[发明专利]含Pr的闪烁体用单晶及其制造方法和放射线检测器以及检查装置

说明书

本申请是申请日为2005年11月7日、申请号为200580043461.6、发明名称为“含Pr的闪烁体用单晶及其制造方法和放射线检测器以及检查装置”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及含镨（Pr）的闪烁体用单晶及其制造方法、和使用该闪烁体用单晶的放射线检测器以及检查装置。

背景技术

在正电子放射性核素断层成像装置（PET）中，由于通过符合计数来检测能量较高的伽马射线（湮灭伽马射线：511keV），因此，一直采用感应度高且能高速响应的闪烁检测器。在检测器的特性中，要求具有高计数率特性或用于消除随机符合计数噪声的高时间分辨率，并且，为了消除来自体内的散射线，希望其能量分辨率也优异。

因此，作为适合用于满足上述要求的检测器的闪烁体，从检测效率的方面考虑，希望其密度高且原子序数大（光电吸收比高）；从高速响应的必要性或高能量分辨率的方面考虑，希望其发光量多、荧光寿命（荧光衰减时间）短。另外，在近年来的系统中，为了达到多层化·高分辨率化，有必要将大量的闪烁体以微细细长的形状稠密地排列，因此，操作的容易程度、加工性、而且价格都成为选择的要素。

由于Tl：NaI的发光量多且比较廉价，因此在闪烁检测器中最常使用，但是，由于其密度低、不能提高检测器的感应度，再加上因潮解性而导致的操作性差，因此，被Bi₄Ge₃O₁₂（BGO）取代。

BGO的波长为490nm、折射率为2.15、密度为7.13g/cm³，由于其密度为Tl：NaI的两倍，因此对伽马射线具有更高的线能量吸收系数。而且，相对于Tl：NaI的吸湿性，BGO没有吸湿性，具有加工容易的优点。作为缺点，BGO的荧光转变率为Tl：NaI的8％、非常小，因此，对伽马射线的光输出比Tl：NaI小，另外，相对于Tl：NaI对1MeV的伽马射线的能量分辨率为7％，BGO为15％。并且，荧光衰减时间为300nsec，非常长。

Ce：Gd₂SiO₅（Ce：GSO）是由我国开发的，虽然其在检测感应度方面比BGO稍差，但其是密度（6.71g/cm³）、光量（BGO的两倍）、响应速度（30～60nsec）、耐放射线性（﹥105gray（戈瑞））均达到良好平衡的高性能闪烁体。但是，存在着启动慢、对放射线具有正的磁滞（positive－hysteresis）（通过照射而光量增加的性质）、易裂性强等问题。

目前，被誉为最先进的闪烁体晶体是添加Ce的Lu₂SiO₅（Ce：LSO），其具有所谓的高密度（～7.39g/cm³）·短寿命（约50nsec）·高发光量（BGO的三倍）的优异的闪烁体特性。由于该LSO晶体可用丘克拉斯基法（Czochralski）制作，因此，具有以CTI Molecular Imsging Inc.（CTI）、Crystal Photonics Inc.（CPI）等美国企业为中心的数百亿日元的市场。但是，另一方面，由于具有2150℃的极高的熔点和线膨胀系数的各向异性高的特点，存在着制作·加工的成本高、产品的成品率差的问题。在高熔点氧化物单晶的熔液生长中，通常将铱（Ir）金属作为坩锅材料使用，但超过2000℃的温度接近于Ir的软化温度，因此，在LSO晶体制造中要求非常苛刻的温度控制。加上Ir坩锅的可使用寿命也短，庞大的坩锅改铸费用对生产厂家来说成为很大的负担。并且，为了达到该超高温，高频振荡器也必须达到高输出，因此，导致总的运行成本增高。

另一方面，作为闪烁体用发光材料使用的Ce：GSO、Ce：LSO中，若大量含有作为发光元素的Ce时其发光量增多，但若超过某％时浓度猝灭（浓度消光）现象明显，不能呈现闪烁体效果。

而且，Ce在稀土类离子中也仅次于La大，必然大于母结晶中代表性的稀土类离子（Y，Gd，Lu），因此，Ce的有效偏析系数偏离1的程度很大。即，无法避免沿着生长方向的Ce的组成变化。该现象成为引起荧光衰减时间、发光量等的物性参数变化的原因，在高精度规格的PET等中使用时成为很大的问题。

鉴于上述情况，目前希望开发一种成本低的，具有更高的能量吸收系数的，实现能量分辨率、或时间分辨率即单位时间的取样数增加的高的新一代闪烁体产品（专利文献1）。