2019 Fiscal Year Research-status Report
Research on the co-doping effects of 4-6 group cations on scintillation properties in various Ce doped single crystal scintillators and their performance improvement mechanism
Project/Area Number |
19K12626
|
Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
金 敬鎭 東北大学, 金属材料研究所, 学術研究員 (10521768)
|
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
|
Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
Keywords | シンチレータ / 結晶成長 / 共添加 / LYSO / GAGG / LuAG |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、Ce:(Lu,Y)2SiO5 (LYSO)、 Ce:Gd3(Ga,Al)5O12 (GAGG)、Ce:Lu3Al5O12 (LuAG)、Ce:LaBr3といった、バンド構造や各種欠陥の発生要因が異なるシンチレータに対し、4~6族陽イオンを共添加することで、各シンチレータに対する特性改善メカニズムを解明することにある。さらに、添加元素、添加量の最適化を各シンチレータに対し実施し、発光量、エネルギー分解能、蛍光寿命、放射線応答の線径性といったシンチレータ特性の最大化も狙う。 2019年度には、まず各シンチレータに対する共添加元素の添加量の最適化を行うべく、 Ce:LYSO、Ce:GAGG、Ce:LuAGのホスト結晶に対し、Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, Wの7種の共添加イオンを200, 500, 1000, 3000ppm添加した結晶をMicro-pulling-down(m-PD)法により育成した。得られた結晶に対し、加工研磨ののち光学、発光量、蛍光寿命を評価し、共添加イオンとシンチレータ特性変動との関連性を現象論的に明確化した。Ce:LaBr3ホスト結晶の場合、m-PD法ではなく、Vertical Bridgeman(VB)装置を用いて育成を行った。1回に1つの結晶育成ではなく、共添加されていないCe:LaBr3と共添加元素の添加量変えた多数の結晶を同時に育成するためのホットゾーンと治具を検討し、作製された治具を用いた育成テストに成功した。 また、1インチCz法を用いた結晶育成条件とホットゾーンの検討を行い、LYSO、GAGG、LuAGのホスト結晶の成長条件を早期に確保することができた。これを基に次年度の共添加した1インチ結晶育成と検討がよりスムーズに行われることができると考えられる。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
m-PD法を用いた最適組成探索のための結晶成長は順調に行われた。Ce:LYSO、Ce:GAGG、Ce:LuAGのホスト結晶に対し、Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, Wの7種の共添加イオンを200, 500, 1000, 3000ppm添加した結晶をm-PD法により育成した。成長した結晶に対し、光学研磨を行った後、結晶組成、結晶相の分析を実施し、光学、発光、シンチレータ特性評価を順次行った。これにより、各シンチレータホスト結晶におけるZr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W共添加のシンチレータ特性に与える影響を計画通りに探索することができた。さらに、1インチCz法を用いた結晶育成条件とホットゾーンの検討を行い、LYSO、GAGG、LuAGのホスト結晶の成長条件を早期に確保することができた。これを基に、2020年度の研究が加速化可能と考えられ、計画よりも順調に研究が進捗している。
|
Strategy for Future Research Activity |
2020年度には第2ステップとして、m-PD法による組成探索の結果判明した、共添加元素、添加量を含め結晶組成に対し、1インチサイズでのチョクラルスキー(CZ)法により結晶作製を行い、前年度と同様に作製結晶のシンチレータ特性を評価することで、発光量、蛍光寿命に加え、エネルギー分解能、放射線応答の線径性を確定する。厳密なエネルギー分解能、放射線応答の線径性評価には、サンプル中のCeおよび共添加イオン濃度が十分に均一であり、結晶性が良い、10㎜cubic以上の結晶が必須である。高速育成、高速スキャンのm-PD法と、高品質、大型、組成均一性に優れるCZ法の優位点を活かした、材料研究を展開する。 m-PD法による最適組成探索と並行し、現状で良好な結果が得られているMo, W共添加イオンについて、1インチサイズでのCZ法により各共添加イオンとCe仕込み濃度における結晶作製を行い、共添加元素偏析係数の評価と最適共添加仕込み量を決定する。m-PD法での検討結果に従い他の共添加元素についても、順次Cz法による結晶作製と評価のフィードバックを進める。 また、Ce:LaBr3ホスト結晶もVB法による最適組成探索と並行し、1インチサイズでの結晶作製を行い、作製結晶のシンチレータ特性を評価する。
|
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Study on a Multi-Photon Gamma-Ray Coincidence Imaging Method 2 (Development of Scintilaltors)2020
Author(s)
Kei Kamada, Kyoung Jin Kim, Masao Yoshino, Yasuhiro Shoji, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Kenji Shimazoe, Miwako Takahashi, Hiromitsu Haba, Toshimitsu Momose, Hiroyuki Takahashi, Akira Yoshikawa
Organizer
2020 第67回 応用物理学会 春季学術講演会
-
[Presentation] The development and performance evaluation of 1 mm-pixelated CeBr3 scintillator arrays2019
Author(s)
Masao Yoshino, Kyoung Jin Kim, Kei Kamada, Yuui Yokota, Shunsuke Kurosawa, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Yuji Ohashi, Hiroki Sato, Kazuya Fujieda, Ryo Tanaka, Jun Kataoka, And Akira Yoshikawa
Organizer
15th International conference on Scintillating Materials and their Applications (SCINT2019)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Effects of 4-6 group ions co-doping on luminescence and scintillation properties in Ce doped Gd3(Ga,Al)5O12 single crystals2019
Author(s)
Mutsumi Ueno, Kyoung Jin Kim, Kei Kamada, Takahiro Nihei, Masao Yoshino, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
Organizer
15th International conference on Scintillating Materials and their Applications (SCINT2019)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Effect of Mo co-doping on scintillation properties of Ce:Gd3(Ga, Al)5O12 single crystal scintillators with various Al-to-Ga ratios2019
Author(s)
Kyoung Jin Kim, Kei Kamada, Masao Yoshino, Yasuhiro Shoji, Vladimir V. Kochurikhin, Akihiro Yamaji, Satoshi Toyoda, Hiroki Sato, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
Organizer
2019 第80回 応用物理学会 秋季学術講演会
-
[Presentation] Effect of Mo co-doping to Yttrium-aluminum oxcide scintillators2019
Author(s)
Mutsumi Ueno, Kyoung Jin Kim, Kei Kamada, Takayuki Nihei, Masao Yoshino, Akihiro Yamaji, Satoshi Toyoda, Hiroki Sato, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
Organizer
2019 第80回 応用物理学会 秋季学術講演会
-
[Presentation] Growth and characterization of Ce:LaBr3 based eutectic systems2019
Author(s)
Kei Kamada, Hiroyuki Chiba, Yuki Furuya, Kyoung Jin Kim,Masao Yoshino, Rikito Murakami, Yasuhiro Shoji, Vladimir V. Kochurikhin, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuji Ohashi, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
Organizer
The Sixth Directionally Solidified Eutectics Conference (DSEC VI)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Development of X-ray Talbot-Lau imaging system using large area Tb doped GAP/α-Al2O3 eutectic scintillator plates2019
Author(s)
Kei Kamada, Akihiro Yamaji, Nobuhiro Yasui, Ryota Ohashi, Toru Den, Kyoung Jin Kim, Shunsuke Kurosawa, Yasuhiro Shoji, Yuui Yokota,Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
Organizer
The Sixth Directionally Solidified Eutectics Conference (DSEC VI)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Difference of Mg2+ and Mo6+ co-doping effects on luminescence and scintillation properties of Ce:LuAG single crystal scintillators2019
Author(s)
Kyoung Jin KIM, Kei KAMADA, Masao YOSHINO, Yasuhiro SHOJI, Vladimir KOCHURIKHIN, Akihiro YAMAJI, Satoshi TOYODA, Shunsuke KUROSAWA, Yuui YOKOTA, Yuji OHASHI, Akira YOSHIKAWA
Organizer
8th International Workshop on Photoluminescence in Rare Earths: Photonic Materials and Devices (PRE'19)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Comparison of Mo ion co-doping effects in Ce:Y3Al5O12 and Ce:YAlO3 single crystal scintillators2019
Author(s)
Mutsumi UENO, Kyoung Jin KIM, Kei KAMADA, Takayuki NIHEI, Masao YOSHINO, Akira YAMAJI, Hiroki SATO, Shunsuke Kurosawa, Yuui YOKOTA, Yuji OHASHI, Akira YOSHIKAWA
Organizer
8th International Workshop on Photoluminescence in Rare Earths: Photonic Materials and Devices (PRE'19)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Development of mass production technology of Ce:Gd3(Ga,Al)5O12 scintillator for radiation imaging applications2019
Author(s)
Kei Kamada, Yasuhiro Shoji, Vladimir Kochurikhin, Gushchina Liudmila, Masao Yoshino, Kyoung Jin Kim, Akira Yamaji, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
Organizer
19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-29)
Int'l Joint Research / Invited
-
[Presentation] Multiple shaped crystal growth of oxide scintillators using Mo crucible and dies by the edge defined film fed growth method2019
Author(s)
Kei Kamada, T. Kotaki, H.Saito, F. Horikoshi, M. Miyazaki, Masao Yoshino, Akihiro Yamaji, Kyoung Jin Kim, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
Organizer
19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-29)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Comparison co-doping effects between Mg and W on Ce:Gd3Ga3Al2O12 scintillator grown by micro pulling down method2019
Author(s)
Mutsumi Ueno, Kyoung Jin Kim, Kei Kamada, Takayuki Nihei, Masao Yoshino, Akira Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Hiroki Sato, Akira Yoshikawa
Organizer
19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-29)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Bulk single crystal growth of W, Ce:Gd3Ga3Al2O12 by Czochralski method and their uniformity of scintillation properties2019
Author(s)
Mutsumi Ueno, Kyoung Jin Kim, Kei Kamada, Takayuki Nihei, Masao Yoshino, Akira Yamaji, Hiroki Sato, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Yuji Ohashi, Akira Yoshikawa
Organizer
19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-29)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Single crystal growth of undoped and Tb doped Lu2O3 and HfO2 by indirect heating growth method using arc plasma2019
Author(s)
Rikito Murakami, Kei Kamada, Vladimir Kochurikhin, Kyoung Jin Kim, Yasuhiro Shoji, Masao Yoshino, Akihiro Yamaji, Shunsuke Kurosawa, Yuji Ohashi, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
Organizer
19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-29)
Int'l Joint Research