2017 Fiscal Year Annual Research Report
高性能PET装置の実現に向けた高速型GAGGシンチレータの開発
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16H05986
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | シンチレータ / 結晶成長 / 放射線検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度までに検討を行ったGAGGシンチレータへのLiおよびMg共添加組成について、発光量、蛍光寿命の観点から最適と判断される結晶組成について、「共添加GAGG結晶の2インチサイズ大型高品質単結晶作製技術の開発と最終的なシンチレータ性能評価」の研究を実施した。、①温度勾配、回転数、引き上げ速度の最適化によりメルトの対流を制御することで、固液界面の形状を平坦化できること、②ショルダー角の最適化により、結晶内の歪みを緩和することが効果的であることが知られているが、これらの経験や知見を基に、大型結晶成長技術の開発を行った。クラックフリー結晶育成のための仕込み組成・回転数・引き上げ速度・結晶化率といった結晶作製時のパラメータを最適化し、結晶作製条件を確立した。その結果、当初目標を上回り、３インチ径×150mm長さのクラックフリー結晶の作製に成功した。得られた結晶は発光量46,000photon/MeV以上を満足しつつ、蛍光寿命42ns、時間分解能166psを確認した。
また、3価のCeイオンに対し、1価のLiあるいは2価のMgイオンを共存させることで、４価のCeイオンが生じ、バンドギャップ内に形成される４価のCeイオン由来のエネルギー準位を経て、自由電子が遷移し、発光することで、シンチレーション発光が促進されるという従来提唱されていたメカニズムに対し、XANES測定の結果、４価のCeイオンは存在せず、GAGG結晶に存在するカチオン欠陥が、1価のLiあるいは2価のMgイオンにより低減されることで、シンチレーション発光が促進されるという新たな発光メカニズムを提唱し、発表を行った。
また、次年度の計画を前倒し、共添加GAGGシンチレータをアレー化し、小型PET装置の試作を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の2インチ径結晶の目標に対し、３インチ径×150mm長さのクラックフリー結晶の作製に成功しており、計画以上に進展している。また、次年度の計画を前倒し、共添加GAGGシンチレータをアレー化し、小型PET装置の試作を進めた点も、計画以上に進展している
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、Li,Mgの濃度に加え、Ce,Gaの濃度を最適化することで、さらなるシンチレータ特性向上を図る。また、共添加GAGGシンチレータを用いたPET装置の試作を進める。PET検査装置の解像度の向上には、検査装置に用いるシンチレータアレーのピクセルを従来品より微細化すること、および、光電面が微細なSiPMを用いることが必要である。本事業ではサブミリ解像度を達成すべく、サブミリピクセルからなる高速型GAGGシンチレータアレーを試作し、市販のSiPMアレーと組み合わせ、放射線検出器を構成する。そして、小型PET装置に搭載し、所定の性能を満足することを確認する。
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[Journal Article] Crystal growth and temperature dependence of light output of Ce-doped (Gd, La, Y)2Si2O7 single crystals2018
Author(s)
Takahiko Horiai, Shunsuke Kurosawa, Rikito Murakami, Yasuhiro Shoji, Jan Pejchal, Akihiro Yamaji, Yuji Ohashi, Kei Kamada, Yuui Yokota, Tomohiro Ishizu, Yasuo Ohishi, Taisuke Nakaya, Akira Yoshikawa
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Journal Title
Journal of Crystal Growth
Volume: 486
Pages: 173-177
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Measurement of non-equilibrium carriers dynamics in Ce-doped YAG, LuAG and GAGG crystals with and without Mg-codoping2018
Author(s)
M. T. Lucchini, O. Buganov, E. Auffray, P. Bohacek, M. Korjik, D. Kozlov, S.Nargelas, M. Nikl, S. Tikhomirov, G. Tamulaitise, A. Vaitkevicius, K. Kamada, A. Yoshikawa
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Journal Title
J. Lumin.
Volume: 194
Pages: 1 - 7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Luminescence and scintillation characteristics of (GdxY3-x)Al2Ga3O12:Ce (x =1 , 2, 3) single crystals2018
Author(s)
Warut Chewpraditkul, Nakarin Pattanaboonmee, Ongsa Sakthonga, Weerapong Chewpraditkul, Tomasz Szczesniak, Marek Moszynski, Kei Kamada, Akira Yoshikawa, Martin Nikl
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Journal Title
Opt. Mat.
Volume: 76
Pages: 162 - 168
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Single crystal growth of Mg, Ce co-doped Lu2Gd1 (Ga,Al)5O12 by micro-pulling down method and their luminescence properties2018
Author(s)
Kei Kamada, Hiroaki Yamaguchi, Masao Yoshino, Shunsuke Kurosawa, Yasuhiro Shoji, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Jan Pejchal, Martin Nikl, Akira Yoshikawa
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Journal Title
Japanese journal of applied physics
Volume: 57
Pages: 04FJ06
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Growth and Scintillation properties of Eu and Ce doped LiSrI3 single crystals2017
Author(s)
Kei Kamada, Masao Yoshino, Rikito Murakami, Hiroyuki Chiba, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Vladimir V. Kochurikhin, Akira Yoshikawa
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Journal Title
J. Mater. Sci.
Volume: 28
Pages: 13157-13160
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Bulk Single Crystal Growth of Ca(F, Cl, Br, I)2 Scintillators2017
Author(s)
K. Kamada, T. Iida, T. Ohata, M. Yoshino, S. Hayasaka, Y. Shoji, S. Sakuragi, S. Kurosawa, Y. Yokota, Y. Ohashi, A. Yoshikawa
Organizer
2017 the IEEE Nuclear Science Symposium / the IEEE Medical Imaging Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ce添加LaBr3/AEBr2(AE=Mg, Ca, Sr, Ba)共晶体シンチレータの作製と特性評価2017
Author(s)
鎌田 圭, 古谷 優貴, 山路 晃広, 庄子 育宏,黒澤 俊介, 横田 有為, 大橋 雄二, 吉川 彰
Organizer
第78回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] アルカリ金属共添加Ce:Gd3(Ga,Al)5O12のシンチレータ特性均一性制御と大型単結晶作製技術の開発2017
Author(s)
鎌田 圭, 庄子 育宏, Vladimir V.Kochurikhin, 吉野 将生, 村上 力輝斗, 黒澤 俊介, 山路 晃広, 横田 有為, 大橋 雄二, 吉川彰
Organizer
第78回応用物理学会秋季学術講演会
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