Development of thallium bromide semiconductor detectors for whole-body PET scanners

• Project/Area Number: 22360035
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Applied physics, general
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: HITOMI KEITARO 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60382660)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2014: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2013: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2012: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2011: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2010: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: PET / 半導体検出器 / 化合物半導体 / ガンマ線検出器 / 臭化タリウム / 化合物半導体検出器 / 陽電子断層撮影法 / 位置検出器 / 高純度化合物半導体結晶 / 帯域精製法 / ガンマ線センサー / 高抵抗半導体結晶 / 高時間分解能 / 結晶成長 / 放射線計測

Outline of Final Research Achievements

Thallium bromide (TlBr) semiconductor detectors were developed for whole-body positron emission tomography (PET) scanners. Large volume TlBr crystals were grown successfully and technologies for stable fabrication of 5 mm × 5 mm × 5 mm TlBr detectors were established in this study. The developed TlBr detector exhibited a timing resolution of 6.5 ns. The TlBr detectors operated stably for 48 hours at room temperature and the result indicates that the TlBr detectors have sufficient stability as gamma-ray detectors for PET scanners. The TlBr detector exhibited the best energy resolution of 1.1% FWHM for 662-keV gamma rays at room temperature. The TlBr detectors developed in this study are very promising not only for PET applications but also for other advanced gamma-ray applications.

Research Products

• [Journal Article] Characterization of pixelated TlBr detectors with Tl electrodes (2014)
  • Author(s): Keitaro Hitomi, Toshiyuki Onodera, Seong-Yun Kim, Tadayoshi Shoji, Keizo Ishii
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A Volume: 747 Pages: 7-12
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.02.020
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Timing Performance of TlBr Detectors (2013)
  • Author(s): Keitaro Hitomi, Tsutomu Tada, Toshiyuki Onodera, Tadayoshi Shoji, Seong-Yun Kim, Yuanlai Xu, Keizo Ishii
  • Journal Title: IEEE Transactions on Nuclear Science Volume: 60 Issue: 4 Pages: 2883-2887
  • DOI: 10.1109/tns.2013.2268855
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Advances in TlBr detector development (2013)
  • Author(s): Keitaro Hitomi, Tadayoshi Shoji, Keizo Ishii
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 379 Pages: 93-98
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2013.03.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TlBr Capacitive Frisch Grid Detectors (2013)
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Nuclear Science Volume: 60 Issue: 2 Pages: 1156-1161
  • DOI: 10.1109/tns.2012.2217155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Semiconductor Detectors Fabricated from TlBr Crystals (2011)
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Journal Title: MRS Proceedings Volume: 1341
  • DOI: 10.1557/opl.2011.1112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Digital pulse processing and electronic noise analysis for improving energy resolutions in planar TlBr detectors (2011)
  • Author(s): Tsutomu Tada
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A Volume: 638 Issue: 1 Pages: 92-95
  • DOI: 10.1016/j.nima.2011.02.070
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent Development of TlBr Gamma-Ray Detectors (2011)
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Nuclear Science Volume: 58 Issue: 4 Pages: 1987-1991
  • DOI: 10.1109/tns.2011.2123115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] K-mean clustering algorithm for processing signals from compound semiconductor detectors (2001)
  • Author(s): Tsutomu Tada
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A Volume: 659 Issue: 1 Pages: 242-246
  • DOI: 10.1016/j.nima.2011.09.007
  • Peer Reviewed
• [Presentation] TlBr検出器の電子正孔対生成エネルギーの測定Ⅱ (2015)
  • Author(s): 人見啓太朗、小野寺敏幸、金聖潤、庄司忠良、石井慶造
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] Characterization of TlBr Gamma-Ray Detectors (2014)
  • Author(s): Keitaro Hitomi, Toshiyuki Onodera, Seong-Yun Kim, Tadayoshi Shoji, Keizo Ishii
  • Organizer: 2014 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and 21st Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-Ray and Gamma-Ray Detectors
  • Place of Presentation: Seattle, Washington (USA)
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-15
  • Invited
• [Presentation] TlBr検出器の電子正孔対生成エネルギーの測定 (2014)
  • Author(s): 人見啓太朗、小野寺敏幸、金聖潤、庄司忠良、石井慶造
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 臭化タリウム半導体検出器の再処理施設への適用に関する検討(Ⅲ) (2014)
  • Author(s): 木村乃久、人見啓太朗、金聖潤、石井慶造
  • Organizer: 日本原子力学会「2014年秋の大会」
  • Place of Presentation: 京都大学吉田キャンパス(京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-10
• [Presentation] コンプトンカメラ用ピクセル型 TlBr 検出器の開発 II (2014)
  • Author(s): 人見啓太朗、小野寺敏幸、木村乃久、金聖潤、庄司忠良、石井慶造
  • Organizer: 日本原子力学会「2014年秋の大会」
  • Place of Presentation: 京都大学吉田キャンパス(京都府京都市)
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-10
• [Presentation] ピクセル型TlBr検出器の評価 (2014)
  • Author(s): 人見啓太朗、小野寺敏幸、金聖潤、庄司忠良、石井慶造
  • Organizer: 第51回アイソトープ・放射線研究発表会
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂(東京都文京区)
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-09
• [Presentation] Noise and detector performance studies of TlBr and (Cd, Zn)Te at room temperature with various digital pulse shapers (2014)
  • Author(s): Markus Dambacher, Keitaro Hitomi, Christian Disch, Alex Fauler, Michael Fiederle
  • Organizer: 2014 Symposium on Radiation Measurements and Applications (SORMA XV)
  • Place of Presentation: Ann Arbor, Michigan (USA)
  • Year and Date: 2014-06-09 – 2014-06-12
• [Presentation] ピクセル型TlBr検出器に於ける2ピクセルイベントの評価 (2014)
  • Author(s): 人見啓太朗、小野寺敏幸、金聖潤、庄司忠良、石井慶造
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県相模原市)
• [Presentation] 臭化タリウム半導体検出器の再処理施設への適用に関する検討II (2014)
  • Author(s): 木村乃久、人見啓太朗、金聖潤、石井慶造
  • Organizer: 日本原子力学会「2014年春の年会」
  • Place of Presentation: 東京都市大学世田谷キャンパス(東京都世田谷区)
• [Presentation] Fabrication and Characterization of Pixelated TlBr Detectors (2013)
  • Author(s): Keitaro Hitomi, Toshiyuki Onodera, Seong-Yun Kim, Yuanlai Xu, Tadayoshi Shoji, Keizo Ishii
  • Organizer: 15th International Workshop on Radiation Imaging Detectors
  • Place of Presentation: Paris, France
• [Presentation] 臭化タリウム半導体検出器の再処理施設への適用に関する検討 (2013)
  • Author(s): 木村乃久、人見啓太朗、金聖潤、徐源来、石井慶造
  • Organizer: 日本原子力学会「2013年秋の大会」
  • Place of Presentation: 八戸工業大学(青森県八戸市)
• [Presentation] コンプトンカメラ用ピクセル型TlBr検出器の開発 (2013)
  • Author(s): 人見啓太朗、木村乃久、金聖潤、徐源来、石井慶造、小野寺敏幸
  • Organizer: 日本原子力学会「2013年秋の大会」
  • Place of Presentation: 八戸工業大学(青森県八戸市)
• [Presentation] コンプトンカメラへの応用を目指したTlBr半導体検出器の開発 (2013)
  • Author(s): 人見啓太朗、小野寺敏幸、金聖潤、徐源来、庄司忠良、石井慶造
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
• [Presentation] Development of Pixelated TlBr Detectors (2013)
  • Author(s): Keitaro Hitomi, Toshiyuki Onodera, Seong-Yun Kim, Yuanlai Xu, Tadayoshi Shoji, Keizo Ishii
  • Organizer: 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, and Room-Temperature Semiconductor X-Ray and Gamma-Ray Detectors workshop
  • Place of Presentation: COEX, Seoul, Korea
  • Invited
• [Presentation] TlBr結晶の電荷輸送特性の評価 (2012)
  • Author(s): 多田勉
  • Organizer: 日本原子力学会「2012年春の年会」
  • Place of Presentation: 福井大学文京キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] 化合物半導体を用いた放射線検出器 (2011)
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 第30回法政大学イオンビーム工学研究所シンポジウム
  • Place of Presentation: 法政大学小金井キャンパス(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-07
• [Presentation] Capacitive Frisch Grid型TlBrカンマ線検出器 (2011)
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 日本原子力学会「2011年秋の大会」
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] デジタル信号処理技術を用いたTlBr検出器出力波形の処理 (2011)
  • Author(s): 多田勉
  • Organizer: 日本原子力学会「2011年秋の大会」
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 放射線検出器用TlBr結晶の真空蒸留法による純化 (2011)
  • Author(s): 黒石香苗
  • Organizer: 日本原子力学会「2011年秋の大会」
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] K平均クラスタリング法によるTlBr検出器のエネルギー分解能向上 (2011)
  • Author(s): 多田勉
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] 真空蒸留法及び帯域精製法による放射線検出器用TlBr結晶の純化 (2011)
  • Author(s): 黒石香苗
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] 真空蒸留法による臭化タリウム結晶の精製 (2011)
  • Author(s): 小野寺敏幸
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] 臭化タリウム(TlBr)放射線検出器の評価 (2011)
  • Author(s): 田中知将
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] 単極性電荷有感型TlBrカンマ線検出器 (2011)
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Semiconductor Detectors Fabricated from TlBr Crystals (2011)
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Organizer: 2011 MRS Spring Meeting and Exhibit, Symposium U : Nuclear Radiation Detection Materials
  • Place of Presentation: サンフランシスコ、アメリカ(招待講演)
  • Year and Date: 2011-04-28
• [Presentation] Recent development of TlBr gamma-ray detectors (2010)
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Organizer: 2010 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference, and 17th International Workshop on Room-Temperature Semiconductor X-ray and Gamma-ray Detectors
  • Place of Presentation: Knoxville Convention Center, Knoxville ; Tennessee, U.S.A.
  • Year and Date: 2010-11-05
• [Presentation] 臭化タリウム(TlBr)検出器に使用される結晶のPL評価II (2010)
  • Author(s): 田中知将
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス,長崎県
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] 放射線検出器に用いるTlBr結晶中の不純物濃度の評価 (2010)
  • Author(s): 多田勉
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス,長崎県
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] Evaluation of TlBr strip detectors for medical imaging applications (2010)
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics, Conference 7805, Hard X-ray, gamma-ray, and neutron detector physics XII
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center, San Diego, California, U.S.A.
  • Year and Date: 2010-08-02
• [Presentation] TlBr Capacitive Frisch Grid Detectors
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Organizer: 2012 IEEE Symposium on Radiation Measurements and Applications
  • Place of Presentation: Oakland, CA, USA
• [Presentation] Thick TlBr detectors for gamma-ray spectroscopy
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics, Conference 8507, Hard X-Ray, Gamma-Ray, and Neutron Detector Physics XIV
  • Place of Presentation: San Diego, CA, USA
• [Presentation] Timing Performance of TlBr Detectors
  • Author(s): Keitaro Hitomi
  • Organizer: IEEE 2012 Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conferenc & Workshop on Room-Temperature Semiconductor X-Ray and Gamma-Ray Detectors
  • Place of Presentation: Anaheim, CA, USA
  • Invited
• [Presentation] Capacitive Frisch Grid型TlBr検出器のエネルギー分解能評価
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学・松山大学
  • Invited
• [Presentation] K平均クラスタリング法によるCapacitive Frisch Grid型TlBr検出器のエネルギー分解能向上
  • Author(s): 多田勉
  • Organizer: 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学・松山大学
• [Presentation] Capacitive Frisch grid型TlBr検出器の評価
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 日本原子力学会2012年秋の大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス
• [Presentation] Capacitive Frisch grid型TlBr検出器出力波形のデジタル信号処理
  • Author(s): 多田勉
  • Organizer: 日本原子力学会2012年秋の大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス
• [Presentation] 臭化タリウム半導体検出器を用いた線量計の開発
  • Author(s): 高見準
  • Organizer: 日本原子力学会2012年秋の大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス
• [Presentation] 化合物半導体TlBrを用いたガンマ線検出器の開発
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 第49回アイソトープ・放射線研究発表会
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂
• [Presentation] 電子冷却型TlBr検出器の開発
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 日本原子力学会2013年春の年会
  • Place of Presentation: 近畿大学 東大阪キャンパス
• [Presentation] Coplanar grid型TlBr検出器の製作
  • Author(s): 人見啓太朗
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学