Сцинтиллятор
Изобретение относится к сцинтиллятору, который может быть использован в качестве детектора рентгеновского излучения в медицине, при досмотре вещей в аэропортах, досмотре грузов в портах, в нефтеразведке. Сцинтиллятор содержит кристалл CsI в качестве его основы и Tl, Bi и O, причем концентрация a Bi по отношению к Cs в кристалле составляет 0,001 атомной млн-1 ≤ a ≤ 5 атомных млн-1; и отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs в кристалле к концентрации b O по отношению к I в кристалле составляет от 0,005⋅10-4 до 200⋅10-4. Сцинтиллятор имеет высокий выход при повышенных характеристиках послесвечения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 12 пр.
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к сцинтиллятору, который можно подходящим образом использовать, например, для детектора рентгеновского излучения.
Предпосылки изобретения
[0002] Сцинтилляторы представляют собой вещества, которые поглощают излучение, такое как γ-лучи или рентгеновские лучи, и испускают видимый свет или электромагнитные волны с длинами, близкими к таковым у видимого света. Примеры их применений включают детекторы излучения различных типов, такие как медицинское оборудование для ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии) и ВП-ПЭТ (времяпролетной позитронно-эмиссионной томографии), оборудование для рентгеновской КТ (рентгеновской компьютерной томографии), оборудование для досмотра вещей, используемое в аэропортах и т. п., оборудование для досмотра грузов, используемое в портах и т. п., оборудование для нефтеразведки, другое оборудование для измерения экспозиционной дозы и оборудование для измерения высокоэнергетических частиц.
[0003] Такие детекторы излучения обычно состоят из секции сцинтиллятора для приема излучения и его преобразования в видимый свет и секции обнаружения света, такой как фотоумножитель (далее обозначаемый как «ФЭУ») или фотодиод, чтобы обнаруживать видимый свет, преобразованный в и выходящий из секции сцинтиллятора, и преобразовывать его в электрические сигналы. В таком случае желательно, чтобы используемые по таким назначениям сцинтилляторы имели высокий световой выход, чтобы снизить шумы и повысить точность измерений.
[0004] В качестве сцинтилляторов традиционно нашли широкое практическое применение кристаллы галогенидов щелочных металлов, таких как CsI и NaI. Среди них используют сцинтиллятор с CsI в качестве его основы благодаря относительно высокой эффективности поглощения излучения, относительно низкому радиационному повреждению, относительно простому изготовлению тонких пленок способом вакуумного осаждения или т.п. и в силу других причин.
[0005] Однако, поскольку выход люминесценции традиционных сцинтилляторов на CsI не очень высок, в практическое применение вошли сцинтилляторы на CsI, в которых кристалл с CsI в качестве его основы легирован примесями, чтобы увеличивать эффективность сцинтилляции, и CsI:Na, CsI:Tl и т.п., в которых легирован TlI (йодид таллия). Например, в патентном документе 1 раскрыт йодид цезия:таллий (CsI:Tl), в котором йодид цезия легирован таллием (Tl).
[0006] Кроме того, в патентном документе 2 раскрыт усовершенствованный по характеристикам послесвечения сцинтиллятор, в котором кристаллический материал, содержащий CsI (йодид цезия) в качестве его основы и таллий (Tl) в качестве его центра люминесценции, легирован висмутом (Bi).
Список цитируемой литературы
[0007] Патентная литература
Патентный документ 1: выложенная заявка на японский патент № 2008-215951
Патентный документ 2: международная публикация № WO2013/027671
Сущность изобретения
Техническая проблема
[0008] В результате исследований, проведенных с раскрытым в вышеуказанном патентном документе 2 сцинтиллятором, то есть со сцинтиллятором, содержащим кристалл, который содержит CsI (йодид цезия) в качестве его основы и таллий (Tl) и висмут (Bi), стало ясно, что при регулировании концентрации висмута (Bi) в заданном низком диапазоне сохраняется выход и одновременно можно улучшить характеристики послесвечения. Однако также стало ясно, что только посредством простого снижения концентрации висмута (Bi) сложно сохранить высокий выход и одновременно дополнительно увеличивать характеристики послесвечения.
[0009] Поэтому настоящее изобретение относится к сцинтиллятору, которой имеет кристалл, содержащий CsI (йодид цезия) в качестве его основы и таллий (Tl) и висмут (Bi), и нацелено на то, чтобы предоставить новый сцинтиллятор, который сохраняет высокий выход и одновременно позволяет еще больше повысить характеристики послесвечения.
Решение проблемы
[0010] Настоящее изобретение предлагает сцинтиллятор с кристаллом, содержащим CsI (йодид цезия) в его качестве основы и Tl, Bi и O, причем концентрация a Bi по отношению к Cs в кристалле составляет 0,001 атомной млн-1 ≤ a ≤ 5 атомных млн-1; и отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs в кристалле к концентрации b O по отношению к I в кристалле составляет от 0,005⋅10-4 до 200⋅10-4.
Полезные эффекты изобретения
[0011] Настоящее изобретение относится к сцинтиллятору с кристаллом, содержащим CsI (йодид цезия) в качестве его основы и таллий (Tl), висмут (Bi) и кислород (O), и позволило сохранить высокий выход и одновременно еще больше повысить характеристики послесвечения, поддерживая отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs в кристалле к концентрации b O по отношению к I в кристалле в заданном диапазоне, а также одновременно снижая и регулируя концентрацию a Bi по отношению к Cs в кристалле в заданном диапазоне. Поэтому сцинтиллятор, предложенный в настоящем изобретении, например, при его объединении с ФД (фотодиодом) в качестве детектора, может еще больше повысить выход детектора излучения и позволяет получать изображения с детектора излучения больше отчетливыми и подходящим образом снимать изображения объектов, двигающихся в установке досмотра багажа или тому подобном.
Краткое описание фигур
[0012] [Фиг. 1] На фиг. 1 представлен вид, иллюстрирующий (схематически) строение прибора, используемого для измерения выхода в примерах.
[Фиг. 2] На фиг. 2 представлен вид, иллюстрирующий (схематически) строение аппарата для выращивания кристаллов, используемого при изготовлении в примерах.
[Фиг. 3] На фиг. 3 представлено изображение динамической SIMS кристаллического тела (измеряемого образца), полученное в примере 8.
[Фиг. 4] На фиг. 4 представлено изображение динамической SIMS кристаллического тела (измеряемого образца), полученное в сравнительном примере 1.
Описание вариантов осуществления
[0013] Далее будет подробно описан вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Однако объем настоящего изобретения не ограничен описанным далее вариантом осуществления.
(Сцинтиллятор)
[0014] Сцинтиллятор в соответствии с настоящим вариантом осуществления (далее обозначаемый как «предлагаемый сцинтиллятор») представляет собой сцинтиллятор с кристаллом, содержащим CsI (йодид цезия) в качестве его основы и Tl, Bi и O.
[0015] Основа предлагаемого сцинтиллятора может содержать, в дополнение к CsI (йодиду цезия), соединение Tl или соединение Bi, или и то, и другое. То есть, основа предлагаемого сцинтиллятора может состоять из CsI (йодида цезия), или же может содержать CsI (йодид цезия) и соединение Tl или соединение Bi или их обоих. Здесь соединение Tl и соединение Bi представляют собой сырье Tl и сырье Bi, которое описано далее, или их соединения.
[0016] При легировании висмутом (Bi) кристаллического материала, содержащего CsI (йодид цезия) в качестве его основы и таллий (Tl) в качестве его центра люминесценции, послесвечение, которое является проблемой у такого сцинтиллятора, может в некоторой степени снижаться. Такое действие, что послесвечение сцинтиллятора может снижаться, вероятно, обусловлено тем, что энергии люминесценции дефектов решетки и т. п., неотъемлемо присутствующих в кристалле CsI, расходуются в нелюминесцентном состоянии на энергию перехода висмута (Bi).
[0017] В частности, поддерживая отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs в кристалле к концентрации b O по отношению к I в кристалле в заданном диапазоне и одновременно снижая и регулируя концентрацию a Bi по отношению к Cs в кристалле в заданном диапазоне, характеристики послесвечения можно дополнительно повысить при сохранении высокого выхода.
[0018] С такой точки зрения концентрация a висмута (Bi) по отношению к цезию (Cs) в кристалле предпочтительно составляет 0,001 атомной млн-1 ≤ a ≤ 5 атомных млн-1, более предпочтительно 0,001 атомной млн-1 или выше и 1 атомная млн-1 или ниже, а особенно предпочтительно 0,003 атомной млн-1 или выше и 0,5 атомной млн-1 или ниже (млн-1 означает миллионную долю). Делая концентрацию a висмута (Bi) составляющей 5 атомных млн-1 или ниже, эффект снижения послесвечения можно проявить без ослабления характеристики выхода. С другой стороны, делая концентрацию a висмута (Bi) составляющей 0,001 атомной млн-1 или выше, можно достичь эффекта низкого послесвечения.
[0019] При этом, чтобы дополнительно повысить характеристики послесвечения при сохранении высокого выхода, предпочтительно регулировать отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs в кристалле к концентрации b O по отношению к I в кристалле в заданном диапазоне, как описано выше. С этой точки зрения отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs к концентрации b O по отношению к I в кристалле предпочтительно составляет от 0,005⋅10-4 до 200⋅10-4, более предпочтительно 0,01×10-4 или выше и 100×10-4 или ниже, а особенно предпочтительно 0,05×10-4 или выше и 50×10-4 или ниже.
[0020] Содержание кислорода (O) по отношению к йоду (I) в кристалле конкретно не ограничено при условии, что отношение (a/b) находится в вышеуказанном диапазоне. Однако концентрация b O по отношению к I в кристалле предпочтительно составляет 0 ат.% < b ≤ 0,30 ат.%, более предпочтительно 0,001 ат.% или выше и 0,10 ат.% или ниже, а особенно предпочтительно 0,01 ат.% или выше и 0,08 ат.% или ниже. Делая содержание кислорода (O) в таком диапазоне концентраций, можно достичь характеристик, которых нельзя добиться, лишь просто делая висмут (Bi) содержащимся в малом количестве, то есть, можно дополнительно снижать послесвечение при сохранении высокого выхода.
[0021] Содержание таллия (Tl) в кристалле конкретно не ограничено. В качестве своего рода меры, концентрация таллия (Tl) по отношению к Cs в CsI предпочтительно составляет от 100 атомных млн-1 до 10000 атомных млн-1, а особенно предпочтительно 300 атомных млн-1 или выше и 4000 атомных млн-1 или ниже. Когда концентрация таллия (Tl) составляет 100 атомных млн-1 или выше, можно достичь достаточного выхода люминесценции при сцинтилляции выращенным кристаллом. С другой стороны, когда она составляет 10000 атомных млн-1 или ниже, можно избегать того, что величина испускания света становится меньше из-за концентрационного гашения.
[0022] При этом для того, чтобы добиться вышеуказанной концентрации Bi по отношению к Cs, целевую концентрацию Bi или, другими словами, его примешиваемое количество при изготовлении предлагаемого сцинтиллятора, делают предпочтительно равным 0,01 ат.% или ниже, а более предпочтительно 0,00001 ат.% или выше и 0,01 ат.% или ниже. Кроме того, чтобы добиться вышеуказанной концентрации Tl по отношению к Cs, целевую концентрацию Tl делают предпочтительно равной 0,05 ат.% или выше и 1,00 ат.% или ниже.
[0023] Форма предлагаемого сцинтиллятора может быть любой из объемной (массивной) формы, столбчатой формы или тонкой пленки. В любом случае можно достигать эффекта снижения послесвечения.
[0024] Кроме того, предлагаемый сцинтиллятор может быть монокристаллом или поликристаллом. Независимо от того, является ли предлагаемый сцинтиллятор монокристаллом или поликристаллом, можно достигать эффекта, заключающегося в возможности снижать послесвечение. При этом в настоящем изобретении «монокристалл» относится к кристаллическому телу, идентифицируемому как однофазное тело из CsI, когда кристалл измеряют с помощью дифракции рентгеновского излучения (XRD).
(Способ получения)
[0025] Далее будет описан один из примеров способа получения предлагаемого сцинтиллятора. Однако способ получения предлагаемого сцинтиллятора не ограничен описанным далее способом.
[0026] Кристаллы сцинтиллятора обычно в процессе их получения приобретают внутренние кристаллические дефекты и напряжения. В отличие от этого, в предлагаемом сцинтилляторе, посредством небольшой подачи кислорода вместе с Bi при выращивании кристаллов CsI, Bi и O демонстрируют диспергирующее влияние на Tl, предотвращается локальное повышение концентрации Tl, и можно снижать кристаллические дефекты и напряжения; в таком случае можно достигать высокого выхода и низкого послесвечения.
[0027] Предлагаемый сцинтиллятор может быть получен посредством смешивания исходных материалов, содержащих сырье CsI, сырье Tl и сырье Bi, нагрева и плавления этой смеси и, после этого, выращивания смеси в виде кристалла. При этом сырье Tl и сырье Bi включает галогениды, такие как йодиды, оксиды, металлы, соединения металлов Tl и Bi и т. п. Однако эти исходные материалы не ограничены этим сырьем. При этом способ выращивания кристаллов конкретно не ограничен, и можно подходящим образом использовать общеизвестный способ выращивания кристаллов, включая, например, метод Бриджмена-Стокбаргера (также упоминаемый как «метод БС»), метод направленной кристаллизации с градиентом температуры (например, метод вертикальной направленной кристаллизации, ВНК), метод Чохральского (также упоминаемый как «метод ЧХ»), метод Киропулоса, метод микровытягивания, метод зонной плавки, их усовершенствованный метод или другой метод выращивания из расплава. Далее будут описаны репрезентативные методы БС и ЧХ.
[0028] Метод БС представляет собой такой метод, при котором сырье помещают и плавят в тигле и выращивают кристалл со дна тигля, в то время как тигель опускают вниз. Аппарат для выращивания кристаллов является относительно недорогим и характеризуется способность относительно легко выращивать кристалл большого диаметра. С другой стороны, поскольку контроль ориентации роста кристаллов сложен и при выращивании кристаллов и охлаждении развивается значительное напряжение, говорят, что в кристалле остается распределение напряжений и склонны возникать напряжения и дислокации.
[0029] С другой стороны, метод ЧХ представляет собой такой метод, при котором сырье помещают и плавят в тигле и приводят затравочный кристалл в контакт с поверхностью расплава, и кристалл выращивают (кристаллизуют) при его вращении и вытягивании. Поскольку метод ЧХ обеспечивает возможность кристаллизации при точном задании ориентации кристалла, говорят, что им легко выращивать кристалл целевой ориентации.
[0030] Один из примеров метода БС, который представляет собой один из примеров способов выращивания кристаллов, будет описан более конкретно. Например, порошок CsI, порошок TlI и порошок BiI3 в качестве исходных материалов (сырья) навешивают в заданных количествах и смешивают; и эту смесь помешают в кварцевый тигель, и тигель герметизируют, при необходимости, под вакуумом. При необходимости, на дно тигля можно поместить затравочный кристалл. Кварцевый тигель устанавливают в аппарат для выращивания кристаллов. При этом в случае, когда тигель не герметизирован, предпочтительно подходящим образом выбирать атмосферу в аппарате для выращивания кристаллов посредством регулирования концентрации кислорода. Кварцевый тигель нагревают до температуры плавления или более высокой температуры, чем таковая, с помощью нагревательного устройства, тем самым расплавляя помещенное в тигель сырье. После того как сырье в тигле расплавлено, при опускании тигля вертикально вниз со скоростью примерно от 0,1 мм/ч до 3 мм/ч, ставшее расплавом сырье начинает затвердевать от дна тигля и кристалл растет. Опускание тигля заканчивают на стадии, когда весь расплав в тигле затвердел, и тигель охлаждают до почти комнатной температуры, медленно охлаждая с помощью нагревательного устройства, что позволяет вырастить кристалл с геометрической формой слитка.
[0031] При любом способе выращивания кристалла, если получают предлагаемый сцинтиллятор, важно регулировать смешиваемое количество сырья Bi и регулировать количество кислорода в атмосфере при выращивании кристалла. Например, после того, как сырье помещено в тигель, при выполнении нагрева, осуществляемого при регулировании концентрации кислорода в тигле посредством вакуумирования внутреннего пространства тигля насосом или т.п., можно регулировать концентрацию кислорода в кристалле. Альтернативно, используют тигель, часть которого открыта, и после того, как сырье помещено в тигель на воздухе, при выполнении нагрева, осуществляемого при регулировании концентрации кислорода в нагревательной печи, также можно регулировать концентрацию кислорода в кристалле. При этом атмосферу в нагревательной печи предпочтительно делают, например, атмосферой инертного газа, содержащего немного кислорода, создавая поток такого инертного газа, как N2.
[0032] Выращенное таким образом кристаллическое тело с геометрической формой слитка можно разрезать до заданного размера и затем обработать до сцинтиллятора желаемой формы.
[0033] При необходимости, кристалл можно подвергнуть термообработке, но проводить термообработку не обязательно. Способ термообработки включает, например, размещение выращенного на вышеуказанной стадии кристаллического тела в контейнере, установку контейнера в печь для термообработки и равномерный нагрев внутреннего пространства печи для термообработки при температуре примерно 80-90% от температуры плавления, что позволяет снять остающиеся в кристалле напряжения. Атмосфера при термообработке может представлять собой атмосферу инертного газа, такого как газообразный аргон (Ar) высокой чистоты. Однако термообработка не ограничена именно таким способом термообработки.
(Толкование терминов)
[0034] Термин «сцинтиллятор» в настоящем изобретении означает вещество, которое поглощает излучение, такое как рентгеновские лучи или γ-лучи, и испускает видимый свет или электромагнитные волны (сцинтилляционное излучение) с длинами волн, близкими к таковым у видимого света (диапазон длин волн света может простираться от ближней ультрафиолетовой области до ближней инфракрасной области), и составляющий элемент детектора излучения, имеющий такую функцию.
[0035] В настоящем изобретении случай, описанный как «от X до Y» (X и Y представляют собой любые числа), включает, если не указано иное, значение «X или более и Y или менее», а также значение «предпочтительно больше чем X» или «предпочтительно меньше чем Y». Кроме того, случай, описанный как «X или более» (X представляет собой любое число) или «Y или менее» (Y представляет собой любое число) включает намерение охватить значение «предпочтительно больше чем X» или «предпочтительно меньше чем Y».
Примеры
[0036] Далее будут описаны примеры в соответствии с настоящим изобретением. Однако объем настоящего изобретения не ограничен следующими примерами.
<Измерение выхода>
[0037] Выход (нА) и послесвечение (млн-1) измеряли с использованием измерительного прибора, проиллюстрированного на фиг. 1. Использовали измеряемый образец (сцинтилляторную пластину) 8 мм × 8 мм × 2 мм в толщину. При этом выход представляет собой выходной ток pin-фотодиода, когда сцинтилляционное излучение, генерируемое в измеряемом образце при облучении измеряемого образца заданными рентгеновскими лучами, принимается фотодиодом. Послесвечение означает послесвечение в заданное время после облучения рентгеновскими лучами.
[0038] Мишень, состоящую из вольфрама (W), облучали электронными пучками при поданном напряжении 120 кВ и поданном токе 20 мА и генерировали рентгеновские лучи, и этими рентгеновскими лучами облучали измеряемый образец и измеряли выход по сцинтилляционному излучению и пропускаемым рентгеновским лучам посредством pin-фотодиода («S1723-5», производства Hamamatsu Photonics K.K.). Затем сцинтилляционное излучение экранировали, закрывая отверстие свинцовой пластины 2,2 мм толщиной светоэкранирующей лентой, и измеряли выход только по пропускаемым рентгеновским лучам. Затем, вычитая выход по пропускаемым рентгеновским лучам, получали выход по сцинтилляционному излучению.
<Измерение послесвечения>
[0039] Рентгеновские лучи генерировали посредством облучения электронными пучками с 120 кВ и 20 мА, как указано выше, и этими рентгеновскими лучами облучали измеряемый образец в течение 1 с и измеряли значение тока (I), протекающего в pin-фотодиоде («S1723-5», производства Hamamatsu Photonics K.K.). Затем, после облучения измеряемого образца в течение 1 с рентгеновскими лучами, облучение рентгеновскими лучами прерывали и через 20 мс после прерывания, измеряли значение тока (I20мс), протекающего в pin-фотодиоде. Кроме того, в состоянии до облучения измеряемого образца рентгеновскими лучами, измеряли значение тока, протекающего в pin-фотодиоде, в качестве фонового значения (Iфон) и вычисляли послесвечение (через 20 мс) с помощью следующего выражения:
Послесвечение (через 20 мс)=(I20мс - Iфон)/(I - Iфон).
<Измерение XRD>
[0040] При измерении рентгеновской дифракции (XRD) в качестве измерительного прибора использовали «RINT-TTRIII» (50 кВ, 300 мА) производства Rigaku Corp. и использовали Cu мишень в качестве источника рентгеновского излучения, и получали рентгенодифрактограмму в диапазоне 2θ от 10° до 80°.
<Измерения концентраций элементов>
[0041] Далее описан способ измерения концентрации каждого элемента. А именно, при элементном анализе Tl использовали прибор ICP-AES (модель SPS3525, производитель Hitachi High-Tech Science Corp.) и определяли концентрацию (атомные млн-1) Tl по отношению к Cs в CsI. При элементном анализе Bi использовали прибор ICP-MS (модель XSEREIES2, производитель: Thermo Scientific Inc.) и определяли концентрацию (атомные млн-1) Bi по отношению к Cs в CsI. При этом, в случае, когда концентрация Bi была ниже, чем 0,001 атомной млн-1, поскольку разброс в измеряемых значениях был велик, концентрацию указывали в таблице 1 как «<0,001». Поскольку в этом случае нет смысла указывать отношение Bi/O, это отношение обозначали как «-». При элементном анализе O использовали инфракрасный абсорбционный способ плавки в инертном газе недисперсного типа (модель прибора EMGA-620, производитель HORIBA Ltd.) и определяли концентрацию (ат.%) O по отношению к I в CsI. Для элементного анализа O использовали образец со свежей поверхностью, полученной при резании крупного образца в заполненном азотом перчаточном боксе в качестве предварительной обработки для измерения элементного анализа O.
<Проверка сегрегации Tl>
[0042] При проверке сегрегации Tl использовали визуализирующую динамическую SIMS (называемую «динамической SIMS», модель прибора IMS-7f, производитель AMETEK, Inc.). Измеряемый образец обрезали до размера 5 мм × 5 мм × 2 мм в толщину, и в качестве предварительной обработки перед измерением осуществляли обработку измеряемой поверхности распылением до глубины примерно 100 мкм и после этого осуществляли данное измерение. Участок 50 мкм × 50 мкм области измерения облучали кислородом первичных ионов до глубины примерно 5 мкм и осуществляли обработку данных об интенсивности обнаруживаемых вторичных ионов 205Tl для трехмерного картирования.
<Примеры 1 и 3-11 и сравнительные примеры 1-2 и 4>
[0043] Порошок CsI (99,999%), порошок TlI (99,999%) и дополнительно порошок BiI3 (99,999%) отвешивали в количествах, указанных в таблице 1, смешивали в ступке и помещали в аппарат для выращивания кристаллов, проиллюстрированный на фиг. 2, и выращивали кристалл. При этом количества легирующих элементов Tl и Bi приведены в ат.% по отношению к элементу Cs в CsI в качестве основы.
[0044] Выращивание кристалла осуществляли следующим вертикальным методом Бриджмена. А именно, фтороводородную кислоту, доведенную до концентрации фтороводородной кислоты 10%, помещали в кварцевый тигель с диаметром его цилиндрической части 45 мм, длиной 100 мм и его донной частью конической формы и очищали кварцевый тигель в течение 5 мин. Очищенный таким образом кварцевый тигель хорошо промывали водой и после этого сушили на воздухе. Исходные материалы (сырье), смешанные в ступке, как описано выше, помещали в подготовленный таким образом кварцевый тигель и нагревали до 300°C и выдерживали при этой температуре в течение 12 часов при вакуумировании, за счет которого делали заданным внутреннее давление в тигле (см. таблицу 1) посредством использования роторного насоса и масляного диффузионного насоса, для извлечения влаги, содержащейся в сырье, и после этого, при сохранении состояния вакуума, кварц нагревали и плавили горелкой, чтобы герметизировать сырье.
[0045] Затем кварцевый тигель устанавливали в печь, атмосферу которой составлял газообразный азот, и кварцевый тигель нагревали нагревателем до тех пор, пока сырье не становилось расплавленным, и выдерживали при этой температуре в течение 24 часов после плавления сырья. После этого кварцевый тигель опускали со скоростью 0,5 мм/ч и, после опускания в течение 250 часов, опускание прерывали и нагрев нагревателем постепенно останавливали за 24 часа. Полученное таким образом кристаллическое тело обрезали до заданного размера и в заданном направлении, тем самым получая соответствующие образцы для вышеуказанных измерений.
<Пример 2 и сравнительный пример 3>
[0046] В примере 2 и сравнительном примере 3 использовали кварцевый тигель с диаметром его цилиндрической части 45 мм и длиной 100 мм и его открытым верхним концом и очищали так, как и в примере 1, и после этого хорошо промывали водой и сушили на воздухе; после этого смешанное в ступке сырье помещали в кварцевый тигель; кварцевый тигель устанавливали в печь и создавали поток N2 во внутреннем пространстве печи в атмосфере воздуха и регулировали объемный поток N2. Кварцевый тигель нагревали до 300°C в этом состоянии, и после этого выдерживали в течение 12 часов в таком состоянии для испарения влаги, содержащейся в сырье; и измеряемые образцы после этого получали так же, как в примере 1. При этом посредством управления объемным потоком N2 изменяли концентрацию кислорода в обрабатывающей атмосфере.
<Пример 12>
[0047] В примере 12 измеряемый образец получали так же, как в примере 1, за исключением использования кварцевого тигля с диаметром его цилиндрической части 120 мм, длиной 230 мм и его донной частью конической формы.
[0048] [Таблица 1]
| Номинальная концентрация Tl (к Cs) (ат.%) | Концентрация содержащегося Tl (к Cs) (ат. млн-1) | Целевая концентрация Bi (к Cs) (ат.%) | Концентрация содержащегося Bi (к Cs) (ат. млн-1) | Концентрация содержащегося O (к I) (ат.%) | Bi/O (×10-4) | Внутреннее давление в ампуле (Па) | Послесвечение (млн-1 через 20 мс) | Выход (нА) | |
| Пример 1 | 0,5 | 3456 | 0,00001 | 0,003 | 0,048 | 0,0625 | 3×10-4 | 2158 | 41,07 |
| Пример 2 | 0,5 | 730 | 0,001 | 0,26 | 0,016 | 16,25 | Поток N2 | 909 | 39,90 |
| Пример 3 | 0,2 | 1267 | 0,001 | 0,36 | 0,048 | 7,5 | 8×10-5 | 830 | 35,12 |
| Пример 4 | 0,2 | 1152 | 0,001 | 0,12 | 0,032 | 3,75 | 9×10-5 | 690 | 40,26 |
| Пример 5 | 0,5 | 2944 | 0,001 | 0,24 | 0,048 | 5 | 1×10-4 | 951 | 40,97 |
| Пример 6 | 0,5 | 2816 | 0,001 | 0,24 | 0,032 | 7,5 | 1×10-3 | 643 | 31,92 |
| Пример 7 | 0,5 | 3712 | 0,001 | 0,24 | 0,016 | 15 | 2×10-4 | 1062 | 36,68 |
| Пример 8 | 0,5 | 2304 | 0,01 | 2,40 | 0,032 | 75 | 9×10-5 | 1482 | 27,82 |
| Пример 9 | 0,5 | 1300 | 0,00001 | 0,001 | 0,032 | 0,0313 | 2×10-4 | 1470 | 38,55 |
| Пример 10 | 0,5 | 1941 | 0,00001 | 0,003 | 0,032 | 0,0938 | 2×10-4 | 1011 | 42,63 |
| Пример 11 | 0,5 | 4060 | 0,00001 | 0,006 | 0,048 | 0,125 | 2×10-4 | 1418 | 38,84 |
| Пример 12 | 0,3 | 1270 | 0,0001 | 0,081 | 0,032 | 2,53 | 2×10-2 | 1404 | 44,77 |
| Сравн. пример 1 | 0,5 | 2304 | нет | <0,001 | 0,016 | - | 1×10-3 | 4869 | 38,68 |
| Сравн. пример 2 | 0,5 | 1165 | нет | <0,001 | 0,048 | - | 2×10-4 | 6815 | 32,45 |
| Сравн. пример 3 | 0,2 | 310 | нет | <0,001 | 0,128 | - | Поток N2 | 4844 | 37,93 |
| Сравн. пример 4 | 0,5 | 1165 | 1 | 14 | 0,048 | 291,67 | 2×10-4 | 2809 | 21,55 |
(Результаты и обсуждение)
[0049] Разрушали часть кристаллических тел, каждое из которых получали в примерах 1-12, и подвергали измерению методом порошковой XRD; тем самым подтвердили, что любое из полученных в примерах 1-12 кристаллических тел было кристаллическим телом из однофазного CsI и что другие фазы отсутствовали.
[0050] Из приведенных выше примеров и результатов испытаний, которые осуществил автор настоящего изобретения, стало ясно, что в отношении сцинтиллятора с кристаллом, содержащим CsI (йодид цезия) в качестве его основы и Tl, Bi и O, отрегулировав отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs в кристалле к концентрации b O по отношению к I в кристалле так, чтобы оно составляло от 0,005⋅10-4 до 200⋅10-4, и сделав концентрацию a Bi по отношению к Cs в кристалле такой, чтобы она была 0,001 атомной млн-1 ≤ a ≤ 5 атомных млн-1, можно сохранять высокий выход и одновременно дополнительно повышать характеристики послесвечения.
[0051] В результате изучения посредством динамической SIMS Tl в сцинтилляторах из примеров 1-12 и сравнительного примера 1 подтверждено, как показано на фиг. 3, что в примере 8 Tl был диспергирован гомогенно, и при этом подтверждено, как показано на фиг. 4, что в сравнительном примере 1 Tl был сегрегирован. Все другие примеры, кроме примера 8, демонстрировали ту же тенденцию, и удалось подтвердить, что поскольку концентрации Bi и концентрации O находились в заданных диапазонах, Bi и O проявляли эффект в качестве дисперсантов, диспергирующих Tl.
[0052] Здесь, несмотря на то, что испытания из приведенных выше примеров осуществлялись с использованием массивных сцинтилляторов, в случае изготовления сцинтилляторов столбчатой формы или в виде тонкой пленки, поскольку в этом случае дефекты решетки в кристалле CsI становятся больше, можно ожидать проявления большего эффекта, чем при массивной форме. То есть, независимо от того, имеет ли сцинтиллятор массивную форму, столбчатую форму или форму тонкой пленки, можно ожидать эффект, равный или превышающий эффект по меньшей мере в том случае, когда используют массивный сцинтиллятор.
[0053] Список ссылочных позиций
1 КАМЕРА
2 ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
3 НАГРЕВАТЕЛЬ
4 ОПУСКАЮЩИЙ МЕХАНИЗМ
5 КВАРЦЕВЫЙ ТИГЕЛЬ
1. Сцинтиллятор, содержащий кристалл, содержащий CsI (йодид цезия) в качестве его основы и Tl, Bi и O,
причем концентрация a Bi по отношению к Cs в кристалле составляет 0,001 атомной млн-1 ≤ a ≤ 5 атомных млн-1; и
отношение (a/b) концентрации a Bi по отношению к Cs в кристалле к концентрации b O по отношению к I в кристалле составляет от 0,005⋅10-4 до 200⋅10-4.
2. Сцинтиллятор по п. 1, причем концентрация b O по отношению к I в кристалле составляет 0 ат.% < b ≤ 0,30 ат.%.
