專利名稱：閃爍體材料及閃爍檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種因放射線的入射而發(fā)出熒光的閃爍體材料、及具備由該閃爍體材料構(gòu)成的閃爍體的閃爍檢測器。
背景技術(shù)：
閃爍檢測器是一種用光電倍增管等，將對閃爍體照射X射線、Y射線、及α射線等電離放射線而使閃爍體發(fā)出的熒光增幅，以檢測該熒光的器具。作為這樣的閃爍檢測器的應(yīng)用之一，存在檢測正電子消滅時(shí)釋放出的Y射線的 PET (Positron Emission Tomography)裝置。PET裝置由于是通過符合計(jì)數(shù)來檢測能量比較高的Y射線，所以采用了靈敏度高、且響應(yīng)速度快的閃爍檢測器。另外,近年來,TOF(Time-of-Flight)型等下一代PET裝置的開發(fā)正在進(jìn)行。這樣的下一代型PET裝置由于要求較高的時(shí)間分辨率，所以尤其需要熒光壽命較短的閃爍體。作為這樣的閃爍體的材料(閃爍體材料)，現(xiàn)在使用氧化鋅單晶。氧化鋅單晶的熒光壽命與由BaF2等構(gòu)成的其它閃爍體材料相比，熒光壽命較短。另外，由于無潮解性、在空氣中穩(wěn)定，所以容易處理，并能用水熱合成法來制作，因而能夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)。例如，專利文獻(xiàn)I中公開了由摻雜有Al、Ga、In等的氧化鋅單晶構(gòu)成的閃爍體材料。該專利文獻(xiàn)I中公開的閃爍體材料受到放射線的照射，便發(fā)出熒光壽命約為600ps的熒光。另外，專利文獻(xiàn)2中公開了由摻雜有作為供體雜質(zhì)(donor impurity)的Sb、Bi、In或Ge ;以及作為受體雜質(zhì)(acceptor impurity)的Li的氧化鋅單晶構(gòu)成的閃爍體材料。該專利文獻(xiàn)2中公開的閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出的熒光，由熒光壽命為30 60ps和突光壽命為250 800ps的兩個(gè)成分組成。與專利文獻(xiàn)I中公開的閃爍體材料所發(fā)出的熒光的熒光壽命600ps相比，一個(gè)成分的熒光壽命30 60ps極其短暫。因此，專利文獻(xiàn)2中公開的閃爍體材料與專利文獻(xiàn)I中公開的閃爍體材料相比，熒光壽命較短，適合于作為對時(shí)間分辨率要求高的下一代型PET裝置的閃爍體的材料。專利文獻(xiàn)IW02005/114256號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2009-286856號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
如上所述那樣，下一代型PET裝置要求較高的時(shí)間分辨率。由于閃爍體的熒光壽命越短，時(shí)間分辨率越高，所以對于閃爍體材料，期待熒光壽命進(jìn)一步得到縮短。具體而言，對于閃爍體材料，期望閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出的突光的突光壽命低于20ps。鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于，提供一種熒光壽命短的閃爍體材料、及具備由該閃爍體材料構(gòu)成的閃爍體的閃爍檢測器。本發(fā)明所涉及的閃爍體材料是因放射線的入射而發(fā)出熒光的閃爍體材料，其特征在于該閃爍體材料由在以C面為主面的板狀氧化鋅的籽晶的+C面上或-C面上結(jié)晶成長的氧化鋅單晶構(gòu)成，所述氧化鋅單晶中含有In和Li，所述熒光的熒光壽命低于20ps。其中，在本發(fā)明中，熒光壽命是指，從熒光的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大值起直至其發(fā)光強(qiáng)度衰減到最大值的Ι/exp為止的時(shí)間。在本發(fā)明所涉及的閃爍體材料中，作為因放射線的入射而發(fā)出的熒光，可以觀察到供體-受體對發(fā)光(DAP發(fā)光)。具體而言，閃爍體材料受到放射線照射，則價(jià)電子帶的電子被激勵(lì)到傳導(dǎo)帶，一方面在傳導(dǎo)帶上生成自由電子，一方面在價(jià)電子帶上生成正的空穴(positive holes)。自由電子陷入因In而形成的供體能級，同時(shí)正的空穴陷入因Li而形成的受體能級。其后，自由電子與正的 空穴再結(jié)合而發(fā)光。該現(xiàn)象被稱為DAP發(fā)光。本發(fā)明的閃爍體材料中，因放射線的入射而觀察到的DAP發(fā)光中存在熒光壽命低于20ps的成分，該成分的熒光壽命低于現(xiàn)有的氧化鋅單晶構(gòu)成的閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出的突光的一個(gè)成分的突光壽命30 60ps。因此,本發(fā)明的閃爍體材料與發(fā)出由突光壽命在30ps以上的多個(gè)成分構(gòu)成的熒光的現(xiàn)有的閃爍體材料相比，熒光壽命更短。另外，本發(fā)明所涉及的閃爍體材料中，優(yōu)選該閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出的熒光只由熒光壽命低于20ps的一個(gè)成分構(gòu)成。在此情況下，能夠進(jìn)一步縮短閃爍體材料所發(fā)出的熒光的熒光壽命。另外，在本發(fā)明所涉及的閃爍體材料中，優(yōu)選所述氧化鋅單晶中的Li濃度為In濃度的O. 15倍以上至11倍以下、特別是O. 15倍以上至6. 74倍以下為佳。Li濃度為In濃度的O. 15倍以上至11倍以下的氧化鋅單晶能夠通過水熱合成法等，被制造成結(jié)晶缺陷較少的優(yōu)質(zhì)狀態(tài)。另外，本發(fā)明所涉及的閃爍檢測器的特征在于具備由上述本發(fā)明所涉及的閃爍體材料構(gòu)成的閃爍體。本發(fā)明所涉及的閃爍檢測器由于具備由本發(fā)明所涉及的閃爍體材料構(gòu)成的閃爍體，所以具有較高的時(shí)間分辨率。發(fā)明的效果基于本發(fā)明，能夠提供熒光壽命短的閃爍體材料、及具備由該閃爍體材料構(gòu)成的閃爍體的閃爍檢測器。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的閃爍體材料的制造中使用的單晶生長爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的斷面圖。圖2是表示將本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的閃爍體材料的相對Li/In比的熒光壽命與比較例進(jìn)行比較的圖。圖3A是表示比較例5所涉及的閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出的熒光的發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖。圖3B是表示實(shí)施例I所涉及的閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出的熒光的發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖。<附圖標(biāo)記說明>I 生長爐2 爐體21 上端開口
22蓋子22a壓力表23對流控制板24生成容器3電爐4內(nèi)部空間41原料室·
42生成室5單晶原料6籽晶
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的閃爍體材料是由含有In和Li的氧化鋅單晶構(gòu)成的。以下，對構(gòu)成本發(fā)明所涉及的閃爍體材料的氧化鋅單晶的制造方法進(jìn)行說明。<閃爍體材料的制造方法>-單晶生長爐的結(jié)構(gòu)說明_首先，對單晶生長爐(以下，僅稱為生長爐)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，該生長爐用于使用單晶生成用溶液(以下，僅稱為生成用溶液)通過水熱合成法進(jìn)行單晶的生成。如圖I所示那樣，生長爐I被構(gòu)成為，在爐體2的外圍配置有電爐3。通過該電爐3，爐體2得到加熱。該爐體2呈上部開放的有底圓筒狀，上端開口 21上裝設(shè)有用于將爐體2的內(nèi)部密閉的蓋子22。該蓋子22上安裝有用于測量爐體2的內(nèi)部壓力的壓力表22a。而且，在爐體2的內(nèi)部收納有鉬金制的圓筒狀的生成容器24。該生成容器24的內(nèi)部空間4被密閉，該內(nèi)部空間4的上下方向的中間位置上配置有對流控制板23。通過該對流控制板23，生成容器24的內(nèi)部空間4被隔成下側(cè)的原料室41和上側(cè)的生成室42。上述原料室41中收納著作為生成用原料的氧化鋅的單晶原料5、5、…。另一方面，生成室42中收納著被單晶生成棚61支持的多枚籽晶6、6、…。另外，在該生成容器24的內(nèi)部空間4內(nèi)填充著生成用溶液(堿性溶液)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，對單晶原料5，采用將直徑為I 10 μ m的氧化鋅粉末與直徑為I 25 μ m的氧化銦(In2O3)粉末的混合物用壓力機(jī)成形，并在1000 1400°C的氧氣氛圍或大氣氛圍中燒結(jié)成的燒結(jié)體。另外，作為籽晶6，使用了以與作為六方晶的C面的(0001)面平行地切斷的C面為
主面的板狀氧化鋅單晶。另外，作為生成用溶液，使用了在KOH的水溶液中添加了 Li或Li的化合物(例如，LiOH等)的溶液。不過，作為生成用溶液，也可以使用取代KOH而在NaOH、Na2C03、K2C03等堿性水溶液中添加了 Li或Li的化合物的溶液。-單晶生成過程的說明_以下，說明如上所述那樣收納有單晶原料5和籽晶6，且填充有生成用溶液的生長爐I的單晶生成過程。在該生成過程中，由上述電爐3對爐體2進(jìn)行加熱。作為該加熱狀態(tài)，原料室41的溫度被設(shè)定得高于生成室42的溫度，利用該溫度差，使生成用溶液在高溫高壓之下在原料室41與生成室42之間自然 對流。通過這樣的自然對流，溶解了單晶原料5的生成用溶液從原料室41移動(dòng)到生成室42。此時(shí)，溶解了單晶原料5的生成用溶液在生成室42中被冷卻而成為過度飽和狀態(tài)。由此，單晶原料5在籽晶6上析出并成長。通過在規(guī)定期間連續(xù)實(shí)施該過程，便能得到規(guī)定大小的氧化鋅單晶。將如此獲得的氧化鋅單晶切斷，并取出在籽晶6的作為+C面的(0001)面或作為-C面的(000-1)面上成長的部分，該部分的氧化鋅單晶被作為閃爍體材料。并且，使閃爍檢測器具備由該閃爍體材料構(gòu)成的閃爍體。下面，用實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的閃爍體材料進(jìn)行具體說明。<實(shí)施例>以下示出，用上述制造方法制造的本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例I 6所涉及的閃爍體材料的熒光特性、與比較例I 6所涉及的現(xiàn)有的閃爍體材料的熒光特性之間的對比。在此，比較例I 6所涉及的閃爍體材料是由在以M面為主面的籽晶的M面上成長的氧化鋅單晶構(gòu)成的。換言之，作為籽晶6，使用以與作為六方晶的M面的(10-10)面平行地切斷的M面為主面的板狀氧化鋅單晶，并用上述制造方法獲得氧化鋅單晶，然后將所獲得的氧化鋅單晶切斷后取出在M面上成長的部分，將該部分的氧化鋅單晶作為比較例I 6所涉及的閃爍體材料。另外，與構(gòu)成比較例I 6所涉及的閃爍體材料的氧化鋅單晶相比，構(gòu)成實(shí)施例I 6所涉及的閃爍體材料的氧化鋅單晶均為結(jié)晶缺陷較少的優(yōu)質(zhì)氧化鋅單晶。在它們之中，尤其是構(gòu)成實(shí)施例I 5所涉及的閃爍體材料的氧化鋅單晶是結(jié)晶缺陷極少的優(yōu)質(zhì)氧
化鋅單晶。有關(guān)實(shí)施例I 6及比較例I 6的各閃爍體材料，氧化鋅單晶中所含有的Li和In的原子數(shù)比、以及各閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出的熒光的熒光壽命如下列表I所
/Jn ο[表 I]
權(quán)利要求
1.一種閃爍體材料，是因放射線的入射而發(fā)出熒光的閃爍體材料，其特征在于 該閃爍體材料由在以C面為主面的板狀氧化鋅的籽晶的+C面上或-C面上結(jié)晶成長的氧化鋅單晶構(gòu)成， 所述氧化鋅單晶中含有In和Li， 所述突光的突光壽命低于20ps。
2.如權(quán)利要求I所述的閃爍體材料，其特征在于 所述突光只由突光壽命低于20ps的一個(gè)成分構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求I或2所述的閃爍體材料，其特征在于 所述氧化鋅單晶中的Li濃度為In濃度的O. 15倍以上至11倍以下。
4.一種閃爍檢測器，其特征在于 具備由權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的閃爍體材料構(gòu)成的閃爍體。
全文摘要
一種閃爍體材料，由在以C面為主面的板狀氧化鋅的籽晶的+C面上或-C面上結(jié)晶成長的氧化鋅單晶構(gòu)成，所述氧化鋅單晶中含有In和Li。該閃爍體材料因放射線的入射而發(fā)出熒光壽命低于20ps的熒光。
文檔編號(hào)G01T1/20GK102959038SQ20118002963
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者加納正孝, 若宮章, 山之井航平, 清水俊彥, 猿倉信彥, E·迪爾克, 福田承生 申請人:株式會(huì)社大真空