高発光量シンチレータを目指した未開拓領域であるパイロクロア型発光体の開発

• 研究課題/領域番号: 15K18209
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 黒澤 俊介 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (80613637)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: パイロクロア / バンドギャップエンジニアリング / 結晶育成 / 蛍光体 / 放射光実験 / シンチレータ / パイロクロア型結晶

研究成果の概要

放射線検出素子に使われるシンチレータの新規材料開発のために、調査が不十分であったパイロクロア型とよばれる酸化物結晶について、単結晶体をマイクロ引き下げ法と呼ばれる結晶育成法などで合成したほか、透光性セラミックス（多結晶）の形態でも合成にも取り組み、これらの発光特性を調査した。最も発光量などの性能が良かった組成については、最終的には2インチの結晶の育成に成功し、目標以上の発光量（45,000光子/MeV以上）を達成することができた。また100℃を超える高い温度でも高い発光量を維持することも示し、高い発光量を高温でも維持できるメカニズムを解明することができた。

研究成果

• [国際共同研究] チェコ物理研(チェコ)
• [国際共同研究] CAS(チェコ)
• [国際共同研究] CERN(スイス)
• [国際共同研究] CB Univ. Lyon1(フランス)
• [雑誌論文] Control of the Solid-Liquid Interface during Growth of a Ce-doped Gd₂Si₂O₇ Crystal by the Traveling Solvent Floating Zone Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Watauchi, Kohei Matsuya, Masanori Nagao, Isao Tanaka, Shunsuke Kurosawa, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 印刷中 ページ: 465-468
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.11.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of Ce-doped (Gd0.6 La0.4)2Si2O7 scintillators (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiko Horiai, Shunsuke Kurosawa, Rikito Murakami, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Yuji Ohashi, Jan Pejchal, Kei Kamada, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 65 ページ: 56-59
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2016.10.039
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal growth and optical properties of Gd admixed Ce-doepd Lu₂Si₂O₇ single crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiko Horiai, Shunsuke Kurosawa, Rikito Murakami, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Yuji Ohashi, Jan Pejchal, Kei Kamada, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 印刷中 ページ: 391-394
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.10.074
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The divalent ion codoping effect on Ce-doped (Gd, La)2Si2O7 single crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiko Horiai, Rikito Murakami, Shunsuke Kurosawa3, Yasuhiro Shoji, Akihiro Yamaji, Jan Pejchal, Yuji Ohashi, Mototaka Arakawa, Kei Kamada, Yuui Yokota and Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 印刷中 ページ: 42-46
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2017.02.062
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Growth and Luminescence Properties of Yb2Si2O7 Infra-Red Emission Scintillator (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiko Horiai, Shunsuke Kurosawa, Rikito Murakami, Jan Pejchal, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Valery I. Chani, Yuji Ohashi, Kei Kamada, Yuui Yokota and Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 58 ページ: 14-17
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2016.04.032
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature Dependence of Luminescence Properties for Gadolinium-pyrosilicate Scintillator (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiko Horiai, Shunsuke Kurosawa, Rikito Murakami, Vitezslav Jary, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Yuji Ohashi, Jan Pejchal, Kei Kamada, Yuui Yokota, Martin Nikl and Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 11 ページ: 20007-20007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Radiation Hardness of Ce:(Gd, La)2Si2O7 Scintillator using 80-MeV Alpha Rays (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kurosawa, Rikito Murakami, Akihiro Yamaji, Yasuhiro Shoji, Jan Pejchal, Yuji Ohashi, Yuui Yokota, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 11 ページ: 20002-20002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 資源探査をめざしたCe 添加(Gd,La)2Si2O7シンチレータの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒澤 俊介、庄子 育宏、宍戸統悦、村上 力輝斗、堀合 毅彦、横田 有為、鎌田 圭、吉川彰
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 巻: 43 ページ: 47-53
  • NAID: 130007156918
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Luminescent Properties of Cr-Doped Gallium Garnet Crystals Grown by the Micro-Pulling-Down Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kurosawa, Akira Suzuki, Akihiro Yamaji, Kei Kamada, Jan Pejchal, Yuji Ohashi, Yuui Yokota, Valery Ivanovich Chani, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: - ページ: 95-100
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.02.004
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Scintillation properties of Zr co-doped Ce:(Gd, La)2Si2O7 grown by the Czochralski process (2016)
  • 著者名/発表者名: Rikito Murakami, Shunsuke Kurosawa, Yasuhiro Shoji, Vitezslav Jary, Yuji Ohashi, Jan Pejchal, Yuui Yokota, Kei Kamada, Martin Nikl, Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: - ページ: 162-165
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2016.02.019
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 資源探査用シンチレータの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒澤 俊介、庄子 育宏、宍戸統悦、村上 力輝斗、堀合 毅彦、 横田 有為、鎌田 圭、吉川彰
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 巻: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Scintillation Properties Of Mg Co-doped Ce:(Gd, La)2Si2O7 Grown By Czochralski Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Rikito Murakami, Shunsuke Kurosawa, Yasuhiro Shoji, Yuui Yokota, Jan Pejchal, Yuji Ohashi, Kei Kamada and Akira Yoshikawa
  • 雑誌名: Proceedings of the 29th Workshop on Radiation Detectors and Their Uses 巻: - ページ: 58-65
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal growth and scintillation properties of multi-component oxide single crystals: Ce:GGAG and Ce:La-GPS (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshikawa, K. Kamada, S. Kurosawa, Y. Shoji, Y. Yokota, V.I. Chani, M. Nikl
  • 雑誌名: journal of luminescence 巻: 169 ページ: 387-393
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2015.04.001
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 酸化物シンチレータの放射線耐性実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒澤 俊介、 山路 晃広、 堀合 毅彦、 村上 力輝斗、 小玉 翔平、 庄子 育宏、 大橋 雄二、 荒川 元孝、 鎌田 圭、 横田 有為、 吉川 彰
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 新潟、日本
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Luminescent Study on Rare Earth Doped Hafnium Based Transparent Ceramics Prepared by Spark Plasma Sintering Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kurosawa, Koichi Harata, Hiroaki Chiba, Yuji Ohashi, Kei Kamada, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
  • 学会等名: The 7TH International Symposium on Optical Materials (IS-OM7)
  • 発表場所: Lyon, France
  • 年月日: 2016-03-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of a Position-Sensitive Gamma-ray Camera Using Novel Scintillator and an MPPC (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kurosawa, Y. Shoji, R. Murakami, T. Horiai, A. Yamaji, H. Chiba, Y. Ohashi, K. Kamada, Y. Yokota, A. Yoshikawa
  • 学会等名: The 14th Vienna Conference on Instrumentation (VCI2016)
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2016-02-17
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a Position-Sensitive Gamma-Ray Camera Using Ce:La-GPS Scintillator and an MPPC Array (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kurosawa, Y. Shoji, R. Murakami, T. Horiai, Y. Ohahsi, Y. Yokota, K. Kamada, A. Yoshikawa
  • 学会等名: 2016 IEEE Symposium on Radiation Measurements and Applications (SORMA West 016)
  • 発表場所: バークレー、米国
  • 国際学会
• [学会発表] The Divalent Codoping Effect of Ce-Doped (Gd, La) 2Si2O7 Single Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiko Horiai, Rikito Murakami, Shunsuke Kurosawa, Yasuhiro Shoji, Akihiro Yamaji, Jan Pejchal, Yuji Ohashi, Mototaka Arakawa, Kei Kamada, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
  • 学会等名: The 6th International Workshop on Photoluminescence in RARE EARTHS (PRE16)
  • 発表場所: グリーンビレッジ、米国
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication and Optical Properties of Eu, Tb-doped La2Hf2O7 Ceramics (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kurosawa, Koichi Harata, Hiroyuki Chiba, Shohei Kodama, Akihiro Yamaji, Jan Pejchal, Yuji Ohashi, Kei Kamada, Yuui Yokota, Akira Yoshikawa
  • 学会等名: 7th International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA2016)
  • 発表場所: モントリオール、カナダ
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal Growth and Optical Properties of Gd Admixed Ce-doepd Lu2Si2O7 Single Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Horiai, S. Kurosawa, R. Murakami, A. Yamaji, Y. Shoji, Y. Ohashi, K. Kamada, Y. Yokota, A. Yoshikawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: 名古屋、日本
  • 国際学会
• [学会発表] Optical Properties of Nd-doped (Gd, La)2Si2O7 Crystal (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kurosawa, Toetsu Shishido, Takahiko Horiai, Takamasa Sugawara, Kunio Yubuta, Pejchal Jan, Akihiro Yamaji, Yuji Ohashi, Yuui Yokota, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
  • 学会等名: The 10th Asian Meeting on Electroceramics (AMEC-10, 2016)
  • 発表場所: 台北、台湾
  • 国際学会
• [学会発表] ガドリニウム・パイロシリケート型シンチレータの開発とその評価と応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒澤俊介
  • 学会等名: UVSORシンポジウム2016
  • 発表場所: 岡崎、日本
  • 招待講演
• [学会発表] Ce-concentration dependence of scintillation characteristics for Ce-doped (Gd, La)2Si2O7 doped grown by the Czochralski process (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kurosawa, Y. Shoji, R. Murakami, T. Horiai, K. Kamada, J. Pejchal, Y. Ohashi, A. Yoshikawa
  • 学会等名: 9th International Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation (LUMDETR 2015)
  • 発表場所: Tartu, Estonia
  • 年月日: 2015-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] Luminescent properties of Ce and Sc-admix GPS Scintillator (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kurosawa, T. Shishido, R. Murakami, T. Horiai, T. Sugawara, A. Nomura, K. Yubuta, Y. Shoji, Y. Yokota, J. Pejchal, Y. Ohashi, K. Kamada, A. Yoshikawa
  • 学会等名: 9th International Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation (LUMDETR 2015)
  • 発表場所: Tartu, Estonia
  • 年月日: 2015-09-22
  • 国際学会
• [学会発表] Luminescent Properties Of Ce-Doped Gadolinium Pyrosilicate Crystals Grown By The Floating Zone Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kurosawa, Toetsu Shishido, Takamasa Sugawara, Akiko Nomura, Kunio Yubuta, Yasuhiro Shoji, Rikito Murakami, Yuui Yokota, Jan Pejchal, Yuji Ohashi, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
  • 学会等名: 2015 ACCGE-20
  • 発表場所: Big Sky, Montana, USA
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会
• [学会発表] Scintillation Properties of Large Size Ce:La-GPS Crystals Grown by the (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kurosawa, Y. Shoji, R. Murakami, M. Kitaura, V. Jary, J. Pejchal, Y. Ohashi, Y. Yokota, K. Kamada, A. Onishi, M. Nikl, A. Yoshikawa
  • 学会等名: 13th International Conference on Inorganic Scintillators and Their Applications (SCINT2015)
  • 発表場所: Berkeley, CA, USA
  • 年月日: 2015-06-11
  • 国際学会
• [学会発表] Radiation Hardness of Gd-Based Oxide Scintillators (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kurosawa, R. Murakami, A. Yamaji, Y. Shoji, J. Pejchal, Y. Ohashi, Y. Yokota, K. Kamada, A. Yoshikawa
  • 学会等名: 13th International Conference on Inorganic Scintillators and Their Applications (SCINT2015)
  • 発表場所: Berkeley, CA, USA
  • 年月日: 2015-06-08
  • 国際学会
• [備考] 黒澤俊介のページ
  • URL: http://yoshikawa-lab.imr.tohoku.ac.jp/personal/kurosawa/index.html
• [備考]
  • URL: http://yoshikawa-lab.imr.tohoku.ac.jp/personal/kurosawa/index.html
• [産業財産権] 結晶材料、結晶製造法、放射線検出器、非破壊検査装置、および撮像装置 (2017)
  • 発明者名: 黒澤 俊介、ほか
  • 権利者名: 黒澤 俊介、ほか
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-013345
  • 出願年月日: 2017-01-27
• [産業財産権] 結晶材料、結晶製造法、放射線検出器、非破壊検査装置、および撮像装置 (2016)
  • 発明者名: 黒澤俊介他（計7名）
  • 権利者名: 黒澤俊介他（計7名）
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-013788
  • 出願年月日: 2016-01-27