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2019 Fiscal Year Annual Research Report

複合アニオン透光性セラミックスを用いた放射線計測用蛍光体の開発

Research Project

Project/Area Number 19J22091
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

木村 大海  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Keywords透光性セラミックス / 放射線計測用蛍光体 / シンチレーション / 光刺激蛍光 / 熱刺激蛍光 / フォトルミネッセンス
Outline of Annual Research Achievements

これまでの放射線計測用蛍光体の材料形態には単結晶や不透明セラミックスが多く用いられているが、近年では新たな材料形態として透光性セラミックスが注目されている。透光性セラミックスは単結晶と比較して特性面での優位性について報告されているが、既往研究のほとんどは酸化物であり、ハロゲン化物、特に塩・臭・ヨウ化物透光性セラミックスの報告は少ない。そこで本研究ではセシウム複合アニオン化合物の透光性セラミックスを開発し、アニオン比率を系統的に変化させることによるバンドギャップや光学特性、シンチレーション・ドシメータ特性の変化の挙動を明らかにすることを目的とした。
今年度は放電プラズマ焼結法を用いることによりCs(Cl, Br)透光性セラミックスの開発を行った。作製条件において焼結時間、昇温速度、圧力などのパラメータを調整することにより透光性セラミックスの作製に成功した。その後Cl:Br比を25%ずつ系統的に変化させた試料を作製し、系統的に物性評価を行った。さらに発光中心として様々な添加物を導入したCs(Cl, Br)透光性セラミックスの作製および特性評価を同様に行った。一例としてEuを添加したCs(Cl, Br)透光性セラミックスの特性を調査したところ、アニオン比を変更することにより、OSLを得る際の光刺激波長を制御できることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究ではセシウム複合アニオン化合物の透光性セラミックスを開発し、アニオン比率を変化させることによるバンドギャップや光学特性、シンチレーション、ドシメータ特性を系統的に評価することを目的とした。
今年度は、Cs(Cl, Br)透光性セラミックスを開発するため、手始めに放電プラズマ焼結法によってCsCl:CsBr比が1:1におけるCs(Cl, Br)透光性セラミックス作製条件を模索し、焼結時間、昇温速度、圧力などのパラメータを調整することにより透光性セラミックスの開発に成功した。その後Cl:Br比を25%ずつ系統的に変化させた試料を作製し、透過率、フォトルミネッセンス(PL)測定、PL蛍光寿命などの光学特性から発光起源を把握し、その後シンチレーション特性としてシンチレーション発光スペクトルおよびシンチレーション蛍光寿命、残光、パルス波高スペクトルを測定し、さらにドシメータ特性としてTSLおよびOSLの調査を行った。さらに発光中心としてEuを導入したCs(Cl, Br)透光性セラミックスの開発に成功し、同様に評価した。以上のように当初の計画通り研究が進展している。

Strategy for Future Research Activity

初年度に得られた知見を活かしてCs(Br,I)透光性セラミックスの作製条件を模索する。放電プラズマ焼結法を用いた場合、透光性セラミックスは融点の6-8割の焼結温度にすると得られやすいことが私の所属するグループで経験的に分かっているため、手始めにCsBrとCsIの融点の約7割の温度である450℃で焼結条件を検討する。さらに圧力をかけながら焼結することにより緻密なセラミックスが作製でき、光の散乱源となる気孔の軽減が可能であるため、圧力と焼結温度を調整する。その他のパラメータとして焼結時間、昇温速度や雰囲気制御をすることで最も透光性の高いセラミックスの作製条件を確立する。またこれまでと同様に無添加及び発光中心を導入した複合アニオン透光性セラミックスを作製し評価する。蓄積した系統的な実験結果からアニオン比によるバンドギャップやシンチレーションおよびドシメータ特性の変化の挙動を明らかにする。さらにアニオン及び発光中心の最適な組み合わせを決定することで、優れたシンチレーション及びドシメータ特性を見出す。

  • Research Products

    (14 results)

All 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Optically-stimulated luminescence properties of Eu-doped Cs(Cl, Br) translucent ceramics2020

    • Author(s)
      Kimura Hiromi、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • Journal Title

      Optical Materials

      Volume: 100 Pages: 109660~109660

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2020.109660

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scintillation and thermally stimulated luminescence properties of Ce-doped SrO-Al2O3-SiO2 glasses2020

    • Author(s)
      Kimura Hiromi、Masai Hirokazu、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • Journal Title

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      Volume: 31 Pages: 3017~3022

    • DOI

      10.1007/s10854-019-02845-1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Radiation-induced Luminescence Properties of SrBr2 Transparent Ceramics Doped with Different Eu Concentrations2020

    • Author(s)
      Kimura Hiromi、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 32 Pages: 1381~1381

    • DOI

      10.18494/SAM.2020.2750

  • [Journal Article] Photoluminescence and scintillation properties of undoped and Tl-doped Cs2BaBr4 crystals2020

    • Author(s)
      Takahashi Kentaro、Kimura Hiromi、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • Journal Title

      Radiation Measurements

      Volume: 132 Pages: 106260~106260

    • DOI

      10.1016/j.radmeas.2020.106260

  • [Presentation] Cs(Cl, Br):Ce透光性セラミックの輝尽性蛍光特性2020

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Cs(Br, I)透明セラミックの光学および放射線誘起蛍光特性2020

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Ce添加LaF3-Al2O3-B2O3ガラスの光学および放射線応答特性2020

    • Author(s)
      木村大海, 篠崎健二, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] SPS法により作製した透光性セラミックスCs(Cl,Br):Ceの輝尽性蛍光特性2020

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      セラミックス協会2020年年会
  • [Presentation] 放電プラズマ焼結法により作製したCs(Br,Cl)透光性セラミックのシンチレーションおよびドシメータ特性2020

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 越水正典, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第57回セラミックス基礎討論会
  • [Presentation] 銅添加セシウムハライド透光性セラミックスの放射線誘起蛍光特性2019

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第14回次世代先端光科学研究会
  • [Presentation] Eu添加Cs(Cl,Br)透光性セラミックの輝尽性蛍光特性2019

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Ce添加SrO-Al2O3-SiO2ガラスの光学およびシンチレーション特性2019

    • Author(s)
      木村大海, 正井博和, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] RbBr:Tl透明セラミックスの放射線誘起蛍光特性2019

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Cs(Cl, Br):Eu透光性セラミックスの放射線誘起蛍光特性2019

    • Author(s)
      木村大海, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • Organizer
      第15回次世代先端光科学研究会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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