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JPH06201834A - Ceramic scintillator - Google Patents

Ceramic scintillator

Info

Publication number
JPH06201834A
JPH06201834A JP35989092A JP35989092A JPH06201834A JP H06201834 A JPH06201834 A JP H06201834A JP 35989092 A JP35989092 A JP 35989092A JP 35989092 A JP35989092 A JP 35989092A JP H06201834 A JPH06201834 A JP H06201834A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rare earth
scintillator
surface layer
ceramic
sintered body
Prior art date
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Granted
Application number
JP35989092A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3246781B2 (en
Inventor
Masaaki Tamaya
正昭 玉谷
Naohisa Matsuda
直寿 松田
Yoshikazu Arai
美和 荒井
Kazuto Yokota
和人 横田
Yukiyoshi Fukuda
幸祥 福田
Yukiko Nishiyama
友紀子 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP35989092A priority Critical patent/JP3246781B2/en
Publication of JPH06201834A publication Critical patent/JPH06201834A/en
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Publication of JP3246781B2 publication Critical patent/JP3246781B2/en
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  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 着色および結晶格子歪みを全面的に取り除
き、検出感度が高くて、かつ常に安定した発光効率を保
持・発揮するセラミックシンチレ―タの提供を目的とす
る。 【構成】 希土類オキシ硫化物焼結体を本体とし、表面
が希土類酸化物および希土類オキシ硫酸塩の少なくとも
いずれか1種と、希土類オキシ硫化物とから成る厚さが
3μm を超えない層で一体的に被覆されて成ることを特
徴とし、さらに他の形態は、希土類オキシ硫化物焼結体
を体積比で 0.5〜200ppmの酸素を含む窒素系もしくはア
ルゴン系雰囲気中, 800〜1300℃で熱処理を施し、表面
に一体的に生成した希土類酸化物および希土類オキシ硫
酸塩の少なくともいずれか1種と、希土類オキシ硫化物
から成る厚さが 3μm を超えない被覆層をエッチング除
去して成ることを特徴とするものである。
(57) [Abstract] [Purpose] An object of the present invention is to provide a ceramic scintillator which has a high detection sensitivity and is capable of always maintaining and exhibiting stable luminous efficiency by completely removing coloring and crystal lattice distortion. [Structure] A rare earth oxysulfide sintered body is used as a main body, and the surface thereof has a thickness of at least one of rare earth oxide and rare earth oxysulfate and a rare earth oxysulfide.
It is characterized in that it is integrally coated with a layer not exceeding 3 μm, and yet another form is a rare earth oxysulfide sintered body in a nitrogen-based or argon-based atmosphere containing 0.5 to 200 ppm by volume of oxygen, By heat treatment at 800 to 1300 ℃, at least one of rare earth oxides and rare earth oxysulfates formed integrally on the surface and the coating layer consisting of rare earth oxysulfides with a thickness not exceeding 3 μm are removed by etching. It is characterized by being formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線やγ線などの放射
線を検出する放射線検出器用に適するセラミックシンチ
レータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic scintillator suitable for a radiation detector for detecting radiation such as X-rays and γ-rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】シンチレータは、X線などの放射線の刺
激によって可視光または可視光に近い波長の電磁波を放
射する材料で、シンチレ―ションカウンタとして、たと
えばX線CT装置(X線断層像撮影装置)の放射線検出
器に用いられている。図4はX線CT装置における放射
線検出器の概略構成を断面的に示したもので、1はシン
チレータ、2は前記シンチレータ1の一主面に光結合的
に配置されたフォトダイオードである。そして、披見体
を介して矢印方向から入射するX線の刺激によって、シ
ンチレータ1が発光する可視光量などに対応してのフォ
トダイオード2からの出力を、コンピュータ処理して画
像化させるという機能を呈する。なお、3は放射線透過
型の可視光反射膜である。したがって、この種のシンチ
レータ1においては、X線などの刺激による発光効率
(感度)、アフターブローの短いこと、強いX線などの
曝射による光出力低下が小さいこと(安定性)などが要
求されることになる。
2. Description of the Related Art A scintillator is a material that emits visible light or an electromagnetic wave having a wavelength close to visible light when stimulated by radiation such as X-rays. As a scintillation counter, for example, an X-ray CT apparatus (X-ray tomography apparatus) ) Radiation detector. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a radiation detector in an X-ray CT apparatus. Reference numeral 1 is a scintillator, and 2 is a photodiode optically arranged on one main surface of the scintillator 1. Then, the output of the photodiode 2 corresponding to the amount of visible light emitted by the scintillator 1 is computer-processed to be imaged by the stimulation of X-rays incident from the direction of the arrow through the exhibitor. . Reference numeral 3 denotes a radiation transmissive visible light reflection film. Therefore, this type of scintillator 1 is required to have luminous efficiency (sensitivity) due to stimulation with X-rays, short afterblowing, and small decrease in light output due to exposure to strong X-rays (stability). Will be.

【0003】従来、このようなシンチレータとしては、
たとえばNaI 、CsI 、CdWO4 などの単結晶体、BaFCl :E
u 、LaOBr:Tb、 CsI:Tl 、CaWO4 およびCdWO4 焼結体
(特公昭59-45022号公報参照)、立方晶系希土類酸化物
セラミックス(特開昭59-27283号公報参照)、Gd2 O2
S:Pr、Gd2 O2 S:(Tb,Pr) などの希土類オキシ硫化物セ
ラミックス(特開昭58-204088 号公報参照)などが知ら
れている。
Conventionally, as such a scintillator,
For example, single crystals of NaI, CsI, CdWO 4 , BaFCl: E
u, LaOBr: Tb, CsI: Tl, CaWO 4 and CdWO 4 sintered body (see Japanese Patent Publication No. 59-45022), cubic rare earth oxide ceramics (see Japanese Patent Publication No. 59-27283), Gd 2 O 2
Rare earth oxysulfide ceramics such as S: Pr and Gd 2 O 2 S: (Tb, Pr) (see JP-A-58-204088) are known.

【0004】これらシンチレ―タのうち、特に、Pr,T
b,Euなどで付活された希土類オキシ硫化物セラミック
ス(M1-x Prx 2 O2 S ,(M1-y Tby 2 O2 S ,(M
1-z Euz2 O2 S(ただし式中 Mは Y,La,Gdの群から
選ばれた少なくとも1種の希土類元素)は、その高い発
光効率のためにシンチレータとして好適なものといえ
る。特に、前記式の MがGdである希土類オキシ硫化物セ
ラミックスはX線吸収係数が大きいので、X線検出用シ
ンチレータとして望ましい。なお、前記Prの付活濃度
x,Tbの付活濃度 y,Euの付活濃度 zは低すぎても、ま
た高すぎても発光効率が低下するので、0.0001≦ x≦0.
005 , 0.001≦ y≦0.2 , 0.001≦ z≦0.2 程度に設定
されている。
Among these scintillators, especially Pr, T
b, activated rare earth oxysulfide ceramics such as Eu (M 1-x Pr x ) 2 O 2 S, (M 1-y Tb y) 2 O 2 S, (M
1-z Eu z ) 2 O 2 S (where M is at least one rare earth element selected from the group of Y, La, and Gd) is suitable as a scintillator because of its high luminous efficiency. . In particular, rare earth oxysulfide ceramics in which M in the above formula is Gd have a large X-ray absorption coefficient and are therefore desirable as scintillators for X-ray detection. The activation concentration of Pr
If the activation concentration y of x, Tb and the activation concentration z of Eu are too low or too high, the luminous efficiency will decrease, so 0.0001 ≤ x ≤ 0.
005, 0.001 ≤ y ≤ 0.2, 0.001 ≤ z ≤ 0.2.

【0005】そして、この種のセラミックシンチレータ
は高い検出感度を得るため、透光性であることが要求さ
れており、このような目的・要求に対応して、上記希土
類オキシ硫化物セラミックスは、たとえば原料粉末をホ
ットプレス法やHIP(熱間静水圧プレス)法などを用
いて焼結させ、このセラミックス焼結体からブレードソ
ー、あるいはワイヤソーで所望の形状,寸法に切り出
し、シンチレ―タ(素子)として用いられている。
In order to obtain high detection sensitivity, this type of ceramic scintillator is required to be translucent. In response to such purposes and requirements, the rare earth oxysulfide ceramics are, for example, The raw material powder is sintered by using a hot pressing method or a HIP (hot isostatic pressing) method, and the ceramic sintered body is cut into a desired shape and size with a blade saw or a wire saw, and a scintillator (element) Is used as.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のように希土類オ
キシ硫化物焼結体から成るセラミックシンチレータは、
ホットプレスやHIPなどによる多結晶焼結体から切り
出すことによって得られる。しかし、この希土類オキシ
硫化物焼結体系のセラミックシンチレータには、次のよ
うな不都合な問題が認められる。すなわち、多結晶焼結
体からの切り出し工程を経ると、図5として走査型電子
線顕微鏡写真で示すごとく、圧力や破砕によって茶色に
着色した厚さ 1〜 3μm の表面破砕層が生じる。また、
焼結の際の印加圧力や切り出し加工によって内部と表面
に結晶格子の歪みを生じる。そして、この表面層(表面
破砕層)に結晶格子歪み生じていることは、X線回折幅
が粉体に較べて広がっていることからも分かる。さら
に、前記表面層の着色および結晶格子の歪みは透光性な
どの低下を招来し、結果的に、X線などの放射線で励起
したときの発光効率の大幅な低下をもたらす。たとえ
ば、前記表面層の着色(茶色)は、その表面層での放射
線励起による発光が低減するばかりでなく、放射線励起
による内部側での発光を吸収したりして、発光効率の低
下を招来する。
As described above, the ceramic scintillator composed of the rare earth oxysulfide sintered body is
It is obtained by cutting out from the polycrystalline sintered body by hot pressing or HIP. However, the following inconvenient problems are recognized in the ceramic scintillator of the rare earth oxysulfide sintered system. That is, after the step of cutting out from the polycrystalline sintered body, as shown in the scanning electron microscope photograph of FIG. 5, a surface crushed layer having a thickness of 1 to 3 μm colored brown due to pressure and crushing is produced. Also,
Distortion of the crystal lattice occurs inside and on the surface due to the pressure applied during sintering and the cutting process. The fact that the crystal lattice distortion is generated in this surface layer (surface crushed layer) can be understood from the fact that the X-ray diffraction width is wider than that of the powder. Further, the coloring of the surface layer and the distortion of the crystal lattice cause a decrease in translucency and the like, resulting in a large decrease in the luminous efficiency when excited by radiation such as X-rays. For example, the coloring (brown) of the surface layer not only reduces the light emission due to the radiation excitation in the surface layer but also absorbs the light emission on the inner side due to the radiation excitation, resulting in a decrease in the light emission efficiency. .

【0007】上記表面層の着色および結晶格子歪みに起
因する発光効率などの低下対策として、表面層を腐食液
で強制的に洗い流すことも提案されているが(特開平2-
173088号公報)、表面が凹凸化して(表面露出のグレイ
ンの段差 5μm 程度)、たとえばフォトダイオードなど
の光検出器に組み込んだとき、光結合のマッチングが悪
くなるという問題が起こる。しかも、この場合には、セ
ラミックシンチレータ内部の格子歪みを解消し得ないの
で、発光出力の改善・効果に限界がある。この対策とし
て、水素または硫化水素と不活性ガスとの混合ガス雰囲
気中、 800〜1400℃で熱処理することも試みられており
(特開平2-209987号公報)、実際、この熱処理によりX
線回折幅が狭まり、シンチレータ表面の格子歪みも低減
し得るが、前記表面層の着色を解消することはできな
い。特に、硫化水素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気
中、1100℃以上で熱処理した場合には、橙色の硫化ガド
リニウムが表面に生成し、かえって着色が強まり本来シ
ンチレータが持っていた発光効率を活かし得ないという
問題がある。
As a measure for reducing the luminous efficiency due to the coloring of the surface layer and the crystal lattice distortion, it has been proposed to forcibly wash away the surface layer with a corrosive liquid (Japanese Patent Laid-Open No. 2-2021).
No. 173088), the surface becomes uneven (step of grain of surface exposure is about 5 μm), and when incorporated in a photodetector such as a photodiode, there is a problem that matching of optical coupling is deteriorated. Moreover, in this case, since the lattice distortion inside the ceramic scintillator cannot be eliminated, there is a limit to the improvement / effect of the light emission output. As a countermeasure against this, it has been attempted to perform heat treatment at 800 to 1400 ° C in a mixed gas atmosphere of hydrogen or hydrogen sulfide and an inert gas (Japanese Patent Laid-Open No. 2-209987).
Although the line diffraction width is narrowed and the lattice distortion on the scintillator surface can be reduced, the coloring of the surface layer cannot be eliminated. In particular, when heat-treated at 1100 ° C or higher in a mixed gas atmosphere of hydrogen sulfide and an inert gas, orange gadolinium sulfide is formed on the surface, which in turn strengthens the coloring and makes it possible to utilize the luminous efficiency originally possessed by the scintillator. There is a problem that there is no.

【0008】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたもので、着色および結晶格子歪みを全面的に取り除
き、検出感度が高くて、かつ常に安定した発光効率を保
持・発揮するセラミックシンチレ―タの提供を目的とす
る。
The present invention has been made in consideration of such a situation, and is a ceramic scintillator that completely removes coloring and crystal lattice distortion, has high detection sensitivity, and constantly maintains and exhibits stable luminous efficiency. -For the purpose of providing data.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係るセラミック
シンチレータは、希土類オキシ硫化物焼結体を本体と
し、表面が希土類酸化物および希土類オキシ硫酸塩の少
なくともいずれか1種と、希土類オキシ硫化物とから成
る厚さが 3μm を超えない層で一体的に被覆されて成る
ことを特徴とし、さらに他の形態は、希土類オキシ硫化
物焼結体を体積比で 0.5〜200ppmの酸素を含む窒素系も
しくはアルゴン系雰囲気中, 800〜1200℃で熱処理を施
し、表面に一体的に生成した希土類酸化物および希土類
オキシ硫酸塩の少なくともいずれか1種と、希土類オキ
シ硫化物から成る厚さが 3μm を超えない被覆層をエッ
チング除去して成ることを特徴とするものである。
A ceramic scintillator according to the present invention comprises a rare earth oxysulfide sintered body as a main body, and the surface thereof is at least one of rare earth oxide and rare earth oxysulfate, and a rare earth oxysulfide. Another feature is that the rare earth oxysulfide sintered body is made of a nitrogen-based material containing 0.5 to 200 ppm of oxygen by volume. Alternatively, the thickness of the rare earth oxysulfide and the rare earth oxide and / or the rare earth oxysulfate formed integrally on the surface after the heat treatment at 800 to 1200 ° C in an argon atmosphere exceeds 3 μm. It is characterized in that the coating layer which is not present is removed by etching.

【0010】そして、本発明は結晶性のよい希土類酸化
物( M2 O3 )および希土類オキシ硫酸塩( M2 O2 SO
4 )が、着色性がなく、また透明(光)性を呈すること
に着目してなされたものである。つまり、着色した表面
層(表面破砕層)の希土類オキシ硫化物( M2 O2 S )
を、結晶性のよい希土類酸化物( M2 O3 )や希土類オ
キシ硫酸塩( M2 O2 SO4 )に変化させ、必要ならばエ
ッチング除去する一方、内部の結晶歪みを低減させるこ
とを骨子としている。さらに詳述すると、本発明は次の
ような知見に基づいてなされたものである。すなわち、
従来、高温酸化性雰囲気中では、セラミックス表面の M
2 O2 S が M2 O3 および M2 O2 SO4に変化すれば、
発光効率の低下を招く恐れがあること、さらにX線励起
終了後の残光が長くなったり、大量のX線照射により発
光出力が低下する恐れがあると考えられ、実際空気中処
理では表面から10μm 以上の深さまで過度に酸化され、
表面が白濁して発光効率が低下し、酸化物の長い赤色残
光が観測され実用にならなかった。このような考察およ
び観察に対して、体積比で 0.5〜200ppmの酸素(O2)を
含む窒素もしくはアルゴン雰囲気中、 800〜1300℃で熱
処理を施した場合、表面層(表面破砕層)を成す着色し
た M2 O2 S の一部が、結晶性のよい M2 O3 および M
2 O2 SO4 に変化して、透光性を向上させるばかりでな
く、X線照射下での発光出力も高くなり、加えてX線励
起終了後の残光が長くなる問題や大量のX線照射による
発光出力の低下の問題も解消されるという予想外の知見
に基づくものである。
Further, the present invention provides a rare-earth oxide (M 2 O 3 ) and a rare-earth oxysulfate (M 2 O 2 SO) having good crystallinity.
4 ) was made paying attention to the fact that it has no coloring property and exhibits transparency (light). That is, the rare earth oxysulfide (M 2 O 2 S) in the colored surface layer (surface crushed layer)
Is changed to a rare-earth oxide (M 2 O 3 ) or rare-earth oxysulfate (M 2 O 2 SO 4 ) with good crystallinity, which is removed by etching if necessary, while reducing the internal crystal strain. I am trying. More specifically, the present invention was made based on the following findings. That is,
Conventionally, in high temperature oxidizing atmosphere, M
If 2 O 2 S changes to M 2 O 3 and M 2 O 2 SO 4 ,
It is considered that the emission efficiency may be reduced, the afterglow after the end of X-ray excitation may be long, and the emission output may be reduced by a large amount of X-ray irradiation. Excessively oxidized to a depth of 10 μm or more,
The surface became cloudy and the luminous efficiency was lowered, and a long red afterglow of the oxide was observed, which was not practical. For such consideration and observation, a surface layer (surface crushed layer) is formed when heat treatment is performed at 800 to 1300 ° C in a nitrogen or argon atmosphere containing 0.5 to 200 ppm by volume of oxygen (O 2 ). A part of the colored M 2 O 2 S is composed of M 2 O 3 and M with good crystallinity.
2 O 2 SO 4 not only improves the translucency but also increases the emission output under X-ray irradiation, and also causes the problem of long afterglow after the end of X-ray excitation and a large amount of X-rays. This is based on the unexpected finding that the problem of the decrease in the light emission output due to the line irradiation will be solved.

【0011】本発明において希土類オキシ硫化物焼結体
(セラミック)とは、上記 M2 O2S を主成分とするも
ので、式中のM としてはGd、La、Y 、Luなどが例示さ
れ、これらの 1種または 2種以上の混合系として用いら
れる。また、希土類オキシ硫化物の付活剤としての希土
類元素は、たとえばPr、Tb、Eu、Tmなどの 1種または 2
種以上が用いられる。具体例としては、Gd2 O2 S:Pr、
Gd2 O2 S:(Tb,Pr) 、(Y,Gd)2 O2 S:Pr、(Y,Gd)2 O2
S:(Tb,Pr) 、La2 O2 S:Tbなどが例示され、また、この
希土類オキシ硫化物焼結体は、透光性が要求されるた
め、たとえばホットプレス法やHIP法などによって作
製される。
In the present invention, the rare earth oxysulfide sintered body (ceramic) contains M 2 O 2 S as a main component, and Md in the formula is exemplified by Gd, La, Y and Lu. , Used as a mixed system of one or more of these. Further, the rare earth element as the activator of the rare earth oxysulfide is, for example, one of Pr, Tb, Eu, Tm, or 2
More than one seed is used. As a specific example, Gd 2 O 2 S: Pr,
Gd 2 O 2 S: (Tb, Pr), (Y, Gd) 2 O 2 S: Pr, (Y, Gd) 2 O 2
S: (Tb, Pr), La 2 O 2 S: Tb, etc. are exemplified, and since this rare earth oxysulfide sintered body is required to have a light-transmitting property, for example, a hot press method or a HIP method is used. It is made.

【0012】本発明においては、前記した熱処理により
生成する M2 O3 や M2 O2 SO4 ,および M2 O2 S の
微粒子から成る透光性層の厚は、 3μm を超えると残光
が長くて発光効率の低い M2 O3 や M2 O2 SO4 の発光
成分が加わって好ましくない。そして、この表面層を成
す M2 O3 や M2 O2 SO4 − M2 O2 S 系の化学組成
は、 S/Mの原子数比 1/2.1〜1/80, S/Oの原子数比 1/
2.3〜1/100 、好ましくはS/Mの原子数比 1/5〜1/60, S
/Oの原子数比 1/10 〜1/80程度に選択される。すなわ
ち、 S/Mの原子数比が 1/2.1, S/Oの原子数比が 1/2.3
よりも大きいと、前記切り出しによって生じる表面層の
薄茶色の着色解消が困難になり、発光効率の向上を十分
に図り得ない傾向が認められるからである。一方、 S/M
の原子数比が1/80, S/Oの原子数比が1/100 以下の場合
は、残光が長くて発光効率の低下傾向が認められるから
である。
In the present invention, when the thickness of the light-transmissive layer composed of M 2 O 3 , M 2 O 2 SO 4 and M 2 O 2 S fine particles produced by the above heat treatment exceeds 3 μm, the afterglow Is long and the luminous efficiency of M 2 O 3 or M 2 O 2 SO 4 is low, which is not preferable. The chemical composition of the M 2 O 3 or M 2 O 2 SO 4 − M 2 O 2 S system forming this surface layer is S / M atomic ratio 1 / 2.1 to 1/80, S / O atomic ratio Number ratio 1 /
2.3 to 1/100, preferably S / M atomic ratio 1/5 to 1/60, S
The atomic ratio of / O is selected to be about 1/10 to 1/80. That is, the S / M atomic ratio is 1 / 2.1, and the S / O atomic ratio is 1 / 2.3.
If it is larger than the above range, it becomes difficult to eliminate the light brown coloration of the surface layer caused by the cutout, and it is observed that the luminous efficiency cannot be sufficiently improved. On the other hand, S / M
This is because when the atomic ratio of 1/80 and the atomic ratio of S / O are 1/100 or less, the afterglow is long and the emission efficiency tends to decrease.

【0013】本発明のセラミックシンチレータは、希土
類オキシ硫化物焼結体を所望の形状に切断加工した後、
体積比で 0.5〜200ppmの酸素(O2 )を含む窒素もしくは
アルゴン雰囲気中、 800〜1300℃で熱処理を施すことに
より、表面破砕層を成す着色性を呈する M2 O2 S の一
部が、結晶性のよい M2 O3 や M2 O2 SO4 に変化させ
られている。そして、ここでの処理温度が比較的高い場
合、あるいはセラミックシンチレータ片が直接雰囲気に
曝される場合には、酸素量比を上記範囲内で下限に近い
方に設定することが好ましく、逆に処理温度が比較的低
い場合、あるいはセラミックシンチレータ片を、たとえ
ば蓋付石英製容器内に収容して直接雰囲気に曝されない
ようにした場合には、酸素量比を上記範囲内で上限に近
い方に設定することが好ましい。いずれにしても、酸素
量の比率が200ppmを超えると、 M2 O3 や M2 O2 SO4
の急激な生成反応が起こって、表面層内で粒子成長が生
じて光散乱が強くなり、白い膜状の異物層が形成され易
い傾向が認められる。その結果、表面層の透光性が低下
し、発光効率が低下すると同時に、 M2 O2 S の発光以
外に、残光が長く発光効率の低い M2 O3 や M2 O2 SO
4 の発光成分が加わり、発光効率の改善・向上が損なわ
れ易い。
The ceramic scintillator of the present invention is obtained by cutting a rare earth oxysulfide sintered body into a desired shape,
By subjecting to a heat treatment at 800 to 1300 ° C in a nitrogen or argon atmosphere containing 0.5 to 200 ppm of oxygen (O 2 ) in a volume ratio, a part of M 2 O 2 S exhibiting a coloring property that forms a surface crushed layer, It has been changed to M 2 O 3 and M 2 O 2 SO 4 with good crystallinity. Then, when the treatment temperature here is relatively high, or when the ceramic scintillator piece is directly exposed to the atmosphere, it is preferable to set the oxygen content ratio to one closer to the lower limit within the above range, and vice versa. When the temperature is relatively low, or when the ceramic scintillator piece is housed in a quartz container with a lid so as not to be directly exposed to the atmosphere, the oxygen content ratio is set to the one close to the upper limit within the above range. Preferably. In any case, if the oxygen content ratio exceeds 200 ppm, M 2 O 3 and M 2 O 2 SO 4
It is recognized that the abrupt generation reaction of (3) occurs, particle growth occurs in the surface layer, light scattering becomes strong, and a white film-like foreign matter layer is easily formed. As a result, the light-transmitting property of the surface layer is lowered, and the luminous efficiency is lowered. At the same time, in addition to the emission of M 2 O 2 S, M 2 O 3 and M 2 O 2 SO with long afterglow and low luminous efficiency
Emission component 4 is added, and improvement in luminous efficiency is likely to be impaired.

【0014】なお、上記表面層(表面破砕層)の透明性
化や着色解消後、やや緩慢的な腐食液によるエッチング
処理で、前記透光性化した表面層を除去し、この表面層
に隣接するグレイン(シンチレータ素子内部)の段差を
0.5μm 以下にすることによっても、発光効率の向上を
達成し得る。そして、前記表面層を除去した場合も、上
記熱処理によるシンチレータ片内部の改善効果、換言す
るとシンチレータ片内部の結晶格子歪みの解消ないし低
減の効果は残り、発光効率(感度)の高い放射線用セラ
ミックシンチレータとして機能する。
After the surface layer (surface crushed layer) is made transparent and the coloring is removed, the translucent surface layer is removed by an etching treatment with a slightly slower corrosive solution, and the surface layer is adjacent to this surface layer. The steps of the grains (inside the scintillator element)
The luminous efficiency can also be improved by setting the thickness to 0.5 μm or less. Even when the surface layer is removed, the effect of improving the inside of the scintillator piece by the heat treatment, in other words, the effect of eliminating or reducing the crystal lattice distortion inside the scintillator piece remains, and the ceramic scintillator for radiation having high luminous efficiency (sensitivity) remains. Function as.

【0015】[0015]

【作用】本発明において、所望の形状に切断加工した希
土類オキシ硫化物多結晶焼結体から成り、厚さ 3μm の
M2 O2 S 表面層(表面破砕層)を有するセラミックシ
ンチレータ片は、たとえば薄茶色に着色しているととも
に、図1に曲線aで示すような光透過率スペクトルを呈
していたのに対し、たとえば体積比で 0.5〜200ppmの酸
素を含む窒素またはアルゴンなどの雰囲気中、 800℃〜
1300℃の温度で熱処理を施し、表面層を成す M2 O2 S
の一部を M2 O3 や M2 O2 SO4 に変化させた後におい
ては、光透過率スペクトルが図1に曲線Aで示すように
なっており、光透過率が明らかに向上している。また、
前記表面層について走査型電子顕微鏡写真で観察したと
ころ、熱処理前においては 1μm 以下の径の微小結晶粒
もしくは不定形の微小結晶( M2 O2 S )で形成された
表面層が、50〜 200μm 径の結晶(グレイン)から成る
シンチレータ内部と明確に区分し得たが、熱処理後にお
いては、図2に模式的に示すごとく、表面層の微小な結
晶の形が角張り( M2O3 や M2 O2 SO4 に一部が変
化)、良好な結晶性を呈している。なお、上記表面層を
形成する化合物の種類は、X線回折パターンの測定で同
定することができ、前記熱処理前においては、 M2 O2
S の回折線のみから成り線幅も太いが、熱処理後におい
ては、 M2 O2 S の回折線に加え M2 O3 (立方晶と単
斜晶)や M2 O2 SO4 の回折線も現れる。また、前記 M
2 O3 の回折線は、主に立方晶に基づく回折線である
が、熱処理温度が1100℃を超えた場合や酸素濃度が低い
場合は単斜晶に基づく回折線が現れる。ここで、従来知
られている手段、すなわち熱処理を還元性雰囲気中、10
00℃程度の温度で行った場合は、 M2 O2 S の回折線の
幅は狭くなるが、着色を十分に取り除くことができなか
ったのと大きく相違している。
In the present invention, a rare earth oxysulfide polycrystalline sintered body cut into a desired shape and having a thickness of 3 μm is used.
While the ceramic scintillator piece having the M 2 O 2 S surface layer (surface crushed layer) was colored light brown, for example, and exhibited the light transmittance spectrum as shown by the curve a in FIG. For example, in an atmosphere such as nitrogen or argon containing 0.5 to 200 ppm by volume of oxygen, 800 ° C to
Heat-treated at a temperature of 1300 ℃ to form a surface layer M 2 O 2 S
After changing a part of M 2 O 3 or M 2 O 2 SO 4 , the light transmittance spectrum is shown by the curve A in FIG. 1, and the light transmittance is clearly improved. There is. Also,
Observation of the surface layer with a scanning electron micrograph showed that before heat treatment, the surface layer formed of fine crystal grains with a diameter of 1 μm or less or amorphous microcrystals (M 2 O 2 S) was 50 to 200 μm. Although it could be clearly distinguished from the inside of the scintillator composed of crystals with a diameter (grain), after the heat treatment, the shape of the fine crystals of the surface layer was square (M 2 O 3 or Partly changed to M 2 O 2 SO 4 ) and has good crystallinity. The type of the compound forming the surface layer can be identified by measuring the X-ray diffraction pattern, and before the heat treatment, M 2 O 2
It consists only of S diffraction lines and has a wide line width, but after heat treatment, in addition to M 2 O 2 S diffraction lines, M 2 O 3 (cubic and monoclinic) and M 2 O 2 SO 4 diffraction lines Also appears. Also, the above M
The diffraction line of 2 O 3 is mainly a cubic diffraction line, but when the heat treatment temperature exceeds 1100 ° C. or when the oxygen concentration is low, a monoclinic diffraction line appears. Here, conventionally known means, that is, heat treatment in a reducing atmosphere,
When performed at a temperature of about 00 ° C., the width of the diffraction line of M 2 O 2 S is narrowed, but this is very different from the fact that coloring could not be sufficiently removed.

【0016】上記 0.5〜200ppmの酸素を含む窒素または
アルゴンなどの雰囲気中、 800℃〜1300℃での熱処理に
よる表面層の結晶化で、表面層の着色や透過性などが改
善・向上するだけでなく、前記の熱処理はシンチレータ
片内部(本体内部)の光出力にも寄与する。たとえば熱
処理前に表面層を腐食除去した場合、シンチレータの光
出力が 110%程度であったのに対して、熱処理後、表面
層を腐食除去した場合は、シンチレータの光出力が 110
〜 150%であり、このことは、たとえば結晶格子の歪み
除去など、シンチレータの内部も変化していることを示
唆している。
Crystallization of the surface layer by heat treatment at 800 ° C. to 1300 ° C. in an atmosphere such as nitrogen or argon containing 0.5 to 200 ppm of oxygen just improves / improves coloring or permeability of the surface layer. Nonetheless, the above heat treatment also contributes to the light output inside the scintillator piece (inside the main body). For example, when the surface layer was corroded and removed before the heat treatment, the scintillator optical output was about 110%, whereas when the surface layer was corroded and removed after the heat treatment, the scintillator optical output was 110%.
˜150%, which suggests that the interior of the scintillator is also changing, eg, strain relief of the crystal lattice.

【0017】[0017]

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described.

【0018】具体例の説明において、セラミックシンチ
レータの表面層の化学組成は、表面のEPMA分析、あるい
は塩酸と過酸化水素の水溶液を腐食液として表面層を除
去し、この液を化学分析して求めた。また、この種のシ
ンチレータにおいては、発光出力以外の特性、たとえば
アフターグローの短いこと、強いX線曝射による光出力
低下の小さいことなど重視され、これらの点においても
実用上十分満足し得るものであった。
In the description of specific examples, the chemical composition of the surface layer of the ceramic scintillator was determined by EPMA analysis of the surface, or by removing the surface layer using an aqueous solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide as a corrosive solution and chemically analyzing this solution. It was Further, in this type of scintillator, characteristics other than the light emission output, such as short afterglow and small decrease in light output due to strong X-ray exposure, are important, and these points can be sufficiently satisfied in practical use. Met.

【0019】実施例1 組成式(Gd0.999 Pr0.001 2 O 2 S で示される希土類
オキシ硫化物粉末を原料として、冷間プレスによる成型
を行った後、この成型体を金属製気密容器内に封入し、
アルゴン雰囲気中1500℃×2000気圧の条件によるHIP
処理を施した。冷却後、金属製気密容器からセラミック
ス焼結体を取り出し、このセラミックス焼結体から、ワ
イヤソーで 2mm× 1mm×30mmのシンチレータ片を切り出
した。シンチレータ片は、走査型電子顕微鏡観察による
と厚さ 1μm の表面層(表面破砕層)を有しており、薄
茶色に着色し、光透過率は図1の曲線aで示すごとくで
あった。また、前記表面層をX線回折したところ、図3
(b)に示すごとく回折線幅は広いが、Gd2 O2 S の回折
線のみから成っており、表面層の化学組成は、硫黄 Sと
希土類元素 Mとの原子数比、および硫黄 Sと酸素 Oとの
原子数比がそれぞれ 1/2.0,1/2.1 であった。さらに、
前記シンチレータ片に管電圧120kVp,約0.01レントゲン
のX線を照射したとき、標準試料に対する光出力は88%
であり、管電圧120kVp,1500レントゲンのX線を曝射
し、その前後で約0.01レントゲンのX線を照射して光出
力を比較したところ、光出力維持率は98.2%であった。
Example 1 A rare earth oxysulfide powder represented by the composition formula (Gd 0.999 Pr 0.001 ) 2 O 2 S was used as a raw material, and after molding by cold pressing, this molded body was placed in a metal airtight container. Enclose,
HIP under conditions of 1500 ° C x 2000 atm in argon atmosphere
Treated. After cooling, the ceramic sintered body was taken out from the metal airtight container, and a scintillator piece of 2 mm x 1 mm x 30 mm was cut out from this ceramic sintered body with a wire saw. According to the scanning electron microscope observation, the scintillator piece had a surface layer (surface crushed layer) having a thickness of 1 μm, was colored light brown, and had a light transmittance as shown by a curve a in FIG. Further, when the surface layer was subjected to X-ray diffraction,
Although the diffraction line width is wide as shown in (b), it is composed only of the diffraction lines of Gd 2 O 2 S, and the chemical composition of the surface layer is such that the atomic ratio of sulfur S to rare earth element M and sulfur S The atomic ratios with oxygen O were 1 / 2.0 and 1 / 2.1, respectively. further,
When the scintillator piece was irradiated with a tube voltage of 120 kVp and an X-ray of about 0.01 roentgen, the light output relative to the standard sample was 88%.
When the tube voltage was 120 kVp and 1500 X-rays were irradiated, and before and after that, about 0.01 X-rays were irradiated and the light output was compared, the light output retention rate was 98.2%.

【0020】次いで、前記のシンチレータ片を石英製容
器に収容し、 50ppmの酸素を含む窒素雰囲気中、1000℃
で10時間熱処理を施してセラミックシンチレータを得
た。このセラミックシンチレータは、やや薄い緑がかっ
たPrの光吸収による体色を有し、光透過率は図1の曲線
Aで示すごとくであった。また、前記表面層をX線回折
したところ、図3 (a)に示すごとく鋭い線幅の線から成
るGd2 O2 S の他、Gd2O3 およびGd2 O2 SO4 の回折線
から成っていた。ここで、回折強度はGd2 O2S の (10
1)面の線(2theta=29.9°)に対し、立方晶Gd2 O3
(100)面(2theta=28.5°)は86%であった。また、表
面層の化学組成は、硫黄 Sと希土類元素Mとの原子数比
が 1/9、および硫黄 Sと酸素 Oとの原子数比が1/15であ
った。さらに、前記シンチレータ素子に管電圧120kVp,
約0.01レントゲンのX線を照射したとき、標準試料に対
する光出力は 126%で、大幅に改善・向上された。そし
て、発光スペクトルは、Gd2 O2 S :Prの発光線から成
り、Gd2 O3 :PrおよびGd2 O2 SO4 :Prの発光線はGd
2 O2 S :Prの発光線の 0.1%以下(検出不可能)で、
実用上無視し得る程度に小さかった。さらに、管電圧12
0kVp,1500レントゲンのX線を曝射し、その前後で約0.
01レントゲンのX線を照射して光出力を比較したとこ
ろ、光出力維持率は98.5%であった。
Then, the above scintillator piece was placed in a quartz container, and 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere containing 50 ppm of oxygen.
After that, heat treatment was performed for 10 hours to obtain a ceramic scintillator. This ceramic scintillator had a slightly light greenish body color due to the absorption of Pr, and the light transmittance was as shown by the curve A in FIG. Further, when the surface layer was subjected to X-ray diffraction, as shown in FIG. 3 (a), Gd 2 O 2 S having a sharp line width and Gd 2 O 3 and Gd 2 O 2 SO 4 diffraction lines were obtained. Was made. Here, the diffraction intensity of Gd 2 O 2 S is (10
1) Plane line (2theta = 29.9 °), for cubic Gd 2 O 3
The (100) plane (2theta = 28.5 °) was 86%. The chemical composition of the surface layer was such that the atomic ratio of sulfur S to rare earth element M was 1/9, and the atomic ratio of sulfur S to oxygen O was 1/15. Further, the scintillator element has a tube voltage of 120 kVp,
When irradiated with X-rays of about 0.01 roentgen, the light output for the standard sample was 126%, which was a great improvement. The emission spectrum is composed of the emission lines of Gd 2 O 2 S: Pr, and the emission lines of Gd 2 O 3 : Pr and Gd 2 O 2 SO 4 : Pr are Gd.
2 O 2 S: 0.1% or less of Pr emission line (not detectable),
It was small enough to be ignored in practical use. In addition, the tube voltage 12
It was exposed to X-rays of 0 kVp and 1500 roentgens, and about 0.
When the light output was compared by irradiating the X-ray of 01 roentgen, the light output retention rate was 98.5%.

【0021】実施例2〜7 上記実施例1における熱処理について、雰囲気中の酸素
濃度、熱処理温度および熱処理時間を代えて、切断後の
シンチレ―タ片に熱処理を施した。
Examples 2 to 7 Regarding the heat treatment in the above-mentioned Example 1, the scintillator pieces after cutting were subjected to heat treatment by changing the oxygen concentration in the atmosphere, the heat treatment temperature and the heat treatment time.

【0022】このようにして得たセラミックシンチレ―
タに対して、実施例1の場合と同様に、回折線強度,表
面破損層の化学組成,光出力などそれぞれ測定・評価し
た結果を次表に示す。なお、表面層のX線回折では、Gd
2 O2 S の一部がGd2 O3 に変化していることを示して
いる。 (以下空白) 表 実施例 雰囲気中の 熱処理条件 回折線強度 表面層の組成 光出力 酸素濃度 温度℃ 時間h Gd2 O3 S/Gd S/O 2 150ppm 1000 8 120% 1/19 1/23 128 3 50ppm 1100 8 210% 1/27 1/38 138 4 100ppm 1100 8 300% 1/40 1/65 150 5 30ppm 1100 8 160% 1/20 1/26 155 6 30ppm 1000 3 10% 1/2.3 1/2.7 112 7 200ppm 900 5 40% 1/2.5 1/8 110 実施例8 実施例1の場合と同様にして製作(製造)したセラミッ
クス焼結体から、ワイヤソーで 2mm× 1mm×30mmのシン
チレータ片を切り出し、このシンチレータ片を、蓋のな
い石英製容器内に収容して、1ppmの酸素を含む窒素雰囲
気中、1100℃で3時間熱処理を施してセラミックシンチ
レータを得た。
The ceramic scintillator thus obtained
Similarly to the case of Example 1, the following table shows the results of measuring and evaluating the diffraction line intensity, the chemical composition of the surface-damaged layer, and the light output. In the X-ray diffraction of the surface layer, Gd
It shows that a part of 2 O 2 S is changed to Gd 2 O 3 . (Blank) Table Example Heat treatment conditions in atmosphere Diffraction line intensity Surface layer composition Light output Oxygen concentration Temperature ℃ Time h Gd 2 O 3 S / Gd S / O 2 150ppm 1000 8 120% 1/19 1/23 128 3 50ppm 1100 8 210% 1/27 1/38 138 4 100ppm 1100 8 300% 1/40 1/65 150 5 30ppm 1100 8 160% 1/20 1/26 155 6 30ppm 1000 3 10% 1 / 2.3 1 / 2.7 112 7 200ppm 900 5 40% 1 / 2.5 1/8 110 Example 8 A 2 mm × 1 mm × 30 mm scintillator piece was cut out from a ceramic sintered body manufactured (manufactured) in the same manner as in Example 1 with a wire saw. The scintillator piece was housed in a quartz container without a lid and heat-treated at 1100 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere containing 1 ppm of oxygen to obtain a ceramic scintillator.

【0023】このセラミックシンチレータは、やや薄い
緑がかったPrの光吸収による体色を示し、表面層をX線
回折したところ、Gd2 O2 S およびGd2 O3 の回折線か
ら成っていた。また、回折線の強度はGd2 O2 S の (10
1)面の線(2theta=29.9°)に対し、立方晶Gd2 O3
(100)面(2theta=28.5°)は70%であった。さらに、
表面層の化学組成は、硫黄 Sと希土類元素 Mとの原子数
比が 1/6、および硫黄Sと酸素 Oとの原子数比が1/9 で
あり、X線を照射したときの標準試料に対する光出力は
160%で、大幅に改善・向上していた。
This ceramic scintillator exhibited a body color due to light absorption of Pr, which was slightly greenish in color, and when the surface layer was subjected to X-ray diffraction, it consisted of diffraction lines of Gd 2 O 2 S and Gd 2 O 3 . Also, the intensity of the diffraction line is (10) of Gd 2 O 2 S.
1) Plane line (2theta = 29.9 °), for cubic Gd 2 O 3
The (100) plane (2theta = 28.5 °) was 70%. further,
The chemical composition of the surface layer is such that the atomic ratio of sulfur S to rare earth element M is 1/6 and the atomic ratio of sulfur S to oxygen O is 1/9. Light output to
At 160%, there was a significant improvement.

【0024】実施例9,10 実施例1の場合における出発原料Gd2 O2 S:Prを、Gd2
O2 S:Tb、もしくはGd2 O2 S:Euに代えた他は、同様に
して製作(製造)した各セラミックス焼結体から、ワイ
ヤソーで 2mm× 1mm×30mmのシンチレータ片をそれぞれ
切り出し、これらのシンチレータ片を、蓋付きの石英製
容器内にそれぞれ収容し、 20ppmの酸素を含む窒素雰囲
気中、1000℃で20時間熱処理を施して、2種のセラミッ
クシンチレータを得た。
Examples 9 and 10 Starting material Gd 2 O 2 S: Pr in the case of Example 1 was replaced with Gd 2
Except for replacing with O 2 S: Tb or Gd 2 O 2 S: Eu, scintillator pieces of 2 mm × 1 mm × 30 mm were cut out with a wire saw from each ceramic sintered body manufactured (manufactured) in the same manner. The scintillator pieces of No. 2 were each housed in a quartz container with a lid, and heat-treated at 1000 ° C. for 20 hours in a nitrogen atmosphere containing 20 ppm of oxygen to obtain two types of ceramic scintillators.

【0025】これらのセラミックシンチレータは、いず
れも表面層が良好な透光性を有しており、X線を照射し
たとき、熱処理前のシンチレータ片における光出力に対
して、 150%もしくは 180%の値を示し、両者とも光出
力が大幅に改善・向上したものであった。
In all of these ceramic scintillators, the surface layer has a good light-transmitting property, and when irradiated with X-rays, the light output is 150% or 180% of the light output of the scintillator piece before heat treatment. The values were shown, and both were significantly improved in light output.

【0026】実施例11 実施例1の場合と同様にして製作(製造)したセラミッ
クス焼結体から、ワイヤソーで 2mm× 1mm×30mmのシン
チレータ片を切り出し、このシンチレータ片を、蓋付き
の石英製容器内に収容して、150ppmの酸素を含む窒素雰
囲気中、1000℃で 8時間熱処理を施してセラミックシン
チレータを得た。その後、このセラミックシンチレータ
を、濃塩酸1,過酸化水素1,純水1の割合で混合調製
した腐食液に10分間浸して表面層をエッチング除去して
から、よく水洗いした。この露出した表面を走査型電子
顕微鏡で観察したところ、表面層はほぼ完全に除去され
ており、露出面における互いに隣接するグレインの段差
は平均 0.2μm であった。このようにして得たセラミッ
クシンチレータは、薄緑色体色を示し、前記エッチング
露出面の小さな凹凸によって生じた光散乱のために、や
や透光性が低下していた。また、露出表面をX線回折し
たところ、鋭い線幅のGd2 O2 S の回折線のみから成っ
ており、露出表面の化学組成は、硫黄 Sと希土類元素 M
との原子数比が 1/2.0、および硫黄 Sと酸素 Oとの原子
数比が1/2.0 であった。さらに、このセラミックシンチ
レータに、管電圧120kVp,約0.01レントゲンのX線を照
射したとき、標準試料に対する光出力は 145%であり、
前記熱処理前における光出力に比べて大幅に改善・向上
されていた。そして、前記エッチング露出面をフォトダ
イオードに組み合わせた場合も、光学的に十分満足し得
るマッチングを成し得た。 比較例1
Example 11 A scintillator piece of 2 mm × 1 mm × 30 mm was cut out with a wire saw from a ceramic sintered body manufactured (produced) in the same manner as in Example 1, and the scintillator piece was covered with a quartz container with a lid. The ceramic scintillator was housed inside and heat-treated at 1000 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere containing 150 ppm of oxygen. Then, the ceramic scintillator was immersed in a corrosive liquid prepared by mixing concentrated hydrochloric acid 1, hydrogen peroxide and pure water 1 for 10 minutes to remove the surface layer by etching, and then thoroughly washed with water. When the exposed surface was observed with a scanning electron microscope, the surface layer was almost completely removed, and the average step difference between adjacent grains on the exposed surface was 0.2 μm. The ceramic scintillator thus obtained had a light green body color and had a slightly lowered light-transmitting property due to light scattering caused by the small irregularities on the etching-exposed surface. When the exposed surface was subjected to X-ray diffraction, it consisted only of diffraction lines of Gd 2 O 2 S with a sharp line width. The chemical composition of the exposed surface was sulfur S and rare earth element M.
And the atomic ratio of sulfur S to oxygen O was 1 / 2.0. Furthermore, when this ceramic scintillator was irradiated with an X-ray of about 0.01 roentgen at a tube voltage of 120 kVp, the light output for the standard sample was 145%,
The light output was significantly improved / compared with the light output before the heat treatment. And, even when the etching exposed surface is combined with a photodiode, it is possible to achieve a matching that is optically satisfactory. Comparative Example 1

【0027】実施例1の場合と同様にして製作(製造)
したセラミックス焼結体から、ワイヤソーで 2mm× 1mm
×30mmのシンチレータ片を切り出し、このシンチレータ
片を、石英製容器内に収容して、水素 2%を含む窒素雰
囲気中、1000℃で10時間熱処理を施してセラミックシン
チレータを得た。
Manufacturing (manufacturing) in the same manner as in the first embodiment
2mm x 1mm with a wire saw from the sintered ceramics
Scintillator pieces of × 30 mm were cut out, the scintillator pieces were placed in a quartz container, and heat-treated at 1000 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere containing 2% hydrogen to obtain a ceramic scintillator.

【0028】このようにして得たセラミックシンチレー
タは、薄茶緑がかった体色を示し、前記の熱処理前に比
べて光透過率は改善されたが、その程度は低く不十分で
あった。すなわち、表面層をX線回折したところ、Gd2
O2 S の鋭い線幅の回折線から成っており、僅かに単斜
晶形Gd2 O3 相が認められ、その強度はGd2 O2 S の(1
01)面の線(2theta=29.9°)に対し、 1%以下であっ
た。また、表面層の化学組成は、硫黄 Sと希土類元素 M
との原子数比が1/2.08、および硫黄 Sと酸素 Oとの原子
数比が 1/2.2であった。さらに、このセラミックシンチ
レータに、管電圧120kVp,約0.01レントゲンのX線を照
射したとき、標準試料に対する光出力は89%であった
が、前記熱処理前における光出力に比べて改善の程度
は、本発明の場合(たとえば実施例4)に較べて大幅に
劣っていた。
The ceramic scintillator thus obtained had a light brownish greenish body color, and the light transmittance was improved as compared with that before the heat treatment, but its degree was low and insufficient. That is, when the surface layer was subjected to X-ray diffraction, Gd 2
It consists of a sharp diffraction line of O 2 S, and a slight monoclinic Gd 2 O 3 phase is recognized, and its intensity is (1) of Gd 2 O 2 S.
It was less than 1% with respect to the line of (01) plane (2theta = 29.9 °). The chemical composition of the surface layer is sulfur S and rare earth element M.
And the atomic ratio of sulfur S and oxygen O was 1 / 2.08. Furthermore, when this ceramic scintillator was irradiated with X-rays of about 0.01 roentgen at a tube voltage of 120 kVp, the light output was 89% with respect to the standard sample, but the degree of improvement compared to the light output before the heat treatment was It was significantly inferior to the case of the invention (for example, Example 4).

【0029】比較例2 実施例1の場合と同様にして製作(製造)したセラミッ
クス焼結体から、ワイヤソーで 2mm× 1mm×30mmのシン
チレータ片を切り出し、このシンチレータ片を、蓋のな
い石英製容器内に収容して、水素 2%を含む窒素雰囲気
中、1000℃で10時間熱処理を施してから、さらに酸素を
300ppm含む窒素雰囲気中、1000℃で30分間熱処理を施し
てセラミックシンチレータを得た。なお、このセラミッ
クシンチレータを走査型電子顕微鏡で観察した結果、厚
さが約 4μm の表面相を有していた。 このようにして
得たセラミックシンチレータは、表面に白い粉状の膜が
形成されており、X線回折したところ、Gd2 O3 および
Gd2 O2 OS4 の鋭い線幅の回折線から成っており、ま
た、前記表面層の化学組成は、硫黄 Sと希土類元素 Mと
の原子数比、および硫黄 Sと酸素 Oとの原子数比とも 1
%以下であった。さらに、このセラミックシンチレータ
にX線を照射したときの発光スペクトルは、Gd2 O3 :P
r の赤色発光が加わり、Gd2 O2 S の発光色に較べて黄
色味が強かった。さらにまた、このセラミックシンチレ
ータに、管電圧120kVp,約0.01レントゲンのX線を照射
したとき、標準試料に対する光出力は 110%で、前記熱
処理前における光出力に比べて改善は認められたが、ア
フターグローが長くなり実用に適さなかった。
Comparative Example 2 A scintillator piece of 2 mm × 1 mm × 30 mm was cut out with a wire saw from a ceramic sintered body produced (manufactured) in the same manner as in Example 1, and the scintillator piece was made into a quartz container without a lid. After heat-treating at 1000 ℃ for 10 hours in a nitrogen atmosphere containing 2% hydrogen, oxygen is further added.
Heat treatment was performed at 1000 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere containing 300 ppm to obtain a ceramic scintillator. Observation of this ceramic scintillator with a scanning electron microscope revealed that it had a surface phase with a thickness of about 4 μm. The ceramic scintillator thus obtained had a white powdery film formed on the surface, and when subjected to X-ray diffraction, Gd 2 O 3 and
Gd 2 O 2 OS 4 is composed of diffraction lines with a sharp line width, and the chemical composition of the surface layer is such that the atomic ratio of sulfur S to rare earth element M and the number of atoms of sulfur S and oxygen O. Ratio 1
% Or less. Furthermore, the emission spectrum of this ceramic scintillator when irradiated with X-rays is Gd 2 O 3 : P
The red luminescence of r was added, and the yellow tint was stronger than that of Gd 2 O 2 S. Furthermore, when this ceramic scintillator was irradiated with X-rays of about 0.01 roentgen at a tube voltage of 120 kVp, the light output was 110% with respect to the standard sample, which was an improvement over the light output before the heat treatment. The glow became long and not suitable for practical use.

【0030】比較例3 実施例1の場合と同様にして製作(製造)したセラミッ
クス焼結体から、ワイアーソウで 2mm× 1mm×30mmのシ
ンチレータ片を切り出し、何等の熱処理を施さず直ち
に、このシンチレータ片を濃塩酸3,硝酸1の割合で混
合調製した腐食液に30分間浸して表面層をエッチング除
去してから、よく水洗いした。このエッチングで露出し
た表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面層は
ほぼ完全に除去されていた。
Comparative Example 3 A scintillator piece of 2 mm × 1 mm × 30 mm was cut out with a wire saw from a ceramic sintered body produced (manufactured) in the same manner as in Example 1, and immediately subjected to no heat treatment, this scintillator piece was immediately cut. Was immersed in a corrosive liquid prepared by mixing concentrated hydrochloric acid 3 and nitric acid 1 for 30 minutes to remove the surface layer by etching, and then thoroughly washed with water. When the surface exposed by this etching was observed with a scanning electron microscope, the surface layer was almost completely removed.

【0031】このようにして得たシンチレータ素子は、
薄緑色の体色を示し、前記エッチング露出面は小さな
(段差 5μm 程度)凹凸面化による光散乱のために、透
光性が低下しているとともに、フォトダイオードとの光
結合性も劣っていた。また、エッチング露出面をX線回
折したところ、Gd2 O2 S の鋭い線幅の回折線のみから
成っていた。そして、このシンチレータ素子に、管電圧
120kVp,約0.01レントゲンのX線を照射したとき、標準
試料に対する光出力は 109%で、前記エッチング処理前
における光出力に比べて改善・向上されているが、本発
明の場合に較べると劣っていた。
The scintillator element thus obtained is
It had a light green body color, and the exposed surface had a low transparency (difference of about 5 μm) due to light scattering due to the uneven surface, and also had poor optical coupling with the photodiode. . Also, when the etched exposed surface was subjected to X-ray diffraction, it consisted only of diffraction lines having a sharp line width of Gd 2 O 2 S. Then, the tube voltage is applied to this scintillator element.
When irradiated with an X-ray of 120 kVp and about 0.01 roentgen, the light output with respect to the standard sample was 109%, which is an improvement / improvement as compared with the light output before the etching treatment, but it is inferior to the case of the present invention. It was

【0032】なお、上記ではGd2 O2 S 焼結体を本体
(母体)としたセラミックシンチレータを例示したが、
焼結体からの切り出し(切断加工)による表面層(表面
破砕層)の着色は、希土類オキシ硫化物(Gd2 O2 S な
ど)固有の現象である。したがって、前記Gd2 O2 S 焼
結体において、GdをたとえばLa, Yなどに置換した焼結
体をシンチレータ本体(母体)とした場合も同様に適用
し、同様な作用・効果を得ることができる。
In the above, a ceramic scintillator having a Gd 2 O 2 S sintered body as a main body (matrix) has been exemplified.
The coloring of the surface layer (surface crushed layer) by cutting (cutting) from the sintered body is a phenomenon unique to rare earth oxysulfides (Gd 2 O 2 S, etc.). Therefore, in the Gd 2 O 2 S sintered body, when the scintillator main body (matrix) is a sintered body in which Gd is replaced by La, Y, etc., the same operation and effects can be obtained. it can.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
要の形状に加工するため、不可欠な切断加工に伴う着色
表面破砕層の発生、高圧下での焼結に伴う結晶歪みなど
の発生に起因する光出力低下が解消(回避)し、むしろ
検出感度の大幅な改善・向上が図られる。また、一方で
は、いわゆるアフターグローガ短く、かつ強いX線曝射
などによる光出力の低下も大幅に低減・抑制され、安定
した信頼性の高い機能を保持・発揮する。したがって、
本発明に係るセラミックシンチレータは、たとえばX線
CT装置などの放射線検出器用に好適するものといえ
る。
As described above, according to the present invention, since the material is processed into a required shape, a colored surface crush layer is generated due to an indispensable cutting processing, and a crystal strain is generated due to sintering under high pressure. The decrease in the light output caused by is eliminated (avoided), and rather, the detection sensitivity is greatly improved. On the other hand, the so-called afterglow is short, and the decrease in light output due to strong X-ray irradiation is greatly reduced / suppressed, and stable and highly reliable functions are maintained and exhibited. Therefore,
It can be said that the ceramic scintillator according to the present invention is suitable for a radiation detector such as an X-ray CT apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るセラミックシンチレータの透光性
および従来のセラミックシンチレータの透光性を比較し
て示す曲線図。
FIG. 1 is a curve diagram showing the translucency of a ceramic scintillator according to the present invention and the translucency of a conventional ceramic scintillator in comparison.

【図2】本発明に係るセラミックシンチレータの切断面
の結晶組織を示す模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a crystal structure of a cut surface of a ceramic scintillator according to the present invention.

【図3】(a)は本発明に係るセラミックシンチレータの
表面層についてのX線回折線図、 (b)は従来のセラミッ
クシンチレータの表面層についてのX線回折図。
3A is an X-ray diffraction diagram of a surface layer of a ceramic scintillator according to the present invention, and FIG. 3B is an X-ray diffraction diagram of a surface layer of a conventional ceramic scintillator.

【図4】セラミックシンチレータを用いた放射線検出器
の概略構成をしめす断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a radiation detector using a ceramic scintillator.

【図5】従来のセラミックシンチレータの切断面の結晶
組織を示す顕微鏡写真。
FIG. 5 is a micrograph showing a crystal structure of a cut surface of a conventional ceramic scintillator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…セラミックシンチレータ 2…フォトダイオード
3…放射線透過型の可視光反射膜
1 ... Ceramic scintillator 2 ... Photodiode 3 ... Radiation transmissive visible light reflection film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横田 和人 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 福田 幸祥 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 西山 友紀子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuto Yokota 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside the Yokohama Works of Toshiba Corporation (72) Inventor Yukichi Fukuda 8th Shin-sugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Incorporated company Toshiba Yokohama Works (72) Inventor Yukiko Nishiyama 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated Toshiba Research & Development Center

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 希土類オキシ硫化物焼結体を本体とし、
表面が希土類酸化物および希土類オキシ硫酸塩の少なく
ともいずれか1種と、希土類オキシ硫化物とから成る厚
さが 3μm を超えない層で一体的に被覆されて成ること
を特徴とするセラミックシンチレータ。
1. A body of a rare earth oxysulfide sintered body,
A ceramic scintillator, the surface of which is integrally coated with a layer of at least one of rare earth oxides and rare earth oxysulfates, and a rare earth oxysulfide having a thickness not exceeding 3 μm.
【請求項2】 希土類オキシ硫化物焼結体を体積比で
0.5〜200ppmの酸素を含む窒素系もしくはアルゴン系雰
囲気中, 800〜1300℃で熱処理を施し、表面に一体的に
生成させた希土類酸化物および希土類オキシ硫酸塩の少
なくともいずれか1種と、希土類オキシ硫化物から成る
厚さが 3μm を超えない被覆層をエッチング除去して成
ることを特徴とするセラミックシンチレータ。
2. A rare earth oxysulfide sintered body in volume ratio
At least one of rare earth oxides and rare earth oxysulfates formed integrally on the surface by heat treatment at 800 to 1300 ° C in a nitrogen or argon atmosphere containing 0.5 to 200ppm oxygen, and rare earth oxys A ceramic scintillator characterized by etching and removing a coating layer made of sulfide and having a thickness not exceeding 3 μm.
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