チャージトランスファー状態からの発光を利用した次世代シンチレータ単結晶材料の開発

利用电荷转移态发光开发下一代闪烁体单晶材料

基本信息

批准号：
15686001
负责人：
吉川彰
金额：
$ 19.14万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、医療用PET装置などに用いられているシンチレータの新たな発光中心として、Yb^<3+>のチャージトランスファー(CT)状態からの発光について検討した。Yb^<3+>イオンのシンチレーションはparity許容であることから遷移が早く、ホストにより特性が大きく異なることから、本研究では様々なホスト中での発光特性について研究を行った。研究室独自のマイクロ引下げ法を駆使して結晶のスクリーニングのみならず、結晶形状制御法の確立までを試みた。Lu_3Al_5O_<12>(LuAG)などのガーネット結晶、YAlO_3(YAP)などペロブスカイト結晶を中心に、アパタイト結晶、ボレート結晶などの結晶系にYbイオンをドープし、シンチレーション特性を評価した。その結果、CTからの発光は蛍光寿命が非常に早く、室温では、Yb:YAPにおいて0.6nsと、現在用いられているCe:LSOの40ns、BGOの300nsなどと比較して大きく上回ることが分かった。また、温度によって発光量および蛍光寿命が大きく変動し、室温では発光強度が低いものの寿命が非常に早く、低温では発光量・蛍光寿命ともに従来材料に匹敵する、あるいは上回る値を示した。蛍光寿命が温度により制御可能であることは従来のシンチレータには見られない特徴である。Ceをドープした結晶と異なり、結晶中にGa^<3+>イオンが存在しても発光すること、格子定数により発光波長が変化など、発光原理にかかわるいくつもの挙動も明らかとなった。次世代のPET装置では、TOF型PETで1nsを切る蛍光寿命をもつシンチレータ材、DOI型PETでわずかに寿命の異なる2種類のシンチレータ材料が必要とされており、今回の結果は、Yb系シンチレータがこれらのPET用シンチレータとして適していることを示している。また特にLuAG結晶については、μ-PD法により、角型などの形状制御技術の開発にも成功した。

在这项研究中，我们研究了Yb^<3+>的电荷转移（CT）状态的发射，作为用于医疗宠物设备等闪烁器的新发光中心。由于允许Yb^<3+>离子闪烁，因此过渡速度很快，并且特性差异很大，取决于宿主，因此在这项研究中，我们研究了各种宿主的发光性质。我们不仅尝试使用我们自己的微型下拉方法来建立晶体形状控制方法。通过将YB离子掺入磷灰石晶体和硼酸盐晶体，主要是石榴石晶体，例如Lu_3al_5o_ <12>（LUAG）和钙钛矿晶体，例如Yalo_3（Yap），评估了闪烁特性。结果，发现CT的荧光寿命非常快，在室温下，它明显高于当前使用的CE：LSO 40NS和BGO 300NS。此外，光发射和荧光寿命的量取决于温度差异很大，尽管在室温下的光强度较低，但寿命非常快，在低温下，光发射和荧光寿命的量均可比较或超过了传统材料。荧光寿命的温度可控性是在常规闪烁体中找不到的特征。与CE掺杂的晶体不同，也已经揭示了许多与光发射原理相关的行为，例如即使存在晶体，也会发出Ga^<3+>离子，并且发射波长根据晶格常数而变化。下一代宠物设备需要闪烁的材料，其荧光寿命在TOF型PET中的荧光寿命少于1ns，而DOI型PET中的两种类型的闪烁体材料则具有略有不同的寿命，并且这段时间的结果表明，YB型闪烁体适合这些PET的闪光灯。特别是，使用μ-PD方法成功地开发了LUAG晶体来控制形状，例如方形形状。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

大块单晶的最新技术及应用开发《单晶制造技术-最近备受关注的晶体技术第4章微拉法（μ-PD法）》

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
0
作者：
A.Yoshikawa et al.;J.B.Shim et al.;荻野拓
通讯作者：
荻野拓

Growth and luminescent properties of Yb^<3+>doped oxide single crystals for scintillator application

闪烁体用Yb^<3>掺杂氧化物单晶的生长和发光性能

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Radiat.Meas. 38
影响因子：
0
作者：
A.Yoshikawa et al.
通讯作者：
A.Yoshikawa et al.

Growth and Characterization of Yb^<3+>-doped (Lu,Y)AlO_3 Fiber Single Crystals

Yb^3掺杂(Lu,Y)AlO_3光纤单晶的生长与表征

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Jpn.J.Appl.Phys. 43(11A)
影响因子：
0
作者：
A.Yoshikawa et al.;J.B.Shim et al.
通讯作者：
J.B.Shim et al.

A.Yoshikawa: "Growth and optical properties of Yb doped new scintillator crystals"Optical Materials. 24. 275-279 (2003)

A.Yoshikawa：“掺镱新型闪烁体晶体的生长和光学特性”光学材料。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Growth of Yb:Y_2O_3 single crystals by the micro-pulling-down method

微下拉法生长Yb:Y_2O_3单晶

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Mater.Res.Soc.Symp.Proc. 848
影响因子：
0
作者：
K.Okamoto et al.;Y.Nishibayashi et al.;J.Pejchal;J.H.Mun;S.C.Ammal et al.;A.Novoselov
通讯作者：
A.Novoselov