エネルギー収支に基づくシンチレータとドシメータの実験的な統合

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01375
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 柳田 健之 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20517669)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: シンチレータ / ドシメータ / 熱蛍光 / 輝尽蛍光 / RPL

研究実績の概要

本研究の目的は、蛍光体を用いた放射線計測を行うという目的が同じでありながら、異なる分野として発展してきたシンチレータ、および蛍光体型ドシメータの実験的な統合モデルを描く事である。このような目的を達成する為、材料系としてはバルク単結晶、透明/不透明セラミックス、ガラスを選択し、何らかのホストに0.1~10%程度の発光中心元素を添加した物質を合成し、そのシンチレーションおよびドシメータ特性を評価した。
昨年度までは様々な材料系に、希土類元素もしくは遷移金属元素を添加した蛍光体の放射線誘起蛍光特性を調査したが、今年度はさらにns2イオンを添加した物質の特性を調査した。例えばTl+を添加したCsBrやCsCl単結晶や透明セラミックスの特性を調査したところ、昨年度までと同様にシンチレーションとドシメータ用蓄積型蛍光の反相関性を確認した。同様の傾向は、Sn2+やIn+など、他のns2イオンにおいても確認された。さらに副次的な成果として、様々な物質の放射線検出器特性を調べていく過程で、CsLiB6O10 (CLBO) 単結晶がガンマ線照射下で、64000 ph/MeV の高い発光量を有する事を発見した。ホウ素含有物質では発光量の高いモノが発見されてこなかったため、関連分野においては新たな知見が得られた事となる。これらの成果に基づき、本年度も客観的な研究への評価として、応用物理学会論文奨励賞、7件の指導学生の応用物理学会放射線分科会ポスター賞、2件の応用物理学会 Poster Award、2件の次世代先端光科学研究会若手奨励賞等を受けた。

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

本研究を進めるうえでの作業仮説は、二次電子の、発光中心と捕獲中心への分岐比がシンチレータもしくはドシメータとしての性能に決定的に重要となる事である。昨年度までは希土類発光中心を有するセラミックスと単結晶という秩序構造を有する物質系、短距離秩序構造を有しないアモルファス (ガラス) においても同様の傾向 (シンチレーションとドシメータ用蓄積蛍光) の反相関性を確認し、仮説が秩序構造によらず成り立つ事を検証した。今年度は同様の研究を進めつつ、協力研究者らとの共同研究において、二次電子分岐における熱失活とシンチレーションもしくは蓄積蛍光に振り分けられるエネルギーが反相関する事も確認し、放射線吸収後のエネルギー分岐は、単純なエネルギー保存則を仮定した場合のシンチレーション、蓄積蛍光、熱失活の三通りに振り分けられることを検証した。

今後の研究の推進方策

より多様な物質、すなわち様々なナノ・ミクロスケールの秩序・ランダム構造におけるシンチレーションおよびドシメータ特性を観測し、どういった場合に反相関性が成立し、どのような場合は成立しない (すなわち多くの吸収した放射線エネルギーが熱失活する) かを明らかにする。合わせて共同研究などを通じて、逐次過程におけるダイナミクスの評価を行い、無限時間積分した状況 (エネルギー保存に基づく本研究の骨子となる仮定) と時間微分した状況の整合性に関して検討を行いたい。

研究成果

• [国際共同研究] サスカチュワン大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: サスカチュワン大学
• [雑誌論文] Thermoluminescence properties of Dy3+-doped CaO-Al2O3-B2O3 glasses for neutron detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Ichiro、Kawamoto Hiroki、Fujimoto Yutaka、Koshimizu Masanori、Okada Go、Koba Yusuke、Ogawara Ryo、Suda Mitsuru、Yanagida Takayuki、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 468 ページ: 18～22
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2020.02.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical, scintillation, and dosimetric properties of dy-doped MgAl2O4 transparent ceramics (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Optik 巻: 207 ページ: 164433～164433
  • DOI: 10.1016/j.ijleo.2020.164433
  • 査読あり
• [雑誌論文] Undoped CaSO4 showing highly enhanced radio-photoluminescence properties (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada Go、Koguchi Yasuhiro、Yanagida Takayuki、Nanto Hidehito
  • 雑誌名: Materials Today Communications 巻: 24 ページ: 101013～101013
  • DOI: 10.1016/j.mtcomm.2020.101013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study of CsBr:Tl transparent ceramic and single crystal for radiation detector applications (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Hiromi、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Okada Go、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161226～161226
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.061
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray induced luminescence properties of Ce-doped Ca3Sc2Si3O12 single crystal (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato Takumi、Usui Yuki、Okada Go、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161301～161301
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.136
• [雑誌論文] Development of scintillating 2D quantum confinement materials-(C6H5C2H4NH3)2Pb1-xSrxBr4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Akatsuka Masaki、Kawano Naoki、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Okada Go、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161372～161372
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.10.050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of liquid scintillators based on mixed-organic solvents containing 6Li for neutron detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Arai Sae、Koshimizu Masanori、Fujimoto Yutaka、Yanagida Takayuki、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161632～161632
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.11.091
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of scintillation responses in rare-earth-ions-doped LiCaAlF6 single crystals (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Noriaki、Okada Go、Fukuda Kentaro、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161518～161518
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.10.196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basic study on a LiF-Eu:CaF2 mixed powder neutron scintillator (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Kenichi、Mitsuboshi Natsumi、Ishikawa Akihisa、Yamazaki Atsushi、Yoshihashi Sachiko、Uritani Akira、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki、Fukuda Kentaro
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161244～161244
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Auger-free luminescence characteristics of Cs(Ca1-xMgx)Cl3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Keisuke、Koshimizu Masanori、Fujimoto Yutaka、Yanagida Takayuki、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161842～161842
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.01.068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterizations of Pr:Ca2Al2SiO7 single crystal scintillator for α-ray detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Taiki、Nakauchi Daisuke、Koshimizu Masanori、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 100 ページ: 109565～109565
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2019.109565
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation and dosimetric properties of Dy-doped CaF2 translucent ceramic and single crystal (2020)
  • 著者名/発表者名: KAWANO Naoki、NAKAUCHI Daisuke、NAKAMURA Fumiya、YANAGIDA Takayuki
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 128 ページ: 57～61
  • DOI: 10.2109/jcersj2.19147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of dosimetric properties of Tb-doped MgF2 transparent ceramics (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuo Tatsuya、Kato Takumi、Kimura Hiromi、Nakamura Fumiya、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Optik 巻: 203 ページ: 163965～163965
  • DOI: 10.1016/j.ijleo.2019.163965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation and TSL properties of Nd-doped TeO2-Al2O3-WO3 glasses (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawano Naoki、Kimura Hiromi、Nakauchi Daisuke、Shinozaki Kenji、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Solid State Sciences 巻: 100 ページ: 106111～106111
  • DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2019.106111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optically-stimulated luminescence properties of Eu-doped Cs(Cl, Br) translucent ceramics (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Hiromi、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 100 ページ: 109660～109660
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2020.109660
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation properties of organic-inorganic perovskite-type compounds with fluorophenethylamine (2020)
  • 著者名/発表者名: Horimoto Atsushi、Kawano Naoki、Nakauchi Daisuke、Kimura Hiromi、Akatsuka Masaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 101 ページ: 109686～109686
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2020.109686
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation and photoluminescence properties of (Tl1-xAx)MgCl3 (where A = alkali metal) (2020)
  • 著者名/発表者名: Arai Miki、Fujimoto Yutaka、Koshimizu Masanori、Yanagida Takayuki、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 823 ページ: 153871～153871
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.153871
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radio-photoluminescence properties of samarium-doped alkaline earth sulfates (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada Go、Hirasawa Kazuki、Kusano Eiji、Yanagida Takayuki、Nanto Hidehito
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 466 ページ: 56～60
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2020.01.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosynergetic amplification of radiation input: from efficient UV induced cycloreversion to sensitive X-ray detection (2020)
  • 著者名/発表者名: Asato Ryosuke、Martin Colin J.、Calupitan Jan Patrick、Mizutsu Ryo、Nakashima Takuya、Okada Go、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki、Kawai Tsuyoshi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 11 ページ: 2504～2510
  • DOI: 10.1039/C9SC05380H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescence characteristics of Cs2BaCl4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Keisuke、Arai Miki、Koshimizu Masanori、Fujimoto Yutaka、Yanagida Takayuki、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: 032003～032003
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ab762b
  • 査読あり
• [雑誌論文] TSL and OSL properties of Eu-doped LiMgAlF6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yanagida Takayuki、Kato Takumi、Takebuchi Yuma、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 132 ページ: 106250～106250
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of undoped and Tl-doped Cs2BaBr4 crystals (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kentaro、Kimura Hiromi、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 132 ページ: 106260～106260
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radio-photoluminescence properties of LiCaAlF6:Sm (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada Go、Kawaguchi Noriaki、Kasap Safa、Nanto Hidehito、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 132 ページ: 106251～106251
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106251
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dosimetric properties of non-doped LiF/CaF2 eutectic (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Noriaki、Kimura Hiromi、Takebuchi Yuma、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 132 ページ: 106254～106254
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiation induced change in the optical properties of NaCl:Yb crystal (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Yutaka、Okada Go、Sekine Dai、Yanagida Takayuki、Koshimizu Masanori、Kawamoto Hiroki、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 133 ページ: 106274～106274
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation and thermally-stimulated luminescence properties of Tm-doped CaHfO3 crystals (2020)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of (C6H5C2H4NH3)2Pb1-xMnxBr4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawano Naoki、Nakauchi Daisuke、Kimura Hiromi、Akatsuka Masaki、Takahashi Kosuke、Kagaya Fumito、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 ページ: 082004～082004
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab2e7c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron-induced thermoluminescence properties of Tb3+-doped CaO-Al2O3-B2O3 glasses (2019)
  • 著者名/発表者名: KAWAMURA Ichiro、KAWAMOTO Hiroki、FUJIMOTO Yutaka、KOSHIMIZU Masanori、OKADA Go、KOBA Yusuke、OGAWARA Ryo、YANAGIDA Takayuki、ASAI Keisuke
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 127 ページ: 663～668
  • DOI: 10.2109/jcersj2.19071
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical and scintillation properties of alkaline earth doped Ga2O3 single crystals prepared by the floating zone method (2019)
  • 著者名/発表者名: Yanagida Takayuki、Kawaguchi Noriaki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SCCB20～SCCB20
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab488f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical and scintillation properties of Pr-doped Y2Si2O7 single crystal (2019)
  • 著者名/発表者名: Kantuptim Prom、Akatsuka Masaki、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SCCB17～SCCB17
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab48a2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation properties of xCe:30Rb2O-30BaO-10Al2O3-30P2O5 glasses (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiratori Daiki、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SCCB16～SCCB16
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab48c2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation and dosimetric properties of Sn-doped ZnO-P2O5-SiO2 glasses (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SCCB21～SCCB21
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab488b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation of TlBr crystals at low temperatures (2019)
  • 著者名/発表者名: Koshimizu Masanori、Hitomi Keitaro、Nogami Mitsuhiro、Yanagida Takayuki、Fujimoto Yutaka、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SCCB19～SCCB19
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4895
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescence and scintillation properties of TlMg(Cl1-xBrx)3 crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: Arai Miki、Fujimoto Yutaka、Koshimizu Masanori、Kimura Hiromi、Yanagida Takayuki、Asai Keisuke
  • 雑誌名: Materials Research Bulletin 巻: 120 ページ: 110589～110589
  • DOI: 10.1016/j.materresbull.2019.110589
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and scintillation properties of Ce-doped CaZrO3 single crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Hiroyuki、Nakauchi Daisuke、Koshimizu Masanori、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SCCB15～SCCB15
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4a86
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescence and scintillation properties of (C6H5(CH2)2NH3)2(Ba,Pb)Br4 with self-organized bi-dimensional quantum-well structures (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakauchi Daisuke、Kawano Naoki、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: SCCB04～SCCB04
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab515d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of Ce-doped Ca(Gd,Y)Al3O7 single crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: Igashira Kenta、Nakauchi Daisuke、Fujimoto Yutaka、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 98 ページ: 109497～109497
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2019.109497
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of Yb2+-doped SrCl2 crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: SEKINE Dai、FUJIMOTO Yutaka、KOSHIMIZU Masanori、NAKAUCHI Daisuke、YANAGIDA Takayuki、ASAI Keisuke
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: 012005～012005
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4e4c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scintillation detector properties of CsLiB6O10 (CLBO) crystal (2019)
  • 著者名/発表者名: Yanagida Takayuki、Sakairi Mitsuyoshi、Kato Takumi、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 13 ページ: 016001～016001
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab5ffa
  • 査読あり
• [学会発表] Development of crystalline scintillators for radiation detector applications (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagida, N. Kawaguchi
  • 学会等名: 44th ICACC
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of transparent ceramic scintillators (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagida, N. Kawaguchi
  • 学会等名: GFMAT2
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inverse proportional relationship of scintillators and dosimeter materials based on energy conservation law (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagida, N. Kawaguchi
  • 学会等名: Pacrim 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] VUV spectroscopic and Scintillation Properties of Undoped Gd3(AlxGa1-x)5O12 (x = 1, 2, 2.5, 3, 4) Crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagida, M. Koshimizu, N. Kawaguchi
  • 学会等名: 20th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
  • 国際学会
• [学会発表] Eu添加LiMgAlF6 の輝尽・熱蛍光特性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柳田健之, 加藤匠, 河口範明
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://mswebs.naist.jp/LABs/yanagida/index.html