2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative thermoluminescence materials using dielectric phase transition
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21H01853
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
浅井 圭介 東北大学, 工学研究科, 教授 (60231859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
越水 正典 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40374962)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱蛍光 / 誘電体 / 線量測定 / 中性子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、強誘電状態から常誘電状態などへの誘電性相転移に伴う熱蛍光を実現し、放射線の線量測定における感度を劇的に上昇させることを目的とした。従来の熱蛍光体においては、放射線の照射により生じた電子正孔対の一部が、不純物（ドーパント）や欠陥などの局在中心に捕獲され、その後の加熱による再結合により蛍光（熱蛍光）を生じる。一方で、本研究で採用する誘電性相転移においては、電子や正孔の捕獲サイトのポテンシャルの顕著な変化により、捕獲されている全ての電子や正孔が捕獲サイトから離脱し、それらの再結合による蛍光が生じるため、従来の手法と比較し、熱蛍光強度が著しく増大すると期待した。この機構の導入により、従来の100倍以上の熱蛍光強度の増大を予想している。このような過程による高強度の熱蛍光の実現を通じて、蓄積型蛍光体を用いた線量測定における超高感度化を実現することを目的とした。
今年度の研究では、LiTaO3や類似の構造および化合物組成を有する酸化物系の誘電体材料に基づく熱蛍光体を開発した。これらの系においては、非常に高い熱蛍光強度を昨年度に実現した。今年度には、多様な種類の希土類イオンの添加や、LiやNbを他の金属元素に置換することによる熱蛍光特性および誘電性への影響について調査した。その結果、LiTaO3や関連する化合物の金属イオン置換により、バンドギャップが顕著に減少するために、多くの希土類元素の発光強度が顕著に低下する現象が確認された。また、同時に、熱蛍光強度も顕著に低下した。これらの結果を踏まえると、金属イオン置換による手法での誘電性相転移温度の制御と、希土類元素の蛍光に基づく高い熱蛍光強度との両立においては、非常に精緻な材料設計が必要であることが明らかとなった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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