新規酸化ハフニウム系単結晶シンチレータの開発

新型氧化铪单晶闪烁体的研制

• 批准号: 20J23226
• 负责人: 福嶋 宏之
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23226/
• 关键词: シンチレータ; 単結晶; フォトルミネッセンス; 酸化ハフニウム

本研究では酸化ハフニウム系材料の1つであるCaHfO3の一部をMgで置換した単結晶を育成し、そのシンチレーション特性評価を行った。Ce添加CaHfO3の発光量は8000 photons/MeV程度と比較的高く、減衰時定数も20-30 ns程度と速いため、X・γ線検出用シンチレータとして有力な候補である。これまでに他の材料系において母材の一部を他元素で置換することで発光量が向上することが報告されている。そのためCe添加CaHfO3においても母材の一部を置換することで、発光量が向上する可能性がある。Ce濃度は3%で固定し、Mg濃度は0.5-10%の間で変化させて単結晶を育成した。育成した結晶は全て無色透明であった。粉末X線回折 (XRD) の測定結果では単相のCaHfO3が得られたことを確認し、またMg濃度の増加に伴ってピークが高角度側にシフトしたため、CaサイトにMgが置換されていることを確認した。フォトルミネッセンスおよびシンチレーションスペクトルの両方で430 nmを中心にブロードな発光バンドが観測され、その減衰時定数は22 ns程度であったため、発光起源はCe3+の5d-4f遷移であると考えられる。この発光バンドの量子収率はMg置換によって向上し、Mg置換前は28%程度であったが、Mg置換後は最大で50%程度であった。シンチレーション発光量を定量的に算出した結果では、5%Mg添加サンプルがおよそ9500 photons/MeV程度の発光量を示した。これは酸化ハフニウム系材料の中で最も高い発光量であり、既存のX・γ線検出用シンチレータであるBi4Ge3O12やCe添加Gd2SiO5の発光量よりも高い値が得られた。

In this study, we evaluated the properties of CaHfO3, a kind of Mg-substituted single crystal. Ce added CaHfO3 emission intensity 8000 photons/MeV, compared with the high, attenuation time set at 20-30 ns, X, gamma ray emission with the high, strong candidate The amount of light emitted by the other elements in the base material is reported to be higher. It is possible to add CaHfO3 to the base material and replace it with light. Ce concentration is fixed at 3%, Mg concentration varies between 0.5-10% and crystallization is possible. The crystal is colorless and transparent. The measurement results of powder X-ray diffraction (XRD) confirm that the CaHfO3 phase is obtained, and the Mg concentration is increased, and the CaHfO3 phase is replaced by Mg phase. The wavelength of the light source is 430 nm, and the decay time of the light source is about 22 ns. The quantum yield of this light source is higher than that of Mg substitution, 28% before Mg substitution, and 50% after Mg substitution. The results of the calculation of the quantity of light emitted by the solution show that the quantity of light emitted by the solution of 5% Mg is 9500 photons/MeV. This is the highest light emission among all the acidified materials, and the highest light emission among the existing X·γ ray detection systems. Bi4Ge3O12 and Ce are added to Gd2SiO5.

项目成果

Optical and thermally-stimulated luminescence properties of Ce-doped Al2O3 transparent ceramics

Ce掺杂Al2O3透明陶瓷的光热激发发光性能

• DOI: 10.1016/j.ijleo.2022.169435
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optik
• 影响因子: 3.1
• 作者: Kato Takumi;Fukushima Hiroyuki;Nakauchi Daisuke;Kawaguchi Noriaki;Yanagida Takayuki
• 通讯作者: Yanagida Takayuki

Scintillation and luminescence properties of undoped and europium-doped CaZrO3 crystals

• DOI: 10.1016/j.jlumin.2020.117231
• 发表时间: 2020-07
• 期刊: Journal of Luminescence
• 影响因子: 3.6
• 作者: H. Fukushima;D. Nakauchi;Takumi Kato;N. Kawaguchi;T. Yanagida

CaHfO3の単結晶育成及びシンチレーション特性評価

CaHfO3单晶生长及闪烁性能评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 福嶋宏之;中内大介;加藤匠;河口範明;柳田健之
• 通讯作者: 柳田健之

Scintillation and Thermally Stimulated Luminescence Properties of Sn-doped CaO–B2O3–SiO2 Glasses

Sn 掺杂 CaO-B2O3-SiO2 玻璃的闪烁和热刺激发光性能

• DOI: 10.18494/sam3691
• 发表时间: 2022
• 期刊: Sensors and Materials
• 影响因子: 1.2
• 作者: Fukushima Hiroyuki;Shiratori Daiki;Nakauchi Daisuke;Kato Takumi;Kawaguchi Noriaki;Yanagida Takayuki
• 通讯作者: Yanagida Takayuki

Dosimetric properties of Mn2+-doped Ca2BO3Cl

Mn2+掺杂Ca2BO3Cl的剂量学特性

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac9104
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Wauke Tomoaki;Koide Sohya;Kawano Naoki;Kato Takumi;Fukushima Hiroyuki;Takebuchi Yuma;Okada Go;Yanagida Takayuki
• 通讯作者: Yanagida Takayuki