相分離構造を有するシンチレータ及びそれを用いた放射線検出器
【課題】Ｘ線ＣＴ装置のような放射線検出に用いるシンチレータにおいて、クロストーク防止のための隔壁形成を不要とする光導波機能を有する一方向性相分離構造からなるシンチレータを提供する。
【解決手段】本発明のシンチレータは、一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相と、第一の結晶相の側面を埋める第二の結晶相とからなる相分離構造を有し、前記第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５であらわされ、ＸとＹは異なる元素であるとともにＩ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつ０≦ａ≦１の範囲である材料を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明のシンチレータは、一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相と、第一の結晶相の側面を埋める第二の結晶相とからなる相分離構造を有し、前記第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５であらわされ、ＸとＹは異なる元素であるとともにＩ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつ０≦ａ≦１の範囲である材料を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線により発光するシンチレータおよび、そのシンチレータを用いた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場等で用いられているＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置では、被写体を通過したＸ線をシンチレータで受け、そのシンチレータが発した光を光検出器で検出している。また、それら検出器は２次元アレイとして配置されており、各々のシンチレータは光のクロストークが生じないように隔壁にて分離されている。そして、その隔壁はＸ線検出に寄与しないことや、空間分解能を劣化させる観点から、可能な限り薄く形成されることが望まれていた。特許文献１では多数のシンチレータ結晶を接着剤で接合してシンチレータアレイ７０を形成し、その後接着剤をエッチングして、それにより生じた空隙に酸化チタン粉末を隔壁材として充填することが行われている（図７）。この場合、隔壁７１の厚さを１μｍ程度と薄くできることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４５３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では隔壁７１を薄く形成できるとしても、その存在をなくすことは出来ない。また、製造工程において、シンチレータのカッティングから隔壁形成のための張り合わせなど、多くの手間が掛かる。本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、従来、シンチレータそのものに光を導波する機能が無かったために散乱面や反射面となる隔壁が必要であったことを根本的に改善すべく、シンチレータそのものに光導波機能を付与することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明の一側面としてのシンチレータは、一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相と、第一の結晶相の側面を埋める第二の結晶相とを有する相分離構造を有し、前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５で表され、ＸとＹは異なる元素であるとともにＩ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつ０≦ａ≦１の範囲である材料を有し、前記第二の結晶相が放射線励起にて発光することを特徴とする。
【０００６】
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一側面としてのシンチレータは、一方向性を有する２相からなる相分離構造を有しており、シンチレータそのものに光を導波する機能を付与することができる。このため、従来のシンチレータのカッティングから隔壁形成という製造プロセスを不要とし、光検出器上に本発明のシンチレータを配するだけで放射線検出器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一及び第二の実施形態のシンチレータを表す模式図である。
【図２】第一及び第二の実施形態のシンチレータを作製する装置の一例を表す模式図である。
【図３】第一及び第二の実施形態のシンチレータの光学透過画像である。
【図４】Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系シンチレータの発光スペクトルを表す図である。
【図５】第一及び第二の実施形態のシンチレータの導波性を表す図である。
【図６】第一及び第二の実施形態のシンチレータを用いた放射線検出器の一例を示した図である。
【図７】背景技術のシンチレータを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を用いて本発明を実施するための形態として、第一及び第二の実施形態を例に挙げて説明する。
【００１０】
［シンチレータの構成］
図１に第一及び第二の実施形態のシンチレータの模式的構造を示す。
【００１１】
本実施形態（第一及び第二の実施形態）の相分離構造を有するシンチレータは、一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相１１と、第一の結晶相１１の側面を埋める第二の結晶相１２の２相から構成されている。第二の結晶相は、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５であらわされ、ＸとＹとは異なる元素であり、Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつａは０以上１以下（０≦ａ≦１）の範囲である材料を有する。ここで、第二の結晶相の全体に対してＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５を９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。第一の結晶相１１を構成する柱状晶の形状は円柱に限らず、複数の結晶面から構成され、多角形であってもよい。また、柱状晶の直径１３は、５０ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲であることが好ましく、さらに、近接する柱状晶間の周期１４は、５００ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。ただし、本実施形態のシンチレータと検出器ないし検出器アレイとを組み合わせた場合、光検出器の受光部領域上に多数の柱状晶が配置されるような構造サイズを有したものを組み合わせることが好ましい。例えば、受光領域が正方形で一辺が２０μｍであった場合、柱状晶の直径が５μｍ、柱状晶の周期が８μｍというような構造サイズを有しているなどである。従って、受光領域のサイズに合わせて、上記構造サイズの範囲にとらわれず、構造サイズの小さいものを組み合わせることが好ましい。また、構造体のサイズの範囲は、材料系の選択と製造時の条件で決定されるものであり、傾向については後述する。
【００１２】
さらに、シンチレータの厚さ１５に関しては、製法にも依存するが、任意の厚さに調整することが可能である。実質的には、柱状晶の厚さ方向１６に渡って真っ直ぐ続いていることが好ましいが、途中で途切れたり、枝分かれや融合が生じたり、直径が揺らいだり、一直線でなく曲がったりした部分が含まれている場合などを排除するものではない。凝固界面の方向を適宜制御することで、あえて柱状晶を曲げることも可能である。図１はあくまでも模式図であり、これにとらわれるものではない。
【００１３】
第一の実施形態としては、第一の結晶相は、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＮａＢｒ（臭化ナトリウム）、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、のいずれかから選択される材料を有することが好ましい。さらに好ましくは、ＫＣｌであることが好ましい。ＮａＣｌ等は、第一の結晶相の全体に対して９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。
【００１４】
また、第二の結晶相は、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５を有することが好ましい。ここで、第二の結晶相の全体に対してＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。上記材料系の選択において好ましい組成比は、以下の表１の通りである。
【００１５】
【表１】
【００１６】
さらに、第二の実施形態として第一の結晶相は、ＫＢｒ（臭化カリウム）、ＮａＢｒ（臭化ナトリウム）、ＲｂＢｒ（臭化ルビジウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）のいずれかから選択される材料を有することが好ましい。また、第二の結晶相は、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５であらわされ、ＸとＹとは異なる元素であり、Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつａは０以上１以下（０≦ａ≦１）の範囲である材料を有することが好ましい。ここで、第二の結晶相の全体に対してＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５を９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。また、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２（ＢｒａＩ１−ａ）５で、０＜ａ≦１の範囲の材料を有する場合やＣｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５で０．７１≦ａ≦０．７９の範囲の材料を有する場合も含まれる。上記材料系の選択において好ましい組成比は、以下の表２の通りである。
【００１７】
【表２】
【００１８】
図１に示す模式図のような分離構造を得るためには、概ね表１、及び表２で示した組成で作製することが好ましい。この組成は共晶点に対応している。ただし、上記組成から全く外れてはいけないものではなく、その組成に対して±５ｍｏｌ％の範囲内は許容範囲であり、共晶点であるとみなす。上記組成の近傍（±５ｍｏｌ％）の範囲内であれば、構造形成において各相間が共晶関係にあり、共晶組成近傍では一方向性凝固を行うことで図１のような良質な構造体を得ることができる。その他の組成範囲、つまり５ｍｏｌ％を超えて逸脱している場合では、一般的には一方の相が先に析出し、構造形成の観点からは構造を乱す要因となる。
【００１９】
次に、第一と第二の結晶相には上記以外の材料を添加してもよい。特に、第一の結晶相１１を構成する材料に添加するのは、添加組成において第一の結晶相１１に固溶し、かつ、第二の結晶相１２には固溶しない材料が好ましい。例えば、ＮａＣｌにＮａＢｒを添加することが挙げられる。
【００２０】
第一の実施形態の相分離構造において、シンチレータ材料であるＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を第二の結晶相１２に用いた場合、放射線照射によってＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５は励起され発光を呈する。第一の実施形態では、第一の結晶相１１に対してより高い屈折率を有するＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から形成される第二の結晶相１２が発光することが好ましいが、双方が発光してもよい。
【００２１】
第一の実施形態の一方向性を有するシンチレータの重要な特性として、光を導波するということが挙げられる。上記の第一の結晶相１１と第二の結晶相１２を構成する材料系について、その屈折率を表３に示す。
【００２２】
【表３】
【００２３】
この表に示した屈折率は、波長依存性や添加物による変化などがあるため厳密なものではなく、構成材料間に屈折率の差があることを示すためのものである。尚、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５の屈折率の文献値はないが、ＮａＩ−Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５においてＮａＩとのコントラストが明確なことから、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５の屈折率は１．８以上と推測される。
【００２４】
さらに、第二の実施形態の相分離構造において、シンチレータ材料であるＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５を第二の結晶相１２に用いた場合、放射線照射によってＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５は励起され発光を呈する。本発明では、第一の結晶相１１に対してより高い屈折率を有するＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５から形成される第二の結晶相１２が発光することが好ましいが、双方が発光してもよい。
【００２５】
第二の実施形態の一方向性を有するシンチレータの重要な特性として、光を導波するということが挙げられる。上記の第一の結晶相１１と第二の結晶相１２を構成する材料系について、その屈折率を表４に示す。
【００２６】
【表４】
【００２７】
この表に示した屈折率は、波長依存性や添加物による変化などがあるため厳密なものではなく、構成材料間に屈折率の差があることを示すためのものである。尚、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５の屈折率の文献値はないが、ＫＢｒ−Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５においてＫＢｒとのコントラストが明確なことから、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５の屈折率は１．７以上と推測される。
【００２８】
スネルの法則によれば、屈折率の異なる材質間では、高屈折率媒質から低屈折率媒質へある角度で入射すると全反射が生じ、それより広角では反射と屈折が生じているはずである。したがって、本実施形態のシンチレータにおいて、表３、及び表４に示すように屈折率の差が生じていることは、高屈折率媒質において全反射により光が広がらない状況があるということを示している。つまり屈折や反射を繰り返し、高屈折率媒質の方が比較的光を閉じ込めて伝播することになる。よって、少なからず屈折率比（＝低屈折率の結晶相／高屈折率の結晶相）が１より小さいことが望まれる。また、全反射条件のみを考慮すれば、低屈折率／高屈折率の比が小さいほど光が広がり難いことを表しており、表３、及び、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５との比でＫＣｌ＜（ＫＢｒ＝ＮａＣｌ）＜ＮａＢｒ＜ＮａＩの順となることがわかる。ここで、特に本実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表１参照）が低い場合（例えばＮａＩ：５６ｍｏｌ％に対してＮａＣｌ：２４ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本実施形態の材料系の体積比率を後述する実施例で作成された試料から計算すると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５系においては、大きい順にＮａＩ（４５ｖｏｌ％）、ＫＣｌ（３８ｖｏｌ％）、ＫＢｒ（３５ｖｏｌ％）、ＮａＢｒ（１７ｖｏｌ％）、ＮａＣｌ（４ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記４種類の材料系において、ＫＣｌが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００２９】
さらに、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５系においては、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５との比でＫＢｒ，ＲｂＢｒ＜ＮａＢｒの順となることがわかる。ここで、特に本実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５が構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表２参照）が低い場合（例えばＲｂＢｒ：５６ｍｏｌ％に対してＮａＢｒ：２７ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本実施形態の体積比率は、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５系においては、大きい順にＲｂＢｒ（４０ｖｏｌ％）、ＫＢｒ（２０ｖｏｌ％）、ＮａＢｒ（９ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記３種類の材料系において、ＲｂＢｒが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００３０】
さらに、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５系においては、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５との比でＫＢｒ＜ＮａＢｒの順となることがわかる。ここで、特に第二の実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、つまり柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５が構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表２参照）が低い場合（例えばＮａＢｒ：６５ｍｏｌ％に対してＫＢｒ：３６ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本発明の材料系の体積比率は、後述する実施例で作成された試料から計算すると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５系においては、大きい順にＮａＢｒ（３８ｖｏｌ％）、ＫＢｒ（１２ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記２種類の材料系において、ＮａＢｒが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００３１】
また、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５系においては、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５との比でＫＣｌ＜ＮａＣｌの順となることがわかる。ここで、特に第二の実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、つまり柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表２参照）が低い場合（例えばＫＣｌ：３０ｍｏｌ％に対してＮａＣｌ：１７ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本発明の材料系の体積比率は、後述する実施例で作成された試料から計算すると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５系においては、大きい順にＫＣｌ（１２ｖｏｌ％）、ＮａＣｌ（８ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記２種類の材料系において、ＫＣｌが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００３２】
ただし、放射線励起による発光効率なども加味して、用途ごとに良し悪しが判定されるべきであるから、屈折率比と組成比から優劣が決定してしまうわけではないので、いずれの材料系も重要であることには違いない。
【００３３】
本実施形態においては、特に屈折率の高いＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５、及び、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５を第二の結晶相として用いていることが好ましい。これにより第一の結晶相屈折率比を大きくとることができる。よって、放射線照射によってＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５、及び、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５で発光した光は効率良く伝搬される為に、第一の結晶相／第二の結晶相の屈折率比が０．８より大きいような材料の組み合わせと比較して、直下に到達する発光量は増加する。さらに、光の広がりが抑えられることから、空間分解能を高めることができる。
【００３４】
このように、本実施形態のシンチレータは、柱状晶と平行な方向で光を導波し、垂直な方向で散乱や反射等により導波しない特性が備わっているのが特徴である。よって、従来のように単結晶群に隔壁を設けることなく、光のクロストークを押さえることができる。
【００３５】
［シンチレータの製造］
本実施形態のシンチレータを作製する方法は、所望の材料系を最適組成にて一方向性を持たせて熔融凝固する方法であれば、いずれの方法でも可能である。特に、固液界面を平らにするよう温度勾配を制御することが要求され、３０℃／ｍｍ程度ないしそれ以上の温度勾配があることが好ましい。ただし、結晶への熱応力によるクラック等を解消するために、上述した構造の形成に支障ない範囲で温度勾配を低下させてもよい。また、すでに結晶体となった部分を溶融しない程度に再加熱してクラック等を抑制することを行うことも望ましい。また、共晶組織の形成可能な組成範囲というのは、前述したように、共晶組成±５ｍｏｌ％であるが、この範囲と温度勾配と凝固速度の間には材料系固有の相間関係が成り立つ。つまり、いわゆるＣｏｕｐｌｅｄ Ｅｕｔｅｃｔｉｃ Ｚｏｎｅと称される範疇で本実施形態の結晶体は作製されるべきである。
【００３６】
図２に示すように、シンチレータを作成する装置におけるブリッジマン法では、材料が酸化しないよう円筒状の石英管等に封じた試料を縦型に配置し、ヒーターないし試料を一定速度で移動させることにより凝固界面の位置を制御できる。よって、ブリッジマン法を用いて本実施形態のシンチレータを作製することが可能である。特に、装置は図２（Ａ）のように、試料２３の長さに匹敵するヒーター部２１と固液界面の３０℃／ｍｍを実現するための水冷部２２から構成される。また、図２（Ｂ）のように、水冷部２２が上下にあり、ヒーター部２１が試料２３の一部の領域にしか対応していない構成でよい。さらに、これらと同等の手段を講じる製法も可能である。
【００３７】
また、チョクラルスキー法のように、融液からの結晶引上げでも同様にシンチレータを作製可能である。この場合は、ブリッジマン法における試料容器内での凝固ではないために、容器壁面の影響を受けずに固液界面を形成できる点でより好ましいとも言える。さらに、フローティングゾーン法でも作製可能である。
【００３８】
特にブリッジマン法においては、凝固速度は試料の固液界面がなるべく平面になるように設定されなければならないが、熱のやり取りが試料側面からが主であるので、試料の直径に依存する。つまり、試料の直径が大きければ熱の出入りに時間がかかり、凝固速度を低速にしなければ、固液界面はかなり湾曲し、試料のほとんどの領域で第一の結晶相１１である柱状晶が曲がって形成されることになる。これは、柱状晶の成長方向が固液界面にほぼ垂直となるからである。さらに、試料サイズに対して凝固速度がより速い場合には、固液界面が平坦でないだけでなく平滑に保つことができず、ミクロに起伏が生じて樹枝状結晶の発生を伴う状況に至るので、これも避けることが重要である。従って、十分固液界面の温度勾配をとると同時に８５０ｍｍ／時以下で行うことが好ましい。より好ましくは、５００ｍｍ／時以下であり、さらには３００ｍｍ／時以下である。
【００３９】
また、シンチレータの第一の結晶相１１の直径やその周期は、凝固速度に依存し、特に柱状晶の周期に関しては次式の相関がある。周期をλとし、凝固速度をｖとすれば、λ２・ｖ＝一定である。したがって、所望の構造周期があれば、必然的に凝固速度が大まかに制限される関係である。逆に、製法上の制限として、固液界面を平面かつ平滑に制御できる凝固速度があるため、周期λの範囲は５００ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲となる。また、それに対応して柱状晶の直径も５０ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲となる。
【００４０】
ここで、柱状晶の直径とは円形で無い場合もあり、不定形であれば、最短直径が上記範囲に含まれる。また、多数の柱状晶の平均値で、最長直径と最短直径の比が１０以下であることが好ましい。この比以上では、ラメラ構造とするのが適切である。しかし、無数の柱状晶の中で幾つかの柱状晶のみが１０を超える値を有したとしても、平均値が１０以下であれば許容範囲である。また、作製条件上、２相の材料系のモル比率が１：１に近いほどラメラ構造を採りやすいため、ラメラ構造ではなく図１のような柱状構造を構成するように、作製条件や添加材料を選択することが好ましい。
【００４１】
最後に、作製する試料の原材料の仕込み組成について述べる。上記のシンチレータの組成比率は表１に示す値であるが、仕込み組成に関しては±５ｍｏｌ％以上に逸脱していても構わない。つまり、ブリッジマン法の場合は試料全体を熔融した状態から一方向に凝固させるようにすれば、凝固初期に共晶組成から逸脱している分の材料が先に析出することになり、残された融液が共晶組成となるからである。また、チョクラルスキー法では、引上げ初期に共晶組成からの逸脱分が引きあがるため、一度引き上げて融液が共晶組成になってから再度引き上げることも好ましい。結晶体作製後に不要部分は切り離せばよい。
【００４２】
［シンチレータの利用］
本実施形態のシンチレータは、光検出器と組み合わせることで医療用・産業用・高エネルギー物理用・宇宙用の放射線検出器として用いることが可能である。特に、隔壁等を設けずとも光の導波機能を有しているために、検出器に向けて特定の方向に光を導波する必要がある状況に適用することが好ましい。また、隔壁形成が必要なＸ線ＣＴ装置での使用や、Ｘ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）のＣｓＩ針状結晶の代替においても有効である。この場合、検出器の受光感度特性に適合するように、シンチレータの母材に他の材料を添加したり、発光中心の添加を通して調整することも可能である。
【００４３】
さらに、本実施形態のシンチレータは、検出器上に直接設ける以外に、１層以上の保護層や反射防止等の機能を有した膜や層を介して、接合または配置することも好ましい。
【００４４】
［実施例１］
本実施例は、第一の実施形態のシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５に対してＮａＣｌ，ＮａＢｒ，ＮａＩ，ＫＣｌをそれぞれ２４ｍｏｌ％，３６ｍｏｌ％，５６ｍｏｌ％，４７ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料４種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ａ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ，Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＢｒ，Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＣｌの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００４５】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＣｌ，ＮａＩ，ＮａＢｒ，またはＮａＣｌで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００４６】
この４種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系ではＮａＩの体積比率はおよそ４５ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系ではＫＣｌの体積比率はおよそ３８ｖｏｌ％、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＢｒ系ではＮａＢｒの体積比率はおよそ１７ｖｏｌ％、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＣｌ系ではＮａＣｌの体積比率はおよそ４ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＮａＩやＫＣｌがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００４７】
以上、作製した試料から選択したＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系試料についてＸ線励起による発光スペクトルを測定した結果を図４に示す。ここでの発光強度はサンプル形状などに依存する為に絶対的なものではない。Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系において、およそ５１０ｎｍ付近にピークを持つ発光スペクトルを示し、シンチレータとして機能することが示された。Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＢｒ系、及びＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＣｌ系やＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系において、４９０ｎｍから５１０ｎｍ付近にピークを持つ発光スペクトルを示し、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系と同様、シンチレータとして機能することが示された。
【００４８】
以上から、第一の実施形態に係る第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００４９】
［実施例２］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５を用いたシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５に対してＫＢｒ，ＮａＢｒ，ＲｂＢｒをそれぞれ５０ｍｏｌ％，２７ｍｏｌ％，５６ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度差が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料３種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＫＢｒ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｅ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＮａＢｒ，Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＲｂＢｒの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｆ）、（Ｇ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００５０】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＢｒ，ＮａＢｒ，ＲｂＢｒで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００５１】
この３種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＫＢｒ系ではＫＢｒの体積比率はおよそ２０ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＮａＢｒ系ではＮａＢｒの体積比率はおよそ９ｖｏｌ％、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＲｂＢｒ系ではＲｂＢｒの体積比率はおよそ４０ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＲｂＢｒやＫＢｒがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００５２】
以上、作製した上記の３種の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＫＢｒ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＮａＢｒ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＲｂＢｒ系について、実施例１と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した、その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００５３】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００５４】
［実施例３］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５を用いたシンチレータの作製に関する。
また、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５に対してＫＢｒ，ＮａＢｒをそれぞれ３６ｍｏｌ％，６５ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料２種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＫＢｒ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｈ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＮａＢｒの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｉ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００５５】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＢｒ，ＮａＢｒで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００５６】
この２種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＫＢｒ系ではＫＢｒの体積比率はおよそ１２ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＮａＢｒ系ではＮａＢｒの体積比率はおよそ３８ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＮａＢｒがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００５７】
以上、作製した上記の２種の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＫＢｒ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＮａＢｒ系について、実施例１、及び実施例２と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した。その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００５８】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００５９】
［実施例４］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５を用いたシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５に対してＫＣｌ，ＮａＣｌをそれぞれ３０ｍｏｌ％，１７ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料２種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＫＣｌ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｊ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＮａＣｌの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｋ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００６０】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＣｌ，ＮａＣｌで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００６１】
この２種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＫＣｌ系ではＫＣｌの体積比率はおよそ１２ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＮａＣｌ系ではＮａＣｌの体積比率はおよそ８ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＫＣｌがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００６２】
以上、作製した上記の２種の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＫＣｌ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＮａＣｌ系について、実施例１、実施例２、及び実施例３と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した。その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００６３】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００６４】
［実施例５］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を用いたシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５に対してＫＢｒをそれぞれ６２ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＢｒ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｌ）に示すように、良好な構造を形成していた。
【００６５】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＢｒで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００６６】
上記の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＢｒ系ではＫＢｒの体積比率はおよそ３５ｖｏｌ％であった。
【００６７】
以上、作製した上記の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＢｒについて、実施例１から３、及び実施例４と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した。その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００６８】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００６９】
［実施例６］
本実施例は、第二の実施形態に係るシンチレータの作製に関する。
【００７０】
割合ａの値がＣｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５となる範囲でａの値を様々に変化させるように原料粉末を混合したものから、上述の製法で試料を作製する。
【００７１】
表５は、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５に対する組成分析の結果と外観を示している。表５より、ハロゲン元素であるＩとＣｌとの和に対するＣｌのモル分率の値が、０．７１以上０．７９以下の範囲（０．７１≦ａ≦０．７９）の場合おいて、透明な結晶が得られることが確認できる。
【００７２】
【表５】
【００７３】
これより、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５で表され０．７１≦ａ≦０．７９の範囲において、相分離構造を形成させることにより、より好適なシンチレータとして用いることが可能である。もちろん不透明であっても、一定の効果は期待できる。
【００７４】
［実施例７］
本実施例は、実施例１、２、３、４、５及び実施例６で説明したシンチレータを用いた放射線検出器に関する。
最初に、基板６０上に光検出器６１を設置する。そして、厚さ１ｍｍに切り出した本発明によるＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系シンチレータ６２を光検出器上に、柱状晶が概ね垂直に配置されるように設置し、放射線検出器（図６）を構成した。なお、図面上にはシンチレータの上に保護層６３を設けてある。そして、この放射線検出器のシンチレータにＸ線を照射すると、隔壁の無い単結晶体に照射した場合には、結晶面内に光が拡散伝播していくのに対して、広がりが抑制されていることが光検出器の出力より確認できた。さらに、シンチレータと光検出器の接合において、樹脂にて各々を接合した場合でも光の広がりが抑制された状態を保持していることが確認できた。よって、本実施形態のシンチレータと光検出器間に保護層などの他の材質の層を介しても、放射線検出器を構成可能であることが判明した。
【００７５】
［実施例８］
ここで、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５系の光導波性能について、一般的に光導波機能を利用しているといわれるＴｌドープしたＣｓＩ針状結晶膜を比較例として発光の伝搬特性を評価した。Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５系の厚さは上記の通り１ｍｍで、比較例のＣｓＩ針状結晶膜の厚さは４３０μｍのものを用いた。Ｘ線源にはタングステン管球を用い、６０ｋＶ、１ｍＡ、Ａｌフィルター無しの条件で得られるＸ線を２ｍｍ厚のタングステン板にあるφ１００μｍ開口を通して試料に照射し、試料底面における光強度分布を計測した。計測は５０μｍピッチのＣＣＤにて行った。その分布のピーク値を通る断面の強度プロファイルを図５に示す。図５ではピーク輝度を規格化してその半値幅を算出した。相対的に厚さの薄いＣｓＩ針状結晶膜の半値幅が３４０μｍなのに対し、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系は２２３μｍであった（図５（Ａ））。また、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系は２３５μｍであった（図５（Ｂ））。これから、本発明のＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系、が良好な相分離構造を示し、導波時の光の散乱が少なく効果的に光を受光面に導波していることが分かる。
【００７６】
以上より、本実施形態のうち、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から構成されるシンチレータが光導波機能を有することが確認された。
【００７７】
さらに、本実施形態のうち、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５から構成されるシンチレータが光導波機能を有することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のシンチレータは、放射線により発光し、かつ、発光した光を導波する特性を有しているため、従来の隔壁を形成することなく、光検出器と組み合わせて用いることで放射線検出器として有用である。特に、Ｘ線等の放射線を用いた医療用・産業用・高エネルギー物理用・宇宙用の計測装置等に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１１ 第一の結晶相
１２ 第二の結晶相
１３ 柱状晶の直径
１４ 近接柱状晶間の周期
１５ シンチレータの厚さ
１６ 柱状晶の厚さ方向
２１ ヒーター部
２２ 水冷部
２３ 試料
６０ 基板
６１ 光検出器
６２ Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系シンチレータ
６３ 保護層
７０ シンチレータアレイ
７１ 隔壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線により発光するシンチレータおよび、そのシンチレータを用いた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場等で用いられているＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置では、被写体を通過したＸ線をシンチレータで受け、そのシンチレータが発した光を光検出器で検出している。また、それら検出器は２次元アレイとして配置されており、各々のシンチレータは光のクロストークが生じないように隔壁にて分離されている。そして、その隔壁はＸ線検出に寄与しないことや、空間分解能を劣化させる観点から、可能な限り薄く形成されることが望まれていた。特許文献１では多数のシンチレータ結晶を接着剤で接合してシンチレータアレイ７０を形成し、その後接着剤をエッチングして、それにより生じた空隙に酸化チタン粉末を隔壁材として充填することが行われている（図７）。この場合、隔壁７１の厚さを１μｍ程度と薄くできることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４５３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では隔壁７１を薄く形成できるとしても、その存在をなくすことは出来ない。また、製造工程において、シンチレータのカッティングから隔壁形成のための張り合わせなど、多くの手間が掛かる。本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、従来、シンチレータそのものに光を導波する機能が無かったために散乱面や反射面となる隔壁が必要であったことを根本的に改善すべく、シンチレータそのものに光導波機能を付与することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明の一側面としてのシンチレータは、一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相と、第一の結晶相の側面を埋める第二の結晶相とを有する相分離構造を有し、前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５で表され、ＸとＹは異なる元素であるとともにＩ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつ０≦ａ≦１の範囲である材料を有し、前記第二の結晶相が放射線励起にて発光することを特徴とする。
【０００６】
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一側面としてのシンチレータは、一方向性を有する２相からなる相分離構造を有しており、シンチレータそのものに光を導波する機能を付与することができる。このため、従来のシンチレータのカッティングから隔壁形成という製造プロセスを不要とし、光検出器上に本発明のシンチレータを配するだけで放射線検出器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一及び第二の実施形態のシンチレータを表す模式図である。
【図２】第一及び第二の実施形態のシンチレータを作製する装置の一例を表す模式図である。
【図３】第一及び第二の実施形態のシンチレータの光学透過画像である。
【図４】Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系シンチレータの発光スペクトルを表す図である。
【図５】第一及び第二の実施形態のシンチレータの導波性を表す図である。
【図６】第一及び第二の実施形態のシンチレータを用いた放射線検出器の一例を示した図である。
【図７】背景技術のシンチレータを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を用いて本発明を実施するための形態として、第一及び第二の実施形態を例に挙げて説明する。
【００１０】
［シンチレータの構成］
図１に第一及び第二の実施形態のシンチレータの模式的構造を示す。
【００１１】
本実施形態（第一及び第二の実施形態）の相分離構造を有するシンチレータは、一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相１１と、第一の結晶相１１の側面を埋める第二の結晶相１２の２相から構成されている。第二の結晶相は、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５であらわされ、ＸとＹとは異なる元素であり、Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつａは０以上１以下（０≦ａ≦１）の範囲である材料を有する。ここで、第二の結晶相の全体に対してＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５を９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。第一の結晶相１１を構成する柱状晶の形状は円柱に限らず、複数の結晶面から構成され、多角形であってもよい。また、柱状晶の直径１３は、５０ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲であることが好ましく、さらに、近接する柱状晶間の周期１４は、５００ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。ただし、本実施形態のシンチレータと検出器ないし検出器アレイとを組み合わせた場合、光検出器の受光部領域上に多数の柱状晶が配置されるような構造サイズを有したものを組み合わせることが好ましい。例えば、受光領域が正方形で一辺が２０μｍであった場合、柱状晶の直径が５μｍ、柱状晶の周期が８μｍというような構造サイズを有しているなどである。従って、受光領域のサイズに合わせて、上記構造サイズの範囲にとらわれず、構造サイズの小さいものを組み合わせることが好ましい。また、構造体のサイズの範囲は、材料系の選択と製造時の条件で決定されるものであり、傾向については後述する。
【００１２】
さらに、シンチレータの厚さ１５に関しては、製法にも依存するが、任意の厚さに調整することが可能である。実質的には、柱状晶の厚さ方向１６に渡って真っ直ぐ続いていることが好ましいが、途中で途切れたり、枝分かれや融合が生じたり、直径が揺らいだり、一直線でなく曲がったりした部分が含まれている場合などを排除するものではない。凝固界面の方向を適宜制御することで、あえて柱状晶を曲げることも可能である。図１はあくまでも模式図であり、これにとらわれるものではない。
【００１３】
第一の実施形態としては、第一の結晶相は、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＮａＢｒ（臭化ナトリウム）、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、のいずれかから選択される材料を有することが好ましい。さらに好ましくは、ＫＣｌであることが好ましい。ＮａＣｌ等は、第一の結晶相の全体に対して９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。
【００１４】
また、第二の結晶相は、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５を有することが好ましい。ここで、第二の結晶相の全体に対してＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。上記材料系の選択において好ましい組成比は、以下の表１の通りである。
【００１５】
【表１】
【００１６】
さらに、第二の実施形態として第一の結晶相は、ＫＢｒ（臭化カリウム）、ＮａＢｒ（臭化ナトリウム）、ＲｂＢｒ（臭化ルビジウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）のいずれかから選択される材料を有することが好ましい。また、第二の結晶相は、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５であらわされ、ＸとＹとは異なる元素であり、Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつａは０以上１以下（０≦ａ≦１）の範囲である材料を有することが好ましい。ここで、第二の結晶相の全体に対してＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５を９０重量％以上１００重量％以下有することが好ましく、さらに好ましくは１００重量％である。また、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２（ＢｒａＩ１−ａ）５で、０＜ａ≦１の範囲の材料を有する場合やＣｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５で０．７１≦ａ≦０．７９の範囲の材料を有する場合も含まれる。上記材料系の選択において好ましい組成比は、以下の表２の通りである。
【００１７】
【表２】
【００１８】
図１に示す模式図のような分離構造を得るためには、概ね表１、及び表２で示した組成で作製することが好ましい。この組成は共晶点に対応している。ただし、上記組成から全く外れてはいけないものではなく、その組成に対して±５ｍｏｌ％の範囲内は許容範囲であり、共晶点であるとみなす。上記組成の近傍（±５ｍｏｌ％）の範囲内であれば、構造形成において各相間が共晶関係にあり、共晶組成近傍では一方向性凝固を行うことで図１のような良質な構造体を得ることができる。その他の組成範囲、つまり５ｍｏｌ％を超えて逸脱している場合では、一般的には一方の相が先に析出し、構造形成の観点からは構造を乱す要因となる。
【００１９】
次に、第一と第二の結晶相には上記以外の材料を添加してもよい。特に、第一の結晶相１１を構成する材料に添加するのは、添加組成において第一の結晶相１１に固溶し、かつ、第二の結晶相１２には固溶しない材料が好ましい。例えば、ＮａＣｌにＮａＢｒを添加することが挙げられる。
【００２０】
第一の実施形態の相分離構造において、シンチレータ材料であるＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を第二の結晶相１２に用いた場合、放射線照射によってＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５は励起され発光を呈する。第一の実施形態では、第一の結晶相１１に対してより高い屈折率を有するＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から形成される第二の結晶相１２が発光することが好ましいが、双方が発光してもよい。
【００２１】
第一の実施形態の一方向性を有するシンチレータの重要な特性として、光を導波するということが挙げられる。上記の第一の結晶相１１と第二の結晶相１２を構成する材料系について、その屈折率を表３に示す。
【００２２】
【表３】
【００２３】
この表に示した屈折率は、波長依存性や添加物による変化などがあるため厳密なものではなく、構成材料間に屈折率の差があることを示すためのものである。尚、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５の屈折率の文献値はないが、ＮａＩ−Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５においてＮａＩとのコントラストが明確なことから、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５の屈折率は１．８以上と推測される。
【００２４】
さらに、第二の実施形態の相分離構造において、シンチレータ材料であるＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５を第二の結晶相１２に用いた場合、放射線照射によってＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５は励起され発光を呈する。本発明では、第一の結晶相１１に対してより高い屈折率を有するＣｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５から形成される第二の結晶相１２が発光することが好ましいが、双方が発光してもよい。
【００２５】
第二の実施形態の一方向性を有するシンチレータの重要な特性として、光を導波するということが挙げられる。上記の第一の結晶相１１と第二の結晶相１２を構成する材料系について、その屈折率を表４に示す。
【００２６】
【表４】
【００２７】
この表に示した屈折率は、波長依存性や添加物による変化などがあるため厳密なものではなく、構成材料間に屈折率の差があることを示すためのものである。尚、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５の屈折率の文献値はないが、ＫＢｒ−Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５においてＫＢｒとのコントラストが明確なことから、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５の屈折率は１．７以上と推測される。
【００２８】
スネルの法則によれば、屈折率の異なる材質間では、高屈折率媒質から低屈折率媒質へある角度で入射すると全反射が生じ、それより広角では反射と屈折が生じているはずである。したがって、本実施形態のシンチレータにおいて、表３、及び表４に示すように屈折率の差が生じていることは、高屈折率媒質において全反射により光が広がらない状況があるということを示している。つまり屈折や反射を繰り返し、高屈折率媒質の方が比較的光を閉じ込めて伝播することになる。よって、少なからず屈折率比（＝低屈折率の結晶相／高屈折率の結晶相）が１より小さいことが望まれる。また、全反射条件のみを考慮すれば、低屈折率／高屈折率の比が小さいほど光が広がり難いことを表しており、表３、及び、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５との比でＫＣｌ＜（ＫＢｒ＝ＮａＣｌ）＜ＮａＢｒ＜ＮａＩの順となることがわかる。ここで、特に本実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表１参照）が低い場合（例えばＮａＩ：５６ｍｏｌ％に対してＮａＣｌ：２４ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本実施形態の材料系の体積比率を後述する実施例で作成された試料から計算すると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５系においては、大きい順にＮａＩ（４５ｖｏｌ％）、ＫＣｌ（３８ｖｏｌ％）、ＫＢｒ（３５ｖｏｌ％）、ＮａＢｒ（１７ｖｏｌ％）、ＮａＣｌ（４ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記４種類の材料系において、ＫＣｌが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００２９】
さらに、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５系においては、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５との比でＫＢｒ，ＲｂＢｒ＜ＮａＢｒの順となることがわかる。ここで、特に本実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５が構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表２参照）が低い場合（例えばＲｂＢｒ：５６ｍｏｌ％に対してＮａＢｒ：２７ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本実施形態の体積比率は、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５系においては、大きい順にＲｂＢｒ（４０ｖｏｌ％）、ＫＢｒ（２０ｖｏｌ％）、ＮａＢｒ（９ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記３種類の材料系において、ＲｂＢｒが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００３０】
さらに、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５系においては、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５との比でＫＢｒ＜ＮａＢｒの順となることがわかる。ここで、特に第二の実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、つまり柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５が構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表２参照）が低い場合（例えばＮａＢｒ：６５ｍｏｌ％に対してＫＢｒ：３６ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本発明の材料系の体積比率は、後述する実施例で作成された試料から計算すると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５系においては、大きい順にＮａＢｒ（３８ｖｏｌ％）、ＫＢｒ（１２ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記２種類の材料系において、ＮａＢｒが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００３１】
また、表４からはＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５系においては、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５との比でＫＣｌ＜ＮａＣｌの順となることがわかる。ここで、特に第二の実施形態のうち、高屈折率媒質を構成するＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５が第二の結晶相１２を構成するものにおいては、つまり柱状晶の周りのマトリックスをＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５構成する。そのため、柱状晶を構成する第一の結晶相１１の組成比率（表２参照）が低い場合（例えばＫＣｌ：３０ｍｏｌ％に対してＮａＣｌ：１７ｍｏｌ％）は、柱状晶の体積比率が低くなる。柱状晶の体積比率が低くなると、光が柱状晶の脇を抜けて広がりやすくなる傾向を示す。たとえば、本発明の材料系の体積比率は、後述する実施例で作成された試料から計算すると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５系においては、大きい順にＫＣｌ（１２ｖｏｌ％）、ＮａＣｌ（８ｖｏｌ％）である。したがって、屈折率比と体積比率の双方の効果の兼ね合いとなり、光の導波の観点では、上記２種類の材料系において、ＫＣｌが第一の結晶相１１を構成する場合がより好ましいと言える。
【００３２】
ただし、放射線励起による発光効率なども加味して、用途ごとに良し悪しが判定されるべきであるから、屈折率比と組成比から優劣が決定してしまうわけではないので、いずれの材料系も重要であることには違いない。
【００３３】
本実施形態においては、特に屈折率の高いＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５、及び、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５を第二の結晶相として用いていることが好ましい。これにより第一の結晶相屈折率比を大きくとることができる。よって、放射線照射によってＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５、及び、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５で発光した光は効率良く伝搬される為に、第一の結晶相／第二の結晶相の屈折率比が０．８より大きいような材料の組み合わせと比較して、直下に到達する発光量は増加する。さらに、光の広がりが抑えられることから、空間分解能を高めることができる。
【００３４】
このように、本実施形態のシンチレータは、柱状晶と平行な方向で光を導波し、垂直な方向で散乱や反射等により導波しない特性が備わっているのが特徴である。よって、従来のように単結晶群に隔壁を設けることなく、光のクロストークを押さえることができる。
【００３５】
［シンチレータの製造］
本実施形態のシンチレータを作製する方法は、所望の材料系を最適組成にて一方向性を持たせて熔融凝固する方法であれば、いずれの方法でも可能である。特に、固液界面を平らにするよう温度勾配を制御することが要求され、３０℃／ｍｍ程度ないしそれ以上の温度勾配があることが好ましい。ただし、結晶への熱応力によるクラック等を解消するために、上述した構造の形成に支障ない範囲で温度勾配を低下させてもよい。また、すでに結晶体となった部分を溶融しない程度に再加熱してクラック等を抑制することを行うことも望ましい。また、共晶組織の形成可能な組成範囲というのは、前述したように、共晶組成±５ｍｏｌ％であるが、この範囲と温度勾配と凝固速度の間には材料系固有の相間関係が成り立つ。つまり、いわゆるＣｏｕｐｌｅｄ Ｅｕｔｅｃｔｉｃ Ｚｏｎｅと称される範疇で本実施形態の結晶体は作製されるべきである。
【００３６】
図２に示すように、シンチレータを作成する装置におけるブリッジマン法では、材料が酸化しないよう円筒状の石英管等に封じた試料を縦型に配置し、ヒーターないし試料を一定速度で移動させることにより凝固界面の位置を制御できる。よって、ブリッジマン法を用いて本実施形態のシンチレータを作製することが可能である。特に、装置は図２（Ａ）のように、試料２３の長さに匹敵するヒーター部２１と固液界面の３０℃／ｍｍを実現するための水冷部２２から構成される。また、図２（Ｂ）のように、水冷部２２が上下にあり、ヒーター部２１が試料２３の一部の領域にしか対応していない構成でよい。さらに、これらと同等の手段を講じる製法も可能である。
【００３７】
また、チョクラルスキー法のように、融液からの結晶引上げでも同様にシンチレータを作製可能である。この場合は、ブリッジマン法における試料容器内での凝固ではないために、容器壁面の影響を受けずに固液界面を形成できる点でより好ましいとも言える。さらに、フローティングゾーン法でも作製可能である。
【００３８】
特にブリッジマン法においては、凝固速度は試料の固液界面がなるべく平面になるように設定されなければならないが、熱のやり取りが試料側面からが主であるので、試料の直径に依存する。つまり、試料の直径が大きければ熱の出入りに時間がかかり、凝固速度を低速にしなければ、固液界面はかなり湾曲し、試料のほとんどの領域で第一の結晶相１１である柱状晶が曲がって形成されることになる。これは、柱状晶の成長方向が固液界面にほぼ垂直となるからである。さらに、試料サイズに対して凝固速度がより速い場合には、固液界面が平坦でないだけでなく平滑に保つことができず、ミクロに起伏が生じて樹枝状結晶の発生を伴う状況に至るので、これも避けることが重要である。従って、十分固液界面の温度勾配をとると同時に８５０ｍｍ／時以下で行うことが好ましい。より好ましくは、５００ｍｍ／時以下であり、さらには３００ｍｍ／時以下である。
【００３９】
また、シンチレータの第一の結晶相１１の直径やその周期は、凝固速度に依存し、特に柱状晶の周期に関しては次式の相関がある。周期をλとし、凝固速度をｖとすれば、λ２・ｖ＝一定である。したがって、所望の構造周期があれば、必然的に凝固速度が大まかに制限される関係である。逆に、製法上の制限として、固液界面を平面かつ平滑に制御できる凝固速度があるため、周期λの範囲は５００ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲となる。また、それに対応して柱状晶の直径も５０ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲となる。
【００４０】
ここで、柱状晶の直径とは円形で無い場合もあり、不定形であれば、最短直径が上記範囲に含まれる。また、多数の柱状晶の平均値で、最長直径と最短直径の比が１０以下であることが好ましい。この比以上では、ラメラ構造とするのが適切である。しかし、無数の柱状晶の中で幾つかの柱状晶のみが１０を超える値を有したとしても、平均値が１０以下であれば許容範囲である。また、作製条件上、２相の材料系のモル比率が１：１に近いほどラメラ構造を採りやすいため、ラメラ構造ではなく図１のような柱状構造を構成するように、作製条件や添加材料を選択することが好ましい。
【００４１】
最後に、作製する試料の原材料の仕込み組成について述べる。上記のシンチレータの組成比率は表１に示す値であるが、仕込み組成に関しては±５ｍｏｌ％以上に逸脱していても構わない。つまり、ブリッジマン法の場合は試料全体を熔融した状態から一方向に凝固させるようにすれば、凝固初期に共晶組成から逸脱している分の材料が先に析出することになり、残された融液が共晶組成となるからである。また、チョクラルスキー法では、引上げ初期に共晶組成からの逸脱分が引きあがるため、一度引き上げて融液が共晶組成になってから再度引き上げることも好ましい。結晶体作製後に不要部分は切り離せばよい。
【００４２】
［シンチレータの利用］
本実施形態のシンチレータは、光検出器と組み合わせることで医療用・産業用・高エネルギー物理用・宇宙用の放射線検出器として用いることが可能である。特に、隔壁等を設けずとも光の導波機能を有しているために、検出器に向けて特定の方向に光を導波する必要がある状況に適用することが好ましい。また、隔壁形成が必要なＸ線ＣＴ装置での使用や、Ｘ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）のＣｓＩ針状結晶の代替においても有効である。この場合、検出器の受光感度特性に適合するように、シンチレータの母材に他の材料を添加したり、発光中心の添加を通して調整することも可能である。
【００４３】
さらに、本実施形態のシンチレータは、検出器上に直接設ける以外に、１層以上の保護層や反射防止等の機能を有した膜や層を介して、接合または配置することも好ましい。
【００４４】
［実施例１］
本実施例は、第一の実施形態のシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５に対してＮａＣｌ，ＮａＢｒ，ＮａＩ，ＫＣｌをそれぞれ２４ｍｏｌ％，３６ｍｏｌ％，５６ｍｏｌ％，４７ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料４種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ａ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ，Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＢｒ，Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＣｌの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００４５】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＣｌ，ＮａＩ，ＮａＢｒ，またはＮａＣｌで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００４６】
この４種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系ではＮａＩの体積比率はおよそ４５ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系ではＫＣｌの体積比率はおよそ３８ｖｏｌ％、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＢｒ系ではＮａＢｒの体積比率はおよそ１７ｖｏｌ％、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＣｌ系ではＮａＣｌの体積比率はおよそ４ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＮａＩやＫＣｌがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００４７】
以上、作製した試料から選択したＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系試料についてＸ線励起による発光スペクトルを測定した結果を図４に示す。ここでの発光強度はサンプル形状などに依存する為に絶対的なものではない。Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系において、およそ５１０ｎｍ付近にピークを持つ発光スペクトルを示し、シンチレータとして機能することが示された。Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＢｒ系、及びＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＣｌ系やＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系において、４９０ｎｍから５１０ｎｍ付近にピークを持つ発光スペクトルを示し、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系と同様、シンチレータとして機能することが示された。
【００４８】
以上から、第一の実施形態に係る第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００４９】
［実施例２］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５を用いたシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５に対してＫＢｒ，ＮａＢｒ，ＲｂＢｒをそれぞれ５０ｍｏｌ％，２７ｍｏｌ％，５６ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度差が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料３種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＫＢｒ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｅ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＮａＢｒ，Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＲｂＢｒの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｆ）、（Ｇ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００５０】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＢｒ，ＮａＢｒ，ＲｂＢｒで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００５１】
この３種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＫＢｒ系ではＫＢｒの体積比率はおよそ２０ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＮａＢｒ系ではＮａＢｒの体積比率はおよそ９ｖｏｌ％、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＲｂＢｒ系ではＲｂＢｒの体積比率はおよそ４０ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＲｂＢｒやＫＢｒがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００５２】
以上、作製した上記の３種の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＫＢｒ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＮａＢｒ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５−ＲｂＢｒ系について、実施例１と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した、その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００５３】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００５４】
［実施例３］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５を用いたシンチレータの作製に関する。
また、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５に対してＫＢｒ，ＮａＢｒをそれぞれ３６ｍｏｌ％，６５ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料２種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＫＢｒ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｈ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＮａＢｒの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｉ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００５５】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＢｒ，ＮａＢｒで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００５６】
この２種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＫＢｒ系ではＫＢｒの体積比率はおよそ１２ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＮａＢｒ系ではＮａＢｒの体積比率はおよそ３８ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＮａＢｒがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００５７】
以上、作製した上記の２種の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＫＢｒ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５−ＮａＢｒ系について、実施例１、及び実施例２と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した。その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００５８】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００５９】
［実施例４］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５を用いたシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５に対してＫＣｌ，ＮａＣｌをそれぞれ３０ｍｏｌ％，１７ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料２種を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＫＣｌ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｊ）に示すように、良好な構造を形成していた。同様に、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＮａＣｌの系でも凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｋ）に示すようになっており、良好な構造を形成していた。
【００６０】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＣｌ，ＮａＣｌで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００６１】
この２種の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＫＣｌ系ではＫＣｌの体積比率はおよそ１２ｖｏｌ％であり、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＮａＣｌ系ではＮａＣｌの体積比率はおよそ８ｖｏｌ％であった。このように、材料系によって、体積比率が異なることが判明し、光の導波の観点から見ると体積比率の高いＫＣｌがより好ましい系であることがわかる。ただし、体積比率の効果は、Ｘ線吸収においては逆の作用となるので、あくまで光導波の観点からのものであり、用途に対して適宜、好適な系を選択することが可能である。
【００６２】
以上、作製した上記の２種の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＫＣｌ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５−ＮａＣｌ系について、実施例１、実施例２、及び実施例３と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した。その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００６３】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００６４】
［実施例５］
本実施例は、第二の実施形態のうち、第二の結晶相としてＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を用いたシンチレータの作製に関する。
まず、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５に対してＫＢｒをそれぞれ６２ｍｏｌ％混合した粉末を準備し、それらを個別に石英管に真空封じ、試料とした。次に、それらを図２（Ａ）に示した模式図のようなブリッジマン炉に導入し、８００℃まで昇温させ、試料全体が溶解した後３０分保持してから、各々の試料を引き下げて試料下部より逐次凝固するようにした。また、試料の引き下げにより、炉の冷却水が循環している領域に突入することで、溶解している部分との温度勾配が３０℃／ｍｍ以上となるようにした。このようにして作製した試料を切り出し、透過配置にて光学顕微鏡にて構造観察を行った。その結果、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＢｒ系は、凝固方向に垂直面の構造が図３（Ｌ）に示すように、良好な構造を形成していた。
【００６５】
また、これら試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、凝固方向に平行方向の構造において、柱状晶が長く伸びていることを確認した。さらに、ＳＥＭに付属している組成分析により、各々の試料にて柱状晶はそれぞれＫＢｒで構成されており、その周辺部はＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５で構成されていることが判明した。このように、多数の柱状晶が一方向性を有して、その周辺部をＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５が取り囲む構造が形成可能であることが示された。また、図３は、透過光による像であるから、高屈折率媒質のＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５の領域が明るく観察されており、想定の通り光が導波されていることも確認できた。
【００６６】
上記の試料において、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５部分に対する柱状晶の体積比率を見ると、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＢｒ系ではＫＢｒの体積比率はおよそ３５ｖｏｌ％であった。
【００６７】
以上、作製した上記の試料Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＢｒについて、実施例１から３、及び実施例４と同様に、Ｘ線励起による発光スペクトルを測定した。その結果、これらの試料がシンチレータとして機能することが示された。
【００６８】
以上から、第二の実施形態に係る、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から構成されるシンチレータが構造として成り立っていることを示された。
【００６９】
［実施例６］
本実施例は、第二の実施形態に係るシンチレータの作製に関する。
【００７０】
割合ａの値がＣｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５となる範囲でａの値を様々に変化させるように原料粉末を混合したものから、上述の製法で試料を作製する。
【００７１】
表５は、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５に対する組成分析の結果と外観を示している。表５より、ハロゲン元素であるＩとＣｌとの和に対するＣｌのモル分率の値が、０．７１以上０．７９以下の範囲（０．７１≦ａ≦０．７９）の場合おいて、透明な結晶が得られることが確認できる。
【００７２】
【表５】
【００７３】
これより、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５で表され０．７１≦ａ≦０．７９の範囲において、相分離構造を形成させることにより、より好適なシンチレータとして用いることが可能である。もちろん不透明であっても、一定の効果は期待できる。
【００７４】
［実施例７］
本実施例は、実施例１、２、３、４、５及び実施例６で説明したシンチレータを用いた放射線検出器に関する。
最初に、基板６０上に光検出器６１を設置する。そして、厚さ１ｍｍに切り出した本発明によるＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系シンチレータ６２を光検出器上に、柱状晶が概ね垂直に配置されるように設置し、放射線検出器（図６）を構成した。なお、図面上にはシンチレータの上に保護層６３を設けてある。そして、この放射線検出器のシンチレータにＸ線を照射すると、隔壁の無い単結晶体に照射した場合には、結晶面内に光が拡散伝播していくのに対して、広がりが抑制されていることが光検出器の出力より確認できた。さらに、シンチレータと光検出器の接合において、樹脂にて各々を接合した場合でも光の広がりが抑制された状態を保持していることが確認できた。よって、本実施形態のシンチレータと光検出器間に保護層などの他の材質の層を介しても、放射線検出器を構成可能であることが判明した。
【００７５】
［実施例８］
ここで、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５系の光導波性能について、一般的に光導波機能を利用しているといわれるＴｌドープしたＣｓＩ針状結晶膜を比較例として発光の伝搬特性を評価した。Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５系の厚さは上記の通り１ｍｍで、比較例のＣｓＩ針状結晶膜の厚さは４３０μｍのものを用いた。Ｘ線源にはタングステン管球を用い、６０ｋＶ、１ｍＡ、Ａｌフィルター無しの条件で得られるＸ線を２ｍｍ厚のタングステン板にあるφ１００μｍ開口を通して試料に照射し、試料底面における光強度分布を計測した。計測は５０μｍピッチのＣＣＤにて行った。その分布のピーク値を通る断面の強度プロファイルを図５に示す。図５ではピーク輝度を規格化してその半値幅を算出した。相対的に厚さの薄いＣｓＩ針状結晶膜の半値幅が３４０μｍなのに対し、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系は２２３μｍであった（図５（Ａ））。また、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系は２３５μｍであった（図５（Ｂ））。これから、本発明のＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＮａＩ系、が良好な相分離構造を示し、導波時の光の散乱が少なく効果的に光を受光面に導波していることが分かる。
【００７６】
以上より、本実施形態のうち、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５から構成されるシンチレータが光導波機能を有することが確認された。
【００７７】
さらに、本実施形態のうち、第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｂｒ５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｂｒ２．５Ｉ２．５、Ｃｓ３Ｃｕ２Ｃｌ３．７５Ｉ１．２５から構成されるシンチレータが光導波機能を有することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のシンチレータは、放射線により発光し、かつ、発光した光を導波する特性を有しているため、従来の隔壁を形成することなく、光検出器と組み合わせて用いることで放射線検出器として有用である。特に、Ｘ線等の放射線を用いた医療用・産業用・高エネルギー物理用・宇宙用の計測装置等に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１１ 第一の結晶相
１２ 第二の結晶相
１３ 柱状晶の直径
１４ 近接柱状晶間の周期
１５ シンチレータの厚さ
１６ 柱状晶の厚さ方向
２１ ヒーター部
２２ 水冷部
２３ 試料
６０ 基板
６１ 光検出器
６２ Ｃｓ３Ｃｕ２Ｉ５−ＫＣｌ系シンチレータ
６３ 保護層
７０ シンチレータアレイ
７１ 隔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相と、第一の結晶相の側面を埋める第二の結晶相とを有する相分離構造を有し、
前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５で表され、ＸとＹは異なる元素であるとともにＩ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつ０≦ａ≦１の範囲である材料を有し、
前記第二の結晶相が放射線励起にて発光することを特徴とするシンチレータ。
【請求項２】
前記第一の結晶相が、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＲｂＢｒのいずれかを有することを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項３】
前記第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を有することを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項４】
前記第一の結晶相が、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒのいずれかを有することを特徴とする、請求項３に記載のシンチレータ。
【請求項５】
前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＢｒａＩ１−ａ）５で表されるとともに０＜ａ≦１の範囲である材料を有し、前記第二の結晶相が放射線励起にて発光することを特徴とする、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項６】
前記第一の結晶相が、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＲｂＢｒのいずれかを有することを特徴とする、請求項２に記載のシンチレータ。
【請求項７】
前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５で表されるとともに０．７１≦ａ≦０．７９である材料を有することを特徴とする、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項８】
前記第一の結晶相が、ＮａＣｌ、ＫＣｌのいずれかを有することを特徴とする、請求項２に記載のシンチレータ。
【請求項９】
前記シンチレータを構成する組成は、共晶点における組成であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシンチレータ。
【請求項１０】
前記相分離構造において、近接する柱状晶間の周期が５００ｎｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシンチレータ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシンチレータを、直接または保護層を介して光検出器上に配置したことを特徴とする、放射線検出器。
【請求項１】
一方向性を有する複数の柱状晶からなる第一の結晶相と、第一の結晶相の側面を埋める第二の結晶相とを有する相分離構造を有し、
前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２〔ＸａＹ１−ａ〕５で表され、ＸとＹは異なる元素であるとともにＩ、Ｂｒ、Ｃｌから選択され、かつ０≦ａ≦１の範囲である材料を有し、
前記第二の結晶相が放射線励起にて発光することを特徴とするシンチレータ。
【請求項２】
前記第一の結晶相が、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＲｂＢｒのいずれかを有することを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項３】
前記第二の結晶相がＣｓ３Ｃｕ２Ｉ５を有することを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ。
【請求項４】
前記第一の結晶相が、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒのいずれかを有することを特徴とする、請求項３に記載のシンチレータ。
【請求項５】
前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＢｒａＩ１−ａ）５で表されるとともに０＜ａ≦１の範囲である材料を有し、前記第二の結晶相が放射線励起にて発光することを特徴とする、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項６】
前記第一の結晶相が、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＲｂＢｒのいずれかを有することを特徴とする、請求項２に記載のシンチレータ。
【請求項７】
前記第二の結晶相が、Ｃｓ３Ｃｕ２（ＣｌａＩ１−ａ）５で表されるとともに０．７１≦ａ≦０．７９である材料を有することを特徴とする、請求項１記載のシンチレータ。
【請求項８】
前記第一の結晶相が、ＮａＣｌ、ＫＣｌのいずれかを有することを特徴とする、請求項２に記載のシンチレータ。
【請求項９】
前記シンチレータを構成する組成は、共晶点における組成であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシンチレータ。
【請求項１０】
前記相分離構造において、近接する柱状晶間の周期が５００ｎｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシンチレータ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシンチレータを、直接または保護層を介して光検出器上に配置したことを特徴とする、放射線検出器。
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３６０３０（Ｐ２０１３−３６０３０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５１７２７（Ｐ２０１２−１５１７２７）
【出願日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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