Development of fast scintillators for X-ray based on organic-inorganic hybrid materials

• Project/Area Number: 25709088
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Koshimizu Masanori 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40374962)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥25,610,000 (Direct Cost: ¥19,700,000、Indirect Cost: ¥5,910,000); Fiscal Year 2015: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2014: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2013: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
• Keywords: シンチレータ / 放射光 / 有機無機ハイブリッド / ナノ粒子 / 高速応答性 / Ｘ線 / 高速応答 / 時間分解能 / 超臨界合成 / ゾルゲル法

Outline of Final Research Achievements

There is an increasing demand for fast-response detectors for high-energy X-ray photons from synchrotron radiation sources. In this study, we developed fast scintillators based on plastic scintillators incorporated with nanoparticles of heavy element oxides. By the incorporation, the detection efficiency of the plastic scintillators was significantly enhanced. The hybridization of plastic scintillators with nanoparticles synthesized via supercritical hydrothermal route enables the fabrication of fast scintillators for specific X-ray energy regions.

Research Products

• [Journal Article] X-ray detection capability of bismuth-loaded plastic scintillators (2015)
  • Author(s): M. Koshimizu, G. H. V. Bertrand, M. Hamel, S. Kishimoto, R. Haruki, F. Nishikido, T. Yanagida, Y. Fujimoto, and K. Asai
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 54 Issue: 10 Pages: 102202-102202
  • DOI: 10.7567/jjap.54.102202
  • NAID: 210000145740
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced Detection Efficiency of Plastic Scintillators upon Incorporation of Zirconia Nanoparticles (2015)
  • Author(s): Yuki Araya, Masanori Koshimizu, Rie Haruki, Fumihiko Nishikido, Shunji Kishimoto and Keisuke Asai
  • Journal Title: Sensors and Materials Volume: 27 Pages: 255-261
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High-energy X-ray detection by hafnium-doped organic-inorganic hybrid scintillators prepared by sol-gel method (2014)
  • Author(s): Yan Sun, Masanori Koshimizu, Natsuna Yahaba, Fumihiko Nishikido, Shunji Kishimoto, Rie Haruki and Keisuke Asai
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 104
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 重金属ナノ粒子を含有したプラスチックシンレータのX線検出特性 (2016)
  • Author(s): 樋山史幸、野口多紀朗、越水正典、岸本俊二、春木理恵、錦戸文彦、柳田健之、藤本裕、相田努、高見誠一、阿尻雅史、浅井圭介
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] プラスチックシンチレータへの添加を目的とした有機修飾HfO2およびZrO2ナノ粒子の作製 (2016)
  • Author(s): 樋山史幸，野口多紀郎，相田努，高見誠一，阿尻雅文，越水正典，藤本裕，柳田健之，錦戸文彦，春木理恵，岸本俊二，浅井圭介
  • Organizer: 化学工学会第81年会
  • Place of Presentation: 関西大学（吹田）
  • Year and Date: 2016-03-13
• [Presentation] X-ray detection capabilities of plastic scintillators incorporated with hafnium oxide nanoparticles surface-modified with π electron molecules (2015)
  • Author(s): Fumiyuki Hiyama, Takio Noguchi，Masanori Koshimizu, Shunji Kishimoto, Rie Haruki, Fumihiko Nishikido, Takayuki Yanagida, Yutaka Fujimoto, Tsutomu Aida, Seiichi Takami, Tadafumi Adschiri, Keisuke Asai
  • Organizer: 11th International Workshop on Ionizing Radiation Monitoring
  • Place of Presentation: Technol Convention Center Hosoda Hall （大洗）
  • Year and Date: 2015-12-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] π電子系有機分子修飾ハフニアノ粒子を含有したプラスチックシンチレータのX線検出特性 (2015)
  • Author(s): 樋山史幸、野口多紀郎、越水正典、岸本俊二、春木理恵、錦戸文彦、柳田健之、藤本裕、相田努、高見誠一、阿尻雅文、浅井圭介
  • Organizer: 第７６回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] プラスチックシンレータへの添加を目的としたπ電子系有機修飾を施したナノ粒子の作製 (2015)
  • Author(s): 樋山史幸、野口多紀郎、相田努、高見誠一、阿尻雅文、越水正典、 藤本裕、柳田健之、錦戸文彦、春木理恵、岸本俊二、浅井圭介
  • Organizer: 化学工学会第４７回秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] プラスチックシンチレータへの添加を目的とした有機修飾ハフニアナノ粒子の作製 (2015)
  • Author(s): 平田 智之、野口 多紀郎、相田 努、高見 誠一、阿尻 雅文、越水 正典、藤本 裕、柳田 健之、錦戸 文彦、春木 理恵、岸本 俊二、浅井 圭介
  • Organizer: 化学工学会第８０年会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学（東京）
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [Presentation] Hfナノ粒子含有プラスチックシンチレータの高エネルギーX線検出特性評価 (2015)
  • Author(s): 近野 唯、越水 正典、錦戸 文彦、春木 理恵、岸本 俊二、柳田 健之、藤本 裕、孫 彦、浅井 圭介
  • Organizer: 第６２回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南平塚キャンパス（平塚）
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] ハフニアナノ粒子含有プラスチックシンチレータのX線検出特性 (2015)
  • Author(s): 平田 智之、野口 多紀郎、越水 正典、岸本 俊二、春木 理恵、錦戸 文彦、柳田 健之、藤本 裕、相田 努、高見 誠一、阿尻 雅文、浅井 圭介
  • Organizer: 第６２回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南平塚キャンパス（平塚）
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] X-Ray detection properties of plastic scintillators loaded with supercritical water synthesized HfO2 nanoparticles (2015)
  • Author(s): Tomoyuki Hirata, Takio Noguchi, Masanori Koshimizu, Shunji Kishimoto, Rie Haruki, Fumihiko Nishikido, Takayuki Yanagida, Yutaka Fujimoto, Tsutomu Aida, Seiichi Takami, Tadafumi Adschiri, Keisuke Asai
  • Organizer: The 10th International Workshop on Ionizing Radiation Monitoring
  • Place of Presentation: Technol Convention Center, Hosoda Hall （大洗）
  • Year and Date: 2015-02-28 – 2015-03-02
• [Presentation] High-energy X-ray detection capability of Hf-nanoparticle-loaded plastic scintillators synthesized by sol-gel method (2015)
  • Author(s): Yui Konno, Masanori Koshimizu, Fumihiko Nishikido, Rie Haruki, Shunji Kishimoto, Takayuki Yanagida, Yutaka Fujimoto, Yan Sun, Keisuke Asai
  • Organizer: The 10th International Workshop on Ionizing Radiation Monitoring
  • Place of Presentation: Technol Convention Center, Hosoda Hall （大洗）
  • Year and Date: 2015-02-28 – 2015-03-02
• [Presentation] Fabrication of Organic-Inorganic Hybrid Scintillators by Sol-Gel Method (2014)
  • Author(s): M. Koshimizu, Y. Sun, H. Kitajima, F. Nishikido, R. Haruki, S. Kishimoto, K. Asai
  • Organizer: IEEE NUCLEAR SCIENCE SYMPOSIUM & MEDICAL IMAGING CONFERENCE 2014
  • Place of Presentation: Seattle (USA)
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-15
• [Presentation] ゾルゲル法による高エネルギーＸ線検出用プラスチックシンチレータの作製 (2014)
  • Author(s): 近野唯，孫彦，越水正典，藤本裕，浅井圭介
  • Organizer: 平成26年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 山形大学米沢キャンパス（米沢）
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-21
• [Presentation] ゾルゲル反応を用いた高エネルギー光子検出用プラスチックシンチレータの開発 (2014)
  • Author(s): 近野唯，越水正典，柳田健之，藤本裕，浅井圭介
  • 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）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] ハフニウム酸化物ナノ粒子含有プラスチックシンチレータの作製 (2014)
  • Author(s): 平田智之，野口多紀郎，越水正典，柳田健之，藤本裕，相田努，高見誠一，阿尻雅文
  • 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）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Development of Scintillation Materials Having Nanometer-Scale Structure (2014)
  • Author(s): Masanori Koshimizu
  • Organizer: PITTCON
  • Place of Presentation: McCormick Place、Chicago、アメリカ
  • Invited
• [Presentation] 高濃度にHf を導入したプラスチックシンチレータのＸ線検出特性 (2014)
  • Author(s): 佐々木亮輔，越水正典，春木理恵，錦戸文彦，浅井圭介
  • 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、相模原、日本
• [Presentation] Development of Nanoparticles-Loaded Plastic Scintillators for High-Energy Photon Detection (2013)
  • Author(s): Yuki Araya, Masanori Koshimizu, Rie Haruki, Fumihiko Nishikido, Shunji Kishimoto, and Keisuke Asai
  • Organizer: The 7th International Conference on Solid State Dosimetry (SSD17)
  • Place of Presentation: Mar Hotel, Recife、ブラジル
• [Presentation] 固体シンチレーション機構の探究と新規高性能シンチレーターの創出 (2013)
  • Author(s): 越水正典
  • Organizer: 第56回放射線化学討論会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス、東広島、日本
  • Invited
• [Presentation] Development of Nanocrystalline-incorporated Plastic Scintillators (2013)
  • Author(s): Masanori Koshimizu, Yan Sun, Keisuke Asai
  • Organizer: The 9th International Workshop on Ionizing Radiation Monitoring
  • Place of Presentation: Technol Convention Center Hosoda Hall, 大洗、日本