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新規酸化ハフニウム系単結晶シンチレータの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20J23226
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分31010:原子力工学関連
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

福嶋 宏之  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)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードシンチレータ / 単結晶 / フォトルミネッセンス / 酸化ハフニウム
研究開始時の研究の概要

本研究はその高い融点から単結晶育成が困難である酸化ハフニウム系材料の単結晶育成とシンチレータへの応用を目的とする。初めにHf6Ta2O17の単結晶育成を行い、育成条件を確立した後に発光中心元素としてCe、Pr、Eu、Tiなどを添加し、X・γ線検出を高効率で行える単結晶シンチレータの開発を目指す。

研究実績の概要

本研究では酸化ハフニウム系材料の1つであるCaHfO3の一部をMgで置換した単結晶を育成し、そのシンチレーション特性評価を行った。Ce添加CaHfO3の発光量は8000 photons/MeV程度と比較的高く、減衰時定数も20-30 ns程度と速いため、X・γ線検出用シンチレータとして有力な候補である。これまでに他の材料系において母材の一部を他元素で置換することで発光量が向上することが報告されている。そのためCe添加CaHfO3においても母材の一部を置換することで、発光量が向上する可能性がある。
Ce濃度は3%で固定し、Mg濃度は0.5-10%の間で変化させて単結晶を育成した。育成した結晶は全て無色透明であった。粉末X線回折 (XRD) の測定結果では単相のCaHfO3が得られたことを確認し、またMg濃度の増加に伴ってピークが高角度側にシフトしたため、CaサイトにMgが置換されていることを確認した。フォトルミネッセンスおよびシンチレーションスペクトルの両方で430 nmを中心にブロードな発光バンドが観測され、その減衰時定数は22 ns程度であったため、発光起源はCe3+の5d-4f遷移であると考えられる。この発光バンドの量子収率はMg置換によって向上し、Mg置換前は28%程度であったが、Mg置換後は最大で50%程度であった。シンチレーション発光量を定量的に算出した結果では、5%Mg添加サンプルがおよそ9500 photons/MeV程度の発光量を示した。これは酸化ハフニウム系材料の中で最も高い発光量であり、既存のX・γ線検出用シンチレータであるBi4Ge3O12やCe添加Gd2SiO5の発光量よりも高い値が得られた。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (32件) (うち査読あり 24件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Photoluminescence and Scintillation Properties of Ce-doped (MgxCa1−x)HfO3 Single Crystals2023

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 35 号: 2 ページ: 429

    • DOI

      10.18494/SAM4139

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2023-02-20
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiation-induced Luminescence Properties of Tm-doped Bi4Ge3O12 Single Crystals2023

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Kai、Nakauchi Daisuke、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 35 号: 2 ページ: 459

    • DOI

      10.18494/SAM4144

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2023-02-20
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ionizing-radiation-induced Scintillation Characteristics of Ti-doped SrZrO3 Single Crystal2023

    • 著者名/発表者名
      Shiratori Daiki、Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 35 号: 2 ページ: 439

    • DOI

      10.18494/SAM4140

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2023-02-20
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ce concentration dependence on scintillation properties of SrHfO3 single crystals2023

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Okada Go、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 934 ページ: 167929-167929

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2022.167929

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence and dosimetric properties of Tb-doped Na3AlF6 ceramics2023

    • 著者名/発表者名
      Sakaguchi Hirotaka、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 254 ページ: 119533-119533

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2022.119533

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Scintillation characteristics of transparent Eu2O3-BaO-TeO2 glass-ceramics2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamori Ryogo、Kawano Naoki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Shiratori Daiki、Fukushima Hiroyuki、Takebuchi Yuma、Shinozaki Kenji、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Ceramics International

      巻: 49 号: 10 ページ: 15884-15890

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2023.01.183

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Scintillation and Thermally Stimulated Luminescence Properties of Sn-doped CaO–B2O3–SiO2 Glasses2022

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Shiratori Daiki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 2 ページ: 717

    • DOI

      10.18494/SAM3691

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2022-02-21
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scintillation Properties of an Organic–Inorganic Lead Iodide Perovskite Single Crystal Having Quantum Well Structures2022

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Kai、Onoda Daichi、Nakauchi Daisuke、Kawano Naoki、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 2 ページ: 575

    • DOI

      10.18494/SAM3678

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2022-02-21
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Radiation Response Characteristics of Pr3+-activated SrO–Al2O3–TeO2 Glasses2022

    • 著者名/発表者名
      Nakamori Ryogo、Kawano Naoki、Takaku Akito、Onoda Daichi、Takebuchi Yuma、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Shinozaki Kenji、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 2 ページ: 707

    • DOI

      10.18494/SAM3689

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2022-02-21
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of Pr-doped SrLu2O4 single crystals with different concentrations2022

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Optical Materials

      巻: 128 ページ: 112385-112385

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2022.112385

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Luminescence and scintillation properties of Ce-doped calcium hafnate perovskite single crystals2022

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 250 ページ: 119088-119088

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2022.119088

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of scintillation properties of Hf-based oxide materials2022

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 1 ページ: 010506-010506

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac9105

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Luminescence and dose-rate response properties of Pr-doped Bi4Ge3O12 scintillators2022

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Kai、Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Okada Go、Onoda Daichi、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Radiation Measurements

      巻: 154 ページ: 106773-106773

    • DOI

      10.1016/j.radmeas.2022.106773

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation characteristics of Eu2O3-doped WO3-Al2O3-TeO2 glasses2022

    • 著者名/発表者名
      Kawano Naoki、Shinozaki Kenji、Kato Takumi、Onoda Daichi、Takebuchi Yuma、Fukushima Hiroyuki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 249 ページ: 119003-119003

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2022.119003

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Optical and thermally-stimulated luminescence properties of Ce-doped Al2O3 transparent ceramics2022

    • 著者名/発表者名
      Kato Takumi、Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Optik

      巻: 264 ページ: 169435-169435

    • DOI

      10.1016/j.ijleo.2022.169435

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of Eu2O3-BaO-Nb2O5-TeO2 glass and glass ceramics2022

    • 著者名/発表者名
      Nakamori Ryogo、Kawano Naoki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Fukushima Hiroyuki、Takebuchi Yuma、Shinozaki Kenji、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 33 号: 26 ページ: 20470-20478

    • DOI

      10.1007/s10854-022-08861-y

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Scintillation properties of (C6H5CnH2nNH3)2PbCl4 (n = 1-4)2022

    • 著者名/発表者名
      Suto Takeru、Kawano Naoki、Okazaki Kai、Takebuchi Yuma、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 1 ページ: 010610-010610

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac8f02

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dosimetric properties of Mn2+-doped Ca2BO3Cl2022

    • 著者名/発表者名
      Wauke Tomoaki、Koide Sohya、Kawano Naoki、Kato Takumi、Fukushima Hiroyuki、Takebuchi Yuma、Okada Go、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 号: 10 ページ: 102007-102007

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac9104

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of various organic-inorganic perovskite-type compounds with a diamine2022

    • 著者名/発表者名
      Nagaoka Ryo、Kawano Naoki、Takebuchi Yuma、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 号: 11 ページ: 110601-110601

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac943d

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ce-doping effect on dosimetric properties of mullite single crystals synthesized by the floating zone method2022

    • 著者名/発表者名
      Ichiba Kensei、Takebuchi Yuma、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Applied Radiation and Isotopes

      巻: 190 ページ: 110521-110521

    • DOI

      10.1016/j.apradiso.2022.110521

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of Nd-Doped CaWO4 Single Crystalline Scintillators Emitting Near-Infrared Light2022

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Kai、Nakauchi Daisuke、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 12 号: 22 ページ: 11624-11624

    • DOI

      10.3390/app122211624

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Radiation-induced luminescence properties of Sn-doped hafnium aluminosilicate glass ceramics prepared by using a xenon image furnace2022

    • 著者名/発表者名
      Shiratori Daiki、Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 1 ページ: 010608-010608

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac90a4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Ti doping on scintillation properties of CaZrO3 single crystals2022

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 号: SB ページ: SB1039-SB1039

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac18a8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiation response properties of Eu3+-doped K2O-Ta2O5-Ga2O3 glasses2022

    • 著者名/発表者名
      Kawano Naoki、Shinozaki Kenji、Kato Takumi、Onoda Daichi、Takebuchi Yuma、Fukushima Hiroyuki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Ceramics International

      巻: 48 号: 7 ページ: 9353-9361

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2021.12.130

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of Er:Bi4Ge3O12 single crystals emitting near-infrared luminescence for scintillation detectors2022

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Kai、Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Okada Go、Onoda Daichi、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 903 ページ: 163834-163834

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2022.163834

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation and thermoluminescence characteristics of Tm-doped BaCaBO3F2022

    • 著者名/発表者名
      Koide Sohya、Kawano Naoki、Kato Takumi、Fukushima Hiroyuki、Takebuchi Yuma、Onoda Daichi、Okada Go、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Optical Materials

      巻: 126 ページ: 112222-112222

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2022.112222

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and Scintillation Properties of Nd-doped Strontium Yttrate Single Crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Akatsuka Masaki、Kimura Hiromi、Onoda Daichi、Shiratori Daiki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 33 号: 6 ページ: 2235

    • DOI

      10.18494/SAM.2021.3324

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2021-06-24
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of scintillation properties of Nd-doped Bi4Ge3O12 single crystals with near-infrared luminescence2021

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Kai、Onoda Daichi、Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 32 号: 16 ページ: 21677-21684

    • DOI

      10.1007/s10854-021-06686-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of Ce-doped SrY2O4 single crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Optik

      巻: 238 ページ: 166789-166789

    • DOI

      10.1016/j.ijleo.2021.166789

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation and thermally-stimulated luminescence properties of Tm-doped CaHfO3 crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Radiation Measurements

      巻: 133 ページ: 106280-106280

    • DOI

      10.1016/j.radmeas.2020.106280

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation and luminescence properties of undoped and europium-doped CaZrO3 crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 223 ページ: 117231-117231

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2020.117231

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of Ce-doped SrLu2O4 single crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Koshimizu Masanori、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Solid State Sciences

      巻: 110 ページ: 106471-106471

    • DOI

      10.1016/j.solidstatesciences.2020.106471

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ce 添加(MgxCa1-x)HfO3 単結晶の育成及びシンチレーション特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      福嶋宏之, 中内大介, 加藤匠, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      セラミックス協会第35回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Scintillation properties of alkaline-earth-admixed Ce:CaHfO3 single crystals2022

    • 著者名/発表者名
      H. Fukushima, D. Nakauchi, T. Kato, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      INTERNATIONAL CONFERENCE AND EXHIBITION ON SCIENCE, TECHNOLOGY AND ENGINEERING OF MATERIALS (ISTEM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SrHfO3単結晶シンチレータの開発2021

    • 著者名/発表者名
      福嶋宏之, 中内大介, 加藤匠, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] CaHfO3の単結晶育成及びシンチレーション特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      福嶋宏之, 中内大介, 加藤匠, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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