真空紫外域で発光する新機能シンチレータ結晶材料の開発

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19686001
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉川 彰 Tohoku University, 多元物質科学研究所, 准教授 (50292264)
• Keywords: 結晶工学 / 先端機能デバイス / 放射線・X線・粒子線 / 医療・福祉

Research Abstract

本研究では200nm以下の極短波長域に発光する新規VUVシンチレータの開発を中心とし、その探索合成、発光メカニズム、クエンチメカニズムの理解、更には、高品質バルク単結晶および形状制御単結晶作製技術の確立までを研究開発対象としている。これに対し本年度は、200nm以下の発光を実現する最適母結晶の決定、賦活剤、添加剤の最適量の決定、メカニズム説明のためのモデル構築、形状制御結晶成長技術の確立までを遂行した。
極短波長域に発光するVUVシンチレータにおいても蛍光寿命と波長の関係は以下の式で表されることが明うかとなった。
[numerical formula]
具体的にはフッ化物系の材料を中心にNd^<3+>5f-4f遷移、Er^<3+>5f-4f遷移、Tm^<3+>5f-4f遷移、およびそれらの共添加による発光、Core-valence発光等、室温で真空紫外に発光するメカニズムを有する材料の探索合成を行い、その添加剤最適量を決定した。100を超える探索合成した単結晶の中から、Nd:LaF_3、NdF_3、Nd:LuLiF_4、Nd:K_2NaLuF_6、Er:LiCAF、Tm:LiCAF、KMgF_3において真空紫外の発光が確認された。中でも、Nd:LuLiF_4およびNd:K_2NaLuF_6において強い発光が得られたので、これらに対して、引き上げ法を用いて高品質2インチ単結晶の作製を試み、成功した。
また、ガスカウンタ(μ-PICおよびGEM)とアセンブルすることによる放射線2次元画像取得を試みた。その結果、解像度100μmの画像取得に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Doubly-doped BaY2F8:Er, Nd VUV scintillator (2010)
  • Author(s): Jan Pejchal, Martin Nikl, Kentaro Fukuda, Noriaki Kawaguchi, Takayuki Yanagida, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa, Vladimir Babin
  • Journal Title: Radiation Measurements (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Eu and Pb Doping on the Dosimetric Properties of LiCAF (2010)
  • Author(s): M.Fasoli, A.Vedda, F.Moretti, A.C.Chenus, I.Veronese, M.C.Cantone, M.Nikl, A.Yoshikawa, A.Novoselov
  • Journal Title: Rad.Meas. (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of VUV emission and γ-RAY responses of Nd:BaF2 scintillaotor (2010)
  • Author(s): T.Yanagida, N.Kawaguchi, Y.Yokota, S.Ishizu, K.Fukuda, A.Yoshikawa, J.Pejchal, M.Nikl, V.Babin, H.Sekiya, K.Kamada
  • Journal Title: Rad.Meas. (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Luminescence Mechanism in Doubly-doped LaF3:Er, Nd VUV Scintillator (2010)
  • Author(s): J.Pejchal, M.Nikl, K.Fukuda, N.Kawaguchi, T.Yanagida, Y.Yokota, A.Yoshikawa
  • Journal Title: IEEE Trans.Nucl.Sci. (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Growth and Characterization of rare earth doped K3LuF6 (2010)
  • Author(s): N.Abe, Y.Yokota, T.Yanagida, N.Kawaguti, K.Fukuda, M.Nikl, A.Yoshikawa, J.Pejchal, M.Nikl
  • Journal Title: IEEE Trans.Nucl.Sci. (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new imaging device based on UV scintillators and a large area gas photomulitiplier (2010)
  • Author(s): H.Sekiya, C.Ida, H.Kubo, S.Kurosawa, K.Miuchi, T.Tanimori, K.Taniue, A.Yoshikawa, T.Yanagida, Y.Yokota, K.Fukuda, S.Ishizu, N.Kawaguchi, T.Suyama
  • Journal Title: Nucl.Inst.Meth.A (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of Gamma-Ray Responses of Tm:BaF2 Single Crystals (2010)
  • Author(s): N.Abe, Y.Yokota, T.Yanagida, N.Kawaguchi, A.Yoshikawa, J.Pejchal, M.Nikl
  • Journal Title: IEEE Trans.Nucl.Sci. (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Growth and Scintillation Properties of Tm, Nd co-doped LaF3 Single Crystals (2010)
  • Author(s): N.Abe, Y.Yokota, T.Yanagida, N.Kawaguchi, M.Nikl, K.Fukuda, A.Yoshikawa, J.Pejchal, M.Nikl
  • Journal Title: IEEE Trans.Nucl.Sci. (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal growth and scintillation properties of NdF3 single crystal (2010)
  • Author(s): Y.Furuya, N.Kawaguchi, N.Abe, Y.Yokota, T.Yanagida, M.Nikl, A.Yoshikawa
  • Journal Title: Optical Materials (In press, 未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth and Evaluations of Nd:LuLiF4 for Different Nd Concentration (2010)
  • Author(s): T.Yanagida, N.Kawaguchi, S.Ishizu, Y.Yokota, K.Fukuda, T.Suyama, A.Yoshikawa H.Sekiya, S.Kubo, T.Tanimori, V.Chani
  • Journal Title: IEEE.Trans.Nucl.Sci. applied(未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal growth and VUV luminescence properties of Er3+-and Tm3+- doped LiCaAlF6 for detectors (2010)
  • Author(s): Akira Yoshikawa, Takayuki Yanagida, Yuui Yokota, Yutaka Fujimoto, Jan Pejchal, Akihiro Yamaji, Valery I.Chani, Martin Nikl
  • Journal Title: Optical Materials applied(未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Luminescence and decay kinetics of Pb2+ center in LiCaA1F6 single crystal host (2009)
  • Author(s): Jan Pejchal, Eva Mihokova, Martin Nikl, Andrey Novoselov, Akira Yoshikawa
  • Journal Title: Opt.Mat. 31 Pages: 1673-1677
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Growth and Luminescence Properties of Tm:BaF2 Single Crystals (2009)
  • Author(s): Naoto Abe, Yuui Yokota, Takayuki Yanagida, Jan Pejchal, Fumiko Nara, Noriaki Kawaguti, Kentaro Fukuda, Martin Nikl, Akira Yoshikawa
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. 49 Pages: 085503-085508
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Developmenst of a large area VUV sensitive gas PMT with GEM/μ-PIC (2009)
  • Author(s): H.Sekiya, C.Ida, H.Kubo, S.Kurosawa, T.Tanimori, A.Yoshikawa, T.Yanagida, Y.Yokota, K.Fukuda, S.Ishizu, N.Kawaguchi, T.Suyama
  • Journal Title: JINST 4 Pages: 11006-11006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal growth and scintillation properties of Tm:K2NaLuF6 (2009)
  • Author(s): N.Abe, T.Yanagida, Y.Yokota, S.Maeo, J.Pejchal, Y.Fujimoto, Y.Furuya, H.Tanaka, N.Kawaguchi, K.Fukuda, M.Nikl, A.Yoshikawa
  • Journal Title: Opt.Mat. 32 Pages: 589-594
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Nd添加CaF2単結晶の作製とシンチレーション特性の評価 (2009)
  • Author(s): 田中秀彦, 古谷優貴, 河口範明, 阿部直人, 鎌田圭, 横田有為, 柳田健之, Martin Nikl, 吉川彰, 川添良幸
  • Organizer: 第20回光物性研究会
  • Place of Presentation: 大阪、大阪市立大学
  • Year and Date: 20091211-20091212
• [Presentation] Tm, Nd共添加LaF3単結晶の作製及びエネルギー遷移の評価 (2009)
  • Author(s): 阿部直人, 横田有為, 柳田健之, 藤本裕, 河口範明, Jan Pejchal, 福田健太郎, Martin Nikl, 前尾修司, 鎌田圭, 吉川彰
  • Organizer: 第20回光物性研究会
  • Place of Presentation: 大阪、大阪市立大学
  • Year and Date: 20091211-20091212
• [Presentation] NdF3単結晶の光学特性及び放射線応答の評価 (2009)
  • Author(s): 古谷優貴, 田中秀彦, 河口範明, 阿部直人, 横田有為, 柳田健之, 鎌田圭, Martin Nikl, 吉川彰
  • Organizer: 第20回光物性研究会
  • Place of Presentation: 大阪、大阪市立大学
  • Year and Date: 20091211-20091212
• [Presentation] KMgF3結晶の真空紫外線発光特性 (2009)
  • Author(s): 前尾修司, 河口範明, 柳田健之, 横田有為, 福田健太郎, 吉川彰
  • Organizer: 第20回光物性研究会
  • Place of Presentation: 大阪、大阪市立大学
  • Year and Date: 20091211-20091212
• [Presentation] GEM/uPICを用いた真空紫外イメージング検出器II (2009)
  • Author(s): 谷上幸次郎, 黒澤俊介, 井田知宏, 窪秀利, 谷森達, 関谷洋之, 柳田健之, 横田有為, 吉川彰, 福田健太郎, 石津澄人, 河口範明, 須山敏尚
  • Organizer: 日本物理学会 2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 神戸、甲南大学
  • Year and Date: 20090908-20090911
• [Presentation] GEM/uPICを用いた真空紫外イメージング検出器I (2009)
  • Author(s): 関谷洋之, 井田知宏, 窪秀利, 黒澤俊介, 谷上幸次郎, 谷森達, 柳田健之, 横田有為, 吉川彰, 福田健太郎, 石津澄人, 河口範明, 須山敏尚
  • Organizer: 日本物理学会 2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 神戸、甲南大学
  • Year and Date: 20090908-20090911
• [Presentation] 希土類添加K3LuF6単結晶の作製及びシンチレーション特性評価 (2009)
  • Author(s): 阿部直人, 横田有為, 柳田健之, Jan Pejchal, Martin Nikl, 河口範明, 福田健太郎, 吉川彰, 前尾修司
  • Organizer: 第70回応用物理学関係連合講演会(秋季大会)
  • Place of Presentation: 富山、富山大学
  • Year and Date: 20090908-20090911
• [Presentation] マイクロ引下げ法を用いたNdF3単結晶の作製及びその特性評価 (2009)
  • Author(s): 古谷優貴, 河口範明, 阿部直人, 柳田健之, 横田有為, 吉川彰
  • Organizer: 第70回応用物理学関係連合講演会(秋季大会)
  • Place of Presentation: 富山、富山大学
  • Year and Date: 20090908-20090911
• [Presentation] Nd添加CaF2単結晶の作製とシンチレーション特性の評価 (2009)
  • Author(s): 田中秀彦, 河口範明, 阿部直人, 横田有為, 柳田健之, 川添良幸, 吉川彰
  • Organizer: 第70回応用物理学関係連合講演会(秋季大会)
  • Place of Presentation: 富山、富山大学
  • Year and Date: 20090908-20090911
• [Presentation] Doubly-doped BaY2F8:Tm, Nd VUV scintillator (2009)
  • Author(s): Jan Pejchal, Martin Nikl, Federico Moretti, Anna Vedda, Kentaro, Fukuda, Noriaki Kawaguchi, Takayuki Yanagida, Yuui Yokota, Akira.Yoshikawa
  • Organizer: 第70回応用物理学関係連合講演会(秋季大会)
  • Place of Presentation: 富山、富山大学
  • Year and Date: 20090908-20090911
• [Presentation] Crystal growth and luminescent properties of Nd:BaY2F8 single crystal for VUV emitting scintillator (2009)
  • Author(s): A. Yoshikawa, T. Yanagida, Y. Yokota, N. Kawaguchi, S. Ishizu, K. Fukuda, J. Pejchal, V. Babin, M. Nikl
  • Organizer: 7th International Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation LUMDETR 2009
  • Place of Presentation: Krakow, Poland
  • Year and Date: 20090712-17
• [Presentation] Luminescence Mechanism in Doubly-doped LaF3:Er, Nd VUV Scintillator (2009)
  • Author(s): Jan Pejchal, Martin Nikl, 福田健太郎, 河口範明, 柳田健之, 横田有為, 吉川彰
  • Organizer: The Tenth International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications(SCINT2009)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 20090608-20090612
• [Presentation] Nd3+:LaF3 as Multi-photon Excited Scintillator for Femtosecond Ultraviolet Pulse (2009)
  • Author(s): Tomoharu Nakazato, Marilou Cadatal, Yusuke Furukawa, Minh Pham, Elmer Estacio, Toshihiko Shimizu, Nobuhiko Sarukura, Toshihisa Suyama, Kentaro Fukuda, Akira.Yoshikawa, Fumio Saito
  • Organizer: The Tenth International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications(SCINT2009)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 20090608-20090612
• [Presentation] Evaluation of Gamma-Ray Responses of Tm:BaF2 Single Crystals (2009)
  • Author(s): 阿部直人, 横田有為, 柳田健之, 河口範明, 吉川彰
  • Organizer: The Tenth International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications(SCINT2009)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 20090608-20090612
• [Presentation] Crystal Growth and Characterization of Nd:K3LuF6 (2009)
  • Author(s): 阿部直人, 横田有為, 柳田健之, 河口範明, 福田健太郎, Martin Nikl, 吉川彰
  • Organizer: The Tenth International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications(SCINT2009)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 20090608-20090612
• [Presentation] Crystal Growth and Scintillation Properties of Tm, Nd co-doped LaF3 Single Crystals (2009)
  • Author(s): 阿部直人, 横田有為, 柳田健之, 河口範明, Martin Nikl, 福田健太郎, 吉川彰
  • Organizer: The Tenth International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications(SCINT2009)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 20090608-20090612
• [Presentation] 真空紫外域に発光する新規発光結晶の開発 (2009)
  • Author(s): 吉川彰、柳田健之、横田有為、福田健太郎、河口範明、須山敏尚、猿倉信彦
  • Organizer: レーザー研シンポジウム2009
  • Place of Presentation: 吹田、大阪大学
  • Year and Date: 20090423-20090424
• [Patent(Industrial Property Rights)] フッ化物結晶、真空紫外発光素子及び真空紫外発光シンチレーター (2010)
  • Inventor(s): 吉川彰、柳田健之、横田有為、福田健太郎、河口範明、須山敏尚
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2010-047772
  • Filing Date: 2010-03-09
• [Patent(Industrial Property Rights)] 真空紫外発光素子及びシンチレーター (2010)
  • Inventor(s): 福田健太郎、石津澄人、河口範明、吉川彰、柳田健之、横田有為
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2010-059395
  • Filing Date: 2010-03-16
• [Patent(Industrial Property Rights)] 真空紫外発光素子及び真空紫外発光シンチレーター (2009)
  • Inventor(s): 吉川彰、柳田健之、横田有為、福田健太郎、河口範明、須山敏尚
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-136180
  • Filing Date: 2009-06-05
• [Patent(Industrial Property Rights)] 希土類含有K_3LuF_6、真空紫外発光素子及び真空紫外発光シンチレーター (2009)
  • Inventor(s): 吉川彰、柳田健之、横田有為、福田健太郎、河口範明、須山敏尚
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-136181
  • Filing Date: 2009-06-05
• [Patent(Industrial Property Rights)] フッ化物結晶、真空紫外発光素子及び真空紫外発光シンチレーター (2009)
  • Inventor(s): 吉川彰、柳田健之、横田有為、福田健太郎、河口範明、須山敏尚
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-136182
  • Filing Date: 2009-06-05
• [Patent(Industrial Property Rights)] 真空紫外発光素子 (2009)
  • Inventor(s): 石津澄人、福田健太郎、河口範明、須山敏尚、吉川彰、柳田健之、横田有為
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-163343
  • Filing Date: 2009-07-10
• [Patent(Industrial Property Rights)] 金属フッ化物結晶及び真空紫外発光素子 (2009)
  • Inventor(s): 石津澄人、福田健太郎、河口範明、須山敏尚、吉川彰、柳田健之、横田有為、マーティンニクル
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-163344
  • Filing Date: 2009-07-10
• [Patent(Industrial Property Rights)] 真空紫外発光デバイス (2009)
  • Inventor(s): 小野晋吾、石津澄人、福田健太郎、河口範明、長見知史、須山敏尚、吉川彰、柳田健之、横田有為
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋工業大学、東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-206052
  • Filing Date: 2009-09-07
• [Patent(Industrial Property Rights)] 放射線画像検出器 (2009)
  • Inventor(s): 福田健太郎、石津澄人、河口範明、須山敏尚、吉川彰、柳田健之、横田有為、窪秀利、谷森達、関谷洋之
  • Industrial Property Rights Holder: トクヤマ、東北大学、京都大学、東京大学
  • Industrial Property Number: 特願2009-207779
  • Filing Date: 2009-09-09
• [Patent(Industrial Property Rights)] フッ化物結晶、真空紫外発光素子及び真空紫外発光シンチレーター (2009)
  • Inventor(s): 吉川彰、柳田健之、横田有為、阿部直人、福田健太郎、河口範明、須山敏尚
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-294957
  • Filing Date: 2009-12-25
• [Patent(Industrial Property Rights)] フッ化物結晶、真空紫外発光素子及び真空紫外発光シンチレーター (2009)
  • Inventor(s): 吉川彰、柳田健之、横田有為、阿部直人、福田健太郎、河口範明、須山敏尚
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学、トクヤマ
  • Industrial Property Number: 特願2009-294829
  • Filing Date: 2009-12-25