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高線量場計測を企図した重元素系近赤外発光シンチレータの開発

研究課題

研究課題/領域番号 23KJ1592
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金
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

岡崎 魁  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) 2023-04-25 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2025年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2024年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2023年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードシンチレータ / 近赤外発光 / 重元素 / 単結晶育成
研究開始時の研究の概要

本研究ではこれまで研究報告数の少ない近赤外シンチレーション特性の評価を行う。シンチレータは放射線を即時に蛍光に変換する材料で、光子を電子に変換する光検出器と組み合わせることで放射線計測に利用でき、医療やセキュリティ分野など応用先は多岐に渡る。従来は主な検出器の感度波長に合わせる形で紫外-青色発光シンチレータが開発されてきたが、近年では放射線治療時の照射線量のリアルタイム観測や廃炉作業時のモニタなど高線量場計測に有用な近赤外発光シンチレータが注目を集めている。X・γ線吸収効率および放射線耐性の観点から既報材料と比較して優位性があるW系材料の開発を行い、近赤外発光中心を導入して発光特性を評価する。

研究実績の概要

本研究では放射線治療時の線量のリアルタイムモニタリングや原子炉周辺、内部のモニタリング等の高線量場計測への応用が期待される、新規重元素系近赤外発光シンチレータの開発を推進している。重元素であるタングステン系の材料の密度、実効原子番号は~7ー8 g/cm3および~60ー80と大きく、X線計測に優位性を持つが、その近赤外領域におけるシンチレーションはこれまで評価されていない。そこで初年度はCaWO4の組成に着目し、そのバルク単結晶の作製と発光中心を導入した際のシンチレーション挙動の評価を試みた。
先ず化合物のストイキオメトリとなるように原料粉末を混合し、十分に焼成することで目的物の多結晶粉末を得た。この多結晶粉末を種結晶として使用して融液成長を行い、透明体のバルク単結晶を得ることに成功した。その後発光中心としてNdやPrを賦活した単結晶の作製を行い、X線照射下、当材料が近赤外領域に明瞭なシンチレーションを示す事を確認し、挙動評価を達成した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

重元素系近赤外発光シンチレータの開発を目指し、近赤外発光中心を導入したタングステン系単結晶を育成し、その発光特性、放射線応答特性を評価した。Floating Zone法によるサンプル作製を試み、種結晶の焼成条件の検討等を行うことで複数のタングステン系単結晶の作製に成功した。粉末X線回折測定により、得られたサンプルは目的物の単相を有していることを確認した。近赤外領域での発光特性を評価したところ、Ndを発光中心としたサンプルにおいて70%前後の、比較的高いフォトルミネッセンス量子収率が確認された。X線照射線量率と近赤外シンチレーションの関係においては、良好な線形な応答が確認された。

今後の研究の推進方策

Ndを発光中心として用いることで、良好な発光特性を示す近赤外発光シンチレータが開発された。一方で、高線量場計測への実応用や使用している検出器との組み合わせを考えた際、Ndよりも長波長領域に発光を示す事がシンチレータに望まれ、発光中心の更なる検討の余地が有る。今後はEr等の異なる発光中心を導入したタングステン系単結晶の育成を試み、より高い発光特性、X線検出効率の実現を目指す。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (16件) (うち査読あり 16件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] X-ray-induced scintillation properties of Nd-doped calcium niobium gallium garnet single crystals2024

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

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      巻: 547 号: 1 ページ: 165197-165197

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acefdb

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and scintillation properties of (C4H9NH3)2PbI4 and phenyl group-introduced (C6H5C4H8NH3)2PbI4 single crystals assembling quantum well structures2024

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

      Optical Materials

      巻: 149 ページ: 115062-115062

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2024.115062

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiation-induced luminescence and photoluminescence properties of (K,Rb)2CuBr3 crystals synthesized by the slow cooling method2024

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

      Radiation Physics and Chemistry

      巻: 214 ページ: 111292-111292

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2023.111292

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation characteristics of antimony based organic-inorganic hybrid compounds with a zero-dimensional structure2024

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

      Radiation Physics and Chemistry

      巻: 216 ページ: 111399-111399

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2023.111399

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation properties of non-doped and Ce-doped LiAl5O8 single crystals2024

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

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      巻: 546 ページ: 165168-165168

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2023.165168

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and scintillation characteristics of organic-inorganic layered compounds with a linear alkyl diamine2024

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

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 35 号: 2 ページ: 176-176

    • DOI

      10.1007/s10854-024-11935-8

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of K2Cu(Cl,Br)3 crystalline scintillators2024

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

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 号: 2 ページ: 022002-022002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad238d

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dosimetric properties of Dy-doped Ba3Y(PO4)3 single crystals2024

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

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 35 号: 3 ページ: 238-238

    • DOI

      10.1007/s10854-024-11995-w

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and scintillation properties of (ClPEA)2PbCl4 crystals forming quantum well structures2024

    • 著者名/発表者名
      Matsuzawa Shun、Okazaki Kai、Nakauchi Daisuke、Kawano Naoki、Suto Takeru、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      巻: 549 ページ: 165291-165291

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2024.165291

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Br-substituent effect on photoluminescence and scintillation properties of (C6H5C2H4NH3)2PbCl4 perovskite-type compounds2024

    • 著者名/発表者名
      Matsuzawa Shun、Okazaki Kai、Nakauchi Daisuke、Kawano Naoki、Suto Takeru、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 270 ページ: 120547-120547

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2024.120547

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation and photoluminescence properties of Al(DMSO)6SbCl6 and Ga(DMSO)6SbCl6 single crystals with zero-dimensional structures2024

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

      Journal of Materials Science: Materials in Electronics

      巻: 35 号: 9 ページ: 667-667

    • DOI

      10.1007/s10854-024-12409-7

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation properties of Pr-doped CaWO4 single crystals synthesized by the floating zone method2023

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

      Optical Materials

      巻: 142 ページ: 114003-114003

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2023.114003

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and scintillation properties of organic-inorganic perovskite-type compounds with various hydroxyl alkyl amines or alkyl ether amines2023

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

      Radiation Physics and Chemistry

      巻: 209 ページ: 110981-110981

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2023.110981

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Er-Doped Mg4Ta2O9 Single-Crystal Scintillators Emitting Near-Infrared Photons for High-Dose Field Monitoring2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Taisei、Ichiba Kensei、Nakauchi Daisuke、Okazaki Kai、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Photonics

      巻: 10 号: 6 ページ: 654-654

    • DOI

      10.3390/photonics10060654

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Scintillation properties of Er3+-activated BaO-Nb2O5-TeO2 glasses2023

    • 著者名/発表者名
      Kawano Naoki、Okazaki Kai、Takebuchi Yuma、Fukushima Hiroyuki、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kagaya Fumito、Shinozaki Kenji、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 7 ページ: 072002-072002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ace013

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scintillation properties of (Ph4P)2ZnX4 (X = Cl, Br)2023

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

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 号: 1 ページ: 01SP17-01SP17

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acfa09

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Nd添加CaWO4単結晶の放射線応答特性2024

    • 著者名/発表者名
      岡崎魁、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14回研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Nd添加Ca3TaGa3Si2O14単結晶のシンチレーション特性2024

    • 著者名/発表者名
      岡崎魁、中内大介、 加藤匠、 河口範明、 柳田健之
    • 学会等名
      第71回応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Optical and scintillation properties of Er-doped La3Ga5SiO14 single crystals emitting near-infrared photons2023

    • 著者名/発表者名
      K. Okazaki, D. Nakauchi, T. Kato, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      The 6 International Conference on Applied Physics and Materials Applications (ICAPMA2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optically stimulated luminescence properties of In-doped CsBr translucent ceramics2023

    • 著者名/発表者名
      K. Okazaki, Y. Takebuchi, T. Kato, D. Nakauchi, H. Kimura, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      20th International Conference on Solid State Dosimetry
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] X-ray-induced scintillation properties of Nd-doped calcium niobium gallium garnet single crystals2023

    • 著者名/発表者名
      K. Okazaki, D. Nakauchi, T. Kato, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      21st International Conference on Radiation Effects in Insulators
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoluminescence and scintillation properties of Pr-doped (Lu, Y)2Si2O7 crystals2023

    • 著者名/発表者名
      K. Okazaki, D. Nakauchi, P. Kantuptim, T. Kato, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      EM-NANO 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-26   更新日: 2024-12-25  

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