放射線治療の為の近赤外領域発光シンチレータの開発

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本研究では、放射線治療時の過剰・過少照射による医療事故を防止するためのリルタイム線量計測システムに用いる近赤外領域発光シンチレータ結晶を開発することを目的としている。シンチレータ結晶の主要な要求特性としては、人体による吸収が少ない波長700-1400 nmの近赤外域、特に吸収が少なく、Si光検出器の量子効率がある1000 nm付近で高輝度に発光することである。本年度は、Ti添加したガーネット結晶を中心に結晶育成及び特性評価を行った。昨年度の研究の結果に基づき、Gd3Ga5O12結晶をベースにして各サイトを置換して結晶場を変化させ、Ti3+の発光ピークを長波長にシフトさせた。特に、Gdのサイトの一部をアルカリ希土類（Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+）に置換した際に発光ピークは800 nm付近にまでシフトした。また、同時に発光量の増大のためにはバンドギャップを狭めることが望ましい。そこで、バンドギャップを測定したところ、(Gd0.9M0.1)3(Ga0.9Zr0.1)3Ga2O12結晶(M = Mg, Ca, Sr, Ba)は順に、5.16, 4.89, 4.74, 4.63 eVとなりいずれもGd3Ga5O12よりバンドギャップは狭くなった。これらより、リルタイム線量計測システムに用いる近赤外領域発光シンチレータ結晶して有望である。近赤外発光を示す結晶のシンチレーション特性はこれまでほとんど研究されておらず、新しい知見を得るとともにリルタイム線量計測システムに有望な材料を見出すことができた。しかし、材料の変更などにより当初予定していた研究計画と遅延が生じたために動物肉を用いた透過実証実験が行えておらず、こちらは今後実施予定である。