タングステン坩堝を用いた超高融点領域での重いシンチレータ単結晶の開発

利用钨坩埚开发超高熔点区重闪烁体单晶

• 批准号: 22K14469
• 负责人: 堀合 毅彦
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14469/
• 关键词: シンチレータ; 単結晶; 融液成長

がん検診で使用されている陽電子放射断層撮影（PET）装置の高性能化に向けては、高エネルギーのガンマ線（511 keV）を可視光に変換することができるシンチレータ材料の開発が重要となる。ここでPET用シンチレータ材料に求められる特性に着目すると、① 感度を上げるために密度が高い（ガンマ線阻止能が高い）こと、② 511 keVのガンマ線を弁別できる高エネルギー分解能を得るために発光量が大きいこと、③ 高時間分解能を得るために発光の蛍光寿命が短いことが挙げられる。本研究では、高密度で阻止能が高いシンチレータ材料（重いシンチレータ）の新材料開発に向けて、未開拓領域であるイリジウムの軟化点温度近傍（2,000℃）以上での材料探索を行う。2022年度は、発光中心としてCe3+を添加した希土類ペロブスカイト型シンチレータのGdScO3に注目し、放射線応答特性改善に向けてGdサイトへのY置換を検討した。マイクロ引下げ法を用いて単結晶育成を行い、坩堝材としてタングステン、断熱材として安定化ジルコニアを使用した。坩堝材と原料粉末の反応を抑制するために、単結晶育成中の炉内の酸素分圧を低く保つ必要があり、断熱材使用前にカーボン炉で脱酸素処理を行った。Y置換量0～80 mol%の単結晶育成を行った結果、全ての組成で透明な結晶を得ることに成功した。育成結晶の粉末X線回折測定の結果、最強ピークはY置換量増大に伴い高角側にシフトすることが明らかになった。イオン半径を考慮すると、Gd3+のイオン半径よりもY3+のイオン半径のほうがが小さいため、GdサイトにYが置換された影響と考えられる。また、発光量を評価するために、X線励起の発光スペクトルの積分強度を比較した結果、Y置換によって発光量が約5倍程度大きくなることが明らかになった。

It is important to develop new materials for high performance PET devices in diagnostic applications, such as optical fiber lines (511 keV) and visible light conversion. For PET, the characteristics are high, the sensitivity is high, and the light lifetime is short. This study is aimed at exploring new materials with high density and high softening point (2,000℃). In 2022, the light emission center and Ce3 + were added to the GdScO3, and the radiation response characteristics were improved. The method of crystallization is used in the process of crystallization, crucible material, thermal insulation material and stabilization. Crucible material and raw material powder reaction inhibition, single crystal growth in the furnace acid partial pressure, necessary to maintain, thermal insulation material before use, furnace acid treatment Y substitution amount 0~80 mol% of single crystal growth results, total composition of transparent crystal growth results The results of X-ray reflection measurement of the powder of the growing crystal show that the amount of Y substitution increases with the increase of the middle angle side. The radius of Gd3 + is considered to be the radius of Gd3 + and the radius of Gd3 + is considered to be the radius of Gd3 +. As a result, the amount of light emitted by the X-ray excitation is about 5 times larger than that of the X-ray excitation.

项目成果

Crystal Growth of La2Hf2O7 by Micro-Pulling-Down Method Using W Crucible

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2022.126547
• 发表时间: 2022-01
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: Takahiro Suda;Y. Yokota;Takahiko Horiai;A. Yamaji;M. Yoshino;T. Hanada;Hiroki Sato;S. Toyoda;Y. Ohashi;S. Kurosawa;K. Kamada;A. Yoshikawa

Crystal Growth of Ce-doped (Gd,Y)ScO3 Scintillators by Micro-Pulling-Down Method and Their Optical Properties

Ce掺杂(Gd,Y)ScO3闪烁体的微下拉法晶体生长及其光学性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahiko Horiai;Christo Guguschev;Steffen Ganschow;Yuui Yokota;Masao Yoshino;Jan Pejchal;Akira Yoshikawa
• 通讯作者: Akira Yoshikawa

Novel optical-guiding crystal scintillator composed of an Eu-doped SrI2 core and glass cladding

由Eu掺杂SrI2核和玻璃包层组成的新型光导晶体闪烁体

• DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.12.264
• 发表时间: 2023
• 期刊: Ceramics International
• 影响因子: 5.2
• 作者: Yajima Ryuga;Kamada Kei;Takizawa Yui;Kutsuzawa Naoko;Sasaki Rei;Yoshino Masao;Horiai Takahiko;Murakami Rikito;Kim Kyoung Jin;Kochurikhin Vladimir V.;Yamaji Akihiro;Kurosawa Shunsuke;Yokota Yuui;Sato Hiroki;Toyoda Satoshi;Ohashi Yuji;Takashi Hanada;Yoshika
• 通讯作者: Yoshika

Fabrication and scintillation properties of a flexible optical-guiding crystal scintillator

柔性光导晶体闪烁体的制备及闪烁特性

• DOI: 10.35848/1882-0786/acb891
• 发表时间: 2023
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Yajima Ryuga;Kamada Kei;Murakami Rikito;Kutsuzawa Naoko;Sasaki Rei;Yoshino Masao;Horiai Takahiko;Kim Kyoung Jin;Kochurikhin Vladimir V.;Yamaji Akihiro;Kurosawa Shunsuke;Yokota Yuui;Sato Hiroki;Toyoda Satoshi;Ohashi Yuji;Hanada Takashi;Yoshikawa Akira
• 通讯作者: Yoshikawa Akira

Fabrication of CeCl3/LiCl/CaCl2 Ternary Eutectic Scintillator for Thermal Neutron Detection

• DOI: 10.3390/cryst12121760
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: Crystals
• 影响因子: 2.7
• 作者: R. Sasaki;K. Kamada;K. Kim;R. Yajima;M. Yoshino;Naoko Kutsuzawa;R. Murakami;Takahiko Horiai;A. Yoshikawa