发光体及辐射探测器制造技术

本发明专利技术提供一种荧光寿命短、透明度高、且发光量大的发光体及使用有该发光体的辐射探测器。还提供一种适宜于γ射线、X射线、α射线、中子射线这样的辐射探测器用发光体的、抗辐射性高、荧光衰减时间短且发光强度大的发光体及使用有该发光体的辐射探测器。一种具有使用有Ce3+的4f5d能级的发光的石榴石结构的发光体，所述发光体相对于具有以通式CexRE3‑xM5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有至少一种以上的一价或二价阳离子的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0≤y≤0.5或0≤y≤‑0.5、M为选自Al、Lu、Ga、Sc的一种或两种以上，及RE为选自La、Pr、Gd、Tb、Yb、Y、Lu的一种或两种以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种发光体，其含有铈作为用于吸收γ射线、X射线、α射线、β射线、中子射线等放射线或高能量的光子并急速变换为更低能量的光子的活化剂。此外，本专利技术还涉及一种使用有该发光体的光子检测器或辐射探测器。
技术介绍
闪烁体等发光体应用在用于检测γ射线、X射线、α射线、β射线、中子射线等的光子检测器或辐射探测器中，该检测器被广泛应用于正电子发射计算机断层显像仪(PET仪)或X射线CT等医学影像设备、高能量物理用的各种辐射测量仪、资源勘探装置等中。例如，在正电子发射计算机断层显像仪(PET仪)中，由于通过符合计数检测能量较高的γ射线(湮没γ射线：511eV)，采用了高感度且可达到高速响应的闪烁检测器。对于检测器特性需要达到高计数率特性或去除偶发符合计数噪声的高时间分辨率。此外，在近几年中出现一种被称作TimeOfflight型PET(TOF-PET)的、通过测定湮没γ射线到达辐射探测器的时间差而提高了位置检测精度的PET。在TOF-PET中所使用的辐射探测器中，尤其需要高速的响应，对于辐射探测器中所使用的闪烁体，短的荧光寿命很重要。通常，作为适于这些辐射探测器的闪烁体，从检测效率方面考虑，优选为密度高且原子序号大(光电吸收比高)，从高速响应的必要性或高能量分辨率的方面考虑，优选为发光量多，荧光寿命(荧光衰减时间)短或透明性高的结晶。在近几年的系统中，由于多层化及高解析度化，需要将大量的闪烁体以细长形状(例如对于PET为5×30mm左右)稠密地排列，因此操作简易化、加工性、可制备大型结晶、以及价格都成为其重要的选择因素。此外，闪烁体的发光波长与光检测器的检测感度的高波长区域一致也很重要。最近，作为应用于各种辐射探测器的优选的闪烁体，有具有石榴石结构的闪烁体。例如，公开了一种具有使用有Ce3+的4f5d能级的发光的石榴石结构的闪烁体的Ce掺杂(Gd、Y、Lu)3(Al、Ga)5O12结晶(例如，请参考专利文献1或非专利文献1)。在Ce掺杂(Gd、Y、Lu)3(Al、Ga)5O12中，根据结晶组成可以确认到密度、发光量、荧光寿命等闪烁体特性的变化，其中特别是Ce掺杂Gd3Al2Ga3O12闪烁体具有密度为6.7g/cm3、发光量为45000photon/MeV的特性，由于自身放射性充分少，不仅应用于PET装置，还发展应用于X射线CT等医学影像设备、高能量物理用的各种辐射测量仪、环境放射性测量仪。另一方面，在该闪烁体中存在荧光寿命长达90ns左右的问题。此外，公开了一种含有Gd、Al、Ga的、以原子个数比计Ga/(Gd+Ga+Al+Ce)为0.2～0.3的闪烁体(例如，请参考专利文献2)。然而，对于在Ce活化石榴石闪烁体中性能最优异的Ce掺杂Gd3(Al、Ga)5O12闪烁体，在其以原子个数比计Ga/(Gd+Ga+Al+Ce)为0.3以下的情况下，由于不能通过熔体生长法而进行单晶生长，难以用于需要透明度高的大型结晶的PET装置或高能量物理用途中(例如，请参考非专利文献2)。石榴石型闪烁体中，已知其具有8配位、6配位、4配位的三个配位点的结晶构造，例如已知在Ce掺杂(Gd、Y、Lu)3(Al、Ga)5O12石榴石闪烁体中，Ce、Gd、Y、Lu这样的稀土元素占有8配位的配位点、Al、Ga占有6配位、4配位的配位点。然而，已知在Ce活化石榴石型闪烁体中，稀土元素置换于6配位、4配位的部分配位点上，Al、Ga置换于8配位的部分配位点上，引起反位效应，在带隙之间产生来源于反位的缺陷能级，Ce3+4f5d发光由于缺陷能级而受到阻碍，发光量降低，产生寿命长的发光成分(例如，请参考非专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开WO2012/105202号专利文献2：国际公开WO2006/068130号非专利文献非专利文献1：KamadaK，YanagidaT，PejchalJ，NiklN，EndOT，TsutumiK，FujimOtOY，FukabOriAandYOshikawaA.，“COmpOsitiOnEngineeringinCerium-DOped(Lu，Gd)3(Ga，Al)5O12Single-CrystalScintillatOrs”，CrystalGrOwthandDesign，2011，11，4484非专利文献2：KeiKamada，ShunsukeKurOsawa，PetrPrusa，MartinNikl，VladimirV.KOchurikhin，TakanOriEndO，KOusukeTsutumi，HirOkiSatO，YuuiYOkOta，KazumasaSugiyama，AkiraYOshikawa，“CzgrOwn2-in.sizeCe：Gd3(Al，Ga)5O12singlecrystal；relatiOnshipbetweenAl，GasiteOccupancyandscintillatiOnprOperties”，OpticalMaterials，OctOber2014，VOlume36，Issue12，Pages1942-1945非专利文献3：M.Nikl，E.MihOkOva，J.Pejchal，A.Vedda，Yu.ZOrenkO，andK.Nejezchleb，“TheantisiteLuAldefect-relatedtrapinLu3Al5O12：Cesinglecrystal”，physicastatussOlidi(b)，NOvember2005，VOlume242，Issue14，PagesR119-R121
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题如上所述，在以往的Ce掺杂的具有石榴石结构的闪烁体中，存在荧光寿命长、透明度低、发光量小的问题。本专利技术是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种荧光寿命短、透明度高、且发光量大的发光体及使用有该发光体的辐射探测器。由此可以提供一种适宜于γ射线、X射线、α射线、中子射线这样的辐射探测器用发光体的、荧光衰减时间短且发光强度大的发光体及使用有该发光体的辐射探测器。解决技术问题的技术手段本专利技术为解决上述问题的如下所述构成。即，第一本专利技术的闪烁体、荧光体等发光体的特征在于，其相对于具有以通式CexRE3-xM5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有至少一种以上的一价或二价阳离子的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0≤y≤0.5或0≤y≤-0.5，M为选自Al、Lu、Ga、Sc的一种或两种以上，及RE为选自La、Pr、Gd、Tb、Yb、Y、Lu的一种或两种以上。此外，第二本专利技术的发光体的特征在于，其相对于具有以通式CexRE3-xM5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有Li的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0≤y≤0.5或0≤y≤-0.5，M为选自Al、Lu、Ga、Sc的一种或两种以上，及RE为选自La、Pr、Gd、Tb、Yb、Y、Lu的一种或两种以上。此外，第二本专利技术的发光体的特征也可在于，其相对于具有以通式CexRE3-xAl5+yO12+3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光体，其特征在于，其相对于具有以通式CexRE3‑xM5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有至少一种以上的一价或二价阳离子的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0≤y≤0.5或0≤y≤‑0.5，M为选自Al、Lu、Ga、Sc的一种或两种以上，及RE为选自La、Pr、Gd、Tb、Yb、Y、Lu的一种或两种以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.01 JP 2014-094377;2014.11.06 JP 2014-225931.一种发光体，其特征在于，其相对于具有以通式CexRE3-xM5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有至少一种以上的一价或二价阳离子的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0≤y≤0.5或0≤y≤-0.5，M为选自Al、Lu、Ga、Sc的一种或两种以上，及RE为选自La、Pr、Gd、Tb、Yb、Y、Lu的一种或两种以上。2.一种发光体，其特征在于，其相对于具有以通式CexRE3-xM5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有Li的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0≤y≤0.5或0≤y≤-0.5，M为选自Al、Lu、Ga、Sc的一种或两种以上，及RE为选自La、Pr、Gd、Tb、Yb、Y、Lu的一种或两种以上。3.一种发光体，其特征在于，其相对于具有以通式CexRE3-xAl5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有Mg的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0＜y≤0.5或0＜y≤-0.5，及RE为选自Y、Lu的一种或两种以上。4.一种发光体，其特征在于，其相对于具有以通式CexGd3-x(GazAl1-z)5+yO12+3y/2所表示的石榴石结构的发光体，含有相对于全部阳离子以7000ppm以下的摩尔比共掺杂有Li或Mg的石榴石发光体，式中，0.0001≤x≤0.3、0＜y≤0.5或0＜y≤-0.5、0.49≤z≤0.7。5.根据权利要求1～4中任何一项所述发光体，其特征在于，其由透明体构成，该透明体以1000℃以上的温度对原料进行热处理而得到，具有20000photon/MeV以上的发光量和300ps以下的时间分辨率，磷光成分为0.5％以下，漫透射率为80％以上。6.一种发光体，其特征在于，其相对于具有以通式Gd3-x-zCexRE...

【专利技术属性】
技术研发人员：镰田圭，吉川彰，横田有为，黑泽俊介，庄子育宏，
申请(专利权)人：东北泰克诺亚奇股份有限公司，株式会社CA，
类型：发明
国别省市：日本;JP