幅に増加し、光検出器５に達する光子数も多くなり、放射線検出器１は高感度でエネルギー分解能が優れたものになる。
【００６４】
なお、光波長変換層３，４は、単層のみならず相互に特性が異なる蛍光材料を含有した複数層で構成することも可能である。例えば、波長が２００ｍｍ近傍のシンチレーション光６を、より長波長である３００〜３５０ｎｍ程度の波長を有する青緑発光に変換し、さらに、この変換発光をより長波長のシンチレーション光６に変換することにより、ＰＭＴやＰＤにおける光電変換効率をさらに高めることも可能である。
【００６５】
また、上述のような放射線検出器１において、光検出器５が、ノーマルモードＡＰＤまたはガイガーモードＡＰＤピクセルの集合からなる半導体受光素子からなってもよい(図示せず)。
【００６６】
つぎに、本発明に係る放射線検出器の、さらなる具体例として複数の実施例を図８ないし図１１を参照して以下に説明する。まず、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ（屈折率：１．８）、および、ＣｅＦ３（屈折率：１．６８）を１×１×１ｃｍの立方体に切断し、その六面を鏡面研磨した。
【００６７】
また、透光性の樹脂材料としてのポリシロキサン系のシリコーン樹脂をトルエンに溶かした溶液と、ジフェニルオキサゾール及び１、４ビス（５-フェニル２-オキサゾリル）ベンゼンを混合した飽和溶液を作製し、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層の基となる樹脂スラリーを調製した。
【００６８】
また、透光性の樹脂材料としてのテトラメトキシシランをメタノールと水の混合溶媒中に溶解させ、乾燥制御剤としてn,n-ジメチルホルムアミドを加え、ゲル化・熟成させ湿潤ゲルを得た。
【００６９】
湿潤ゲルを上記立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの一面に塗布したのち、乾燥させることで１００μｍ厚の多孔質ガラスを得た。得られた多孔質ガラスについて、ジフェニルオキサゾール及び１、４ビス（５-フェニル２-オキサゾリル）ベンゼンを混合した飽和トルエン溶液中に浸し、細孔中に蛍光分子を導入し、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した。
【００７０】
［実施例１］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの他の五面に上記樹脂スラリーを塗布して乾燥硬化させることで、１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層をも一体に形成した立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００７１】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７２】
［実施例２］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７３】
［実施例３］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、残りの一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７４】
［実施例４］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７５】
［実施例５］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した。
【００７６】
このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７７】
［比較例１］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００７８】
つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例１〜５および比較例１の各種特性を図８に示す。
【００７９】
［実施例６］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体ＣｅＦ３の他の五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層をも一体に形成した立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。
【００８０】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８１】
［実施例７］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体ＣｅＦ３の他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８２】
［実施例８］
立方体ＣｅＦ３の全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。つぎに、残りの一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８３】
［実施例９］
立方体ＣｅＦ３の五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８４】
［実施例１０］
立方体ＣｅＦ３の対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８５】
［比較例２］
立方体ＣｅＦ３の一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。
【００８６】
つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例６〜１０および比較例２の各種特性を図９に示す。
【００８７】
図９に実施例６〜１０の放射線検出器、および、各光波長変換層を形成しなかった場合の標準のＣｅＦ３を用いた放射線検出器に、１３７Ｃｓγ線を照射したときの発光量を示す。実施例６〜１０の放射線検出器において標準の放射線検出器よりも発光量が増加した。
【００８８】
特に、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合した実施例６の場合に発光量が最大となった。
【００８９】
［実施例１１］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面に上記樹脂スラリーを塗布して乾燥硬化させることで、１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層も一体に形成した立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００９０】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９１】
［実施例１２］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９２】
［実施例１３］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、残りの一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９３】
［実施例１４］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９４】
［実施例１５］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した。
【００９５】
このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９６】
［比較例３］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が1.６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００９７】
つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入対面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例１１〜１５および比較例３の各種特性を図１０に示す。
【００９８】
図１０に実施例１１〜１５の放射線検出器、および、各光波長変換層を形成しなかった場合の標準の放射線検出器の発光量を示す。実施例１１〜１５の放射線検出器において標準の放射線検出器よりも発光量が飛躍的に増加した。
【００９９】
特に、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ＡＰＤからなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合した実施例１１の場合に発光量が最大となった。
［実施例１６］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面に上記樹脂スラリーを塗布して乾燥硬化させることで、１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層をも一体に形成した立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１００】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(登録商標)(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０１】
［実施例１７］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０２】
［実施例１８］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１０３】
つぎに、残りの一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０４】
［実施例１９］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１０５】
つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０６】
［実施例２０］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した。
【０１０７】
このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０８】
［比較例４］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が1.６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１０９】
つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入対面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例１６〜２０および比較例４の各種特性を図１１に示す。
【０１１０】
図１１に実施例１６〜２０の放射線検出器、および、各光波長変換層を形成しなかった場合の標準の放射線検出器の発光量を示す。実施例１６〜２０の放射線検出器において標準の放射線検出器よりも発光量が飛躍的に増加した。
【０１１１】
特に、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＭＰＰＣの入射面に光学的に接合した実施例１６の場合に発光量が最大となった。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 放射線検出器
２ シンチレータ結晶
３ 第二光波長変換層
４ 第一光波長変換層
５ 光検出器
６ シンチレーション光
７ 放射線源
８ 放射線
９ 反射部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線の入射を検出する放射線検出器に関し、特に、放射線の入射によりシンチレータ結晶で発生するシンチレーション光を光検出器により電気信号に変換する放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器は、一般にＸ線やγ線などの放射線を受光して可視光に変換するシンチレータ結晶、このシンチレータ結晶で変換され透過してきた可視光を検知して電気信号に変換するホトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）やホトダイオード（ＰＤ）などの光検出器、シンチレータ結晶から発したシンチレーション光を効率よく光検出器に導くための反射部材、等から構成されている。
【０００３】
シンチレータ結晶には、放射線を吸収して光に変換する機能のほか、変換した光を減衰させずに光検出部まで透過させる透明性が要求される。加えて、放射線検出器のシンチレータ結晶材料には、放射線を吸収し発光するシンチレータ結晶としての機能が必要であるほか、検出器の電気信号への変換効率が高い波長に発光のピーク波長を持つことも重要となる。
【０００４】
一方、ＣｓＩやプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）などの発光のピーク波長が４００ｎｍ以下のシンチレータ結晶と光検出器を組み合わせた放射線検出器では、蛍光波長が４００ｎｍ以下では光検出器の電気信号への変換効率が低いために、放射線検出器の光変換効率、および、検出感度が低下する。
【０００５】
そこで、多結晶化合物からなるシンチレータ結晶から発生した、シンチレーション光の波長を光検出器の波長感度に適合する波長に変換する光波長変換層をシンチレータ結晶と光検出器との間に形成し放射線検出器の光変換効率、および、検出感度を高める方法がある(例えば、特許文献１参照)。
【０００６】
また、円柱状に切り出したＣｓＩの円状の二面にシンチレーション光の波長を光検出器の波長感度に適合する波長に変換する光波長変換層を塗布し、そのうち一面を光検出器に光学接着することで放射線検出器の光変換効率、および、検出感度を高める方法もある(例えば、特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−８２１７１号公報
【特許文献２】特公平０７−７８２１５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 486 (2002) 40-47
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載された技術においては、シンチレータ結晶と光検出器の間にのみ波長変換層を形成する。シンチレータ結晶と光検出器の間の面以外の面には波長変換層が形成されていない。
【００１０】
このため、シンチレータ結晶と光検出器の間の面以外の面でシンチレーション光を波長変換するとともに効率よく反射させて、最終的に光検出器に導くことができず、結果として放射線検出器の検出感度は向上しないという課題がある。
【００１１】
特許文献２に記載された技術においては、ＣｓＩシンチレータ結晶の屈折率は、その発光のピーク波長において１．８であり、光波長変換層の屈折率は１．４〜１．６２程度であるため両者の屈折率差が小さい。
【００１２】
従って、光波長変換層をシンチレータ結晶と光検出器との間に形成しても、シンチレータ結晶と光波長変換層の間でのシンチレーション光の全反射成分が少ないため、光波長変換層を透過し光検出器に入射する。
【００１３】
一方、屈折率が２．０程度であるルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）等を母材とするシンチレータ結晶体では、屈折率が１．４〜１．６２程度である光波長変換層をシンチレータ結晶と光検出器との間に形成した場合、シンチレータ結晶と光検出器の表面との屈折率の差が大きい。このため、シンチレータ結晶と光波長変換層の間でのシンチレーション光の全反射成分が多くなり、放射線検出器の光変換効率および検出感度が低下する課題がある。
【００１４】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で光変換効率および検出感度が良好な放射線検出器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の放射線検出器は、放射線の入射を検出する放射線検出器であって、放射線の入射により内部で発生するシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶と、シンチレータ結晶に対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光を電気信号に変換する光検出器と、シンチレータ結晶と光検出器との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層と、を有する。
【００１６】
従って、本発明の放射線検出器では、シンチレータ結晶に放射線が入射するとシンチレーション光が発生し、このシンチレーション光を光検出器が電気信号に変換することで、放射線の入射が検出される。ただし、シンチレータ結晶は屈折率が１．８以上でシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶と光検出器との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層が充填されている。このため、シンチレータ結晶と第一光波長変換層との屈折率差が十分に小さいため、特定波長のシンチレーション光が第一光波長変換層で反射されることなく効率よく光検出器に到達する。
【００１７】
また、上述のような放射線検出器において、光検出器と対向しているシンチレータ結晶の一面以外の表面と対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光を反射する反射部材と、シンチレータ結晶と反射部材との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層とを、さらに有してもよい。
【００１８】
また、上述のような放射線検出器において、第二光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の樹脂からなってもよい。
【００１９】
また、上述のような放射線検出器において、第一光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の多孔質ガラスからなってもよい。
【００２０】
また、上述のような放射線検出器において、蛍光体は、クマリン系化合物、オキサゾール系化合物、フェニル系化合物、オキサジアゾール系化合物、ローダミン系化合物、スルフォローダミン系化合物、ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ）、スチリル系化合物、および、パイロメタン系化合物、から選択される少なくとも一種の有機化合物からなってもよい。
【００２１】
また、上述のような放射線検出器において、シンチレータ結晶は、プラセオジム添加ルテチウムアルミネートからなってもよい。
【００２２】
また、上述のような放射線検出器において、光検出器は、ノーマルモードＡＰＤ(Avalanche Photo Diode)またはガイガーモードＡＰＤピクセルの集合からなる半導体受光素子からなってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の放射線検出器では、シンチレータ結晶は屈折率が１．８以上でシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶と光検出器との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層が充填されている。このため、シンチレータ結晶と第一光波長変換層との屈折率差が十分に小さいため、特定波長のシンチレーション光は第一光波長変換層で反射されることなく効率よく光検出器に到達する。従って、光検出器における光電変換効率が大幅に増加し、光検出器に到達する光子数も多くなり、放射線検出器は高感度でエネルギー分解能が優れたものになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の放射線検出器の内部構造を示す模式図である。
【図２】放射線検出器での光学特性を示す模式図である。
【図３】一般的な光検出器であるＰＭＴとＰＤの分波長感度（量子変換効率）を示す特性図である。
【図４】プラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）の発光スペクトルと透過スペクトルとを示す特性図である。
【図５】ＣｅＦ３の発光スペクトルと吸収スペクトルとを示す特性図である。
【図６】Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒからなるシンチレータ結晶の発光スペクトルを示す特性図である。
【図７】ＣｅＦ３からなるシンチレータ結晶の発光スペクトルを示す特性図である。
【図８】実施例１〜５および比較例１の各種特性を示す特性図である。
【図９】実施例６〜１０および比較例２の各種特性を示す特性図である。
【図１０】実施例１１〜１５および比較例３の各種特性を示す特性図である。
【図１１】実施例１６〜２０および比較例４の各種特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。本実施の形態の放射線検出器１は、図１に示すように、放射線８の入射を検出する放射線検出器１であって、放射線８の入射により内部で発生するシンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２に対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光６を電気信号に変換する光検出器５と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４と、を有する。
【００２６】
さらに、光検出器５と対向しているシンチレータ結晶２の一面以外の表面と対向する位置に配置されていて入射するシンチレーション光６を反射する反射部材９と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層３と、も有する。
【００２７】
換言すると、本実施の形態の放射線検出器１は、放射線８の入射により内部でシンチレーション光６を発生する屈折率がｎ１(ｎ１は特定の自然数)以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率がｎ２(ｎ２はｎ１未満の自然数)以上の第一光波長変換層４と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率がｎ２未満の第二光波長変換層３と、を有する。
【００２８】
なお、詳細には後述するが、シンチレータ結晶２は、例えば、ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）等を母材とする、プラセオジム添加ルテチウムアルミネートからなる。
【００２９】
また、第二光波長変換層３は、蛍光体が均一に分散されている透光性の樹脂からなる。さらに、第一光波長変換層４は、蛍光体が均一に分散されている透光性の多孔質ガラスからなる。
【００３０】
なお、上述の蛍光体は、クマリン系化合物、オキサゾール系化合物、フェニル系化合物、オキサジアゾール系化合物、ローダミン系化合物、スルフォローダミン系化合物、ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ）、スチリル系化合物、および、パイロメタン系化合物、から選択される少なくとも一種の有機化合物からなる。
【００３１】
上述のような構成において、本実施の形態の放射線検出器１では、放射線源７からシンチレータ結晶２に放射線８が入射すると、その強度に対応したシンチレーション光６が発生する。このシンチレーション光６を光検出器５が電気信号に変換することで、放射線８の入射が検出される。
【００３２】
ただし、シンチレータ結晶２は屈折率が１．８以上でシンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下であり、このシンチレータ結晶２と光検出器５との間隙には屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４が充填されている。さらに、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙には屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層３が充填されている。
【００３３】
このため、シンチレータ結晶２で発生したシンチレーション光６は、最初に一部が、第二光波長変換層３に到達して波長が変換される。これで、シンチレーション光６の波長を光検出器５の波長感度に適合させることができる。
【００３４】
同時に、シンチレーション光６を、シンチレータ結晶２での透過率が高い波長に変換することができる。さらに、第二光波長変換層３での反射率が高い波長に変換することができる。
【００３５】
従って、シンチレータ結晶２で発生して第二光波長変換層３に到達したシンチレーション光６は光検出器５の波長感度に適合した波長となり、図１に示すように、第二光波長変換層３で良好に反射されながら、シンチレータ結晶２を良好に透過する。
【００３６】
従って、上述のようなシンチレーション光６は、最終的に第一光波長変換層４に到達するが、この第一光波長変換層４での反射率が低く透過率が高い。なお、シンチレータ結晶２で第一光波長変換層４に直接到達した一部のシンチレーション光６も、第一光波長変換層４での反射率が低く透過率が高い。
【００３７】
そして、この第一光波長変換層４を透過するときに、光検出器５の波長感度に適合する波長に変換することができる。従って、シンチレーション光６の全部が、最終的に光検出器５に良好な効率で入射することになる。
【００３８】
このため、本実施の形態の放射線検出器１では、光検出器５から出力される電気信号を大幅に増加させることが可能になり、結果的に放射線検出器１の検出感度を増大させることが可能になる。
【００３９】
ここで、上述のような放射線検出器１の作用を検証する。まず、シンチレータ結晶から発した光の光波長変換層との界面での反射角をθ１、屈折角をθ２、シンチレータ結晶の屈折率をｎ１、光波長変換層の屈折率をｎ２とすると、
ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｎ２・ｓｉｎθ２
となる。
【００４０】
また、屈折率ｎ1のシンチレータ結晶における光の全反射のときの角度（θ２＝９０°）つまり、臨界角τを求めると、
τ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）
となる。
【００４１】
また、シンチレータ結晶と光波長変換層の界面での反射率Ｒは、
Ｒ＝(ｎ１−ｎ２)２／(ｎ１＋ｎ２)２
となる。
【００４２】
従って、シンチレータ結晶と光波長変換層との屈折率差が大きければ大きいほど、臨界角τは大きくなり、反射率Ｒも大きくなる。すなわち、シンチレータ結晶と光波長変換層との屈折率差が大きければ大きいほど、シンチレータ結晶と光波長変換層との界面での全反射する光の割合が多くなる。
【００４３】
従来の放射線検出器においては、シンチレータ結晶から出射されたシンチレーション光は直接、ＰＭＴやＰＤなどの光検出器に供給され、この光検出器においてシンチレーション光の強度に比例した電気信号に変換されていた。
【００４４】
しかしながら、ＣｓＩやプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）等といった発光のピーク波長が４００nm以下のシンチレータ結晶では、ＰＭＴやＰＤなどの分波長感度（量子変換効率）に適合した波長ではないため、光変換効率が低いという問題点があった。
【００４５】
加えて、ＣｓＩやプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）、ＣｅＦ３などのシンチレータ結晶では、シンチレータ結晶の発光のピーク波長における透過率が、より長い波長域での透過率に比較して小さい。
【００４６】
このため、シンチレーション光が光検出器に到達するまでの自己吸収のためにシンチレーション光の強度が減衰し、放射線検出器１の光変換効率、および、検出感度が低下するという問題点があった。
【００４７】
例えば、図２に示すように、シンチレータ結晶２の周囲に光波長変換層０を形成し、このうちの一面を光検出器５と接合し、残りの面を反射部材９により覆われた放射線検出器において、シンチレータ結晶２と屈折率の差が大きい光波長変換層０を、シンチレータ結晶２と反射部材９の間に形成した場合、シンチレータ結晶２から発した光が光波長変換層０で透過する割合が少なくなる。
【００４８】
このため、光波長変換層０を透過した光が反射部材９に到達した際の、反射部材９と光波長変換層０との界面での散乱や反射部材９を透過する光成分の影響により、光の減衰が発生するという問題を軽減できる。結果として光検出器５まで到達する光の量が増加する。
【００４９】
また、シンチレータ結晶２と屈折率の差が小さい光波長変換層０をシンチレータ結晶２と光検出器５の間に形成した場合、シンチレータ結晶２から発した光が光波長変換層０で全反射する割合が少なくなるために、光検出器５まで到達する光の量が増加する。
【００５０】
なお、上述のような放射線検出器１に、一般的に用いられる光検出器であるＰＭＴとＰＤの分波長感度（量子変換効率）のグラフを、図３に例示する。シンチレーション光６を高い変換効率で電気信号に変換するためには、シンチレーション光６は４００〜６００ｎｍ付近の波長域に発光ピーク波長を有することが好ましい。
【００５１】
図４はプラセオジム添加ルテチウムアルミネート（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ）の発光スペクトルと透過スペクトルとを示すグラフである。発光ピーク波長は３１０ｎｍであり、ＰＭＴやＰＤなどの分波長感度（量子変換効率）に適合した波長ではない。
【００５２】
図５はＣｅＦ３の発光スペクトルと吸収スペクトルを示すグラフである。発光ピーク波長は３００ｎｍであり、ＰＭＴやＰＤなどの分波長感度（量子変換効率）に適合した波長ではない。
【００５３】
そこで、本実施の形態の放射線検出器１は、図１に示すように、放射線８の入射により内部でシンチレーション光６を発生する屈折率がｎ１(ｎ１は特定の自然数)以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率がｎ２(ｎ２はｎ１未満の自然数)以上の第一光波長変換層４と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率がｎ２未満の第二光波長変換層３として、シンチレーション光６のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶２と、シンチレータ結晶２と光検出器５との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層４と、シンチレータ結晶２と反射部材９との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層３と、を有する。
【００５４】
このため、第二光波長変換層３によりシンチレーション光６の波長を光検出器５の波長感度に適合させることができ、かつ、シンチレータ結晶２の透過率が高い波長に効果的に変換することができる。
【００５５】
加えて、シンチレータ結晶２と第二光波長変換層３との屈折率差が十分に大きいため、シンチレーション光６が効率よく反射されてから第一光波長変換層４に効率よく到達する。
【００５６】
シンチレータ結晶２と第一光波長変換層４との屈折率差が十分に小さいため、シンチレーション光６は第一光波長変換層４で反射されることなく効率よく光検出器５に到達する。
【００５７】
従って、光検出器５における光電変換効率が大幅に増加し、光検出器５に到達する光子数も多くなり、放射線検出器１は高感度でエネルギー分解能が優れたものになる。
【００５８】
本発明者らがシンチレータ結晶２の構成材料として検討したＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒは潮解性がなく、ＬＳＯの半分程度の短い蛍光寿命（２２ｎｓｅｃ以下）・酸化物のシンチレータ結晶中で最も高いエネルギー分解能（〜５％）という優れた特性をもつシンチレータ結晶２である。
【００５９】
またＣｅＦ３潮解性がなく、ＬＳＯのよりも短い蛍光寿命（３０ｎｓｅｃ以下）・フッ化物のシンチレータ結晶中で最も高いエネルギー分解能（〜１８％）といった特性をもつシンチレータ結晶２である。
【００６０】
図６は、蛍光体としてのジフェニルオキサゾール他を含有した各光波長変換層３，４を形成した場合におけるＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒからなるシンチレータ結晶２の発光スペクトルを示すグラフである。
【００６１】
図７は、蛍光体としてのジフェニルオキサゾール他を含有した各光波長変換層３，４を形成した場合におけるＣｅＦ３からなるシンチレータ結晶２の発光スペクトルを示すグラフである。
【００６２】
図６，７に示すように各光波長変換層３，４を有するシンチレータ結晶２の発光スペクトルのピーク波長は４２０ｎｍ付近であり、この値は、図２に示すような光検出器５としてのＰＭＴやＰＤのピーク応答波長に近接している。
【００６３】
また、図３、４に示すようなＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：ＰｒやＣｅＦ３の透過率が高い波長に発光スペクトルのピーク波長をもつ。従って、上記のような各光波長変換層３，４を形成することにより、光検出器５に適合した波長を有する光に変換し得るシンチレータ結晶２が得られると同時に、光検出器５における光電変換効率が大幅に増加し、光検出器５に達する光子数も多くなり、放射線検出器１は高感度でエネルギー分解能が優れたものになる。
【００６４】
なお、光波長変換層３，４は、単層のみならず相互に特性が異なる蛍光材料を含有した複数層で構成することも可能である。例えば、波長が２００ｍｍ近傍のシンチレーション光６を、より長波長である３００〜３５０ｎｍ程度の波長を有する青緑発光に変換し、さらに、この変換発光をより長波長のシンチレーション光６に変換することにより、ＰＭＴやＰＤにおける光電変換効率をさらに高めることも可能である。
【００６５】
また、上述のような放射線検出器１において、光検出器５が、ノーマルモードＡＰＤまたはガイガーモードＡＰＤピクセルの集合からなる半導体受光素子からなってもよい(図示せず)。
【００６６】
つぎに、本発明に係る放射線検出器の、さらなる具体例として複数の実施例を図８ないし図１１を参照して以下に説明する。まず、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒ（屈折率：１．８）、および、ＣｅＦ３（屈折率：１．６８）を１×１×１ｃｍの立方体に切断し、その六面を鏡面研磨した。
【００６７】
また、透光性の樹脂材料としてのポリシロキサン系のシリコーン樹脂をトルエンに溶かした溶液と、ジフェニルオキサゾール及び１、４ビス（５-フェニル２-オキサゾリル）ベンゼンを混合した飽和溶液を作製し、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層の基となる樹脂スラリーを調製した。
【００６８】
また、透光性の樹脂材料としてのテトラメトキシシランをメタノールと水の混合溶媒中に溶解させ、乾燥制御剤としてn,n-ジメチルホルムアミドを加え、ゲル化・熟成させ湿潤ゲルを得た。
【００６９】
湿潤ゲルを上記立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの一面に塗布したのち、乾燥させることで１００μｍ厚の多孔質ガラスを得た。得られた多孔質ガラスについて、ジフェニルオキサゾール及び１、４ビス（５-フェニル２-オキサゾリル）ベンゼンを混合した飽和トルエン溶液中に浸し、細孔中に蛍光分子を導入し、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した。
【００７０】
［実施例１］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの他の五面に上記樹脂スラリーを塗布して乾燥硬化させることで、１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層をも一体に形成した立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００７１】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７２】
［実施例２］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７３】
［実施例３］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、残りの一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７４】
［実施例４］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７５】
［実施例５］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した。
【００７６】
このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００７７】
［比較例１］
立方体Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒの一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００７８】
つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例１〜５および比較例１の各種特性を図８に示す。
【００７９】
［実施例６］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体ＣｅＦ３の他の五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層をも一体に形成した立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。
【００８０】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８１】
［実施例７］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体ＣｅＦ３の他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８２】
［実施例８］
立方体ＣｅＦ３の全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。つぎに、残りの一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８３】
［実施例９］
立方体ＣｅＦ３の五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８４】
［実施例１０］
立方体ＣｅＦ３の対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００８５】
［比較例２］
立方体ＣｅＦ３の一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＣｅＦ３でシンチレータ結晶を作製した。
【００８６】
つぎに、反射部材で覆われていない一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例６〜１０および比較例２の各種特性を図９に示す。
【００８７】
図９に実施例６〜１０の放射線検出器、および、各光波長変換層を形成しなかった場合の標準のＣｅＦ３を用いた放射線検出器に、１３７Ｃｓγ線を照射したときの発光量を示す。実施例６〜１０の放射線検出器において標準の放射線検出器よりも発光量が増加した。
【００８８】
特に、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＰＭＴ（Ｒ９８００）の入射面に光学的に接合した実施例６の場合に発光量が最大となった。
【００８９】
［実施例１１］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面に上記樹脂スラリーを塗布して乾燥硬化させることで、１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層も一体に形成した立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００９０】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９１】
［実施例１２］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９２】
［実施例１３］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、残りの一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９３】
［実施例１４］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９４】
［実施例１５］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した。
【００９５】
このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【００９６】
［比較例３］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が1.６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【００９７】
つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ノーマルモードＡＰＤ(浜松ホトニクス製Ｓ８６６４−８２２１)からなる半導体受光素子の入対面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例１１〜１５および比較例３の各種特性を図１０に示す。
【００９８】
図１０に実施例１１〜１５の放射線検出器、および、各光波長変換層を形成しなかった場合の標準の放射線検出器の発光量を示す。実施例１１〜１５の放射線検出器において標準の放射線検出器よりも発光量が飛躍的に増加した。
【００９９】
特に、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ＡＰＤからなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合した実施例１１の場合に発光量が最大となった。
［実施例１６］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面に上記樹脂スラリーを塗布して乾燥硬化させることで、１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層をも一体に形成した立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１００】
つぎに、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(登録商標)(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０１】
［実施例１７］
上記の屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を一面に形成した立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの他の五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０２】
［実施例１８］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの全面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、このうちの五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１０３】
つぎに、残りの一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０４】
［実施例１９］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの五面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成し、この五面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１０５】
つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０６】
［実施例２０］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの対向する二面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した。
【０１０７】
このうちの一面、および、各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入射面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。
【０１０８】
［比較例４］
立方体Ｌｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒの一面に上記樹脂スラリーを塗布し乾燥硬化させることで１００μｍの厚さを有する屈折率が1.６２未満の第二光波長変換層を形成し、この一面、および、この一面に接する各光波長変換層を形成していない四面を反射部材で覆い立方体のＬｕ３Ａ１５０１２：Ｐｒでシンチレータ結晶を作製した。
【０１０９】
つぎに、反射部材で覆われていない一面を、ガイガーモードＡＰＤの集合であるＭＰＰＣ(浜松ホトニクス製１０３６２−３３−０５０)からなる半導体受光素子の入対面に光学的に接合し、放射線検出器を構成した。なお、上述の実施例１６〜２０および比較例４の各種特性を図１１に示す。
【０１１０】
図１１に実施例１６〜２０の放射線検出器、および、各光波長変換層を形成しなかった場合の標準の放射線検出器の発光量を示す。実施例１６〜２０の放射線検出器において標準の放射線検出器よりも発光量が飛躍的に増加した。
【０１１１】
特に、屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層を形成した五面を反射部材で覆い、屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層を形成した一面をＭＰＰＣの入射面に光学的に接合した実施例１６の場合に発光量が最大となった。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 放射線検出器
２ シンチレータ結晶
３ 第二光波長変換層
４ 第一光波長変換層
５ 光検出器
６ シンチレーション光
７ 放射線源
８ 放射線
９ 反射部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射を検出する放射線検出器であって、
前記放射線の入射により内部で発生するシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶と、
前記シンチレータ結晶に対向する位置に配置されていて入射する前記シンチレーション光を電気信号に変換する光検出器と、
前記シンチレータ結晶と前記光検出器との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層と、
を有する放射線検出器。
【請求項２】
前記光検出器と対向している前記シンチレータ結晶の一面以外の表面と対向する位置に配置されていて入射する前記シンチレーション光を反射する反射部材と、
前記シンチレータ結晶と前記反射部材との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層とを、
さらに有する請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記第二光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の樹脂からなる請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記第一光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の多孔質ガラスからなる請求項１ないし３の何れか一項に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記蛍光体は、クマリン系化合物、オキサゾール系化合物、フェニル系化合物、オキサジアゾール系化合物、ローダミン系化合物、スルフォローダミン系化合物、ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ）、スチリル系化合物、および、パイロメタン系化合物、から選択される少なくとも一種の有機化合物からなる請求項３または４に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記シンチレータ結晶は、プラセオジム添加ルテチウムアルミネートからなる請求項１ないし５の何れか一項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記光検出器は、ノーマルモードＡＰＤまたはガイガーモードＡＰＤピクセルの集合からなる半導体受光素子からなることを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の放射線検出器。
【請求項１】
放射線の入射を検出する放射線検出器であって、
前記放射線の入射により内部で発生するシンチレーション光のピーク波長が４００ｎｍ以下で屈折率が１．８以上のシンチレータ結晶と、
前記シンチレータ結晶に対向する位置に配置されていて入射する前記シンチレーション光を電気信号に変換する光検出器と、
前記シンチレータ結晶と前記光検出器との間隙に充填されていて屈折率が１．６２以上の第一光波長変換層と、
を有する放射線検出器。
【請求項２】
前記光検出器と対向している前記シンチレータ結晶の一面以外の表面と対向する位置に配置されていて入射する前記シンチレーション光を反射する反射部材と、
前記シンチレータ結晶と前記反射部材との間隙に充填されていて屈折率が１．６２未満の第二光波長変換層とを、
さらに有する請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記第二光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の樹脂からなる請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記第一光波長変換層は、蛍光体が均一に分散されている透光性の多孔質ガラスからなる請求項１ないし３の何れか一項に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記蛍光体は、クマリン系化合物、オキサゾール系化合物、フェニル系化合物、オキサジアゾール系化合物、ローダミン系化合物、スルフォローダミン系化合物、ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ）、スチリル系化合物、および、パイロメタン系化合物、から選択される少なくとも一種の有機化合物からなる請求項３または４に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記シンチレータ結晶は、プラセオジム添加ルテチウムアルミネートからなる請求項１ないし５の何れか一項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記光検出器は、ノーマルモードＡＰＤまたはガイガーモードＡＰＤピクセルの集合からなる半導体受光素子からなることを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の放射線検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１６９６７３（Ｐ２０１０−１６９６７３Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０２８３（Ｐ２００９−２９０２８３）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００１６５９７４）古河機械金属株式会社 (211)
【Ｆターム（参考）】
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