Development of radioacvive particle discrimination type ultra-high resolution imaging device applying micro-eutectic structure

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00672
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kamada Kei 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 誠一 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 上級研究員(研究院教授) (00290768) ; 島添 健次 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70589340)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: シンチレータ / 放射線検出器 / 共晶体

Outline of Final Research Achievements

In this research, a new eutectic scintillator with a fiber structure was developed, and the proof of principle of a detector capable of ultra-high resolution particle/photon imaging and radiation discrimination was performed when combined with a photodetector. More specifically, we discovered new scintillators such as LaBr3/(Mg,Ca)Br2 and CsI/CsCl/NaCl, and developed a technology for growing large-diameter crystals up to 2 inches in diameter. In addition, a new neutron-sensitive scintillator was developed. We prototyped an imaging device combining these scintillators, a photodetector, and a circuit, and achieved ultra-high resolution imaging performance of 2 μm for α-rays, 16 μm for β-rays, and 4 μm for X-rays. We also prototyped a detector with excellent gamma/neutron discrimination performance.

Free Research Field

結晶工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発された新規共晶体シンチレータを用いた超高解像度イメージングシステムやγ線/中性子線弁別システムは、シンチレータ種をα、β、X、γ、中性子線の各用途に合わせ選択することで、高エネルギー物理用の粒子線弁別用途のみにとどまらず、幅広い用途での応用が可能と考えられる。例えば、①α、β線内容療法や放射線薬剤開発における高分解能イメージング、②産業用、医療用を含めた高分解能X線イメージング、位相イメージング
③中性子、γ線弁別性能が要求される福島第一原発廃炉に関するデブリの弁別用途、といった分野への応用展開が期待できる。