[發明專利]含Pr的閃爍體用單晶及其制造方法和放射線檢測器以及檢查裝置

有效

• 申請號: 201210270147.3
• 申請日: 2005-11-07
• 公開（公告）號: CN102888652A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 吉川彰;荻野拓;鐮田圭;青木謙治;福田承生
• 申請（專利權）人: 東北泰克諾亞奇股份有限公司;古河機械金屬株式會社
• 主分類號: C30B29/28
• 分類號: C30B29/28;C09K11/79;C30B11/04;C09K11/80;C09K11/00;G01T1/20;C09K11/08;G01T1/202;C09K11/78
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 崔香丹;張永康

本申請是申請日為2005年11月7日、申請號為200580043461.6、發明名稱為“含Pr的閃爍體用單晶及其制造方法和放射線檢測器以及檢查裝置”的申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及含鐠（Pr）的閃爍體用單晶及其制造方法、和使用該閃爍體用單晶的放射線檢測器以及檢查裝置。

背景技術

在正電子放射性核素斷層成像裝置（PET）中，由于通過符合計數來檢測能量較高的伽馬射線（湮滅伽馬射線：511keV），因此，一直采用感應度高且能高速響應的閃爍檢測器。在檢測器的特性中，要求具有高計數率特性或用于消除隨機符合計數噪聲的高時間分辨率，并且，為了消除來自體內的散射線，希望其能量分辨率也優異。

因此，作為適合用于滿足上述要求的檢測器的閃爍體，從檢測效率的方面考慮，希望其密度高且原子序數大（光電吸收比高）；從高速響應的必要性或高能量分辨率的方面考慮，希望其發光量多、熒光壽命（熒光衰減時間）短。另外，在近年來的系統中，為了達到多層化·高分辨率化，有必要將大量的閃爍體以微細細長的形狀稠密地排列，因此，操作的容易程度、加工性、而且價格都成為選擇的要素。

由于Tl：NaI的發光量多且比較廉價，因此在閃爍檢測器中最常使用，但是，由于其密度低、不能提高檢測器的感應度，再加上因潮解性而導致的操作性差，因此，被Bi₄Ge₃O₁₂（BGO）取代。

BGO的波長為490nm、折射率為2.15、密度為7.13g/cm³，由于其密度為Tl：NaI的兩倍，因此對伽馬射線具有更高的線能量吸收系數。而且，相對于Tl：NaI的吸濕性，BGO沒有吸濕性，具有加工容易的優點。作為缺點，BGO的熒光轉變率為Tl：NaI的8％、非常小，因此，對伽馬射線的光輸出比Tl：NaI小，另外，相對于Tl：NaI對1MeV的伽馬射線的能量分辨率為7％，BGO為15％。并且，熒光衰減時間為300nsec，非常長。

Ce：Gd₂SiO₅（Ce：GSO）是由我國開發的，雖然其在檢測感應度方面比BGO稍差，但其是密度（6.71g/cm³）、光量（BGO的兩倍）、響應速度（30～60nsec）、耐放射線性（﹥105gray（戈瑞））均達到良好平衡的高性能閃爍體。但是，存在著啟動慢、對放射線具有正的磁滯（positive－hysteresis）（通過照射而光量增加的性質）、易裂性強等問題。

目前，被譽為最先進的閃爍體晶體是添加Ce的Lu₂SiO₅（Ce：LSO），其具有所謂的高密度（～7.39g/cm³）·短壽命（約50nsec）·高發光量（BGO的三倍）的優異的閃爍體特性。由于該LSO晶體可用丘克拉斯基法（Czochralski）制作，因此，具有以CTI?Molecular?Imsging?Inc.（CTI）、Crystal?Photonics?Inc.（CPI）等美國企業為中心的數百億日元的市場。但是，另一方面，由于具有2150℃的極高的熔點和線膨脹系數的各向異性高的特點，存在著制作·加工的成本高、產品的成品率差的問題。在高熔點氧化物單晶的熔液生長中，通常將銥（Ir）金屬作為坩鍋材料使用，但超過2000℃的溫度接近于Ir的軟化溫度，因此，在LSO晶體制造中要求非常苛刻的溫度控制。加上Ir坩鍋的可使用壽命也短，龐大的坩鍋改鑄費用對生產廠家來說成為很大的負擔。并且，為了達到該超高溫，高頻振蕩器也必須達到高輸出，因此，導致總的運行成本增高。

另一方面，作為閃爍體用發光材料使用的Ce：GSO、Ce：LSO中，若大量含有作為發光元素的Ce時其發光量增多，但若超過某％時濃度猝滅（濃度消光）現象明顯，不能呈現閃爍體效果。

而且，Ce在稀土類離子中也僅次于La大，必然大于母結晶中代表性的稀土類離子（Y，Gd，Lu），因此，Ce的有效偏析系數偏離1的程度很大。即，無法避免沿著生長方向的Ce的組成變化。該現象成為引起熒光衰減時間、發光量等的物性參數變化的原因，在高精度規格的PET等中使用時成為很大的問題。

鑒于上述情況，目前希望開發一種成本低的，具有更高的能量吸收系數的，實現能量分辨率、或時間分辨率即單位時間的取樣數增加的高的新一代閃爍體產品（專利文獻1）。