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三元系フッ化物透明セラミックスシンチレータの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K15026
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

加藤 匠  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60867836)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード透明セラミックス / シンチレータ / ドシメータ / フッ化物 / 放射線検出
研究開始時の研究の概要

超高齢化社会をむかえる日本において、低侵襲の画像診断機器であるX線コンピュータ断層撮影や陽電子断層診断の性能向上は喫緊の課題である。これら画像医療装置の性能は初段のシンチレータ部に強く依存しており、従来は主として酸化物シンチレータが用いられてきた。本研究では、ハロゲン化物透明セラミックスのシンチレータとしての可能性を検証するため、三元系フッ化物の透明セラミックスを開発し、22,000 photons/MeV以上のシンチレーション発光量および100 ns 以内の蛍光減衰時定数を達成する事を目標とする。

研究成果の概要

放射線検出器に用いられるシンチレータにおいて、新たな材料候補としてLiBaF3やNaMgF3などのフッ化物透明セラミックスの合成を試みた。LiBaF3においては透明性の高いセラミックスが得られなかったことおよび残光が強いことから全吸収ピークが観測されず、現状のサンプルを放射線計測に応用することは困難であった。一方でNaMgF3においては500 nmで約40%の透過率が得られ、Euを添加することによって全吸収ピークの観測に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで新規シンチレータ材料の開発として、(1) 単結晶における新規化学組成の探索、(2) 透明セラミックスにおけるガーネット材料の小改良が主流であった。本研究では、材料形態に透明セラミックスを用いつつも、ガーネット材料以外の化学組成として三元系フッ化物シンチレータを開発した。結果としてそれらがシンチレータとして応用できることを実証し、透明セラミックスのシンチレータとしての可能性を拡張したと言える。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] TSL and OSL Properties of Cu-doped CaF2 Ceramics Prepared by Spark Plasma Sintering2022

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

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 2 ページ: 653

    • DOI

      10.18494/SAM3682

    • 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 Li-doped ZnO Translucent Ceramic2022

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

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 2 ページ: 661

    • DOI

      10.18494/SAM3683

    • 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] Characterization of Tm Concentration Dependence of Dosimetric Properties of NaMgF32022

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

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 2 ページ: 645

    • DOI

      10.18494/SAM3685

    • 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] Optical, TSL, and OSL Properties of Copper-doped Cesium Bromide Transparent Ceramics Prepared by SPS2021

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

      Sensors and Materials

      巻: 33 号: 6 ページ: 2187

    • DOI

      10.18494/SAM.2021.3322

    • 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 / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optically stimulated luminescence properties of Tl-doped NH4Cl transparent ceramics fabricated by SPS method2021

    • 著者名/発表者名
      Onoda Daichi、Kimura Hiromi、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Asian Ceramic Societies

      巻: 9 号: 3 ページ: 1282-1289

    • DOI

      10.1080/21870764.2021.1966979

    • 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 ZnO translucent ceramics annealed at different temperatures2021

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

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 33 号: 4 ページ: 2234-2241

    • DOI

      10.1007/s10854-021-07436-7

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radio-photoluminescence properties of silver-doped cesium chloride transparent ceramics2021

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

      Journal of Luminescence

      巻: 236 ページ: 118099-118099

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2021.118099

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photostimulated luminescence in Tl-doped NH4Br translucent ceramics synthesized by SPS2021

    • 著者名/発表者名
      Onoda Daichi、Kimura Hiromi、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: 12 ページ: 122009-122009

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac384b

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Optical and Scintillation Properties of ZnO Translucent Ceramics2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kunikata, T. Kato, D. Shiratori, D. Nakauchi, N. Kawaguchi, T. Yanagida,
    • 学会等名
      46th ICACC
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 透光性セラミックスを用いた放射線イメージング用蛍光体の開発と今後の展望2022

    • 著者名/発表者名
      木村大海、加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第5回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] SrF2透明セラミックスの作製とシンチレーション特性の評価2022

    • 著者名/発表者名
      加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第5回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] C:MgO透明セラミックスの熱刺激蛍光特性2022

    • 著者名/発表者名
      加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第5回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ga2O3透光性セラミックスシンチレータのアニール処理による格子欠陥の制御2022

    • 著者名/発表者名
      國方俊彰、加藤匠、白鳥大毅、中内大介、 河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第5回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] TI 添加アンモニウムハライド透光性セラミックスの合成および輝尽性特性の評価2022

    • 著者名/発表者名
      小野田大地, 木村大海, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第14 回日本セラミックス協会MFD 研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Dy 添加CaF2 透光性セラミックスの熱刺激蛍光特性2022

    • 著者名/発表者名
      加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第14 回日本セラミックス協会MFD 研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ユーロピウム添加セシウム複合ハライド透光性セラミッ クスの光刺激蛍光特性2022

    • 著者名/発表者名
      木村大海, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Tl添加NH4X透光性セラミックス (X = Cl, Br) の光刺激蛍光特性2022

    • 著者名/発表者名
      小野田大地, 木村大海, 加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ga2O3透光性セラミックスのシンチレーションおよび光学特性2022

    • 著者名/発表者名
      國方俊彰, 加藤匠, 白鳥大毅, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ag添加ZnO透光性セラミックスの放射線誘起蛍光特性2022

    • 著者名/発表者名
      國方俊彰, 加藤匠, 白鳥大毅, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Dy:CaF2透明多結晶のTSLおよびOSL特性における添加濃度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] MgAl2O4透明セラミックスのTSL特性におけるEu濃度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] RPL特性を有するCaF2透明セラミックスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      加藤匠, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Li添加ZnO透光性セラミックスシンチレータのアニール 処理による格子欠陥の制御2022

    • 著者名/発表者名
      國方俊彰, 加藤匠, 白鳥大毅, 中内大介, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Radio-photoluminescence phenomenon in Au:CsCl translucent ceramics2021

    • 著者名/発表者名
      D. Shiratori, H. Kimura, T. Kato, D. Nakauchi, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      13th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '21 (ALC'21 )
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Eu doping on storage luminescence properties of CsBr transparent ceramics2021

    • 著者名/発表者名
      H. Kimura, T. Kato, D. Nakauchi, M. Akatsuka, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermally stimulated luminescence properties of Tb-doped MgAl2O4 transparent ceramics2021

    • 著者名/発表者名
      T. Kato, D. Nakauchi, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dosimetric properties of transparent ceramic materials2021

    • 著者名/発表者名
      T. Kato, D. Nakauchi, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 透明セラミックスの放射線計測への応用2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換 第一回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 放電プラズマ焼結法により作製したCsBr:Ag透光性セラミックスのラジオフォトルミネッセンス特性2021

    • 著者名/発表者名
      木村大海,岡田豪,加藤匠,中内大介,河口範明,柳田健之
    • 学会等名
      セラミックス協関西支部第15回学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Eu添加NaMgF3透光性セラミックスのドシメータ特性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠、中内大介、河口範明、柳田 健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第2回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Eu, Dy添加SrAl2O4単結晶および透光性多結晶における放射線誘起発光特性比較2021

    • 著者名/発表者名
      中内大介、中村文耶、加藤匠、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第2回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 放電プラズマ焼結法で作製したNH4Br:Tl透光性セラミックスの光刺激蛍光特性2021

    • 著者名/発表者名
      小野田大地、木村大海、中内大介、加藤匠、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第2回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ZnO透光性セラミックスの光学及びシンチレーション特性2021

    • 著者名/発表者名
      國方俊彰、加藤匠、白鳥大毅、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第2回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] リン酸カルシウム透明セラミックスのドシメータ特性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第2回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ZnO透光性セラミックスのシンチレーション特性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      國方俊彰, 加藤匠, 白鳥大毅, 中内大介, 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] 異なる材料形態のCaF2におけるラジオフォトルミネセンス特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠, 中内大介, 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] Eu添加BaFBr透光性セラミックスの輝尽性蛍光特性2021

    • 著者名/発表者名
      木村大海, 加藤匠, 中内大介, 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] 金添加透光性CsClセラミックスが示すX線照射による発光強度の変化2021

    • 著者名/発表者名
      白鳥大毅, 加藤匠, 木村大海, 中内大介, 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] Ce添加Al2O3セラミックスの熱刺激蛍光特性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠, 福嶋宏之, 中内大介, 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] Sm添加SrF2透明セラミックスの放射線誘起蛍光特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      福嶋宏之, 加藤匠, 中内大介, 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] SPS法を用いて作製したNH4Br:Tl透光性セラミックスの輝尽性蛍光特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      小野田大地, 木村大海, 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] Dy添加CaF2透明多結晶のドシメータ特性におけるDy濃度依存性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第3回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Eu添加Cs(Cl, I)透光性セラミックスの放射線誘起蛍光特性2021

    • 著者名/発表者名
      木村大海、加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第3回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ag添加ZnO透光性セラミックスのPLおよびシンチレーション特性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      國方俊彰、加藤匠、白鳥大毅、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第4回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Tb添加MgAl2O4透明セラミックスのTSLおよびOSL特性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠、中内大介、河口範明、柳田健之
    • 学会等名
      応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第4回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ce添加LiBaF3透光性セラミックスのシンチレーション特性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤匠, 中内大介, 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 実施状況報告書
  • [備考] 加藤匠の研究者個人ホームページ

    • URL

      http://naistjsapsc.starfree.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2023-01-30  

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