Ｘ線検出器及びＸ線検査装置
【課題】 検出感度が高く、アフターグローの低減された、X線検査装置を提供する。
【解決手段】 増感紙を具備するＸ線検出器において、透過型増感紙１０、または反射型増感紙１１の少なく共いずれか一方に、増感紙用蛍光体としてＧｄ２Ｏ２Ｓ：、Ｐｒ、ＣｅまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒの少なく共一種を使用する。本発明のX線検出器では、３ｍｓｅｃ後のアフターグローの光出力は０．２％以下となり、残像等の問題の無い、明瞭な画像が得ることができる。
【解決手段】 増感紙を具備するＸ線検出器において、透過型増感紙１０、または反射型増感紙１１の少なく共いずれか一方に、増感紙用蛍光体としてＧｄ２Ｏ２Ｓ：、Ｐｒ、ＣｅまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒの少なく共一種を使用する。本発明のX線検出器では、３ｍｓｅｃ後のアフターグローの光出力は０．２％以下となり、残像等の問題の無い、明瞭な画像が得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線検出器およびそれを用いたＸ線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、航空機内に荷物を持ち込む際には、航空機の安全運行を確保するために、空港内で予め当該荷物の検査を行っている。この様な手荷物検査装置としては、Ｘ線の透過を利用した透過Ｘ線検査装置やＸ線のコンプトン散乱を利用したコンプトン散乱Ｘ線検査装置が、一般的に広く使用されている。前者はＸ線を通しにくい金属製の物品、例えば銃火器や刃物等の金属製凶器を比較的容易に発見することができる。一方、プラスチック爆弾や麻薬等の原子番号の小さい元素によって主として構成される物質は、Ｘ線が透過しやすい為、コンプトン散乱を利用した後者の検査装置を用いることで、発見が可能となる。
【０００３】
上述したような透過Ｘ線やコンプトン散乱Ｘ線を利用したＸ線検査装置は、一般に、透過Ｘ線もしくはコンプトン散乱Ｘ線をＸ線検出器に導き、これら検出Ｘ線を蛍光体にて可視光に変換した後、この可視光の強度を光電子倍増管、いわゆるホトマルチプライア（以下、ホトマルと略す）で検出し、その強度に応じて荷物内を画像化することによって、検査を実施するように構成されている。
【０００４】
荷物検査の精度を上げるためには、より鮮明な画像を得ることが必要となるが、この為には十分な強度の可視光がホトマルに入力されることが求められる。可視光の強度を高めるには、荷物等に照射するX線の強度を高めることで得られるが、空港荷物検査装置の様に、公の場所に設置されるX線検査装置において、照射するX線の強度を高めることは、装置の大型化を招くと共に、危険性も増大してしまう。
【０００５】
そこで重要となるのが、蛍光体の輝度である。X線を可視光に変換する際、変換効率の高い蛍光体を使用すれば、X線の強度を高めることなく、高輝度の可視光を得ることが出来、ホトマルに十分な強度の可視光が入力されることになる。
【０００６】
ところで、上記したようなＸ線検出器では、通常、図９に示すように、 ４００ｎｍ付近に分光感度特性のピークを有するホトマルが用いられている。そこで、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体としては、４００ｎｍ付近に発光波長のピークを有する蛍光体を利用した方が、ホトマルとの組合せで有利となる。その上で変換効率の高い蛍光体を使用するのが、最も望ましい選択である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２,９２８,６７７号公報
【０００８】
特許文献１によれば、この様な用途に最適な蛍光体として、Ａ２Ｏ２Ｓ：Ｄ（ＡはＧｄ、ＬａおよびＹから選ばれた少なくとも１種の元素を示し、ＤはＰｒとＣｅおよびＹｂから選ばれた少なくとも１種の元素を示す）、ＢａＦＸ：Ｅｕ、Ａ（ＸはＣｌおよびＢｒから選ばれた少なくとも１種の元素を示し、ＡはＣｅおよびＹｂから選ばれた少なくとも１種の元素を示す。）等の蛍光体を、透過型Ｘ線や、コンプトン散乱Ｘ線を可視光に変換する材料として有効に利用できることが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら最近では、検査荷物の多様化により、より複雑な形状をより正確に判別することが求められる様になり、従来以上の検査精度の向上が必要になって来ている。この為、より高輝度な蛍光体が求められるのは当然ながら、最近では輝度特性に加えて、アフターグロー特性の向上も要求される様になってきた。
【００１０】
特に最近では航空機の利用が手軽になり、旅行者の手荷物や航空貨物が増加し、連続使用でなおかつ高速度で検査される様になって来ており、アフターグロー特性の改善がより厳しく求められる様になっている。見方を変えると蛍光体のアフターグロー特性の為に、検査速度が制限されるケースもあり、この面からもアフターグローの短い蛍光体が望まれているものである。
【００１１】
アフターグロー特性とは、蛍光体にX線が照射された場合、蛍光体により吸収されたX線が可視光に変換され、蛍光体が発光を始めるが、その後X線の照射が遮断された場合、蛍光体の発光は徐々に低下し、やがて消失してしまう。この時X線の照射が止められた後の発光のことを、アフターグローと呼んでいる。この様なアフターグローを強く示す蛍光体を、荷物検査用として用いた場合、検査精度に悪影響を及ぼしてしまう。何故なら、連続して荷物検査を行う場合に、目的の画像を観察すると、前の画像の残像と重なることにより、鮮明な画像が得られなくなる為である。
【００１２】
なお、アフターグローに類似する特性として、残光特性がある。残光特性とは、X線の照射を遮断後、蛍光体の発光強度が十分の一に低下するまでの時間を求めたものである。例えば特許文献１においては、
蛍光体の残光特性を１ｍｓｅｃ以下に管理することにより、残像の対策を行っている。しかしながら近年の検査条件では、残光特性の管理のみでは不十分であることが明らかとなってきた。何故なら、蛍光体の発光強度が、短時間で十分の一に減少しても、百分の一から千分の一程度まで低下した後、微弱な光がダラダラと継続する場合がある。荷物検査においては、この様な微弱な光が残像として影響を与え、問題となる為である。アフターグロー特性は、蛍光体の発光を限りなくゼロに近くなるところまで観察した特性であり、このアフターグロー特性を管理することが、特に重要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、この様な課題に対処する為になされたもので、検査精度の高いＸ線検査装置を提供することを目的としており、比較的低強度のＸ線によって十分な検出感度が得られると共に、アフターグローの問題も無く、明瞭な画像が得られるＸ線検査装置を提供することにある。
【００１４】
すなわち、本発明のＸ線検査装置は、Ｘ線の入射部を有する筐体状の検出器本体と、前記入射部に配置された透過型蛍光発生手段と、前記入射部を除く前記検出器本体内の内壁面に沿って配置された反射型蛍光発生手段と、前記検出器本体内に配置された光電変換手段を具備するＸ線検出器において、前記透過型蛍光発生手段は透過型増感紙を有し、かつ前記反射型蛍光発生手段は反射型増感紙を有し、前記透過型増感紙または反射型増感紙の少なく共いずれか一方に、Ｇｄ２O２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ（式中、ＰｒとＣｅの濃度はＧｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量％以下含有される。）蛍光体を用いたことを特徴としている。また、使用する蛍光体は３ｍｓｅｃ後のアフターグローの出力が０．２％以下であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のＸ線検査装置は、被検査物に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、被検査物からのコンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、このＸ線検出手段により測定したＸ線強度に基づいて前記被検査物内部を画像化する手段とを具備するＸ線検査装置において、前記Ｘ線検出手段は、コンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線が照射されることにより蛍光を発生する手段を有し、この蛍光発生手段には、少なくともＧｄ２O２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ（式中、ＰｒとＣｅの濃度は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量％以下含有される。）蛍光体を用いた増感紙を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＸ線検査装置によれば、比較的低強度のＸ線によって十分な検出感度を示し、更に３ｍｓｅｃ後のアフターグローの出力が０．２％以下に改善されて、残像等の無い明瞭な検査画像を得ることができ、空港の手荷物検査等において、高速度で連続して検査を行っても、精度の高い検査を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のＸ線検査装置の一実施例の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明のＸ線検出器の一実施例の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に用いられる増感紙の構成例を示す断面図である。
【図４】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：:Ｐｒ、Ce蛍光体の発光波長特性を示す図である。
【図５】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＰｒ濃度を変化させたときの、相対光出力の変化を示す図である。
【図６】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＰｒ濃度を変化させたときの、アフターグロ−特性の変化を示す図である
【図７】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＣｅ濃度を変化させたときの、相対光出力の変化を示す図である。
【図８】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＣｅ濃度を変化させたときの、アフターグロ−特性の変化を示す図である。
【図９】X線検出器に用いられるホトマルの分光感度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のＸ線検出器およびＸ線検査装置における蛍光発生手段は、少なくとも１つの増感紙用蛍光体において、Ｇｄ２O２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ（式中、ＰｒとＣｅの濃度は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量％以下含有される。）蛍光体を使用している。図４は本発明のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルとX線検出器および検査装置に使用した場合のアフターグロー特性を示している。
【００１９】
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルは、発光波長のピークが ４００ｎｍ付近からはずれているものの、発光効率（Ｘ線を可視光に変換する効率）が非常に高い（比較標準蛍光体のＬａＯＢｒ：Ｔｍに対して）。したがって、Ｘ線検出器において、 ４００ｎｍ付近に受光感度のピークを有するホトマルを用いた場合においても、コンプトン散乱Ｘ線や透過Ｘ線の検出を十分に行うことができる。またＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒに加えるＣｅ共付活剤は、発光波長に影響を与えることは無く、Ｃｅ添加しても発光ピーク波長は変わらない。
【００２０】
一方の蛍光体のアフターグロー特性は３ｍｓｅｃ後の光出力が０．２％以下であることが望ましい。０．２％以下であれば、通常の条件で連続してＸ線の検出を行っても、残像の残らない鮮明な画像を得ることができる。ただし高速条件で検査を行う場合は、０．２％以下でも不十分な場合がある。より望ましい特性は、３ｍｓｅｃ後の光出力が０．１％以下である。この特性であれば、現在の検査装置を使用してどの様な速度で行っても、残像の無い鮮明な画像を得ることができる。図４の本発明の蛍光体は、Ｘ線の照射を止めた３ｍｓｅｃ後の光出力は、約０．２％と非常に低い値を示しており、優れたアフターグロー特性を示している。このため、この様な蛍光体を有する増感紙を用いて、連続してＸ線の検出を行う場合に、残像の残らない鮮明な画像を得ることができる。
【００２１】
本発明のこのようなアフターグロー特性は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体において、Ｐｒの濃度を最適化すると共に、Ｃｅを共付活することで得られる。特許文献１では、使用可能な蛍光体として、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂやＢａＦＣｌ：Ｅｕなどの蛍光体も挙げられているが、Ｔｂ付活蛍光体の場合、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性が０．２％以下の特性を得ることが難しく、本発明の目的には適さない。またＢａＦＣｌ：Ｅｕ蛍光体は、アフターグロー特性のみを満足することは可能であるが、輝度を含めた総合特性で比較すると、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅより劣るため、この蛍光体を単独で使用することはできない。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１および図５、図６は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体において、Ｐｒの濃度を変化させた時の検出器の相対光出力と、アフターグロー特性をそれぞれ表す。表１、図６から、Ｐｒ濃度を増加させるとともに、アフターグロー特性は減少してゆくが、０．２重量％以上では殆ど減少しなくなり、その後は飽和することがわかる。一方相対光出力は、図５に示される通り、Ｐｒ濃度が増加するに従い高くなり、０．０７重量％で出力最大となるが、０．０７重量％を超えると減少し始める。相対光出力は高ければ高いほど良いのが当然であるが、比較標準蛍光体（ＬａＯＢｒ：Ｔｍ）に対して、少なくとも１５０％以上が必要である。この値より低くなると、限界以上にＸ線強度を強くするか、Ｘ線強度を変えない場合には、正確に画像を分析するだけの光出力が得られなくなる。従い、光出力を考慮するとＰｒ濃度の上限は０．３重量％となる。この時３ｍｓｅｃ後のアフターグローは０．１％であり、残像の面からは十分な特性を示している。一方Ｐｒ濃度の下限値は、光出力のみを考慮した場合は、０．００５重量％でも十分である。しかしながら、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性をみると、０．１重量％でも既に０．２％を上回っており、０．１重量％から０．２重量％の範囲内に下限値が存在することになる。
【００２４】
【表２】
【００２５】
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒのアフターグロー特性は、Ｐｒに加えＣｅを共付活することで改善することができる。表２および図７、図８は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体において、光出力が最大となるＰｒ濃度０．０７重量％の蛍光体に、Ｃｅを共付活させた場合の相対光出力とアフターグロー特性を表したものである。共付活剤のＣｅ濃度を高くしてゆくと、光出力はどんどん低下するが、アフターグロー特性も同時に改善されてゆくことがわかる。Ｃｅ濃度が０．００２重量％を超えると、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性は０．１％と十分小さくなる為、それ以上Ｃｅ濃度を増加させてもアフターグロー特性はもはや改善されない。一方光出力は、Ｃｅ濃度と共に減少してゆくため、Ｐｒが０．０７重量％の場合、相対光出力が１５２％となる時のＣｅ濃度である０．００５重量％が上限となる。Ｇｄ２Ｏ２Ｓ蛍光体の場合、Ｐｒ濃度０．０７重量％において、光出力が最大である為、Ｃｅ濃度を０．００５重量％を超えて添加すると、光出力が下限値を下回る蛍光体しか得られないため、Ｃｅ濃度の上限値は０．００５重量％が最大となる。一方Ｃｅ濃度の下限値はゼロでも良い。何故なら、例えばＰｒ濃度が０．２重量％の蛍光体は、相対光出力が１６７％で、３ｍｓｅｃ後のアフターグローが０．１％であり、Ｃｅを添加しなくても、アフターグロー特性は本発明の目的を十分満足するためである。
【００２６】
この様に、共付活剤であるＣｅは蛍光体のアフターグロー特性を改善することが出来るため、Ｐｒ、Ｃｅ共付活蛍光体においては、Ｐｒ単独付活蛍光体よりも、Ｐｒ濃度の下限値をより低い範囲まで拡大することがでる。具体的には、０．０３重量％のＰｒで単独付活された蛍光体の場合、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性は０．５％で残像が問題となるが、この蛍光体にＣｅを０．０００８重量％添加すると、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性は０．２％まで改善され、本発明の改善効果が得られることになる。このとき共付活蛍光体の相対光出力は１５１％であり、Ｐｒが０．０３重量％より少ない蛍光体にＣｅを共付活することはできない。
【００２７】
以上の通り、本発明のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体において、望ましい付活剤の濃度範囲は、Ｐｒが、０．０３重量％以上、０．３重量％以下、Ｃｅが０以上、０．００５重量％以下となる。なお残像の観点からは、Ｐｒが０．１重量％以上０．３重量％以下であれば、より望ましい範囲となる。この場合Ｃｅ濃度は０．００５％以下で変わらない。
【００２８】
本発明においては、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒにＣｅを共付活することにより、アフターグロー特性を改善させたが、添加するＣｅはなるべく少なくすることが望ましい。何故なら、Ｃｅは蛍光体のアフターグロー特性を改善する反面、光出力が低下するとの問題がある。これはＣｅを添加することで、蛍光体の体色が黄色味を帯びた白色となり、蛍光体の体色が、蛍光体自身の発光を吸収してしまい、蛍光体より取り出される光量が減少するためである。
【００２９】
このため本発明の蛍光体では、Ｃｅの添加量をなるべく低減できる様、蛍光体の製造法を改善した。ＣｅとＰｒの共沈原料粉末を作成し、予め均一に混合された付活剤粉末を、蛍光体合成時の原料として使用することにより、Ｃｅ量を低減したものである。これは、蛍光体粉末結晶中に導入されたＰｒとＣｅの原子間距離をできるだけ近付け、Ｐｒの発光に影響を及ぼすＣｅの割合を高めると共に、蛍光体の体色のみに影響を与え、輝度低下を引き起こすＣｅをなるべく低減することにより、低アフターグロー、高光出力を狙ったものである。
【００３０】
【表３】
【００３１】
表３に本発明の蛍光体と、従来法による蛍光体の増感紙のアフターグロー特性および光出力特性の比較特性を纏めた。蛍光体はＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ蛍光体を使用し、従来法と本発明の方法で製造した特性を比較したものである。表中の３種類の増感紙の特性を比較すると、本発明の蛍光体において、従来法と同等レベルのアフターグロー特性を得ようとすると、従来法よりＣｅの添加量を約１０％（０．００１０重量％から０．０００８重量％）低減でき、同等のアフターグロー特性で、より光出力の大きい増感紙の得られることがわかった。一方、本発明の蛍光体において、従来法と同じ濃度のＣｅを添加した場合には、輝度低下を抑えながら、アフターグロー特性の改善されることが同時に確認される。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のＸ線検査装置を空港荷物検査装置に適用した一実施例の構成を模式的に示す図である。同図において、１はＸ線照射手段例えばＸ線管であり、このＸ線管１から射出されたＸ線Ａは、まず直線コリメータ２によって、所定の幅を有するスリット状にコリメートされる。このコリメートされたＸ線Ｂは、さらに半径方向に複数のスリットが設けられた回転コリメータ３によって、直線運動を反復して行うペンシルビームＣとされ、コンベア４によって移動する被検査物例えば荷物５に対して走査照射される。なお、被検査物である荷物５は、Ｘ線の検出感度に応じた速度で移動する。
【００３３】
荷物５によって反射されたＸ線すなわちコンプトン散乱Ｘ線Ｄは、散乱Ｘ線検出器６によって検出される。また、荷物５を透過したＸ線Ｅは、透過Ｘ線検出器７によって検出される。これら散乱Ｘ線検出器６および透過Ｘ線検出器７によって検出されたコンプトン散乱Ｘ線Ｄおよび透過Ｘ線Ｅは、連続的な強度値として測定され、このＸ線強度に応じて図示を省略した液晶ディスプレー等の表示装置上に荷物５内部の状態が画像化される。そして、この画像によって荷物５内部の検査が行われる。
【００３４】
上記した散乱Ｘ線検出器６および透過Ｘ線検出器７は、以下に示すような構成を有している。例えば、散乱Ｘ線検出器６を例として説明すると、図２に示すように、ペンシルビーム状にされたＸ線Ｃの通過用の間隙が形成されるように、2つの散乱Ｘ線検出器６を配置して構成している。
各散乱Ｘ線検出器６は、一側面を傾斜させた筐体状の検出器本体８を有している。この検出器本体８の被検査物である荷物５と対向する面は、Ｘ線の入射面８ａとされており、このＸ線入射面８ａはＸ線を透過する材質、例えば樹脂等によって形成されている。また、Ｘ線入射面８ａを除く検出器本体８の他の部分は、検出器本体８の強度を維持するために、例えばアルミニウム等によって構成されている。上記Ｘ線入射面８ａを除く検出器本体８の他の部分の外面は、鉛等のＸ線遮蔽部材９によって覆われている。これは、外部からのＸ線の影響を排除するためである。
【００３５】
上記検出器本体８のＸ線入射面８ａの内側には、透過型蛍光発生手段として、発光方向を検出器本体８の内側に向けた透過型増感紙１０が設置されている。また、Ｘ線入射面８ａを除く検出器本体８の内壁面には、反射型蛍光発生手段として、反射型増感紙１１が設置されている。Ｘ線入射面８ａと直角を成す検出器本体８の側面８ｂには、光電変換手段としてホトマル１２が設置されている。このホトマル１２としては、 ４００ｎｍ付近に受光感度のピークを有するものが使用され、例えばＲ−１３０７（商品名、浜松ホトニクス (株) 製）が使用される。
【００３６】
そして、まず上記Ｘ線入射面８ａの内側に配置された透過型増感紙１０にコンプトン散乱Ｘ線Ｄ1 が照射され、透過型増感紙１０から選択した蛍光体に応じた可視光ａが検出器本体８の内側に向けて発光される。また、反射型増感紙１１には、Ｘ線入射面８ａを透過したコンプトン散乱Ｘ線Ｄ2 が照射されることによって、同様に可視光ｂが検出器本体８の内側に向けて発光される。そして、これら可視光ａ、ｂがホトマル１２によって検知され、可視光ａおよびｂの合計強度を測定することにより、入射されたコンプトン散乱Ｘ線Ｄの強度が求められる。
【００３７】
コンプトン散乱Ｘ線による検出原理は、以下に示す通りである。すなわち、エネルギーがＥ0で強度Ｉ0のＸ線が厚さｔの吸収体を透過した後の強度Ｉは、次式によって求められる。
Ｉ＝Ｉ0ｅ-μｔ .........(1)
上記式中のμは物質に固有の係数（単位：cm-1）で、線減弱係数と呼ばれるものであり、エネルギーＥ0 のＸ線が 1cm進む間に減弱する比率を示す。μは原子番号の大きい物質ほど大きいという性質を有し、次のように分解することができる。
μ＝τ＋σT＋σC＋κ .........(2)
（式中、τは光電効果による吸収係数を、σT はトムソン散乱による散乱係数を、σC はコンプトン散乱による散乱係数を、κは電子対創生による吸収係数を示す）また、エネルギーがＥ1 で強度Ｉ0 のＸ線が吸収体の表面から深さｘの位置まで入射した場合、ｘの位置におけるＸ線強度Ｉ1 は、次式によって求められる。
Ｉ1 ＝Ｉ0ｅ-μｘ .........(3)
（式中、μはエネルギーがＥ1 のＸ線の線減弱係数を示す）また、ｘの位置で発生し、なおかつＸ線の入射方向に対して角θの方向に散乱するコンプトン散乱Ｘ線の強度Ｉ2 は、次式によって求められる。
Ｉ2 ＝ａσCＩ1 .........(4)
（式中、ａは比例定数である）発生したコンプトン散乱Ｘ線が表面から出てくる強度Ｉ3 は、発生した点から表面までの距離がｂｘ（ｂ=1/cosθ）であるので、
Ｉ3 ＝Ｉ2ｅ-μ′ｂｘ .........(5)
（式中、μ′は散乱Ｘ線の線減弱係数を示す）となる。したがって、コンプトン散乱Ｘ線の強度Ｉ3 は、 (3)式、 (4)式および (5)式から、
Ｉ3 ＝ａσC Ｉ0 ｅ -（μ＋ｂμ′）ｘ .........(6)
となる。したがって、厚さがｔの吸収体を通過した場合のコンプトン散乱Ｘ線の総量は、以下の式から求められる。
【数１】
ａＩ0は、原子番号によらない一定値なので、コンプトン散乱Ｘ線は物質によって変化する、σC ／（μ＋ｂμ′）の値によって、その強度が変化する。このσC／（μ＋ｂμ′）の値は原子番号が小さい物質ほど大きくなる。よって、コンプトン散乱Ｘ線を検出することにより、プラスチック製品のような原子番号が小さい元素によって主として構成される物質を見分けることができる。
【００３８】
この実施例における入射側の透過型増感紙１０およびその他の反射型増感紙１１にはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０７重量％、Ｃｅは０．００２重量%含有されている。）蛍光体を用いたものである。
【００３９】
この蛍光体は以下の工程を経て製造される。まず酸化プラセオジウムと酸化セリウムを、ＰｒとＣｅが９７．３重量部対２．７重量部となる比率で硝酸に溶解し、両者の混合溶液を作成する。次にこの溶液を、例えば所定量のシュウ酸ジメチル溶液と反応させ、ＰｒとＣｅの共沈シュウ酸塩を得る。この共沈シュウ酸塩を大気中、１０００℃以下の温度で数時間焼成し、ＰｒとＣｅの混合酸化物を得る。こうして、ＰｒとＣｅが微小な単位まで均一に分散された混合粉末が得られる。次に、蛍光体を合成する工程として、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ母体に対するＰｒ添加量が０．０７重量％（同時にＣｅ添加量が０．００２重量％）となる割合で、原料の酸化ガドリニウム、付活剤混合酸化物（Ｐｒ，Ｃｅ）、イオウ、更にフラックス材料等を粉末の状態で十分混合し、容器に入れて１０００〜１４００℃の温度で数時間焼成する。こうして得られた蛍光体焼成物を、洗浄、分散、篩別等の工程を経て、蛍光体完成品とする。
【００４０】
次に比較例として、従来の製造方法による蛍光体も同時に合成した。ＰｒやＣｅの添加量は本発明と同量のＧｄ２Ｏ２Ｓ蛍光体を製造した。比較例の製造方法では、付活剤のみの混合酸化物は作成せず、出発原料として、酸化ガドリニウム、酸化プラセオジウム、酸化セリウム、硫黄、更にフラックス剤をそれぞれ所定量混合し、粉末の状態で十分混合し、原料混合粉末を得た。次に焼成工程以降は本発明と全く同じ方法で、蛍光体完成品を得た。
【００４１】
続いて、入射側の透過型増感紙１０およびその他の反射型増感紙１１を作成した。これら増感紙は、図 ３に示す様に、プラスチックフィルムや不織布の支持体１３上に、本発明または比較例の蛍光体をバインダおよび有機溶剤と共に混合したスラリーを塗布することによって、蛍光体層１４を形成したものである。
このとき、蛍光体の塗布量はいずれの増感紙においても９０ｍｇ／ｃｍ２の条件で行った。
【００４２】
こうして得られた増感紙をＸ線検出器に組込み、特性を評価したところ、本発明のＸ線検出器の相対出力は１７４％、３ｍｓｅｃ後のアフターグローは０．１４％であった。一方の比較例のＸ線検出器は、相対光出力１７５％、３ｍｓｅｃ後のアフターグローが０．２１％であり、本発明では比較例に対して、光出力が略同等で、アフターグロー特性の良好な検出器を得ることができた。
【００４３】
同様にして、実施例２以下に、本発明の種々蛍光体を、上記透過型増感紙１０および反射型増感紙１１に適用した時のＸ線検出器の特性を、比較例の蛍光体による増感紙を用いた場合と対比して、表４に示す。これらの実施例では、蛍光体の種類を変更したのみで、増感紙の製造方法、Ｘ線検出器の構成等は実施例１と同じものを用いた。
【００４４】
【表４】
【００４５】
なお、透過型増感紙と反射型増感紙には、少なく共いずれか一方に本発明の蛍光体を使用すれば良い。ただし、アフターグロー特性については、片方でも問題があると残像が残る為、３ｍｓｅｃ後のアフターグローが０．２％以下の蛍光体以外は使用することができない。一方、一方光出力に関しては、全体で１５０％を超えれば良く、本発明の蛍光体以外との多様な組合せが可能となる。
【００４６】
表４の特性によると、本発明のＸ線検出器においては、相対光出力が１５０％（対標準蛍光体）以上で、アフターグローが０．２％以下との特性を同時に得ることができ、この様なＸ線検出器を用いてＸ線検査装置を構成すれば、比較的低強度のＸ線によって十分な検出感度を得ると共に、アフターグローが改善されて、残像等の無い明瞭な検査画像を得ることができ、高速度で連続して検査を行っても、精度の高い検査を可能とするものである。本発明のＸ線検査装置は、空港手荷物検査装置に限らず、各種のセキュリティシステムにも応用が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１…Ｘ線管、２…コリメータ、３…回転コリメータ、４…コンベア、５…被検査物、
６…散乱Ｘ線検出器、７…透過Ｘ線検出器、８…筐体状検出器本体 、８ａ…Ｘ線入射面 、１０…透過
型増感紙 、１１…反射型増感紙、１２…ホトマル 、１３… 支持体、１４…蛍光膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線検出器およびそれを用いたＸ線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、航空機内に荷物を持ち込む際には、航空機の安全運行を確保するために、空港内で予め当該荷物の検査を行っている。この様な手荷物検査装置としては、Ｘ線の透過を利用した透過Ｘ線検査装置やＸ線のコンプトン散乱を利用したコンプトン散乱Ｘ線検査装置が、一般的に広く使用されている。前者はＸ線を通しにくい金属製の物品、例えば銃火器や刃物等の金属製凶器を比較的容易に発見することができる。一方、プラスチック爆弾や麻薬等の原子番号の小さい元素によって主として構成される物質は、Ｘ線が透過しやすい為、コンプトン散乱を利用した後者の検査装置を用いることで、発見が可能となる。
【０００３】
上述したような透過Ｘ線やコンプトン散乱Ｘ線を利用したＸ線検査装置は、一般に、透過Ｘ線もしくはコンプトン散乱Ｘ線をＸ線検出器に導き、これら検出Ｘ線を蛍光体にて可視光に変換した後、この可視光の強度を光電子倍増管、いわゆるホトマルチプライア（以下、ホトマルと略す）で検出し、その強度に応じて荷物内を画像化することによって、検査を実施するように構成されている。
【０００４】
荷物検査の精度を上げるためには、より鮮明な画像を得ることが必要となるが、この為には十分な強度の可視光がホトマルに入力されることが求められる。可視光の強度を高めるには、荷物等に照射するX線の強度を高めることで得られるが、空港荷物検査装置の様に、公の場所に設置されるX線検査装置において、照射するX線の強度を高めることは、装置の大型化を招くと共に、危険性も増大してしまう。
【０００５】
そこで重要となるのが、蛍光体の輝度である。X線を可視光に変換する際、変換効率の高い蛍光体を使用すれば、X線の強度を高めることなく、高輝度の可視光を得ることが出来、ホトマルに十分な強度の可視光が入力されることになる。
【０００６】
ところで、上記したようなＸ線検出器では、通常、図９に示すように、 ４００ｎｍ付近に分光感度特性のピークを有するホトマルが用いられている。そこで、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体としては、４００ｎｍ付近に発光波長のピークを有する蛍光体を利用した方が、ホトマルとの組合せで有利となる。その上で変換効率の高い蛍光体を使用するのが、最も望ましい選択である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２,９２８,６７７号公報
【０００８】
特許文献１によれば、この様な用途に最適な蛍光体として、Ａ２Ｏ２Ｓ：Ｄ（ＡはＧｄ、ＬａおよびＹから選ばれた少なくとも１種の元素を示し、ＤはＰｒとＣｅおよびＹｂから選ばれた少なくとも１種の元素を示す）、ＢａＦＸ：Ｅｕ、Ａ（ＸはＣｌおよびＢｒから選ばれた少なくとも１種の元素を示し、ＡはＣｅおよびＹｂから選ばれた少なくとも１種の元素を示す。）等の蛍光体を、透過型Ｘ線や、コンプトン散乱Ｘ線を可視光に変換する材料として有効に利用できることが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら最近では、検査荷物の多様化により、より複雑な形状をより正確に判別することが求められる様になり、従来以上の検査精度の向上が必要になって来ている。この為、より高輝度な蛍光体が求められるのは当然ながら、最近では輝度特性に加えて、アフターグロー特性の向上も要求される様になってきた。
【００１０】
特に最近では航空機の利用が手軽になり、旅行者の手荷物や航空貨物が増加し、連続使用でなおかつ高速度で検査される様になって来ており、アフターグロー特性の改善がより厳しく求められる様になっている。見方を変えると蛍光体のアフターグロー特性の為に、検査速度が制限されるケースもあり、この面からもアフターグローの短い蛍光体が望まれているものである。
【００１１】
アフターグロー特性とは、蛍光体にX線が照射された場合、蛍光体により吸収されたX線が可視光に変換され、蛍光体が発光を始めるが、その後X線の照射が遮断された場合、蛍光体の発光は徐々に低下し、やがて消失してしまう。この時X線の照射が止められた後の発光のことを、アフターグローと呼んでいる。この様なアフターグローを強く示す蛍光体を、荷物検査用として用いた場合、検査精度に悪影響を及ぼしてしまう。何故なら、連続して荷物検査を行う場合に、目的の画像を観察すると、前の画像の残像と重なることにより、鮮明な画像が得られなくなる為である。
【００１２】
なお、アフターグローに類似する特性として、残光特性がある。残光特性とは、X線の照射を遮断後、蛍光体の発光強度が十分の一に低下するまでの時間を求めたものである。例えば特許文献１においては、
蛍光体の残光特性を１ｍｓｅｃ以下に管理することにより、残像の対策を行っている。しかしながら近年の検査条件では、残光特性の管理のみでは不十分であることが明らかとなってきた。何故なら、蛍光体の発光強度が、短時間で十分の一に減少しても、百分の一から千分の一程度まで低下した後、微弱な光がダラダラと継続する場合がある。荷物検査においては、この様な微弱な光が残像として影響を与え、問題となる為である。アフターグロー特性は、蛍光体の発光を限りなくゼロに近くなるところまで観察した特性であり、このアフターグロー特性を管理することが、特に重要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、この様な課題に対処する為になされたもので、検査精度の高いＸ線検査装置を提供することを目的としており、比較的低強度のＸ線によって十分な検出感度が得られると共に、アフターグローの問題も無く、明瞭な画像が得られるＸ線検査装置を提供することにある。
【００１４】
すなわち、本発明のＸ線検査装置は、Ｘ線の入射部を有する筐体状の検出器本体と、前記入射部に配置された透過型蛍光発生手段と、前記入射部を除く前記検出器本体内の内壁面に沿って配置された反射型蛍光発生手段と、前記検出器本体内に配置された光電変換手段を具備するＸ線検出器において、前記透過型蛍光発生手段は透過型増感紙を有し、かつ前記反射型蛍光発生手段は反射型増感紙を有し、前記透過型増感紙または反射型増感紙の少なく共いずれか一方に、Ｇｄ２O２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ（式中、ＰｒとＣｅの濃度はＧｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量％以下含有される。）蛍光体を用いたことを特徴としている。また、使用する蛍光体は３ｍｓｅｃ後のアフターグローの出力が０．２％以下であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のＸ線検査装置は、被検査物に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、被検査物からのコンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、このＸ線検出手段により測定したＸ線強度に基づいて前記被検査物内部を画像化する手段とを具備するＸ線検査装置において、前記Ｘ線検出手段は、コンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線が照射されることにより蛍光を発生する手段を有し、この蛍光発生手段には、少なくともＧｄ２O２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ（式中、ＰｒとＣｅの濃度は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量％以下含有される。）蛍光体を用いた増感紙を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＸ線検査装置によれば、比較的低強度のＸ線によって十分な検出感度を示し、更に３ｍｓｅｃ後のアフターグローの出力が０．２％以下に改善されて、残像等の無い明瞭な検査画像を得ることができ、空港の手荷物検査等において、高速度で連続して検査を行っても、精度の高い検査を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のＸ線検査装置の一実施例の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明のＸ線検出器の一実施例の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に用いられる増感紙の構成例を示す断面図である。
【図４】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：:Ｐｒ、Ce蛍光体の発光波長特性を示す図である。
【図５】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＰｒ濃度を変化させたときの、相対光出力の変化を示す図である。
【図６】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＰｒ濃度を変化させたときの、アフターグロ−特性の変化を示す図である
【図７】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＣｅ濃度を変化させたときの、相対光出力の変化を示す図である。
【図８】Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体を用いた増感紙において、蛍光体中のＣｅ濃度を変化させたときの、アフターグロ−特性の変化を示す図である。
【図９】X線検出器に用いられるホトマルの分光感度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のＸ線検出器およびＸ線検査装置における蛍光発生手段は、少なくとも１つの増感紙用蛍光体において、Ｇｄ２O２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ（式中、ＰｒとＣｅの濃度は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量％以下含有される。）蛍光体を使用している。図４は本発明のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルとX線検出器および検査装置に使用した場合のアフターグロー特性を示している。
【００１９】
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルは、発光波長のピークが ４００ｎｍ付近からはずれているものの、発光効率（Ｘ線を可視光に変換する効率）が非常に高い（比較標準蛍光体のＬａＯＢｒ：Ｔｍに対して）。したがって、Ｘ線検出器において、 ４００ｎｍ付近に受光感度のピークを有するホトマルを用いた場合においても、コンプトン散乱Ｘ線や透過Ｘ線の検出を十分に行うことができる。またＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒに加えるＣｅ共付活剤は、発光波長に影響を与えることは無く、Ｃｅ添加しても発光ピーク波長は変わらない。
【００２０】
一方の蛍光体のアフターグロー特性は３ｍｓｅｃ後の光出力が０．２％以下であることが望ましい。０．２％以下であれば、通常の条件で連続してＸ線の検出を行っても、残像の残らない鮮明な画像を得ることができる。ただし高速条件で検査を行う場合は、０．２％以下でも不十分な場合がある。より望ましい特性は、３ｍｓｅｃ後の光出力が０．１％以下である。この特性であれば、現在の検査装置を使用してどの様な速度で行っても、残像の無い鮮明な画像を得ることができる。図４の本発明の蛍光体は、Ｘ線の照射を止めた３ｍｓｅｃ後の光出力は、約０．２％と非常に低い値を示しており、優れたアフターグロー特性を示している。このため、この様な蛍光体を有する増感紙を用いて、連続してＸ線の検出を行う場合に、残像の残らない鮮明な画像を得ることができる。
【００２１】
本発明のこのようなアフターグロー特性は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体において、Ｐｒの濃度を最適化すると共に、Ｃｅを共付活することで得られる。特許文献１では、使用可能な蛍光体として、例えばＧｄ２Ｏ２Ｓ：ＴｂやＢａＦＣｌ：Ｅｕなどの蛍光体も挙げられているが、Ｔｂ付活蛍光体の場合、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性が０．２％以下の特性を得ることが難しく、本発明の目的には適さない。またＢａＦＣｌ：Ｅｕ蛍光体は、アフターグロー特性のみを満足することは可能であるが、輝度を含めた総合特性で比較すると、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅより劣るため、この蛍光体を単独で使用することはできない。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１および図５、図６は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体において、Ｐｒの濃度を変化させた時の検出器の相対光出力と、アフターグロー特性をそれぞれ表す。表１、図６から、Ｐｒ濃度を増加させるとともに、アフターグロー特性は減少してゆくが、０．２重量％以上では殆ど減少しなくなり、その後は飽和することがわかる。一方相対光出力は、図５に示される通り、Ｐｒ濃度が増加するに従い高くなり、０．０７重量％で出力最大となるが、０．０７重量％を超えると減少し始める。相対光出力は高ければ高いほど良いのが当然であるが、比較標準蛍光体（ＬａＯＢｒ：Ｔｍ）に対して、少なくとも１５０％以上が必要である。この値より低くなると、限界以上にＸ線強度を強くするか、Ｘ線強度を変えない場合には、正確に画像を分析するだけの光出力が得られなくなる。従い、光出力を考慮するとＰｒ濃度の上限は０．３重量％となる。この時３ｍｓｅｃ後のアフターグローは０．１％であり、残像の面からは十分な特性を示している。一方Ｐｒ濃度の下限値は、光出力のみを考慮した場合は、０．００５重量％でも十分である。しかしながら、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性をみると、０．１重量％でも既に０．２％を上回っており、０．１重量％から０．２重量％の範囲内に下限値が存在することになる。
【００２４】
【表２】
【００２５】
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒのアフターグロー特性は、Ｐｒに加えＣｅを共付活することで改善することができる。表２および図７、図８は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ蛍光体において、光出力が最大となるＰｒ濃度０．０７重量％の蛍光体に、Ｃｅを共付活させた場合の相対光出力とアフターグロー特性を表したものである。共付活剤のＣｅ濃度を高くしてゆくと、光出力はどんどん低下するが、アフターグロー特性も同時に改善されてゆくことがわかる。Ｃｅ濃度が０．００２重量％を超えると、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性は０．１％と十分小さくなる為、それ以上Ｃｅ濃度を増加させてもアフターグロー特性はもはや改善されない。一方光出力は、Ｃｅ濃度と共に減少してゆくため、Ｐｒが０．０７重量％の場合、相対光出力が１５２％となる時のＣｅ濃度である０．００５重量％が上限となる。Ｇｄ２Ｏ２Ｓ蛍光体の場合、Ｐｒ濃度０．０７重量％において、光出力が最大である為、Ｃｅ濃度を０．００５重量％を超えて添加すると、光出力が下限値を下回る蛍光体しか得られないため、Ｃｅ濃度の上限値は０．００５重量％が最大となる。一方Ｃｅ濃度の下限値はゼロでも良い。何故なら、例えばＰｒ濃度が０．２重量％の蛍光体は、相対光出力が１６７％で、３ｍｓｅｃ後のアフターグローが０．１％であり、Ｃｅを添加しなくても、アフターグロー特性は本発明の目的を十分満足するためである。
【００２６】
この様に、共付活剤であるＣｅは蛍光体のアフターグロー特性を改善することが出来るため、Ｐｒ、Ｃｅ共付活蛍光体においては、Ｐｒ単独付活蛍光体よりも、Ｐｒ濃度の下限値をより低い範囲まで拡大することがでる。具体的には、０．０３重量％のＰｒで単独付活された蛍光体の場合、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性は０．５％で残像が問題となるが、この蛍光体にＣｅを０．０００８重量％添加すると、３ｍｓｅｃ後のアフターグロー特性は０．２％まで改善され、本発明の改善効果が得られることになる。このとき共付活蛍光体の相対光出力は１５１％であり、Ｐｒが０．０３重量％より少ない蛍光体にＣｅを共付活することはできない。
【００２７】
以上の通り、本発明のＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ、Ｃｅ蛍光体において、望ましい付活剤の濃度範囲は、Ｐｒが、０．０３重量％以上、０．３重量％以下、Ｃｅが０以上、０．００５重量％以下となる。なお残像の観点からは、Ｐｒが０．１重量％以上０．３重量％以下であれば、より望ましい範囲となる。この場合Ｃｅ濃度は０．００５％以下で変わらない。
【００２８】
本発明においては、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：ＰｒにＣｅを共付活することにより、アフターグロー特性を改善させたが、添加するＣｅはなるべく少なくすることが望ましい。何故なら、Ｃｅは蛍光体のアフターグロー特性を改善する反面、光出力が低下するとの問題がある。これはＣｅを添加することで、蛍光体の体色が黄色味を帯びた白色となり、蛍光体の体色が、蛍光体自身の発光を吸収してしまい、蛍光体より取り出される光量が減少するためである。
【００２９】
このため本発明の蛍光体では、Ｃｅの添加量をなるべく低減できる様、蛍光体の製造法を改善した。ＣｅとＰｒの共沈原料粉末を作成し、予め均一に混合された付活剤粉末を、蛍光体合成時の原料として使用することにより、Ｃｅ量を低減したものである。これは、蛍光体粉末結晶中に導入されたＰｒとＣｅの原子間距離をできるだけ近付け、Ｐｒの発光に影響を及ぼすＣｅの割合を高めると共に、蛍光体の体色のみに影響を与え、輝度低下を引き起こすＣｅをなるべく低減することにより、低アフターグロー、高光出力を狙ったものである。
【００３０】
【表３】
【００３１】
表３に本発明の蛍光体と、従来法による蛍光体の増感紙のアフターグロー特性および光出力特性の比較特性を纏めた。蛍光体はＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ蛍光体を使用し、従来法と本発明の方法で製造した特性を比較したものである。表中の３種類の増感紙の特性を比較すると、本発明の蛍光体において、従来法と同等レベルのアフターグロー特性を得ようとすると、従来法よりＣｅの添加量を約１０％（０．００１０重量％から０．０００８重量％）低減でき、同等のアフターグロー特性で、より光出力の大きい増感紙の得られることがわかった。一方、本発明の蛍光体において、従来法と同じ濃度のＣｅを添加した場合には、輝度低下を抑えながら、アフターグロー特性の改善されることが同時に確認される。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のＸ線検査装置を空港荷物検査装置に適用した一実施例の構成を模式的に示す図である。同図において、１はＸ線照射手段例えばＸ線管であり、このＸ線管１から射出されたＸ線Ａは、まず直線コリメータ２によって、所定の幅を有するスリット状にコリメートされる。このコリメートされたＸ線Ｂは、さらに半径方向に複数のスリットが設けられた回転コリメータ３によって、直線運動を反復して行うペンシルビームＣとされ、コンベア４によって移動する被検査物例えば荷物５に対して走査照射される。なお、被検査物である荷物５は、Ｘ線の検出感度に応じた速度で移動する。
【００３３】
荷物５によって反射されたＸ線すなわちコンプトン散乱Ｘ線Ｄは、散乱Ｘ線検出器６によって検出される。また、荷物５を透過したＸ線Ｅは、透過Ｘ線検出器７によって検出される。これら散乱Ｘ線検出器６および透過Ｘ線検出器７によって検出されたコンプトン散乱Ｘ線Ｄおよび透過Ｘ線Ｅは、連続的な強度値として測定され、このＸ線強度に応じて図示を省略した液晶ディスプレー等の表示装置上に荷物５内部の状態が画像化される。そして、この画像によって荷物５内部の検査が行われる。
【００３４】
上記した散乱Ｘ線検出器６および透過Ｘ線検出器７は、以下に示すような構成を有している。例えば、散乱Ｘ線検出器６を例として説明すると、図２に示すように、ペンシルビーム状にされたＸ線Ｃの通過用の間隙が形成されるように、2つの散乱Ｘ線検出器６を配置して構成している。
各散乱Ｘ線検出器６は、一側面を傾斜させた筐体状の検出器本体８を有している。この検出器本体８の被検査物である荷物５と対向する面は、Ｘ線の入射面８ａとされており、このＸ線入射面８ａはＸ線を透過する材質、例えば樹脂等によって形成されている。また、Ｘ線入射面８ａを除く検出器本体８の他の部分は、検出器本体８の強度を維持するために、例えばアルミニウム等によって構成されている。上記Ｘ線入射面８ａを除く検出器本体８の他の部分の外面は、鉛等のＸ線遮蔽部材９によって覆われている。これは、外部からのＸ線の影響を排除するためである。
【００３５】
上記検出器本体８のＸ線入射面８ａの内側には、透過型蛍光発生手段として、発光方向を検出器本体８の内側に向けた透過型増感紙１０が設置されている。また、Ｘ線入射面８ａを除く検出器本体８の内壁面には、反射型蛍光発生手段として、反射型増感紙１１が設置されている。Ｘ線入射面８ａと直角を成す検出器本体８の側面８ｂには、光電変換手段としてホトマル１２が設置されている。このホトマル１２としては、 ４００ｎｍ付近に受光感度のピークを有するものが使用され、例えばＲ−１３０７（商品名、浜松ホトニクス (株) 製）が使用される。
【００３６】
そして、まず上記Ｘ線入射面８ａの内側に配置された透過型増感紙１０にコンプトン散乱Ｘ線Ｄ1 が照射され、透過型増感紙１０から選択した蛍光体に応じた可視光ａが検出器本体８の内側に向けて発光される。また、反射型増感紙１１には、Ｘ線入射面８ａを透過したコンプトン散乱Ｘ線Ｄ2 が照射されることによって、同様に可視光ｂが検出器本体８の内側に向けて発光される。そして、これら可視光ａ、ｂがホトマル１２によって検知され、可視光ａおよびｂの合計強度を測定することにより、入射されたコンプトン散乱Ｘ線Ｄの強度が求められる。
【００３７】
コンプトン散乱Ｘ線による検出原理は、以下に示す通りである。すなわち、エネルギーがＥ0で強度Ｉ0のＸ線が厚さｔの吸収体を透過した後の強度Ｉは、次式によって求められる。
Ｉ＝Ｉ0ｅ-μｔ .........(1)
上記式中のμは物質に固有の係数（単位：cm-1）で、線減弱係数と呼ばれるものであり、エネルギーＥ0 のＸ線が 1cm進む間に減弱する比率を示す。μは原子番号の大きい物質ほど大きいという性質を有し、次のように分解することができる。
μ＝τ＋σT＋σC＋κ .........(2)
（式中、τは光電効果による吸収係数を、σT はトムソン散乱による散乱係数を、σC はコンプトン散乱による散乱係数を、κは電子対創生による吸収係数を示す）また、エネルギーがＥ1 で強度Ｉ0 のＸ線が吸収体の表面から深さｘの位置まで入射した場合、ｘの位置におけるＸ線強度Ｉ1 は、次式によって求められる。
Ｉ1 ＝Ｉ0ｅ-μｘ .........(3)
（式中、μはエネルギーがＥ1 のＸ線の線減弱係数を示す）また、ｘの位置で発生し、なおかつＸ線の入射方向に対して角θの方向に散乱するコンプトン散乱Ｘ線の強度Ｉ2 は、次式によって求められる。
Ｉ2 ＝ａσCＩ1 .........(4)
（式中、ａは比例定数である）発生したコンプトン散乱Ｘ線が表面から出てくる強度Ｉ3 は、発生した点から表面までの距離がｂｘ（ｂ=1/cosθ）であるので、
Ｉ3 ＝Ｉ2ｅ-μ′ｂｘ .........(5)
（式中、μ′は散乱Ｘ線の線減弱係数を示す）となる。したがって、コンプトン散乱Ｘ線の強度Ｉ3 は、 (3)式、 (4)式および (5)式から、
Ｉ3 ＝ａσC Ｉ0 ｅ -（μ＋ｂμ′）ｘ .........(6)
となる。したがって、厚さがｔの吸収体を通過した場合のコンプトン散乱Ｘ線の総量は、以下の式から求められる。
【数１】
ａＩ0は、原子番号によらない一定値なので、コンプトン散乱Ｘ線は物質によって変化する、σC ／（μ＋ｂμ′）の値によって、その強度が変化する。このσC／（μ＋ｂμ′）の値は原子番号が小さい物質ほど大きくなる。よって、コンプトン散乱Ｘ線を検出することにより、プラスチック製品のような原子番号が小さい元素によって主として構成される物質を見分けることができる。
【００３８】
この実施例における入射側の透過型増感紙１０およびその他の反射型増感紙１１にはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒは０．０７重量％、Ｃｅは０．００２重量%含有されている。）蛍光体を用いたものである。
【００３９】
この蛍光体は以下の工程を経て製造される。まず酸化プラセオジウムと酸化セリウムを、ＰｒとＣｅが９７．３重量部対２．７重量部となる比率で硝酸に溶解し、両者の混合溶液を作成する。次にこの溶液を、例えば所定量のシュウ酸ジメチル溶液と反応させ、ＰｒとＣｅの共沈シュウ酸塩を得る。この共沈シュウ酸塩を大気中、１０００℃以下の温度で数時間焼成し、ＰｒとＣｅの混合酸化物を得る。こうして、ＰｒとＣｅが微小な単位まで均一に分散された混合粉末が得られる。次に、蛍光体を合成する工程として、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ母体に対するＰｒ添加量が０．０７重量％（同時にＣｅ添加量が０．００２重量％）となる割合で、原料の酸化ガドリニウム、付活剤混合酸化物（Ｐｒ，Ｃｅ）、イオウ、更にフラックス材料等を粉末の状態で十分混合し、容器に入れて１０００〜１４００℃の温度で数時間焼成する。こうして得られた蛍光体焼成物を、洗浄、分散、篩別等の工程を経て、蛍光体完成品とする。
【００４０】
次に比較例として、従来の製造方法による蛍光体も同時に合成した。ＰｒやＣｅの添加量は本発明と同量のＧｄ２Ｏ２Ｓ蛍光体を製造した。比較例の製造方法では、付活剤のみの混合酸化物は作成せず、出発原料として、酸化ガドリニウム、酸化プラセオジウム、酸化セリウム、硫黄、更にフラックス剤をそれぞれ所定量混合し、粉末の状態で十分混合し、原料混合粉末を得た。次に焼成工程以降は本発明と全く同じ方法で、蛍光体完成品を得た。
【００４１】
続いて、入射側の透過型増感紙１０およびその他の反射型増感紙１１を作成した。これら増感紙は、図 ３に示す様に、プラスチックフィルムや不織布の支持体１３上に、本発明または比較例の蛍光体をバインダおよび有機溶剤と共に混合したスラリーを塗布することによって、蛍光体層１４を形成したものである。
このとき、蛍光体の塗布量はいずれの増感紙においても９０ｍｇ／ｃｍ２の条件で行った。
【００４２】
こうして得られた増感紙をＸ線検出器に組込み、特性を評価したところ、本発明のＸ線検出器の相対出力は１７４％、３ｍｓｅｃ後のアフターグローは０．１４％であった。一方の比較例のＸ線検出器は、相対光出力１７５％、３ｍｓｅｃ後のアフターグローが０．２１％であり、本発明では比較例に対して、光出力が略同等で、アフターグロー特性の良好な検出器を得ることができた。
【００４３】
同様にして、実施例２以下に、本発明の種々蛍光体を、上記透過型増感紙１０および反射型増感紙１１に適用した時のＸ線検出器の特性を、比較例の蛍光体による増感紙を用いた場合と対比して、表４に示す。これらの実施例では、蛍光体の種類を変更したのみで、増感紙の製造方法、Ｘ線検出器の構成等は実施例１と同じものを用いた。
【００４４】
【表４】
【００４５】
なお、透過型増感紙と反射型増感紙には、少なく共いずれか一方に本発明の蛍光体を使用すれば良い。ただし、アフターグロー特性については、片方でも問題があると残像が残る為、３ｍｓｅｃ後のアフターグローが０．２％以下の蛍光体以外は使用することができない。一方、一方光出力に関しては、全体で１５０％を超えれば良く、本発明の蛍光体以外との多様な組合せが可能となる。
【００４６】
表４の特性によると、本発明のＸ線検出器においては、相対光出力が１５０％（対標準蛍光体）以上で、アフターグローが０．２％以下との特性を同時に得ることができ、この様なＸ線検出器を用いてＸ線検査装置を構成すれば、比較的低強度のＸ線によって十分な検出感度を得ると共に、アフターグローが改善されて、残像等の無い明瞭な検査画像を得ることができ、高速度で連続して検査を行っても、精度の高い検査を可能とするものである。本発明のＸ線検査装置は、空港手荷物検査装置に限らず、各種のセキュリティシステムにも応用が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１…Ｘ線管、２…コリメータ、３…回転コリメータ、４…コンベア、５…被検査物、
６…散乱Ｘ線検出器、７…透過Ｘ線検出器、８…筐体状検出器本体 、８ａ…Ｘ線入射面 、１０…透過
型増感紙 、１１…反射型増感紙、１２…ホトマル 、１３… 支持体、１４…蛍光膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線の入射部を有する筐体状の検出器本体と、前記入射部に配置された透過型蛍光発生手段と、前記入射部を除く前記検出器本体の内壁面に沿って配置され反射型蛍光発生手段と、前記検出器本体内に設置された光電変換手段とを有しており、前記透過型蛍光発生手段は透過型増感紙を、前記反射型蛍光発生手段は反射型増感紙を具備するX線検出器において、前記透過型増感紙または反射型増感紙の少なく共いずれか一方に、Ｇｄ２O２Ｓ：ＰｒまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ蛍光体の何れかが使用されており、前記増感紙における３ｍｓｅｃ後のアフターグローの光出力が０．２%以下であることを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線検出器において、前記蛍光体がＧｄ２O２Ｓ：Ｐｒ,Ｃｅ（式中、ＰｒおよびＣｅの濃度は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒが０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量%以下）であることを特徴とするＸ線検出器。
【請求項３】
請求項１、２記載のＸ線検出器において、前記蛍光体はＰｒとＣｅ原料が予め共沈法で混合され、Ｇｄ酸化物等と共に焼成される工程を経て製造された蛍光体であること特徴とするX線検出器。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のＸ線検出器において、コンプトン散乱Ｘ線を検出することを特徴とするＸ線検出器。
【請求項５】
被検査物に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、被検査物からのコンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段により測定したＸ線強度に基いて前記被検査物内部を画像化する手段とを有するとともに、前記Ｘ線検出手段は、コンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線が照射されることにより蛍光を発生する手段を具備するX線検査装置において、前記蛍光発生手段は、Ｇｄ２O２Ｓ：ＰｒまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ蛍光体を用いた増感紙を有しており、前記蛍光体は３ｍｓｅｃ後のアフターグローの光出力が０．２%以下であることを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項６】
請求項５記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線検査装置は空港荷物検査装置であることを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項１】
Ｘ線の入射部を有する筐体状の検出器本体と、前記入射部に配置された透過型蛍光発生手段と、前記入射部を除く前記検出器本体の内壁面に沿って配置され反射型蛍光発生手段と、前記検出器本体内に設置された光電変換手段とを有しており、前記透過型蛍光発生手段は透過型増感紙を、前記反射型蛍光発生手段は反射型増感紙を具備するX線検出器において、前記透過型増感紙または反射型増感紙の少なく共いずれか一方に、Ｇｄ２O２Ｓ：ＰｒまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ蛍光体の何れかが使用されており、前記増感紙における３ｍｓｅｃ後のアフターグローの光出力が０．２%以下であることを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線検出器において、前記蛍光体がＧｄ２O２Ｓ：Ｐｒ,Ｃｅ（式中、ＰｒおよびＣｅの濃度は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓを１００重量％としたとき、Ｐｒが０．０３重量％以上０．３重量％以下、Ｃｅは０．００５重量%以下）であることを特徴とするＸ線検出器。
【請求項３】
請求項１、２記載のＸ線検出器において、前記蛍光体はＰｒとＣｅ原料が予め共沈法で混合され、Ｇｄ酸化物等と共に焼成される工程を経て製造された蛍光体であること特徴とするX線検出器。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のＸ線検出器において、コンプトン散乱Ｘ線を検出することを特徴とするＸ線検出器。
【請求項５】
被検査物に対してＸ線を照射するＸ線照射手段と、被検査物からのコンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線検出手段により測定したＸ線強度に基いて前記被検査物内部を画像化する手段とを有するとともに、前記Ｘ線検出手段は、コンプトン散乱Ｘ線または透過Ｘ線が照射されることにより蛍光を発生する手段を具備するX線検査装置において、前記蛍光発生手段は、Ｇｄ２O２Ｓ：ＰｒまたはＧｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ蛍光体を用いた増感紙を有しており、前記蛍光体は３ｍｓｅｃ後のアフターグローの光出力が０．２%以下であることを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項６】
請求項５記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線検査装置は空港荷物検査装置であることを特徴とするＸ線検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２０３４８（Ｐ２０１２−２２０３４８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６７１０（Ｐ２０１１−８６７１０）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
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