希土類を含む超高エネルギー放射線検出材料CeF_3系の製作とその基礎物性

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08458120
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 河野 勝康 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (90017418)
• キーワード: 希土類 / 放射線検出 / CeF_3 / シンチレーション / 着色中心 / 単結晶成長 / 蛍石型単結晶 / カラーセンターレーザー

研究概要

この研究では、最近、素粒子物理や原子力工学、宇宙関連において、高感度でありながら特にエネルギーの高い放射線に耐えられる無機材料として注目を浴びているCeF_3を中心に他のシンチレーション用結晶との混晶、不純物の添加などを試み、CeF_3を越える高耐久性、高効率の放射線検出器を開発する為の基礎物性データを得ることを目的としている。既に単結晶製作システム用に、300KHz,15kWの誘導加熱装置を中心に二基のブリッジマン炉、一基のチョクラルスキ炉を保有しており、今年度はBaF_2系、及びそれらに稀土類イオンを添加したシンチレーション単結晶を製作した。最近の成果では超高エネルギーシンチレーターCsIの引き上げに成功しており、新たに誘導加熱型SITインバータ-の電源変換ユニット部分、及び精密温度制御のためのアナログコントローラーを科研費で導入した.また蛍石型単結晶の間での混晶を、混晶比を細かく変えて作りそれらの精細な違いを磁気的、光学的に調べ、発光エネルギーの混晶比に対する非線形的な変化という興味ある結果を発表した。発表の際の論文作成で、以前から研究室で要求の高かかったXMINTを一台購入した。自前で単結晶を供給できるということは、素性のわからない試料を他から購入せねばならない環境と異なり、試料製作の細かい仕様、条件を自由に設定できる利点がある。製作された単結晶の高エネルギー放射線(10^5〜10^8rad)に対する耐久性能テストは、地理的に近い距離で、研究用の強い線源(コバルト60)を保有している都立アイソトープ研の協力を得て、CsI及び希土類を含むSrF_2,BaF_2とこれらの混晶に対して行い、生成された着色中心の同定の実験データを得た。更に京都産業大学坪井泰住教授との蛍石型単結晶カラーセンターレーザーの共同研究にも応用した。しかし主題であるCeF_3を中心とした他のシンチレーション用結晶との混晶、希土類イオンの添加の研究は、結晶製作上の問題から次年度に持ち越された。

研究成果

• [文献書誌] R.Nakata,N.Hashimoto and K.Kawano:""High-Conversion-Efficiency Solar Cell Using Fluorescence of Rare Earth Ions"" Jpn.J.Appl.Phys.35. L90-L93 (1996)
• [文献書誌] K.Kawano,K.Katoh,R.Nakata:""Radiative to Non-radiative Processes for Luminescence of Eu^<2+> ion in SrF_2-BaF_2 Mixed Crystals"" J.Phys.Soc.Japan K.Kawano. (to be published). (1997)
• [文献書誌] K.Kawano and R.Nakata:""X-Ray Excitation Luminescence of the Eu Ion Doped into Fluorite-type CaF_2-SrF_2 and SrF_2-BaF_2 Mixed Crystal Systems"" Journal of Material Science. (to be published). (1997)
• [文献書誌] K.Kawano,N.Hashimoto and R.Nakata:""Effects on Solar Cell Efficiency of Fluorescence of Rare-Earth Ions"" Journal of Material Science. (to be published). (1997)
• [文献書誌] K.Kawano,K.Arai,H.Yamada,N.Hashimoto and R.Nakata:""Application of Rare Earth Complexes for Photovoltaic Precursors"" Solar Energy Materials & Solar Cells. 34 & 35, (to be published). (1997)
• [文献書誌] F.Uciyama,E.Ishikawa,K.Tanaka,K.Kawano and R.Nakata:""Space Charge Relaxation and Clustering in Yttrium Doped BaF_2"" J.Phys. & Chem.Solids. (to be published). (1997)
• [文献書誌] K.Tanaka,Q.Zhuang,K.Tanaka,K.Kawano,R.Nakata:""Studies on High Temperature Ionic Thermocurrents Observed in CaF_2 and CaF_2 : Eu"" J.Phys. & Chem.Solids. 57. 307-314 (1996)
• [文献書誌] K.Kawano,H.Akahane,R.Nakata and M.Sumita: ""ESR Studies on Locally Additive Low-Symmetry Distortions on Mixed Crystal Sr_<1-x>Ba_xF_2 System Monitored with Eu^<2+> Dopants""