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2020 年度 実施状況報告書

赤色・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 20K20104
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

中内 大介  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特任助教 (00870049)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードシンチレーション検出器 / 単結晶 / 蛍光体 / フォトルミネセンス / ラジオルミネセンス / 放射線計測
研究実績の概要

シンチレータは放射線照射時に光子を発する放射線計測用蛍光体であり、医療・セキュリティ・資源探査などの分野における産業の発展に伴い、シンチレータ材料の需要が高まりつつある。CeやPrなどの発光中心は5d-4f遷移由来のブロードな発光を示し、Ce:GAGGやPr:LuAGに代表されるようにシンチレータとして盛んに検討がなされてきた有用な賦活剤である。Sm2+は赤色から近赤外域に強い発光を示すことからSi系の光検出器と相性が良いことやチェレンコフ光との区別が容易である点で今後有用となり得る発光中心である。そこで、新たな発光中心としてSm2+に着目しハライド単結晶の合成を行い、その蛍光およびシンチレーション特性の評価により赤色・近赤外発光シンチレータを開発することを目的とした。いくつかのSm2+添加材料の開発を行い、X線およびγ線に対する発光特性を調査したところ、約30,000 photons/MeVの高いシンチレーション発光量を示す材料を見出した。また、フォトルミネセンスでも90%を超える高い量子収率を有しており、赤色蛍光体としても優れた特性を示している。

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

赤色・近赤外発光シンチレータを作製するために、還元剤と共にSmを導入したハライド単結晶を作製し、その光学特性の評価を行った。これまでに2価の置換サイトを有するハライド化合物4組成について、垂直ブリッジマン法を用いて結晶育成条件の最適化を行いつつ合成を試みた。大きさ数cm程度の単結晶の育成に成功し、粉末X線回折により、それらの単結晶が目的の構造の材料を有することを確認した。光物性を評価した結果、Smとイオン半径が近い置換サイトを有する組成において、90%程度の非常に高い量子収率で赤色発光が観測されていることがわかった。また、γ線照射時の波高分布解析により、約30,000 photons/MeVの高いシンチレーション発光量を示すことを見出しており、Sm2+添加材料が赤色・近赤外発光材料としてγ線計測に適用可能であることを確認することができた。

今後の研究の推進方策

これまでの検討で、Sm2+を発光中心とすることで高効率な赤色・近赤外発光を示すことを確認することができた。その一方で合成系中の還元反応が十分に進行せず、一部3価の価数状態で残存するという問題が残った。今後は更に組成探索と共に反応条件を検討しつつ探索を行うことで価数変化を促進させ、発光量の向上を目指す予定である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (16件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effects of dopant concentration in Eu-doped Ca2MgSi2O7 single crystalline scintillators2021

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

      Materials Research Bulletin

      巻: 135 ページ: 111155~111155

    • DOI

      10.1016/j.materresbull.2020.111155

  • [雑誌論文] Scintillation properties of (C6H5C2H4NH3)2Pb1-Sn Br4 crystals having two-dimensional quantum-well structures2021

    • 著者名/発表者名
      Onoda Daichi、Akatsuka Masaki、Kawano Naoki、Nakauchi Daisuke、Kato Takumi、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Optical Materials

      巻: 114 ページ: 111002~111002

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2021.111002

  • [雑誌論文] Characterization of high dense Pr:GdTaO4 crystal scintillators2021

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

      Radiation Physics and Chemistry

      巻: 182 ページ: 109390~109390

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2021.109390

  • [雑誌論文] Optical and scintillation properties of Nd-doped Lu2Si2O7 single crystals2021

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

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 860 ページ: 158538~158538

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2020.158538

  • [雑誌論文] Photoluminescence, scintillation and thermoluminescence properties of Ce-doped SrLaAl3O7 crystals synthesized by the optical floating zone method2021

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

      Optical Materials

      巻: 112 ページ: 110782~110782

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2020.110782

  • [雑誌論文] Optical and scintillation properties of Ce-doped 20CsCl-20BaCl2-60ZnCl2 glasses2021

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

      Optik

      巻: 226 ページ: 165825~165825

    • DOI

      10.1016/j.ijleo.2020.165825

  • [雑誌論文] Tl-concentration dependence of scintillation properties in Tl-doped CsBr single crystals2020

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

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 122005~122005

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abca50

  • [雑誌論文] Characterization of Eu-doped Ba2SiO4, a high light yield scintillator2020

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

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 122001~122001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abc574

  • [雑誌論文] Development of Eu-doped Sr2MgSi2O7 single crystalline scintillators2020

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

      Optical Materials

      巻: 109 ページ: 110270~110270

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2020.110270

  • [雑誌論文] Scintillation properties of BaSiO3:Ce crystals by the floating zone method2020

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

      Materials Research Bulletin

      巻: 131 ページ: 110961~110961

    • DOI

      10.1016/j.materresbull.2020.110961

  • [雑誌論文] Photoluminescence and scintillation properties of Ce-doped CaBr2 crystals2020

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

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 102002~102002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abb5c0

  • [雑誌論文] Tm concentration dependence of scintillation characteristics on Tm-doped Lu2Si2O7 single crystal2020

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

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 847 ページ: 156542~156542

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2020.156542

  • [雑誌論文] Oxidation suppression of Cu in alkaline aluminophosphate glass and the effects for radiation-induced luminescence characteristics2020

    • 著者名/発表者名
      Shiratori Daiki、Masai Hirokazu、Kato Takumi、Okada Go、Nakauchi Daisuke、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 21403

    • DOI

      10.1038/s41598-020-78510-z

  • [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

  • [雑誌論文] Effect of Ti-doping on dosimetric properties of MgAl2O4 single crystals2020

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

      Radiation Physics and Chemistry

      巻: 177 ページ: 109163~109163

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2020.109163

  • [雑誌論文] Scintillation properties of GdAlO3 crystals doped with different concentrations of tm2020

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

      Journal of Luminescence

      巻: 228 ページ: 117610~117610

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2020.117610

  • [学会発表] 赤色発光を呈するSm添加シンチレータの開発2021

    • 著者名/発表者名
      中内大介、藤本裕、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
    • 招待講演
  • [学会発表] 赤色発光を呈するSm:SrBr2単結晶シンチレータの開発2020

    • 著者名/発表者名
      中内大介, 藤本裕, 加藤匠, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2021-12-27  

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