2004 Fiscal Year Annual Research Report
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
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15686001
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吉川 彰 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (50292264)
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| Keywords | マイクロ引き下げ法 / 単結晶 / Yb^<3+> / Charge transfer / シンチレータ / TOF |
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| Research Abstract |
近年、Yb^<3+>のCharge Transfer State(CTS)からの発光が報告され、我々がこの系を評価した結果、この発光はparity許容であることから遷移が早く、ホストにより発光特性を制御可能であることから、シンチレータ材料の有力な候補となることが明らかとなった。本研究では、様々なホスト中でのYbのCTSからの発光特性について研究を行っており、今年度は結晶の短期間での育成が可能なμ-PD法の利点を生かし、Lu_3Al_5O_<12>、Y_3Ga_5O_<12>、Lu_3Ga_5O_<12>などのガーネット結晶、YAlO_3などペロブスカイト結晶を中心に、CLPAなどのアパタイト結晶、Li_6Y(BO_3)_3などのボレート結晶といった多様な結晶系について、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、CTS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。また温度消光効果により、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ということは従来のシンチレータには見られない特徴である。更にCe系結晶と異なり、結晶中にGa^<3+>イオンが存在しても発光することが分かった。これは結晶の高密度化へ大きな利点となる。このほか、置換サイトの元素のイオン半径とYb^<3+>のイオン半径の関係など、発光原理にかかわるいくつかの挙動も明らかとなった。次世代のTOF型PETでは、1nsを切る蛍光寿命をもつシンチレータ材料、DOI型PETでは寿命の異なる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すものである。
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