JPS585387A - シンチレ−タ−物質 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、シンチレータ−物質に関する。この発明は
、高エネルギー光子、すなわちＸ線又はガンマ光子の超
高速検出器の制作及びトモグラフ（ｔｏｍｏｇｒａｐｈ
　）の制作に関し、特に有益である。

（背景技術） 光子の走行時間を最も正確に測定する手段の１つとして
、高速光！増倍管とプラスチックシンチレータ−とを用
いるものがある。通常使用されるプラスチックシンチレ
ータ−としては、数多くのものがあり、例えばＰＩＬＯ
Ｔ　ＴＪ又はＮＥ　１１１などが知られている。ガンマ
光子との相互作用による非励起状態の間、すべてのプラ
スチックシンチレータ−は、１．５ｎＳの時定数を有す
る光パルスを放出する。このパルスの強さ、すなわちパ
ルスの全党子数は、入射γ光子のエネルギーに比例する
。はぼ３０００〜４ｏ（１）光子／ＭｅＶの光出力は、
通常前記プラスチックシンチレータ−を介して得ること
ができる。

第１図に示す装置は、時間又はプラスチックシンチレー
タ−の時間的変化、すなわち走行時間の差を求め、また
プラスチックシンチレータ−と他のシンチレータ−１と
を比較するために使用する。

この装置は、薄いプラスチックシンチレータ−２ａ、２
ｂと高速光電増倍管３ａ、３ｂとからなる向い合った検
出器り１．　Ｄ、を有する。高速光電増倍管３ａ、３ｂ
は、高電圧電源４ａ、４ｂにそれぞれ電気的に接続され
る。更にこれらは、電気的増幅器、波高分析器及び計数
手段−これらは当業者にとって周知である−に電気的に
接続される。この、装置は、第１検出器り、から検出さ
れるγ光子の検出時間と、第２検出器Ｄ２から検出され
る別のγ光子の検出時間との時間差を測定することがで
きる。

この２つのγ光子は、それぞれ５１１　ｋｅＶのエネル
ギーを有し、電子と陽電子の消滅によって生じるととも
に、陽電子放出基板を有する物体１の点６からそれぞれ
反対方向に放出される。

これらの時間差の測定結果はばらつき、光電子増倍管３
ａ、３ｂと電気的手段５とが縦続接続された測定装置に
使用されるシンチレータ−の種類に基づいて変化するガ
ウス分布を示す。この分布は、スペクトルの半値幅（Ｆ
ＷＨＭ）を示す。

直径２０　ｍｍ　、厚さ２ｎのプラスチックシンチレー
ターノ場合、Ｆ′ｗＨＭハホぼ１５０ｐＳ（−１１−ネ
ルギーしきい値は、事象が光電効果によってのみ起こる
ように選択されている）であり、検出された事象の９０
％を利用することによりほぼ２００　ｐｓ　（エネルギ
ーしきい値は１００　ｋｅＶ以上である）となる。

プラスチックシンチレータ−の主な欠点は、プラスチッ
ク材料が原子番号の小さな元素によって形成されている
ことと、プラスチック材料が軽い原子から形成されてい
ることに基づき、低密度（はぼ１．１〜１．２　ｇ／ｃ
ｒ／ｌ）である−という点である。

従って、この場合プラスチック材料とγ光子との相互作
用を支配する事象は、コンプトン効果である。すなわち
、入射γ光子のエネルギーとプラスチックシンチレータ
−に生じたエネルギーとの間には、何の関係もない。こ
の結果、γ放射の分光測定は不可能である。従って、光
電効果による相互作用を示す少数のγ光子を失うことな
く多数の相互作用を消滅させるか、又はγ光子のエネル
ギーとして分析可能なものの外に、相互作用を受けたす
べての光子を分析する必要がある。

光子の走行時間を極めて正確に測定するための別の先行
技術としては、フッ化セシウムＣ５Ｆを用いたシンチレ
ータ−がある。この技術に関しては、仏国特’Ｉ％’７
９　、ｏ２ｏｓ３に特に詳しく記載されている。フッ化
セシウムＣｓＦは、原子番号が５５と大きなセシウム原
子を有し、かつ高密度（はぼ４．６ｇ／ｃ７７１）であ
る。しかしながら、フッ化セシウムは次の２つの点に関
し、プラスチックよりも劣る。

すなわち、螢光時定数は、はぼ２．５〜３ｎｓ（プラス
チックはほぼ１．５　ｎｓ　）であり、このシンチレー
ション応答はほぼ１５００〜２０００光子／　ＭｅＶ　
（プラスチックはほぼ３０００〜４０００光子／　Ｍｅ
Ｖ　）である。しかしながら、フッ化セシウムは興味深
いエネルギーレベルでシンチレーションを行なう。５１
１ｋｅＶのγ光子を用いた場合、分解能はほぼ側％であ
る。

更に、第１図に示す装置のプラスチックシンチレータ−
２ａ、２ｂを同一形状のフッ化セシウムシンチレータ−
に置き換えれば、このフッ化セシウム量の作用によって
ほぼ２２０〜３００　ｐｇのＦＷＨＭが得られる。− 従って、プラスチックシンチレーションの時間パーフォ
ーマンスは、フッ化セシウムの時間ハーフォーマンスよ
りも良好である。しかしながら、フッ化セシウムの阻止
能がプラスチックのそれよりも高いという事実を考慮す
れば、同一の検出効果を得る場合、フッ化セシウムはプ
ラスチックよりも良好な時間パーフォーマンスを示す。

しかしながら、プラスチックと比較した場合、フッ化セ
シウムの非常に高い吸湿性−例えばタリウムがドープさ
れたヨウ化ナトリウムＮａＩ（ＴＪ）が示す吸湿性以上
である−のために、フフ化セシウムの取り扱いは極めて
困難である。従って、シンチレータ−の製造に際し、フ
ッ化セシウムを使用する場合には、この物質を非常に強
固な容器に収納しなければならない。従って、フッ化セ
シウムは非常に高価であり、またその取り扱いがめんど
うである。

（発明の目的） この発明は、このような従来技術の問題点を解決するこ
とを目的とし、その特徴はフッ化バリウムからなるシン
チレータ−物質であって、励起状態で、フッ化バリウム
は極大中心が３２０ＯＡの低速成分と、極太中心２２５
０　又の高速成分とを有する光放射を行ない、かつ結晶
格子の欠陥を軽減し高速成分の強さを増すために、純粋
に精練したシンチレータ−物質にある。

例えば、この発明は超高速高エネルギー光子（Ｘ又はγ
光子）検出器、特に走行時間測定を求める検出器の制作
に有益である。また、この発明は陽電子トモグラフ、走
行時間トモグラフの制作に有益である。

（発明の構成及び作用） 以下この発明の詳細な説明する。

フッ化バリウム（ＢａＦ２）シンチレータ−は、プラス
チックシンチレータ−とほぼ等しい時間的変化レベルを
示し、フッ化セシウムシンチレータ−と比べて注目すべ
き利点があるばかりでなく、容易に使用でき、またプラ
スチックシンチレータ−よりも低価格である。バリウム
の原子番号（５６）はセシウムのそれり５５）よりもわ
ずかに大きい。従ってフッ化セシウムの密度が４．６１
ｇ／７であるのに対し、フッ化バリウムの密度は４．８
８　ｇ／（７である。

Ｘ線又はγ光子に関するフッ化バリウムの阻止能は、フ
ッ化セシウムのそれよりも高い。またフッ化バリウムは
、水や多くの酸化溶媒、例えばエタノール、エチルエー
テル、アセトン及びメタノールなどに対して強い。更に
、フッ化バリウムは加工処理が容易で、ガラスよりも硬
いにもかかわらずもろさはない。従って第１図に示す装
置のプラスチックシンチレータ−２８，２ｂを同一形状
のフッ化バリウムに置き換えることによって、フッ化バ
リウムの時間パーフォーマンスに関し、はぼ２００Ｉ）
ＳのＦＷＨＭを得ることができる。

こ孔らの値は、フッ化バリウムのシンチレーション特性
によって説明することができる。この物質の放射は、高
速成分一時定数；はぼＱ、８ｍｓ、光出力；はぼ１００
０光子／ＭｅＶ−と低速成分一時定数；はぼ６００ｍ５
、光出力−はぼ３０００〜４０００光子／ＭｅＶ−から
なる。高速成分は、良好な時間パーフォーマンスを得る
ために、走行時間測定装置に用いられる。フッ化バリウ
ムのエネルギー分解能は、フッ化セシウムと同様に利用
され、同−又はより良好な結果を得る。エネルギー分析
は、時間分析と同期して行なわれ、高速成分の１０００
光子／ＭｅＶを考慮するだけである。高速成分は、例え
ば５１１　ｋｅＶの光子を用いた場合、エネルギー分解
能を約Ｉ％とする。このエネルギー分解能は、フッ化セ
シウムと同一である。また光放射が完全に終るまで、特
に１．５〜２μｓの間、エネルギー分析を遅延させるこ
とができる。これは分析結果から確認することができる
。一方、分析時間の結果は、適当なアナログ又はデジタ
ルデノくイスに数μｓの間保持される。この場合、５１
１ｋｅＶの光子に対するエネルギー分解能は、はぼ１３
％である。このことは、陽電子トモグラフなどには非常
に有利である。しかし、散乱した放射の存在は極めて不
利となる。

前記低速及び高速成分の存在、時定数の存在及びフッ化
バリウムシンチレータ−の放射スペクトルの測定から次
のことがわかる：低速成分は、ＢａＦ、の結晶格子の欠
陥、すなわち格子に含まれる化学不純物又はバリウムと
フッ素の不充分な配列によって生ずる。これらの欠陥は
、中間レベルを禁止帯に導き、高い時定数（０，６μｓ
）を有する高速成分による波高よりも高い波高を生する
放射を生じさせる。この高速成分は、２０００〜２５０
０　Ａ間の放射バンドに対応し、極太中心は２２５０　
Ｋであることが実験から得られている。低速成分は、波
高値力１はぼ２５００′にであり、この波高値はＢａＦ
、試料の作用によって６０００　Ｈに達することもある
。また光放射の強さは、最大はぼ３２００　Ａである。

極大中心２２５０　Ｈの波高領域において、ＢａＦ２試
料の透過度は、高速成分の放射と関係が深い。従って、
走行スペクトルにおいて２２５０　Ｘで吸収作用を示す
試料は、放射スペクトルにおいて全くあるいはほとんど
高速成分を持たない。この現象は試料の吸収ピークの高
さに直接関係する。その結果、吸収ピークが大きくなる
程（試料の一定の厚さに対する）、高速に放射される光
子が少なくなる。

従って、与えられた性質（すなわち、与えられた不純物
レベルに対する）に対し、厚さが厚くなる程、高速に放
射される光子が少な（なる。

こうして、２２５０　久におけるＢａＦ、の”固有の一
放射は、この物質から作られたすべての試料に見られる
。しかし、この放射はＢａＦ、格子の欠陥による吸収に
よってマスクされてしまうことがある。この欠陥は、光
放射を遅らせることによってより高い波高を有する放射
に変えてしまう。

従って、フッ化バリウムを純粋なものに改良する（化学
不純物や特にイオンの除去、及び格子欠陥の除去等）こ
とにより、フッ化バリウムの光放射に際し、低迷成分に
対する高速成分の強度を、一層強めることができる。

フ純粋フッ化バリウムは、トモグラフ、特に陽電子トモ
グラフや走行時間の検出器用シンチレータ−の制作に利
用することができる。なお、陽電子トモグラフに関して
は仏国特許出願第７９０２０５３に詳しく記載されてい
る。このことは、６後方放射”長又は”後方放射”距離
の減少圧よって、走行時間トモグラフや通常の陽電子ト
モグラフと比較した場合の陽電子トモグラフに効果があ
る。従　　１つて、検出結果の同一数に対して再現され
た映像に存在する雑音が減少する。この利点は、検出結
果の数の比較から明らかであり、走行時間、陽電子゛ト
モグラフ及び通常の陽電子トモグラフに関し、同一特性
を得ることができる。

第２図の曲線は、陽電子放射基板に一様に分布するファ
ントム（ｐｈａｎｔｏｍ　）の異なる直径φに関し、陽
電子源走行時間の測定装置から求めたＦＷＨＭ（ｍｓで
表わす）と、走行時間トモグラフ、陽電子トモグラフか
ら求めた利得変化Ｇ（検出結果の計数率で表わす）との
関係を示す。これらの曲線は、ＦＷＨＭ改善の重要性を
示している。従って、ＦＷＨＭが小さくなる程前記ゲイ
ンは増大し、かつ走行時間トモグラフ、陽電子トモグラ
フで被測定物質に注入するトレ゛−サー量は、通常の陽
電子トモグラフの場合に比べて少なくなる。

前述したような方法で得られた純粋なフッ化バリウムシ
ンチレータ−を使用することによって、同一形状のシン
チレータ−としてフッ化セシウムシンチレータ−を使用
することにより得られる走行時間測定と比較して、少な
くとも測定誤差が１．３倍はど小さいＦＷＨＭを得るこ
とができる。

この時間測定に関する利点とは別に、フッ化バリウムの
減衰係数はフッ化セシウムに比べて多少大きいという利
点がある。これは、バリウムの原子番号がセシウムより
大きく、ＢａＦ、の密度がＣｓＦよりも高いからである
。また、フッ化バリウムを使用することにより、走行時
間トモグラフ、陽電子トモグラフの感度をほぼ５〜１０
％向上させることができる。更に、前述したようにフッ
化バリウムは水に対する親和力が全（ない。フッ化セシ
ウムのように、シンチレータ−製造のために容器内に密
封する（従って高価で使用しにくい）必要がない。フッ
化バリウムを用いる新規なシンチレータ−物質により、
シンチレータ−間の表面損失を軽減し、走行時間、陽電
子トモグラフに関しほぼ１５％の感度向上を図ることが
できる。

従って、純粋なフッ化バリウムは、フッ化セシウムより
も、時間的挙動、検出効率、使用の容易性、シンチレー
タ−製造価格の点ですぐれている。

走行時間測定、陽電子トモグラフの検出器の製造にフッ
化バリウムを使用することにより、同質の映像に対しフ
ッ化セシウムで製造した検出器を使′用する同一タイプ
のトモグラフに必要な係数に比べて、少なくとも１．５
に等しい係数で試験を行なうために、被測定物質に注入
するトレーサーの量を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシンチレータ−の時間的変化を求めるための装
置の構成図、第２図は陽電子放射基板の　□一定分布を
有するファントムの異なる直径φに関し、陽電子点源走
行時間の測定装置から得られたＦＷＨＭと、走行時間ト
モグラフ、陽電子トモグラフから得られた利得変化Ｇと
の関係を表わすグラフである。 ｌ・・・・・・・・・・・・陽電子放射源２ａ１２ｂ・
・・シンチレータ− ３ａ、３ｂ・・・光電増倍管 ４ａ、４ｂ・・・高圧電源 ５・・・・・・・・・・・・電気的増幅器特許出願人 コミッサリア　ア　レネルジイ　アトミック特許出願代
理人 弁理士　　　山　　本　　恵　　− 一ネ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　フッ化・ｉリウムからなるシンチレータ−物
   質であって、励起状態で、フッ１ヒバリウムは極大中心
   が３２００　Ｋの低速成分と、極大中心が２２５への高
   速成分とを有する光放射を行ない、かつ結晶格子の欠陥
   を軽減し高速成分の強さを増すために、純粋に精練され
   てなることを特徴とするシンチレータ−物質。 （２、特許請求の範囲第１項に記載のシンチレータ−物
   質を用いた超高速高エネルギー光子検出器。 （３）前記検出器が、光子走行時間測定を行なうことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の検出器。 （４）特許請求の範囲第１項に記載のシンチレータ−物
   質を用いたトモグラフ。 （５）前記トモグラフが、陽電子トモグラフであること
   を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のトモグラブ
   。 （６）前記トモグラフが走行時間トモグラフであること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載のトモグラフ
   。