JP5995246B2 - X-ray or gamma ray detector - Google Patents
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Description
本発明は、放射線透過撮像等に用いられる放射線検出器に関する。詳しくは、高計数率の放射線の検出とエネルギ情報の収集とを同時に行うことができる新規な放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector used for radiation transmission imaging and the like. More specifically, the present invention relates to a novel radiation detector capable of simultaneously detecting radiation with a high count rate and collecting energy information.
電磁放射線(以下、単に放射線と記す)であるX線やガンマ線は、高い透過能力を有することから、医療分野における診断をはじめ、工業分野における非破壊検査や結晶構造解析等にも広く用いられている。近年、放射線の透過能力を利用した放射線透過撮像法としては、写真乾板に対する感光作用を用いたレントゲン撮影に代え、検出媒体に対する放射線の励起作用を電気的に検出し、その検出結果に基づいてデジタル画像を得るものが主流となってきている。放射線検出器の内部に放射線のエネルギが付与されると、検出媒体の種類によって、例えば、半導体であれば電子・正孔対、また、ガスであれば電子・イオン対、また、シンチレーターであれば蛍光、超伝導体であれば準電子等の励起子が生成される。放射線検出器では、検出部においてこれらの励起子が付与エネルギに応じた電圧に変換されることにより、人体等を透過した放射線のエネルギを測定することができる。 X-rays and gamma rays, which are electromagnetic radiation (hereinafter simply referred to as radiation), have a high transmission capability, so they are widely used for non-destructive inspection and crystal structure analysis in the industrial field, including diagnosis in the medical field. Yes. In recent years, as a radiation transmission imaging method using the radiation transmission capability, instead of X-ray imaging using a photosensitive action on a photographic plate, the radiation excitation action on a detection medium is electrically detected, and the digital result is obtained based on the detection result. What gets images has become mainstream. When radiation energy is applied to the inside of the radiation detector, depending on the type of detection medium, for example, an electron / hole pair for a semiconductor, an electron / ion pair for a gas, and a scintillator In the case of fluorescence and superconductors, excitons such as quasi-electrons are generated. In the radiation detector, these excitons are converted into a voltage corresponding to the applied energy in the detection unit, whereby the energy of the radiation transmitted through the human body or the like can be measured.
しかし、上述した放射線検出器を用いた場合、放射線が入射するごとに誘起電圧を測定するため、励起子が電極に移動している間に次の放射線が入射した場合には、前後する放射線を一つの放射線として認識してしまう虞がある。その結果、単位時間あたりに入射する放射線の線量(以下、単に線量ともいう)が制限されることになり、従来の放射線透過撮像法(X線CTスキャン等)のように短時間で非常に高い線量の放射線を測定する際には、放射線のエネルギ情報を利用できなくなる問題があった。一方で、低い線量に制限した場合には短時間で放射線透過像を得ることができなくなるため、例えば、医療用X線CTスキャン等の用途において心臓のような動きの速い臓器の鮮明な画像を得ることが極めて困難であった。 However, when the radiation detector described above is used, the induced voltage is measured every time the radiation is incident. Therefore, when the next radiation is incident while the excitons are moving to the electrode, There is a risk of recognizing it as a single radiation. As a result, the dose of radiation incident per unit time (hereinafter also simply referred to as “dose”) is limited, and it is extremely high in a short time as in conventional radiation transmission imaging methods (such as X-ray CT scan). When measuring a dose of radiation, there is a problem that the energy information of the radiation cannot be used. On the other hand, when the dose is limited to a low dose, a radiographic image cannot be obtained in a short time. It was extremely difficult to obtain.
そこで、従来の放射線透過撮像装置では、個々のX線のエネルギを測定するのではなく、電極に流れる電流を検出することにより、被検体内部を単位時間あたりに透過したX線の量を測定する方法が採られていた(特許文献1参照)。 Therefore, in the conventional radiographic imaging apparatus, the amount of X-rays transmitted per unit time is measured by detecting the current flowing through the electrodes, rather than measuring the energy of individual X-rays. The method was taken (refer patent document 1).
一方、ヨウ素造影剤を用いて癌組織の有無を判定するための画像を得る場合、照射されたX線のごく一部しかヨウ素に吸収されないことから、人体に大量のX線を照射する必要があり、放射線被曝のリスクが高くなる問題があった。そこで、低被曝型のX線透過撮影装置として、人体とヨウ素との間でX線の吸収率が異なることを利用したエネルギ差分法を採用したものが開発されている。この種のX線透過撮影装置では、白色X線を用いるものや、2種の単色X線を用いるものが一般的であるが、本発明者が過去に提案したものでは、ランタンフィルタ(Laフィルタ)により高エネルギ部分をカットしたフィルタX線を人体に照射し、人体を透過したフィルタX線のうち、ヨウ素のK殻吸収端を挟んだ上下2つのエネルギ範囲のものを測定し、これにより得られた2種のエネルギ情報の差分をとることによって造影剤のみを強調した画像を得るようにしている(特許文献2参照)。 On the other hand, when an image for determining the presence or absence of cancer tissue is obtained using an iodine contrast agent, only a small part of the irradiated X-rays are absorbed by iodine, so it is necessary to irradiate a large amount of X-rays on the human body. There was a problem of increasing the risk of radiation exposure. In view of this, a low-exposure type X-ray transmission imaging apparatus has been developed that employs an energy difference method that utilizes the difference in X-ray absorption between the human body and iodine. In this type of X-ray transmission imaging apparatus, those using white X-rays and those using two types of monochromatic X-rays are generally used. However, in the past proposed by the present inventors, a lanthanum filter (La filter) is used. ) Irradiate the human body with filter X-rays from which the high-energy portion has been cut, and measure the filter X-rays transmitted through the human body in the upper and lower energy ranges with the K shell absorption edge of iodine in between. By taking the difference between the two types of energy information obtained, an image in which only the contrast agent is emphasized is obtained (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1の放射線検出器では、高い線量に対応することができる反面、個々の放射線から付与されたエネルギの情報が失われるため、例えば、従来型X線透過撮影に対しては、ある組織を通過したX線の量が多いか少ないかという情報しか得ることができない。そのため、このような放射線検出器を特許文献2のエネルギ差分法に適用することは困難であった。
However, the radiation detector of
かかる問題に鑑みて、本発明者は、入射した放射線から付与されたエネルギによって電荷を発生する検出媒体と、前記検出媒体における前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該検出媒体に設置された複数の電極とを備えた放射線検出器を開示している(特許文献3参照)。また、CsI(Tl)シンチレーターとフォトダイオードからなる放射線検出素子を放射線の入射方向に沿って多数配列した放射線検出器を開示している(非特許文献1参照)。 In view of such a problem, the present inventor has detected a detection medium that generates a charge by energy applied from incident radiation and a position at which the distance from the radiation incident end of the detection medium is different from each other at the detection medium. The radiation detector provided with the several electrode installed is disclosed (refer patent document 3). In addition, a radiation detector is disclosed in which a large number of radiation detection elements including CsI (Tl) scintillators and photodiodes are arranged along the radiation incident direction (see Non-Patent Document 1).
前記非特許文献1に記載の放射線検出器は、高い線量の放射線の検出とエネルギ情報の収集とが同時に行えるという優れた特徴を有するものの、CsI(Tl)シンチレーターは放射線阻止能の指標であるd×Zeff 4(ただし、dはCsI(Tl)の密度(g/cm3)を表わし、Z eff はCsI(Tl)の有効原子番号を表わす)が38×106と高く、放射線の入射端に近い位置のシンチレーターが大部分の放射線を吸収してしまうため、入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線がきわめて微弱となり、エネルギ情報の精度が低下するという問題があった。また、前記非特許文献1に記載の放射線検出器は、同一のシンチレーターからなる検出素子を配列しており、各々の検出素子の入射放射線のエネルギに対する応答特性が類似しているため、エネルギ情報を精度良く求めるためには、多大な計算を要するという問題があった。
Although the radiation detector described in Non-Patent
本発明者等は、前記問題を解決すべく種々検討した。その結果、入射した放射線から付与されたエネルギによって光を発生するシンチレーターを検出媒体として用い、当該シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターより発生した光を検出する複数の光検出器とを備えた放射線検出器において、シンチレーター中での放射線の減衰係数の指標であるd×Zeff 4(ただし、dはシンチレーターの密度(g/cm3)を表わし、Z eff はシンチレーターの有効原子番号を表わす)をシンチレーターの少なくとも一部で30×106以下とすることによって、放射線の入射端に近い位置のシンチレーターによる放射線の吸収を抑えることができ、入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線の量が増大し、エネルギ情報の精度が向上することを見出した。 The present inventors have made various studies to solve the above problem. As a result, a scintillator that generates light by energy applied from incident radiation is used as a detection medium, and a plurality of light beams detected by the scintillator are detected at different positions from the radiation incident end of the scintillator. D × Z eff 4 (where d represents the density of the scintillator (g / cm 3 ), where Z eff is the index of the attenuation coefficient of radiation in the scintillator) By setting the scintillator's effective atomic number to 30 × 10 6 or less in at least a part of the scintillator, it is possible to suppress the absorption of radiation by the scintillator near the incident end of the radiation, and at a position far from the incident end. The amount of radiation incident on the scintillator increases and the energy information becomes more accurate. There can be improved.
また、前記シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターのd×Zeff 4を変化させることによって、入射放射線のエネルギに対する応答特性を各々のd×Zeff 4に応じて変化させることができ、エネルギ情報を精度良く、且つ容易に求めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。Further, by changing the d × Z eff 4 of the scintillator at positions where the distances from the radiation incident end in the scintillator are different from each other, the response characteristic with respect to the energy of the incident radiation is changed according to each d × Z eff 4 . It has been found that energy information can be obtained accurately and easily, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明によれば、入射した放射線から付与されたエネルギによって光を発生するシンチレーターと、前記シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターより発生した光を検出する複数の光検出器とを備えた放射線検出器であって、シンチレーターの少なくとも一部のd×Zeff 4(ただし、dはシンチレーターの密度(g/cm3)を表わし、Z eff はシンチレーターの有効原子番号を表わす)が30×106以下であることを特徴とする放射線検出器が提供される。当該放射線検出器において、前記シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターのd×Zeff 4が異なることが好ましい。 That is, according to the present invention, the light generated by the scintillator is detected at a position where the distance from the radiation incident end of the scintillator differs from that of the scintillator that generates light by energy applied from the incident radiation. A radiation detector comprising a plurality of photodetectors, wherein d × Z eff 4 (where d is the density of the scintillator (g / cm 3 )), and Z eff is the scintillator effective A radiation detector is provided in which the atomic number is 30 × 10 6 or less. In the radiation detector, it is preferable that d × Z eff 4 of the scintillator is different at positions where the distances from the radiation incident end of the scintillator are different from each other.
また、本発明によれば、アルカリ土類金属のハロゲン化物からなることを特徴とするシンチレーターであって、Sm、Gd、Tb、Dy及びHoから選ばれる少なくとも一つの希土類元素を含有し、且つ、d×Zeff 4(ただし、dはシンチレーターの密度(g/cm3)を表わし、Z eff はシンチレーターの有効原子番号を表わす)が30×106以下であることを特徴とするシンチレーターが提供される。当該シンチレーターは、前記放射線検出器の検出媒体として好適に使用できる。 According to the present invention, there is provided a scintillator comprising an alkaline earth metal halide, containing at least one rare earth element selected from Sm, Gd, Tb, Dy and Ho, and There is provided a scintillator characterized in that d × Z eff 4 (where d represents the density (g / cm 3 ) of the scintillator and Z eff represents the effective atomic number of the scintillator) is 30 × 10 6 or less. The The scintillator can be suitably used as a detection medium for the radiation detector.
本発明によれば、高い線量の放射線の検出とエネルギ情報の収集とを同時に行うことができ、且つエネルギ情報を精度良く取得することが可能な放射線検出器を提供できる。かかる放射線検出器は、エネルギ差分法を用いた医療用のX線検査装置、或いは産業用のX線検査装置やガンマ線検査装置等に好適に使用できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the radiation detector which can detect a high dose of radiation and collect energy information simultaneously, and can acquire energy information accurately can be provided. Such a radiation detector can be suitably used for a medical X-ray inspection apparatus using an energy difference method, an industrial X-ray inspection apparatus, a gamma ray inspection apparatus, or the like.
以下、図面を参照して、本発明の放射線検出器を詳細に説明する。なお、以下の説明では、ヨウ素造影剤を用いて透過X線画像を得る場合を対象として具体的に説明するが、本発明の放射線検出器はかかる用途に限らず、γ線等を用いた種々の放射線検査装置にも同様に適用できる。 Hereinafter, the radiation detector of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the case where a transmission X-ray image is obtained using an iodine contrast agent will be specifically described. However, the radiation detector of the present invention is not limited to such applications, and various types using γ rays or the like. The same can be applied to other radiation inspection apparatuses.
図1は、本発明の放射線検出器を用いたX線検査装置の概略構成図であり、図2〜4は本発明の放射線検出器の概略図である。また、図5はフィルタX線のヨウ素透過後のX線エネルギスペクトルを示すグラフである。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an X-ray inspection apparatus using the radiation detector of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are schematic diagrams of the radiation detector of the present invention. FIG. 5 is a graph showing an X-ray energy spectrum after the filter X-ray passes through iodine.
図1に示すように、第1実施形態のX線検査装置1は、X線管2や、X線検出器(放射線検出器)3を縦横に配置してなるX線検出器アレイ4、前置増幅器5、主増幅器6、2種の積分器7,8、造影剤厚さ演算装置9、画像化装置10等から構成されている。
As shown in FIG. 1, an
<放射線検出器>
以下、本発明の放射線検出器について詳細に説明する。以下の説明では、図2を参照して、複数のシンチレーターを用い、これら複数のシンチレーターに各々対応する複数個の光検出器を用いる態様について説明するが、図3に示すように単一のシンチレーター(SC)を用いても良く、或いは図4に示すように単一のシンチレーターであって各光検出器に対応する部位を隔てるように切込みを設けたシンチレーター(SC)を用いても良い。<Radiation detector>
Hereinafter, the radiation detector of the present invention will be described in detail. In the following description, referring to FIG. 2, a description will be given of an embodiment in which a plurality of scintillators are used and a plurality of photodetectors respectively corresponding to the plurality of scintillators are used. As shown in FIG. 3, a single scintillator is used. (SC) may be used, or a scintillator (SC) that is a single scintillator and is provided with cuts so as to separate portions corresponding to the respective photodetectors as shown in FIG. 4 may be used.
また、光検出器の数は複数であれば特に制限されないが、かかる光検出器の数は多いほどエネルギ情報を精度よく得ることができるため、3個以上とすることが好ましい。一方、光検出器の数が過剰に多いと放射線検出器の製作にかかるコストが高くなるため、6個以下とすることが好ましい。 Further, the number of photodetectors is not particularly limited as long as it is plural. However, since the energy information can be obtained with higher accuracy as the number of such photodetectors is larger, it is preferable that the number is three or more. On the other hand, if the number of photodetectors is excessively large, the cost for manufacturing the radiation detector increases, and therefore it is preferable that the number is six or less.
なお、本発明において、光検出器は特に制限されず、従来公知のフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、或いは光電子増倍管等を適宜用いることができる。 In the present invention, the photodetector is not particularly limited, and a conventionally known photodiode, avalanche photodiode, photomultiplier tube, or the like can be appropriately used.
図2に示すように、本発明の放射線検出器3は、検出媒体である第1シンチレーターSC1〜第4シンチレーターSC4と、当該シンチレーターより発せられた光を検出するための第1光検出器11〜第4光検出器14とを備えている。第1シンチレーターSC1〜第4シンチレーターSC4は、X線の入射方向に沿って順に並ぶかたちで設置されており、各々のシンチレーターは反射材15で覆われている。また、第1光検出器11〜第4光検出器14は、シンチレーターの端面にX線の入射方向に沿って順に並ぶかたちで設置されており、それぞれから出力された電流I1〜I4がそれぞれ前述した前置増幅器5に送られる。As shown in FIG. 2, the
前記図1のX線検査装置1において、X線管2から被検体SにX線が照射されると、被検体Sを透過したX線がX線検出器アレイ4内のX線検出器3に入射する。なお、X線管2から照射されるX線は、特に限定されないが、例えば50kVに加速した電子をタングステンターゲットに衝突させ、放出された白色X線からLaフィルタによって高エネルギ部分(38.9keV以上)を除去して得られるフィルタX線等が好適に用いられる。
In the
X線検出器3にX線が入射すると、第1シンチレーターSC1〜第4シンチレーターSC4は入射したX線から付与されたエネルギによって光を発生し、第1光検出器11〜第4光検出器14からそれぞれ電流I1〜I4が出力される。電流I1〜I4は、前置増幅器5と主増幅器6とにより増幅された後、積分器7,8でエネルギ領域ごとに積算されて造影剤厚さ演算装置に出力される。造影剤厚さ演算装置9では両積分器7,8の積算結果に基づき被検体S内のヨウ素造影剤の厚みが演算され、その演算結果に基づき画像化装置10が透過X線画像を生成する。When X-rays enter the
癌等の病巣や血管にヨウ素造影剤を注入した被検体SにX線を照射すると、図5に示すように、ヨウ素のK殻吸収端のエネルギ準位(33.2keV)付近が不連続となったX線エネルギスペクトルが得られる。なお、図5は、人体を模した厚さ20cmの水にヨウ素造影剤を模したヨウ素を含ませたものにフィルタX線を照射して得たX線エネルギスペクトルのグラフである。スペクトルをX線エネルギにより4つに分け、それぞれのエネルギ範囲をe1〜e4で表している。Y1〜Y4はエネルギ範囲e1〜e4に含まれるX線の個数を表す。なお、本出願人は、先に挙げた特許文献2において、図5中のエネルギ範囲e2,e3に含まれるX線の個数Y2,Y3の比に基づいて、ヨウ素造影剤の厚さを判定できることを開示した。When X-rays are irradiated to a subject S in which an iodine contrast medium is injected into a lesion or blood vessel such as cancer, as shown in FIG. 5, the energy level (33.2 keV) near the K-shell absorption edge of iodine is discontinuous. The obtained X-ray energy spectrum is obtained. FIG. 5 is a graph of an X-ray energy spectrum obtained by irradiating water having a thickness of 20 cm imitating a human body with iodine imitating an iodine contrast medium and irradiating with filter X-rays. The spectrum is divided into four according to the X-ray energy, and the respective energy ranges are represented by e 1 to e 4 . Y 1 to Y 4 represent the number of X-rays included in the energy range e 1 to e 4 . In addition, in the above-mentioned
さて、前記放射線検出器3においては、単一の光検出器から出力される電流によって入射したX線のエネルギを正しく測定することはできない。すなわち、図2において、第1光検出器11から出力される電流I1には全エネルギ範囲e1〜e4のX線が寄与しているため、第1光検出器11だけで電流を測定した場合には、どのエネルギ範囲のX線がどの程度の個数存在するのかを測定することは当然にできない(式1)。The
式2に、第1光検出器11〜第4光検出器14から出力される電流I1〜I4を示す。
ところで、X線は、物質中を通過する際にその強度が指数関数的に減少する(式3)。 By the way, the intensity of X-rays decreases exponentially when passing through a substance (Equation 3).
したがって、放射線と物質との相互作用のシミュレーションコードからエネルギEjの放射線が入射した際のシンチレーターにおける吸収確率を予め求めておけば、Cijを得ることができる。その結果、式2の連立方程式は、含まれる未知数がY1〜Y4の4個となり、解くことが可能となる(式4)。なお、前記シミュレーションコードは、例えばSANDII等の当分野で公知のものを適宜用いることができる。Therefore, C ij can be obtained by obtaining in advance the absorption probability in the scintillator when the radiation of energy E j is incident from the simulation code of the interaction between the radiation and the substance. As a result, the simultaneous equations of
ここで、前記放射線のエネルギに依存する減衰係数 μ(Ej)があまりに大きい場合、放射線の入射端から遠い位置に設置された光検出器からの信号がきわめて微弱となり、前記エネルギ情報を得るための計算の精度が著しく悪化する。より具体的に説明すれば、例えば、前記説明において放射線の入射端から最も遠い位置に設置された第4光検出器からの信号I4が微弱となり、前記式2中の第4式が実質的に意味をなさなくなり、解(Y1〜Y4)を精度良く求めることが困難となる。前記減衰係数 μ(Ej)は、シンチレーターのd×Zeff 4に依存しており、d×Zeff 4が小さいほどμ(Ej)は小さくなる。したがって、本発明においては、エネルギ情報を精度よく得るため、シンチレーターの少なくとも一部のd×Zeff 4が30×106以下であることが必須である。例えば、複数のシンチレーターを用い、これら複数のシンチレーターに各々対応する複数個の光検出器を用いる態様においては、複数のシンチレーターのうち少なくとも1つのシンチレーターのd×Zeff 4が30×106以下であることが必須である。これにより、放射線の入射端から遠い位置に設置された光検出器からも、十分な強度の信号を得ることができ、放射線のエネルギ情報を高精度に検出することが可能となる。Here, when the attenuation coefficient μ (E j ) depending on the energy of the radiation is too large, a signal from a photodetector installed at a position far from the incident end of the radiation becomes very weak to obtain the energy information. The accuracy of the calculation is significantly deteriorated. More specifically, for example, in the above description, the signal I 4 from the fourth photodetector installed at the position farthest from the radiation incident end is weak, and the fourth expression in the
なお、X線検出器3(図1参照)に含まれる全てのシンチレーターのd×Zeff 4が30×106以下である必要はないが、放射線の入射端側に位置するシンチレーター(図2におけるSC4以外のシンチレーター)のいずれか又は全部のd×Zeff 4が、30×106以下であることが好ましい。Note that it is not necessary that d × Z eff 4 of all scintillators included in the X-ray detector 3 (see FIG. 1) be 30 × 10 6 or less, but scintillators located on the radiation incident end side (in FIG. 2) Any or all of d × Z eff 4 of scintillators other than SC4 are preferably 30 × 10 6 or less.
また、前記第i光検出器に対応するCi1〜Ci4の変数の組と、第i’光検出器に対応するCi’1〜Ci’4の変数の組とは、互いに独立であることが好ましい。すなわち、前記変数の組同士が互いに独立でない場合には、式2に挙げた4つの式は実質的に3つとなり、解(Y1〜Y4)を一意に求めることができなくなるため、例えば、予めYiが既知の校正されたX線源を用いてIiを求めておき、当該既知のIi及びYiの組合せを用いるなどして多くの計算処理を行わなければ、解(Y1〜Y4)を精度良く求めることができない。一方で、前記変数の組同士が互いに独立であって、顕著に乖離した傾向を示す場合には、簡便な計算によって解(Y1〜Y4)を精度よく求めることができる。かかる点に鑑みて、本発明の放射線検出器は、放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、シンチレーターのd×Zeff 4が異なることが好ましい。第i光検出器に対応する部位と第i’光検出器に対応する部位とでシンチレーターのd×Zeff 4が異なることによって、Ci1〜Ci4の変数の組とCi’1〜Ci’4の変数の組とが、互いに顕著に乖離した傾向を示す。また、エネルギ差分法に用いるX線検出器3の場合、放射線の入射端から遠い位置に設置された光検出器からも十分な強度の信号を得るために、放射線の入射端から近い側のシンチレーターのd×Zeff 4を、放射線の入射端から遠い側のシンチレーターのd×Zeff 4より小さい値とした実施形態は、後述の実施例2で採用されているように、好ましい態様である。Further, a variable set of C i1 -C i4 corresponding to the i-th photodetector, and the second i 'variable C i'1 ~C i'4 corresponding to the light detector pairs, mutually independent Preferably there is. That is, when the variable sets are not independent from each other, the four expressions listed in
<シンチレーター>
以下、本発明のシンチレーターについて詳細に説明する。<Scintillator>
Hereinafter, the scintillator of the present invention will be described in detail.
本発明のシンチレーターは、アルカリ土類金属のハロゲン化物からなり、Sm、Gd、Tb、Dy及びHoから選ばれる少なくとも1種の希土類元素を含有し、且つd×Zeff 4(ただし、dはシンチレーターの密度(g/cm3)を表わし、Z eff はシンチレーターの有効原子番号を表わす)が30×106以下であることを特徴とする。 The scintillator of the present invention comprises an alkaline earth metal halide, contains at least one rare earth element selected from Sm, Gd, Tb, Dy and Ho, and d × Z eff 4 (where d is a scintillator) represents a density (g / cm 3) of the, Z eff represents an effective atomic number of the scintillator) is characterized in that it is 30 × 10 6 or less.
かかるシンチレーターは放射線の入射によって、発光強度が高い上、放射線に対して適度な透過性を有するため、前記本発明の放射線検出器において、好適に使用することができる。 Such a scintillator can be suitably used in the radiation detector of the present invention because it has a high light emission intensity upon incidence of radiation and has an appropriate transparency to the radiation.
前記アルカリ土類金属のハロゲン化物を具体的に例示すれば、Mg、Ca、Sr及びBaのフッ化物、塩化物、臭化物及びヨウ化物、並びにこれらの固溶体が挙げられる。かかるアルカリ土類金属のハロゲン化物の中でも、フッ化物が潮解し難く化学的安定性に優れるため、好ましい。 Specific examples of the alkaline earth metal halides include fluorides, chlorides, bromides and iodides of Mg, Ca, Sr and Ba, and solid solutions thereof. Among the alkaline earth metal halides, fluoride is preferable because it is difficult to deliquescent and has excellent chemical stability.
さらに、前記フッ化物の中でも、CaF2、(CaxSr1−x)F2(ただし、0<x<1である。)、SrF2及び(SrxBa1−x)F2(ただし、0.3≦x<1である。)で示されるフッ化物が特に好ましい。かかるフッ化物は良好な化学的安定性を有しており、通常の使用においては短期間での性能の劣化は認められない。更に、機械的強度及び加工性も良好であり、所望の形状に加工して用いることが容易である。加工に際しては、公知のブレードソー、ワイヤーソー等の切断機、研削機、或いは研磨盤を何ら制限無く用いることができる。Furthermore, Among the fluoride, CaF 2, (Ca x Sr 1-x) F 2 ( provided that 0 <x <1.),
前記シンチレーターの放射線に対する透過性は、d×Zeff 4(ただし、dはシンチレーターの密度(g/cm3)を表わし、Z eff はシンチレーターの有効原子番号を表わす)で表わされ、所期の放射線に対する透過性を有するシンチレーターを適宜選択して用いることができる。なお、本発明において、有効原子番号は下式で定義される指標である。 The scintillator permeability to radiation is expressed by d × Z eff 4 (where d represents the density of the scintillator (g / cm 3 ), and Z eff represents the effective atomic number of the scintillator), A scintillator having permeability to radiation can be appropriately selected and used. In the present invention, the effective atomic number is an index defined by the following formula.
有効原子番号=(ΣWiZi 4)1/4
式中、Wi及びZiは、それぞれシンチレーターを構成する元素のうちのi番目の元素の質量分率及び原子番号である。Effective atomic number = (ΣW i Z i 4 ) 1/4
In the formula, W i and Z i are the mass fraction and atomic number of the i-th element among the elements constituting the scintillator, respectively.
本発明のシンチレーターは、前記d×Zeff 4が30×106以下である。該d×Zeff 4が30×106を超える場合には、前記本発明の放射線検出器に適用した際に入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線がきわめて微弱となり、エネルギ情報の精度が低下するという問題が生じるが、放射線検出器の少なくとも一部に、d×Zeff 4が30×106以下である本発明のシンチレーターを採用することにより、このような問題を低減することができる。なお、d×Zeff 4の下限は特に制限されないが、1×106以上とすることが好ましい。d×Zeff 4を1×106以上とすることによって、シンチレーターが放射線を充分に吸収することができるため、シンチレーターの発光強度が高まり、結果として光検出器から出力される信号の強度を高めることができる。In the scintillator of the present invention, the d × Z eff 4 is 30 × 10 6 or less. When the d × Z eff 4 exceeds 30 × 10 6 , when applied to the radiation detector of the present invention, the radiation incident on the scintillator at a position far from the incident end becomes extremely weak, and the accuracy of energy information is reduced. Although lowered occurs, at least a portion of the radiation detector, by d × Z eff 4 to adopt scintillator of the present invention which is a 30 × 10 6 or less, it is possible to reduce this problem . The lower limit of d × Z eff 4 is not particularly limited, but is preferably 1 × 10 6 or more. By setting d × Z eff 4 to 1 × 10 6 or more, the scintillator can sufficiently absorb the radiation, so that the emission intensity of the scintillator is increased, and as a result, the intensity of the signal output from the photodetector is increased. be able to.
本発明のシンチレーターは、前記Sm、Gd、Tb、Dy及びHoから選ばれる少なくとも1種の希土類元素の作用によって、放射線が入射した際に発光を呈する。当該希土類元素の中でも、Tbが特に高い発光強度を有し、また、発光波長が約450〜700nmであって、光検出器として一般に用いられるフォトダイオードによって、感度良く検出できるため、好ましい。 The scintillator of the present invention emits light when radiation is incident by the action of at least one rare earth element selected from Sm, Gd, Tb, Dy and Ho. Among the rare earth elements, Tb is preferable because Tb has a particularly high emission intensity and has an emission wavelength of about 450 to 700 nm and can be detected with high sensitivity by a photodiode generally used as a photodetector.
前記アルカリ土類金属のハロゲン化物に希土類元素を含有せしめる際の含有量は、特に制限されないが、0.1〜10wt%の範囲とすることが好ましく、1〜5wt%の範囲とすることが特に好ましい。発光中心元素の含有量を0.1wt%以上、より好ましくは1wt%以上とすることによって、希土類元素を介する発光の確率が高まり、高い発光強度を得ることができる。また、発光中心元素の含有量を10wt%以下、より好ましくは5wt%以下とすることによって、濃度消光による発光の減退を避けることができる。 The content when the rare earth element is contained in the alkaline earth metal halide is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 10 wt%, particularly in the range of 1 to 5 wt%. preferable. By setting the content of the luminescent center element to 0.1 wt% or more, more preferably 1 wt% or more, the probability of light emission through the rare earth element is increased, and high emission intensity can be obtained. In addition, by reducing the content of the luminescent center element to 10 wt% or less, more preferably 5 wt% or less, it is possible to avoid a decrease in light emission due to concentration quenching.
本発明のシンチレーターは、多結晶あるいは単結晶のいずれの形態を用いても良いが、単結晶を用いることにより、粒界における光の散逸や非輻射遷移による損失を抑制することができ、高い発光強度を得ることができるため、好ましい。 The scintillator of the present invention may use either a polycrystal or a single crystal, but by using a single crystal, loss due to light dissipation and non-radiative transition at the grain boundary can be suppressed, and high light emission can be achieved. It is preferable because strength can be obtained.
本発明において、シンチレーターの形状は特に限定されないが、一般には角柱状の形状で使用される。なお、シンチレーターは、放射線検出器における光検出器に対向する光出射面(以下、単に光出射面ともいう)を有し、該光出射面は光学研磨が施されていることが好ましい。かかる光出射面を有することによって、シンチレーターで生じた光を効率よく後段の光検出器に入射できる。 In the present invention, the shape of the scintillator is not particularly limited, but is generally used in a prismatic shape. The scintillator preferably has a light exit surface (hereinafter also simply referred to as a light exit surface) facing the photodetector in the radiation detector, and the light exit surface is preferably optically polished. By having such a light emitting surface, the light generated by the scintillator can be efficiently incident on the subsequent photodetector.
当該光出射面の形状は限定されないが、光検出器の受光面の形状と同等の形状とし、図2に示すように光検出器と接合することが好ましい。 The shape of the light emitting surface is not limited, but it is preferable that the light emitting surface has a shape equivalent to the shape of the light receiving surface of the photodetector and is joined to the photodetector as shown in FIG.
なお、シンチレーターの光検出器に対向しない面に、アルミニウム、硫酸バリウム或いはテフロン(登録商標)等からなる光反射膜を施すことは、シンチレーターで生じた光の散逸を防止することができるため、好ましい態様である。 In addition, it is preferable to apply a light reflecting film made of aluminum, barium sulfate, Teflon (registered trademark), or the like to the surface of the scintillator that does not face the photodetector, because it can prevent the dissipation of light generated by the scintillator. It is an aspect.
本発明において、シンチレーターの製造方法は特に制限されないが、一般にはアルカリ土類金属のハロゲン化物及び希土類元素のハロゲン化物の粉末等を混合して原料混合物を調製し、この原料混合物を加熱して溶融せしめた後、冷却して凝固せしめる方法を採用することができる。また、シンチレーターを単結晶として製造する場合には、従来公知の単結晶の製造方法であるブリッジマン法、温度勾配固化(Gradient Freeze)法、チョクラルスキー法、或いはマイクロ引下げ法等を適宜適用することができる。 In the present invention, the production method of the scintillator is not particularly limited, but in general, a raw material mixture is prepared by mixing a powder of an alkaline earth metal halide and a rare earth element halide, and the raw material mixture is heated and melted. After caulking, a method of cooling and solidifying can be employed. When the scintillator is manufactured as a single crystal, the Bridgeman method, the temperature gradient solidification method (Gradient Freeze method), the Czochralski method, or the micro-pulling down method, which are conventionally known single crystal manufacturing methods, are applied as appropriate. be able to.
以下、本発明において、シンチレーターの単結晶の製造方法について、ブリッジマン法を例にとって詳細に説明する。 Hereinafter, in the present invention, a method for producing a scintillator single crystal will be described in detail by taking the Bridgeman method as an example.
まず、アルカリ土類金属のハロゲン化物及び希土類元素のハロゲン化物の各原料の粉末等を混合して原料混合物を調製する。次いで、前記原料混合物を坩堝に充填し、加熱ヒーター、断熱材、及び真空排気装置を備えたチャンバー内にセットする。真空排気装置を用いて、チャンバーの内部を1.0×10−3Pa以下まで真空排気した後、高純度アルゴン等の不活性ガスをチャンバー内に導入してガス置換操作を行う。ガス置換操作後のチャンバー内の圧力は特に限定されないが、大気圧が一般的である。かかるガス置換操作によって、原料或いはチャンバー内に付着した水分を除去することができ、かかる水分に由来するシンチレーターの発光強度の減退等の問題を回避することができる。First, a raw material mixture is prepared by mixing powders of raw materials of alkaline earth metal halide and rare earth element halide. Next, the raw material mixture is filled in a crucible and set in a chamber equipped with a heater, a heat insulating material, and a vacuum exhaust device. After evacuating the interior of the chamber to 1.0 × 10 −3 Pa or less using a vacuum exhaust apparatus, an inert gas such as high-purity argon is introduced into the chamber to perform a gas replacement operation. The pressure in the chamber after the gas replacement operation is not particularly limited, but atmospheric pressure is common. By such a gas replacement operation, moisture adhering to the raw material or the chamber can be removed, and problems such as a decrease in emission intensity of the scintillator derived from such moisture can be avoided.
上記ガス置換操作によっても除去できない水分による悪影響を避けるため、水分との反応性の高いスカベンジャーを用いて、水分を除去することが好ましい。かかるスカベンジャーとしては、四フッ化メタン等の気体スカベンジャーを好適に用いることができる。なお、気体スカベンジャーを用いる場合には上記不活性ガスに混合してチャンバー内に導入する方法が好適である。 In order to avoid adverse effects due to moisture that cannot be removed even by the gas replacement operation, it is preferable to remove moisture using a scavenger that is highly reactive with moisture. As such a scavenger, a gas scavenger such as tetrafluoromethane can be suitably used. In addition, when using a gas scavenger, the method of mixing in the said inert gas and introducing in a chamber is suitable.
ガス置換操作を行った後、加熱ヒーターによって原料混合物を加熱して溶融せしめる。なお、加熱ヒーターの加熱方式は特に限定されず、例えば高周波誘導加熱方式、あるいは抵抗加熱方式等を適宜用いることができる。 After performing the gas replacement operation, the raw material mixture is heated and melted by a heater. The heating method of the heater is not particularly limited, and for example, a high frequency induction heating method, a resistance heating method, or the like can be appropriately used.
次いで、溶融した原料混合物の融液を坩堝とともに降下せしめる。加熱ヒーター及び断熱材は、上方が高温、下方が低温となるように配置されており、融液は降下するにつれて下方より凝固する。さらに融液を連続的に降下せしめることによって、融液は下方より上方へ一方向に凝固し、坩堝の底部で生じた結晶が上方に成長することによって、シンチレーターの単結晶を製造することができる。 Next, the melted raw material mixture is lowered together with the crucible. The heater and the heat insulating material are arranged so that the upper part is at a high temperature and the lower part is at a low temperature, and the melt is solidified from below as it descends. Further, by continuously lowering the melt, the melt is solidified in one direction from the bottom to the top, and the crystal generated at the bottom of the crucible grows upward, whereby a scintillator single crystal can be produced. .
本発明において、前記シンチレーターの単結晶の製造に際して、ハロゲン原子の欠損あるいは熱歪等に起因する結晶欠陥を除去する目的で、単結晶の製造後にアニール操作を行っても良い。 In the present invention, when the single crystal of the scintillator is manufactured, an annealing operation may be performed after the manufacture of the single crystal for the purpose of removing crystal defects caused by halogen atom loss or thermal strain.
以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution means of the present invention.
実施例1
〈シンチレーターの製造〉
まず、CaF2 11g及びTbF3 0.6gを混合して、原料混合物を調製した。すなわち、本実施例では、希土類元素としてTbを4wt%含有するCaF2単結晶を製造した。なお、上記各原料の純度は99.99%以上の原料を用いた。
次いで、前記原料混合物をカーボン製の坩堝に充填し、抵抗加熱方式の加熱ヒーター、断熱材、及び真空排気装置を備えたチャンバー内にセットした。真空排気装置を用いて、チャンバーの内部を2.0×10−4Pa以下まで真空排気した後、5vol%の四フッ化メタンを混合した高純度アルゴンガスをチャンバー内に導入してガス置換操作を行った。ガス置換操作後のチャンバー内の圧力は大気圧とした。Example 1
<Manufacture of scintillators>
First, 11 g of CaF 2 and 0.6 g of TbF 3 were mixed to prepare a raw material mixture. That is, in this example, a CaF 2 single crystal containing 4 wt% Tb as a rare earth element was manufactured. In addition, the purity of each said raw material used the 99.99% or more raw material.
Next, the raw material mixture was filled in a carbon crucible and set in a chamber equipped with a resistance heating heater, a heat insulating material, and a vacuum exhaust device. Using a vacuum evacuation device, the inside of the chamber is evacuated to 2.0 × 10 −4 Pa or less, and then a high-purity argon gas mixed with 5 vol% tetrafluoromethane is introduced into the chamber for gas replacement operation. Went. The pressure in the chamber after the gas replacement operation was atmospheric pressure.
ガス置換操作を行った後、加熱ヒーターによって原料混合物を加熱して溶融せしめた。次いで、溶融した原料混合物の融液を坩堝とともに連続的に降下せしめ、融液を下方より上方へ一方向に凝固せしめた。なお、本実施例において、融液を降下せしめる速度は1mm/hrとした。かかる操作により、融液を全て凝固せしめた後、徐々に冷却して本発明のシンチレーターの単結晶を得た。 After performing the gas replacement operation, the raw material mixture was heated and melted by the heater. Next, the melt of the melted raw material mixture was continuously lowered together with the crucible, and the melt was solidified in one direction from below to above. In this example, the speed at which the melt was lowered was 1 mm / hr. By this operation, all of the melt was solidified and then gradually cooled to obtain a scintillator single crystal of the present invention.
当該単結晶の密度は、3.2g/cm3であった。また、当該単結晶の化学組成より計算される有効原子番号は30である。したがって本実施例のCaF2(Tb)からなるシンチレーターのd×Zeff 4は2.5×106であった。The density of the single crystal was 3.2 g / cm 3 . The effective atomic number calculated from the chemical composition of the single crystal is 30. Therefore, d × Z eff 4 of the scintillator made of CaF 2 (Tb) of this example was 2.5 × 10 6 .
得られた単結晶を、ダイヤモンドワイヤーを備えたワイヤーソーによって切断し、切断面に光学研磨を施すことにより、1.1mm×5.9mm×5mmのサイズの直方体状のシンチレーターに加工した。前記光学研磨された面の内、1.1mm×5.9mmのサイズの一面を光出射面とし、当該光出射面以外の面にテフロン(登録商標)からなる光反射膜を施した。 The obtained single crystal was cut into a rectangular parallelepiped scintillator having a size of 1.1 mm × 5.9 mm × 5 mm by cutting with a wire saw equipped with a diamond wire and optically polishing the cut surface. Among the optically polished surfaces, one surface having a size of 1.1 mm × 5.9 mm was used as a light emitting surface, and a light reflecting film made of Teflon (registered trademark) was applied to a surface other than the light emitting surface.
〈放射線検出器の製作と特性評価〉
前記製造したCaF2(Tb)からなるシンチレーターを用いて放射線検出器を製作し、該放射線検出器の特性を評価した。<Production and characterization of radiation detectors>
A radiation detector was manufactured using the manufactured scintillator made of CaF 2 (Tb), and the characteristics of the radiation detector were evaluated.
当該放射線検出器は、図2に示すようにシンチレーターを4個用い、該シンチレーター(SC1〜SC4)の各々に光検出器(11〜14)を組み合わせて製作した。なお、光検出器はシリコン受光素子であるフォトダイオード(浜松ホトニクス社製、S1337−16BR)を使用し、該フォトダイオードの受光面に、前記シンチレーターの光出射面を透明シリコングリースによって接合した。なお、該フォトダイオードの受光面のサイズは1.1mm×5.9mmであり、シンチレーターの光出射面のサイズと同一である。 The radiation detector was manufactured by using four scintillators as shown in FIG. 2 and combining the photodetectors (11-14) with each of the scintillators (SC1-SC4). Note that a photodiode (S1337-16BR, manufactured by Hamamatsu Photonics), which is a silicon light receiving element, was used as the photodetector, and the light emitting surface of the scintillator was joined to the light receiving surface of the photodiode with transparent silicon grease. The size of the light receiving surface of the photodiode is 1.1 mm × 5.9 mm, which is the same as the size of the light emitting surface of the scintillator.
当該放射線検出器の特性を以下の方法によって評価した。まず、図6に示すようにX線源、被検体及び放射線検出器を設置してX線を照射し、被検体内部を透過したX線が放射線検出器に入射することによって第1光検出器11〜第4光検出器14から生じた電流I1〜I4を測定した。なお、前記被検体は、直径30mmのアクリル樹脂製の円筒であって、該円筒の中央部に設けられた直径5mmの穴に、ヨウ素溶液が充填されたものである。当該ヨウ素溶液は、溶液の厚さ1mmあたりのヨウ素厚さが3μmとなるようにヨウ素濃度が調整されている。したがって、前記ヨウ素溶液が充填された穴の直径5mmにおいては、ヨウ素厚さは15μmに相当する。
被検体を図6に点線で示した方向に0.4mm毎に移動し、各位置での電流I1〜I4を測定した。次いで得られた電流I1〜I4を式4に代入し、各エネルギ範囲におけるX線の個数(Y1〜Y4)を求めた。なお、エネルギ範囲は、15〜33.2、33.2〜40、40〜80及び80〜120keVとし、該エネルギ範囲の平均エネルギであるE1〜E4はそれぞれ、24、37、60及び100keVとした。The characteristics of the radiation detector were evaluated by the following methods. First, as shown in FIG. 6, an X-ray source, a subject, and a radiation detector are installed to irradiate X-rays, and X-rays that have passed through the inside of the subject enter the radiation detector. Currents I 1 to I 4 generated from 11 to the
The subject was moved every 0.4 mm in the direction indicated by the dotted line in FIG. 6, and currents I 1 to I 4 at each position were measured. Next, the obtained currents I 1 to I 4 were substituted into Equation 4, and the number of X-rays (Y 1 to Y 4 ) in each energy range was obtained. The energy ranges are 15 to 33.2, 33.2 to 40, 40 to 80, and 80 to 120 keV, and E 1 to E 4 that are average energies of the energy ranges are 24, 37, 60, and 100 keV, respectively. It was.
被検体の全幅を走査した後、被検体を30度回転させて、前記と同様に走査し、各位置でのY1〜Y4を求めた。かかる被検体の走査と回転を6回繰り返して行った。After scanning the entire width of the subject, the subject was rotated 30 degrees and scanned in the same manner as described above to obtain Y 1 to Y 4 at each position. Such scanning and rotation of the subject were repeated 6 times.
得られた各位置及び角回転角度におけるY1〜Y4を用いて、エネルギ差分法を適用した際の断面プロファイルを図7に示す。図7の横軸は、被検体の中心を0mmとしてX線を透過させた位置を示し、縦軸はヨウ素のK殻吸収端のエネルギ準位(33.2keV)を挟んで高エネルギ側のX線の個数(Y3)を低エネルギ側のX線の個数(Y2)で除した値(Y3/Y2)を示す。なお、当該縦軸には、空気中(被検体が無い場合)のY3/Y2が0となるように補正した値を示す。図7から、本発明の放射線検出器を用いることにより、被検体であるアクリルの厚さに関わらず、ヨウ素の厚さを強調した結果が得られることが分かる。FIG. 7 shows a cross-sectional profile when the energy difference method is applied using Y 1 to Y 4 at each obtained position and angular rotation angle. The horizontal axis in FIG. 7 shows the position where the center of the subject is 0 mm and transmits X-rays, and the vertical axis is the X-axis on the high energy side across the energy level (33.2 keV) of the K shell absorption edge of iodine. the number of lines to (Y 3) shows a divided by the number of low energy X-rays side (Y 2) (Y 3 / Y 2). The vertical axis indicates a value corrected so that Y 3 / Y 2 in the air (when there is no subject) is zero. From FIG. 7, it can be seen that by using the radiation detector of the present invention, a result in which the thickness of iodine is emphasized can be obtained regardless of the thickness of the acrylic as the subject.
また、前記Y3を用いて、被検体のCT値を求めた。当該CT値は、被検体のX線吸収係数を表わす値であって、ここでは前記40〜80keVのエネルギ範囲の平均値 E3に対するX線吸収係数、すなわち前記式3中のμ(E3)を表わす。得られたCT値の断面プロファイルを図8に示す。なお、ヨウ素厚さ 15μmにおける該CT値は、0.7(図8中の鎖線)である。Further, using the Y 3, it was determined CT value of the subject. The CT value is a value representing the X-ray absorption coefficient of the subject. Here, the X-ray absorption coefficient with respect to the average value E 3 in the energy range of 40 to 80 keV, that is, μ (E 3 ) in the
比較例1
〈放射線検出器の製作と特性評価〉
市販のCsI(Tl)からなるシンチレーターを用いる以外は、実施例1と同様にして放射線検出器を製作した。Comparative Example 1
<Production and characterization of radiation detectors>
A radiation detector was produced in the same manner as in Example 1 except that a commercially available scintillator made of CsI (Tl) was used.
当該放射線検出器の特性を実施例1と同様の方法によって評価した。得られたY1〜Y4を用いて、エネルギ差分法を適用した際の断面プロファイルを図7に示す。本比較例では、CsI(Tl)のd×Zeff 4が38×106と高く、入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線がきわめて微弱となり、エネルギ情報の精度が低下するため、結果として得られるY3/Y2が大きくばらつくことが分かる。The characteristics of the radiation detector were evaluated by the same method as in Example 1. FIG. 7 shows a cross-sectional profile when the energy difference method is applied using the obtained Y 1 to Y 4 . In this comparative example, CsI (Tl) d × Z eff 4 is as high as 38 × 10 6, and the radiation incident on the scintillator at a position far from the incident end becomes extremely weak and the accuracy of the energy information decreases. It can be seen that the obtained Y 3 / Y 2 varies greatly.
これに対して、本発明の実施例1は、CaF2(Tb)のd×Zeff 4が2.5×106と低いため、入射端から遠い位置のシンチレーターにも充分な個数の放射線が入射するため、エネルギ情報の精度が向上し、結果として得られるY3/Y2のばらつきが少ないことが分かる。On the other hand, in Example 1 of the present invention, since d × Z eff 4 of CaF 2 (Tb) is as low as 2.5 × 10 6 , a sufficient number of radiations are also emitted to the scintillator at a position far from the incident end. Since it is incident, the accuracy of energy information is improved, and it can be seen that the resulting variation in Y 3 / Y 2 is small.
実施例2
〈シンチレーターの製造〉
SrF2 0.8g、BaF2 10g及びTbF3 0.3gを混合して原料混合物を調製する以外は、実施例1と同様にしてTbを2wt%含有する(Sr0.1Ba0.9)F2単結晶を製造した。Example 2
<Manufacture of scintillators>
2% by weight of Tb is contained in the same manner as in Example 1 except that 0.8 g of SrF 2 , 10 g of BaF 2 and 0.3 g of TbF 3 are mixed to prepare a raw material mixture (Sr 0.1 Ba 0.9 ). It was produced F 2 single crystal.
また、BaF2 11g及びTbF3 0.3gを混合して原料混合物を調製する以外は、実施例1と同様にしてTbを2wt%含有するBaF2単結晶を製造した。Further, a BaF 2 single crystal containing 2 wt% Tb was produced in the same manner as in Example 1 except that 11 g of BaF 2 and 0.3 g of TbF 3 were mixed to prepare a raw material mixture.
該(Sr0.1Ba0.9)F2(Tb)、及びBaF2(Tb)からなるシンチレーターのd×Zeff 4は、それぞれ36×106、及び38×106であった。The d × Z eff 4 of the scintillator composed of (Sr 0.1 Ba 0.9 ) F 2 (Tb) and BaF 2 (Tb) was 36 × 10 6 and 38 × 10 6 , respectively.
〈放射線検出器の製作と特性評価〉
実施例1で製造したCaF2(Tb)からなるシンチレーターをSC1及びSC2として用い、前記製造した(Sr0.1Ba0.9)F2(Tb)をSC3として用い、また、前記製造したBaF2(Tb)をSC4として用いる以外は、実施例1と同様にして放射線検出器を製作した。<Production and characterization of radiation detectors>
The scintillator made of CaF 2 (Tb) produced in Example 1 was used as SC1 and SC2, the produced (Sr 0.1 Ba 0.9 ) F 2 (Tb) was used as SC3, and the produced BaF 2 A radiation detector was produced in the same manner as in Example 1 except that (Tb) was used as SC4.
当該放射線検出器の特性を実施例1と同様の方法によって評価した。得られたCT値の断面プロファイルを図8に示す。図8より、本実施例のように、放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、シンチレーターのd×Zeff 4が異なる態様とすることによって、ヨウ素厚さを正しく求められることが分かる。なお、実施例1においても、Y3/Y2からヨウ素厚さを求める際の計算の精度を高めることによって、実施例2と同等の結果を得ることができたが、かかる計算は極めて煩雑であり、莫大な回数の計算と時間を要した。
The characteristics of the radiation detector were evaluated by the same method as in Example 1. FIG. 8 shows a cross-sectional profile of the obtained CT value. From FIG. 8, it can be seen that the iodine thickness can be correctly obtained by setting the scintillator d × Z eff 4 to be different at positions where the distances from the radiation incident ends are different from each other as in this embodiment. In Example 1 as well, it was possible to obtain the same result as Example 2 by increasing the accuracy of calculation when obtaining the iodine thickness from Y 3 / Y 2 , but such calculation is extremely complicated. There was a huge number of calculations and time.
1 X線検査装置
2 X線管
3 X線検出器(放射線検出器)
4 X線検出器アレイ
5 前置増幅器
6 主増幅器
7 積分器
8 積分器
9 造影剤厚さ演算装置
10 画像化装置
11 第1光検出器
12 第2光検出器
13 第3光検出器
14 第4光検出器
15 反射材
SC シンチレーター
SC1 シンチレーター1
SC2 シンチレーター2
SC3 シンチレーター3
SC4 シンチレーター41
4 X-ray detector array 5 Preamplifier 6 Main amplifier 7
SC4 scintillator 4
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003329797A (en) * | 2002-02-20 | 2003-11-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | Material and method for forming radiation image |
JP2006524327A (en) * | 2003-04-24 | 2006-10-26 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Detector element for spatially resolved detection of gamma rays |
JP2007071602A (en) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Kyoto Univ | Radiation detector |
WO2009119378A1 (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-01 | 株式会社トクヤマ | Scintillator for neutron detection and neutron detector |
JP2010181373A (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-19 | Tokuyama Corp | Apparatus and method of detecting radiation |
WO2012011506A1 (en) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | 国立大学法人広島大学 | Phoswich thermal neutron detector |
-
2012
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003329797A (en) * | 2002-02-20 | 2003-11-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | Material and method for forming radiation image |
JP2006524327A (en) * | 2003-04-24 | 2006-10-26 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Detector element for spatially resolved detection of gamma rays |
JP2007071602A (en) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Kyoto Univ | Radiation detector |
WO2009119378A1 (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-01 | 株式会社トクヤマ | Scintillator for neutron detection and neutron detector |
JP2010181373A (en) * | 2009-02-09 | 2010-08-19 | Tokuyama Corp | Apparatus and method of detecting radiation |
WO2012011506A1 (en) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | 国立大学法人広島大学 | Phoswich thermal neutron detector |
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