2020 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ共晶体構造を応用した量子線弁別型超高解像度イメージング装置の開発
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19H00672
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 誠一 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (00290768)
島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (70589340)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シンチレータ / 放射線検出器 / 共晶体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
共晶体シンチレータの設計指針としては、ファイバー、マトリックス各相の体積比が、30％程度以下となる場合、共晶体構造が得られることが、これまでの研究により判明している。開発のターゲットとしては、ファイバー相：Ce: ReB3(Re=La,Ce,Gd,Lu, B=Cl,Br,I) マトリックス相：AeB2 (Ae=Mg,Ca,Sr,Ba, B=Cl,Br,I)、AB(A=Li.Na.K.Rb, B=Cl,Br,I)
を選択し、組成比、引き下げ速度、温度勾配といった共晶体作製条件を変化させ、共晶体を作製し、光学的に透明な共晶体構造が得られる作製条件を検討した。その結果
Ce:LaBr3/AeBr2 (Ae=Mg,Ca)において、ファイバー型の共晶体構造を確認した。共晶体シンチレータの設計指針として2元系共晶体をターゲットとしていたが、世界初となる3元系共晶体シンチレータへと設計指針を拡張した、その結果、屈折率が1.83と大きいTl:CsIをシンチレータファイバーとする3元系共晶体を新たに見出した。
共晶体の大型化については、GdAlO3/α-Al2O共晶体において、改良型マイクロ引き下げ法により、25mm角のウエハを作製することに成功した。新たに見出されたTl:CsI/CsCl/NaCl共晶体において、Cz法による大型結晶作製技術の開発を行い1インチ径の共晶体インゴットの作製に成功し、光学的に透明な光導波構造を有するウエハの作製に成功した。
イメージング装置の試作と粒子・光子弁別アルゴリズムの開発については、GdAlO3/α-Al2O共晶体を用いた、X線イメージング装置の試作を行い、世界初となる、直接検出型の異相イメージングの撮像に成功した。さらに半導体検出器と組み合わせたリアルタイムα線イメージング装置を開発した。
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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
２．共晶体の大口径、大型育成技術の開発
において改良型マイクロ引き下げ法により、25mm角のウエハを作製することに成功し、さらに、世界初となる3元系共晶体シンチレータを見出すとともにTl:CsI/CsCl/NaCl共晶体において、Cz法による大型結晶作製技術の開発を行い1インチ径の共晶体インゴットの作製に成功した。
3. SOI-SiPMおよびASICを含めた読み出し回路の開発 および４．イメージング装置の試作と粒子・光子弁別アルゴリズムの開発
においてGdAlO3/α-Al2O共晶体を用いた、X線イメージング装置の試作を行い、世界初となる、直接検出型の異相イメージングの撮像に成功した。さらに半導体検出器と組み合わせたリアルタイムα線イメージング装置を開発した。
これは、2021～2022年の開発計画を前倒しした開発であり、当初の計画以上に進展し、開発が成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回あらたに提唱した3元系共晶体シンチレータの設計指針は、2元系共晶体で限定された、高発光量シンチレータ、融点、体積比、屈折率差の組合せの制限をブレークスルーするものであり、今後、さらに高性能な共晶体シンチレータの発見も可能なことから、新規共晶体シンチレータの開発を続行する。
さらに、見出されたシンチレータの大型結晶作製技術の開発を進め、より優れた光導波性能、位置分解能を実現する高品質ウエハの作製を目指す。今回得られたイメージング装置に関する実験結果をもとに飛跡検出、弁別アルゴリズムを開発し、これをもとにしたデータ収集回路を設計、試作する。当該原理実証が済み次第、新規開発のハロゲン化物共晶体＋SOI- SiPMとデータ収集回路、弁別アルゴリズムを組み合わせた、新型検出器の試験を進める。
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Research Products
(35 results)
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[Presentation] Development of large size crystal growth technology of oxide eutectic scintillator and a proto-type Talbot-Lau imaging system2020
Author(s)
Kei Kamada, Kyong Jing Kim, Rikito Murakami, Vladimir V Kochurikhin, Masao Yoshino, Shunsuke Kurosawa, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Yuji Ohashi, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
Organizer
2020 International Conference on Solid State Devices and Materials (52nd)
Int'l Joint Research
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