WO2015174584A1 - 섬광체, 이의 제조 방법 및 응용 - Google Patents

섬광체, 이의 제조 방법 및 응용 Download PDF

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김홍주
박환배
김성환
루글
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    • G21K4/00—Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens

Definitions

  • the present invention relates to scintillators, methods of making and applications thereof.
  • a scintillator is a radiation sensor that converts ionized radiation such as X-rays, gamma rays, electron beams, and neutron beams into light in the visible wavelength range. It is used in. Radiation information can be obtained by measuring the light generated by scintillation during irradiation with an appropriate light-receiving device such as a photomultiplier tube or a photodiode, and the obtained information can be obtained as a radiographic image through a series of processes. Can be obtained.
  • BGO and PbWO 4 scintillators have very low light output (8,200 phs / MeV, BGO) (200 phs /) compared to halide series scintillators MeV, PbWO 4 ) has the disadvantage.
  • Lu-based scintillator has high material price, very high melting temperature of 2,050 ° C, crystal structure is very difficult to grow scintillator single crystal, and 176 Lu (half life: 3.78 ⁇ 10 10 years, natural existence cost) : 2.59%), there are a total of 34 natural radioisotopes, which has a high background problem.
  • An object of the present invention is to provide a new material scintillator having high detection efficiency against radiation and fast fluorescence decay time, and a method of manufacturing and applying the same.
  • Another object of the present invention is to provide a novel material scintillator having a crystal structure with high detection efficiency for X-rays or gamma rays and easy to grow scintillation single crystals, and a method of manufacturing and applying the same.
  • the scintillator according to one aspect of the present invention includes a matrix including thallium, at least one alkali element, at least one trivalent element, and at least one halogen element; And an active agent doped in the parent.
  • the active agent may include cerium.
  • a scintillator including thallium, at least one alkali element, at least one trivalent element, and at least one halogen element is provided.
  • the alkali element may include at least one of Li and Na.
  • the trivalent element may include at least one of Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y.
  • the halogen element may include at least one of Cl, Br, and I.
  • a scintillator having a chemical formula of Tl 2 ABC 6 : yCe, wherein A is at least one element selected from the group consisting of alkali elements, and B is a group consisting of trivalent elements And at least one element selected from the group C is at least one element selected from the group consisting of halogen elements, and y is greater than 0 and less than or equal to 1 or less.
  • A may be at least one element selected from the group of alkali elements including Li and Na.
  • B may be at least one element selected from the group of trivalent elements including Gd, La, Lu, and Ce.
  • B may be at least one element selected from the group of trivalent elements including Sc and Y.
  • C may be at least one element selected from the group of halogen elements including Cl, Br, and I.
  • a flasher doped with an active agent based on thallium halide, alkali halide, trivalent element halide there is provided a flasher doped with an active agent based on thallium halide, alkali halide, trivalent element halide.
  • the active agent may include cerium halides.
  • a radiographic apparatus including the scintillator.
  • the film And a scintillator applied to the film, wherein the scintillator is provided with a sensitizer comprising thallium, at least one alkali element, at least one trivalent element, at least one halogen element, and cerium.
  • a sensitizer comprising thallium, at least one alkali element, at least one trivalent element, at least one halogen element, and cerium.
  • a method for preparing a matrix comprising thallium, at least one alkali element, at least one trivalent element, and at least one halogen element; And there is provided a method of producing a scintillator comprising the step of doping the active agent to the parent.
  • the preparing the parent may include mixing thallium halide, alkali element halide and trivalent element halide in a molar ratio of 2: 1: 1.
  • the doping of the active agent may include doping the cerium halide to the parent.
  • the alkali element includes at least one of Li and Na
  • the trivalent element includes at least one of Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y
  • the halogen element is Cl , Br, and I.
  • the method of manufacturing the scintillator further comprises the step of growing the mixture of the parent and the activator into a single crystal, the ampoule falling rate and the crystal growth portion temperature in the step of growing the mixture into a single crystal
  • the product of the slope may be between 0.1 and 0.3 ° C / hr.
  • a new material scintillator having high radiation detection efficiency and fast fluorescence decay time and a method of manufacturing and applying the same are provided.
  • a novel material scintillator having a high crystallization efficiency for X-rays or gamma rays, and having a crystal structure that is easy to grow scintillation single crystals, and a method of manufacturing and applying the same.
  • 1A is a view for explaining a method of manufacturing a scintillator according to an embodiment of the present invention.
  • 1B is a schematic diagram of a bridgeman electric furnace for explaining the conditions for growing single crystals of a scintillator according to an embodiment of the present invention.
  • Tl 2 LiGdCl 6 10% Ce
  • FIG 3 is a graph showing the fluorescence decay time of the scintillator (Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing crest spectrum for cesium-137 gamma rays of scintillator (Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing emission spectra of scintillators (Tl 2 LiLuCl 6 : 1% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 9 is a graph showing emission spectra of scintillators (Tl 2 LiLaCl 6 : 5% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing emission spectra of scintillators (Tl 2 LiLaCl 6 : 1% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing emission spectra of scintillators (Tl 2 LiScCl 6 : 1% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a graph showing a light emission spectrum of the scintillator (Tl 2 LiScCl 6 ) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing emission spectra of scintillators (Tl 2 LiGdBr 6 : 10% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph showing emission spectra of scintillators (Tl 2 LiCeCl 6 ) according to an embodiment of the present invention.
  • Tl 2 NaCeCl 6 is a graph showing emission spectra of scintillators (Tl 2 NaCeCl 6 ) according to an embodiment of the present invention.
  • a scintillator according to an embodiment of the present invention includes a matrix including thallium, at least one alkali element, at least one trivalent element, and at least one halogen element; And cerium doped as an active agent in the parent.
  • the present inventors have succeeded for the first time in the world to actually cultivate thallium-based elpasolite single crystal scintillator having excellent scintillation properties through a long period of research and numerous experiments.
  • the elpasorite single crystal is a single crystal containing a trivalent cation, a monovalent alkali cation and a halide ion. Not all combinations of alkali cations, trivalent cations, and halide ions are grown as single crystals, and in particular, there are no examples of the growth of elpasolite crystals based on thallium and their properties. Creating is a very difficult and highly technical process. By identifying growth temperature (melting temperature) conditions and crystal growth conditions (correlation between the ample drop rate and the crystal growth temperature gradient), the present inventors have been able to produce new scintillator materials that have never existed before. Can.
  • the scintillator according to an embodiment of the present invention includes a material having the formula Tl 2 ABC 6 : yCe.
  • 'A' is at least one element selected from the group consisting of alkali elements (eg, Li, Na), and 'B' is at least one kind selected from the group consisting of trivalent elements.
  • Is an element eg Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y
  • 'C' is at least one element selected from the group consisting of halogen elements (eg Cl, Br, I)
  • the scintillator according to an embodiment of the present invention is prepared by mixing a thallium halide, an alkali halide, and a trivalent element halide in a molar ratio of 2: 1: 1, and doping the active material including cerium halide to the parent, followed by El Paso. It can be produced by the method of growing into a light single crystal. When the mixture of the parent and the activator is grown as a single crystal, the rate of dropping the ampule and the temperature gradient of the crystal growth portion have a significant effect on the crystal growth.
  • the inventors have specified the growth conditions of the crystal growth section, that is, the product of the melting temperature, the ampoule falling rate and the crystal growth temperature gradient. I could figure out what to set to range.
  • the product of the ampoule falling rate and the grain growth temperature gradient is preferably set in the range of 0.1 ⁇ 0.3 °C / hr, when the product of the ampoule falling rate and the crystal growth portion temperature gradient is less than 0.1 °C / hr It is because productivity worsens, and when it exceeds 0.3 degree-C / hr, a crystal may be broken or crystallinity may fall, and a flash amount and fluorescence decay time characteristic may fall.
  • the melting temperature is preferably set in the range of 450 ⁇ 650 °C, the melting temperature should be appropriately set according to the trivalent element, alkali element, halide element. Under these growing conditions, thallium-based elfasorite scintillator single crystals can be grown.
  • the scintillator according to the embodiment of the present invention is stably grown to elpasorite single crystal under predetermined growth conditions based on thallium having an atomic number of 81, and thus has high detection efficiency for radiation, particularly X-rays or gamma rays, and fluorescence.
  • the decay time is fast. Since the scintillator according to the embodiment of the present invention has an elfasolite single crystal structure, it has a relatively large light output, is easier to grow than a monoclinic or hexagonal structure, and does not easily break into a specific crystal plane.
  • the scintillator according to the embodiment of the present invention has a high effective atomic number 70, information about radiation, such as X-rays, ultraviolet rays, alpha rays, beta rays, and neutron rays, may be efficiently detected as light in a visible wavelength range, and thus, medical imaging fields When applied to the human body, the dose to the human body can be reduced.
  • the scintillator according to the embodiment of the present invention has a short fluorescence decay time, it is applicable to a field requiring fast decay time characteristics such as a positron emission tomography apparatus.
  • trivalent elements when trivalent elements are grown with lithium and gadolinium having a large neutron reaction cross-sectional area, they can be used for neutron beam detection in addition to X-rays, gamma rays, electron beams, proton beams, and other charged particles.
  • the scintillator according to an embodiment of the present invention can be utilized as a new material scintillator for medical radiation imaging such as CT, PET, SPECT, gamma camera, and also can be utilized as a radiation sensor of various industries.
  • a method of manufacturing a scintillator according to an embodiment of the present invention includes preparing a matrix including thallium, an alkali element, a trivalent element, and a halogen element (S11), and an activator including cerium in the matrix. Doping step (S12), and growing a mixture of the parent and the active agent into a single crystal (S13).
  • thallium halide, alkali element halide, trivalent element halide may be mixed in a molar ratio of 2: 1: 1 to prepare a mother.
  • the thallium halide may be, for example, TlCl, TlBr, TlI, or a mixture of two or more thereof.
  • the mother may be prepared by adding the molar ratio of all the thallium halides mixed to twice the alkali element halide (or trivalent halide).
  • the alkali element halide may be, for example, LiCl, NaCl, LiBr, NaBr, LiI, NaI, or a mixture of two or more thereof.
  • the mother may be prepared such that the sum of the molar ratios of all the alkali element halides mixed is equal to 1/2 the thallium halide (or the same as the trivalent element halide).
  • Trivalent element halides may be, for example, halides of trivalent elements such as Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y, or mixtures of different trivalent halides.
  • the parent When the parent is prepared by mixing different trivalent halides, the parent may be prepared such that the sum of the molar ratios of all the trivalent halides mixed is equal to 1/2 the thallium halide (or the same as the alkali element halide). .
  • the active agent doped in the parent may include cerium halides.
  • Cerium halides may be, for example, CeCl 3 , CeBr 3 , CeI 3 , or a mixture of two or more thereof.
  • the molar ratio of the active agent added to the mother to the alkali element or trivalent element may be more than 0 and 1 or less based on cerium (more than 0 and less than 0.5 for the molar ratio of thallium).
  • step S12 may be performed simultaneously with step S11.
  • the sealed ampoule may be grown as an elpasorite scintillator single crystal in a Bridgeman electric furnace.
  • One end of the quartz ampoule containing the sample may be sharpened so that a seed crystal of a single crystal to be grown is easily produced.
  • the temperature of the single crystal growing point, the temperature gradient and the rate of descending of the sample are very important, and the temperature of the single crystal growing point is closely related to the melting temperature of the sample.
  • FIG. 1B is a schematic diagram of a bridgeman electric furnace for explaining the conditions for growing single crystals of a scintillator according to an embodiment of the present invention.
  • the upper heater is disposed on the upper side of the lower heater to heat the ampoule to a first temperature that is higher than the melting temperature (melting point) determined by the scintillator material.
  • the lower heater is disposed on the lower side of the upper heater to heat the ampoule to a second temperature that is lower than the melting temperature of the scintillator material.
  • the heating temperature of the upper heater and the lower heater can be set such that the temperature at the crystal growth position is the melting temperature of the scintillator material and the product of the rate of drop of the ampoule and the slope of the crystal growth portion temperature is 0.1 to 0.3 ° C / hr. .
  • the crystal growth position of the scintillator may be formed at a position between the upper heater and the lower heater.
  • the temperature of the crystal growth portion may mean a value obtained by measuring a ratio of the change in temperature with respect to the change in position at the crystal growth position.
  • the ampoule lowering speed is preferably set to 0.1 mm / hr or more.
  • the crystal growth portion temperature gradient is different depending on the ampoule falling rate, it may be set to 30 ° C / cm or less, so that the product of the falling rate of the ampoule and the crystal growth portion temperature gradient is 0.1 ⁇ 0.3 °C / hr.
  • the melting temperature may be 450 ⁇ 650 °C. This is a lower temperature than the scintillators generally used, and according to an embodiment of the present invention, it is possible to grow a single crystal at a low temperature of 450 ⁇ 650 °C, it is possible to significantly lower the unit cost when manufacturing the scintillator.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • melting of Tl 2 LiGdCl 6 : Ce The temperature was 540 degreeC.
  • Tl 2 LiGdCl 6 10% Ce
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce scintillator for X-rays is 350 to 450 nm and the peak wavelength is 375 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube. .
  • FIG. 3 is a graph showing a fluorescence decay time of a scintillator (Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • the graph of FIG. 3 evaluates the fluorescence decay time characteristic of 662 keV gamma rays of 137 Cs, which is a standard gamma source, for the Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce scintillator.
  • the fluorescence decay time consists of three time components.
  • the fast time component is 34ns, which accounts for most of the total fluorescence (about 81%)
  • the intermediate time component is 191ns, which accounts for about 10% of the total fluorescence.
  • the total light output of the scintillator according to an embodiment of the present invention is about 40,000 phs / MeV, and the total light output of the PbWO 4 scintillator (200 phs / MeV) and the BGO (Bi 12 GeO 20 ) scintillator (8,200 phs / MeV). MeV), which is much larger than the total light output of the halide scintillator (38,000 phs / MeV, NaI: Tl) and LSO (Lu 2 SiO 5 : Ce). appear.
  • the fast sensor has a very fast time characteristic because the scintillator sensor for positron emission tomography must simultaneously measure two gamma rays generated by pair extinction.
  • the scintillator according to the embodiment of the present invention has a fast fluorescence decay time and is used for positron emission tomography. Suitable for
  • FIG. 4 is a graph showing crest spectrum for cesium-137 gamma rays of scintillator (Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce) according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows the result of measuring the wave spectrum for cesium-137 662 keV gamma ray at room temperature for Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce scintillator.
  • the peak on the crest spectrum of FIG. 4 is the photoelectric peak of 662 keV gamma rays emitted from the standard gamma ray source cesium-137, and the ratio of half-width to the center of this peak is defined as the energy resolution. Referring to FIG.
  • the energy resolution of the scintillator (Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce) according to one embodiment of the present invention was measured at 4.6%, which is a ruthenium-based scintillator (LSO) (10% energy resolution, Lu). Not only better than 2 SiO 5 : Ce) and bismuth based scintillator (BGO) (10.8% energy resolution, Bi 12 GeO 20 ), but also halide scintillator (6.5% energy resolution, CsI: Tl) (6.6% energy resolution, NaI: The result is better than Tl).
  • LSO ruthenium-based scintillator
  • BGO bismuth based scintillator
  • halide scintillator (6.5% energy resolution, CsI: Tl) (6.6% energy resolution, NaI: The result is better than Tl).
  • X-ray diffraction is a test method that can analyze the information of the X-ray diffracted in the material of the crystal or powder form, to analyze the composition, crystal structure, etc. of the material, according to an embodiment of the present invention
  • the scintillator was identified as a material with a new crystal structure that does not exist in the existing crystal database.
  • Table 1 compares the characteristics of the main scintillators (Comparative Examples 1 to 4) currently used in positron emission tomography and Tl 2 LiGdCl 6 : 10% Ce scintillator (TLGC) according to an embodiment of the present invention. will be.
  • Comparative Examples 1 to 4 are represented by Lu 2 SiO 5 : Ce (LSO), Lu 2 (1-x) Y 2X SiO 5 : Ce (LYSO), Gd 2 SiO 5 : Ce, respectively. (GSO), Bi 12 GeO 20 (BGO).
  • BGO (Comparative Example 4) has the disadvantage of low light output and long fluorescence attenuation time.
  • Lu-based scintillators (Comparative Examples 1 and 2) have high density, effective atomic number, and fast fluorescence monitoring time, but have a high melting point, making single crystals difficult to grow, and background radiation by natural radioisotopes. There is this.
  • the scintillator (TLGC) according to the embodiment of the present invention has a relatively large light output, a fast fluorescence decay time characteristic, and makes scintillator monocrystals at low temperatures, in comparison with scintillators used in positron emission tomography apparatuses. There are advantages to it.
  • Tl 2 LiGdCl 6 0.01Ce scintillator under the same conditions as in Example 1, except that the mother-mixed TlCl, LiCl, GdCl 3 sample was doped with CeCl 3 as the activator at a molar ratio of 0.01 (1%).
  • the mother-mixed TlCl, LiCl, GdCl 3 sample was doped with CeCl 3 as the activator at a molar ratio of 0.01 (1%).
  • Tl 2 LiGdCl 6 1% Ce
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiGdCl 6 : 1% Ce scintillator for X-rays is 350 to 450 nm and the peak wavelength is 375 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube. .
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • Tl 2 LiLuCl 6 0.01Ce scintillator
  • the melting temperature of was set at 640 ° C.
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiLuCl 6 : 1% Ce scintillator for X-rays is 375 to 650 nm and the peak wavelength is 428 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • Tl 2 LiYCl 6 0.01Ce scintillator
  • the melting temperature of was set at 540 ° C.
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiYCl 6 : 1% Ce scintillator for X-rays is 375 to 650 nm and the peak wavelength is 430 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • Tl 2 LiLaCl 6 0.05Ce scintillator
  • the melting temperature of was 610 degreeC.
  • FIG. 9 is a graph showing the results of measuring the emission spectrum of the scintillator (Tl 2 LiLaCl 6 : 5% Ce) using a spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiLaCl 6 : 5% Ce scintillator for X-rays is 330 to 450 nm and the peak wavelength is 392 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • Tl 2 LiLaCl 6 0.01Ce scintillator
  • the melting temperature of was 610 degreeC.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the emission spectrum of the scintillator (Tl 2 LiLaCl 6 : 1% Ce) using a spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiLaCl 6 : 1% Ce scintillator for X-rays is 330 to 450 nm and the peak wavelength is 392 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • TlCl, LiCl, ScCl 3 as a parent were mixed in a molar ratio of 2: 1: 1, then CeCl 3 as a activator was doped at a molar ratio of 0.01 (1%), and the mixture of parent and active was approximately 10 -5 in a quartz ampoule. Sealed in torr under vacuum. One end of the quartz ampoule containing the sample was sharply processed so that seed crystals of the single crystal to be grown were easily produced. The sealed ampoules were grown as Elfasorite scintillator single crystals in Bridgman electric furnace to prepare Tl 2 LiScCl 6 : 1% Ce scintillators.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • Tl 2 LiScCl 6 0.01Ce scintillator
  • the melting temperature of was set at 650 ° C.
  • FIG. 11 is a graph showing the results of measuring the emission spectrum of the scintillator (Tl 2 LiScCl 6 : 1% Ce) using a spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • the emission wavelength of the Tl 2 LiScCl 6 : 1% Ce scintillator is 350-600 nm and the peak wavelength is 410 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • TlCl, LiCl, ScCl 3 samples as a parent were mixed in a molar ratio of 2: 1: 1 and then sealed in a vacuum ampoule of approximately 10 -5 torr.
  • One end of the quartz ampoule containing the sample was sharply processed so that seed crystals of the single crystal to be grown were easily produced.
  • the sealed ampoules were grown as Elfasorite scintillator single crystals in Bridgman electric furnace to prepare Tl 2 LiScCl 6 scintillators.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • the melting temperature of the Tl 2 LiScCl 6 scintillator was 650 ° C.
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiScCl 6 scintillator for X-rays is 350 to 600 nm and the peak wavelength is 410 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • TlBr, LiBr, GdBr 3 were mixed at a molar ratio of 2: 1: 1, CeBr 3 was doped at a molar ratio of 0.1 (10%), and the mixture of the parent and active agent was vacuumed at approximately 10 -5 torr in a quartz ampoule. Sealed with. One end of the quartz ampoule containing the sample was sharply processed so that seed crystals of the single crystal to be grown were easily produced. The sealed ampoules were grown as Elfasorite scintillator single crystals in Bridgman electric furnace to prepare Tl 2 LiGdBr 6 : 10% Ce scintillators.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • Tl 2 LiGdBr 6 10% Ce
  • the melting temperature of the scintillator was 450 degreeC.
  • FIG. 13 is a graph showing a result of measuring a light emission spectrum of a scintillator (Tl 2 LiGdBr 6 : 10% Ce) using a spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiGdBr 6 : 10% Ce scintillator for X-rays is 380 to 500 nm and the peak wavelength is 424 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • TlCl, LiCl, CeCl 3 were mixed in a molar ratio of 2: 1: 1 and then sealed in a vacuum ampoule of about 10 -5 torr.
  • a vacuum ampoule of about 10 -5 torr.
  • One end of the quartz ampoule containing the sample was sharply processed so that seed crystals of the single crystal to be grown were easily produced.
  • the sealed ampoules were grown as Elfasorite scintillator single crystals in Bridgman electric furnace to prepare Tl 2 LiCeCl 6 scintillators.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • the melting temperature of the Tl 2 LiCeCl 6 scintillator was 490 ° C.
  • the emission wavelength range of the Tl 2 LiCeCl 6 scintillator for X-rays is 360 to 440 nm and the peak wavelength is 383 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • TlCl, NaCl, and CeCl 3 were mixed in a molar ratio of 2: 1: 1 and then sealed in a vacuum ampoule in a vacuum of approximately 10 ⁇ 5 torr.
  • One end of the quartz ampoule containing the sample was sharply processed so that seed crystals of the single crystal to be grown were easily produced.
  • the sealed ampoules were grown as Elfasorite scintillator single crystals in Bridgman electric furnace to prepare Tl 2 NaCeCl 6 scintillators.
  • the ampoule falling rate was 0.2 mm / hr
  • the crystal growth section temperature gradient was 10 °C / cm
  • the product of the ampoule falling rate and the crystal growth section temperature gradient was 0.2 °C / hr
  • the melting temperature of the Tl 2 NaCeCl 6 scintillator was 500 ° C.
  • the emission wavelength of the Tl 2 NaCeCl 6 scintillator is 350-450 nm and the peak wavelength is 392 nm, which is in good agreement with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube.
  • Computed Tomography system that has a crystal structure (elphasorite crystal structure), the emission wavelength range is well matched with the quantum efficiency characteristics of the photomultiplier tube, and has a fast fluorescence decay time, so that a radiographic image is obtained.
  • Can be used in radiographic imaging such as CT, Positron Emission Tomography (PET), gamma cameras, Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT), or Anger cameras. have.
  • a scintillator containing lithium (Li) and gadolinium (Gd) having a large neutron absorbing means in the mother, it can be applied to the detection of neutron beams, measuring various radiation doses such as ultraviolet rays, electron beams, alpha particles, beta particles It can be used as a radiation sensor.
  • the scintillator according to an embodiment of the present invention may be used to manufacture a sensitizer such as a radiographic image device or a radiation sensor.
  • the sensitizer may be manufactured by mixing the scintillator and the adhesive according to the embodiment of the present invention and applying the film to a film.

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Abstract

본 발명은 섬광체, 이의 제조 방법 및 응용에 관한 것으로, 화학식이 Tl2ABC6:yCe 인 섬광체로서, A는 알칼리 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, B는 3가 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, C는 할로겐 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이며, y는 0보다 크고 1 이하인 섬광체를 제공한다.

Description

섬광체, 이의 제조 방법 및 응용
본 발명은 섬광체(scintillator), 이의 제조 방법 및 응용에 관한 것이다.
섬광체(scintillator)는 X선 및 감마선, 전자선, 중성자선 등의 이온화 방사선을 가시광선 파장영역의 빛으로 변환해 주는 방사선 센서로서, 각종 의료방사선 영상시스템, 방사선검출기, 그리고 공업용 방사선 센서 등의 다양한 분야에서 이용되고 있다. 방사선 조사시 섬광(scintillation) 현상에 따라 발생한 빛을 광전자증배관이나 광다이오드 등의 적절한 수광소자를 이용하여 측정함으로써 방사선 정보를 획득할 수 있으며, 획득한 정보는 일련의 처리과정을 통하여 방사선 영상으로 획득될 수 있다.
1948년 Hofstadter에 의해 NaI:Tl 물질이 등장한 이래, 방사선 의학, 핵물리학, 고에너지 물리학 등의 발전에 따라, 현재까지 여러 가지 종류의 섬광체가 개발되어 왔다. NaI:Tl을 시초로 CsI, NaI, CsI:Tl 등의 알카리 할라이드, BGO(Bi4Ge3O12), PbWO4, LSO(Lu2SiO5:Ce) 등의 섬광체가 연구되어 왔다. 그러나, CsI 및 NaI 계열의 할라이드 섬광체는 CS, Na, I의 원자번호가 각각 55, 11, 53으로 낮아서, X선 및 감마선에 대한 검출 효율이 상대적으로 낮은 단점을 갖는다.
BGO 및 PbWO4 섬광체는 할라이드 계열 섬광체들의 광출력(65,000 phs/MeV, CsI:Tl)(38,000 phs/MeV, NaI:Tl)에 비해 매우 낮은 광출력(8,200 phs/MeV, BGO)(200 phs/MeV, PbWO4)을 갖는 단점이 있다. Lu 기반 섬광체는 재료 가격이 높으며, 용융온도가 2,050℃로 매우 높고, 결정구조가 섬광체 단결정 육성에 매우 어려운 단점이 있을 뿐만 아니라, Lu 내에 존재하는 176Lu(반감기 : 3.78×1010년, 자연존재비 : 2.59%) 이외에, 총 34개의 자연 방사성 동위원소로 인해 백그라운드가 높은 문제점이 있다.
본 발명은 방사선에 대한 검출 효율이 높고, 형광 감쇠시간이 빠른 신소재 섬광체, 이의 제조 및 응용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 특히 X선이나 감마선에 대한 검출 효율이 높고, 섬광 단결정을 육성하기 쉬운 결정구조를 갖는 신소재 섬광체, 이의 제조 및 응용 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 섬광체는 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 및 적어도 1종의 할로겐 원소를 포함하는 모체; 및 상기 모체에 도핑된 활성제를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 활성제는 세륨을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 모체로서, 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 및 적어도 1종의 할로겐 원소를 포함하는 섬광체가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 알칼리 원소는, Li 및 Na 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 3가 원소는, Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 할로겐 원소는, Cl, Br, 및 I 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 화학식이 Tl2ABC6:yCe 인 섬광체로서, 상기 화학식에서, A는 알칼리 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, B는 3가 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, C는 할로겐 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이며, y는 0보다 크고 1 이하인 섬광체가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예로서, A는 Li, 및 Na 을 포함하는 알칼리 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, B는 Gd, La, Lu, 및 Ce 을 포함하는 3가 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, B는 Sc, 및 Y 을 포함하는 3가 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, C는 Cl, Br, 및 I 를 포함하는 할로겐 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 탈륨할라이드, 알칼리할라이드, 3가원소할라이드를 모체로 활성제가 도핑된 섬광체가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 활성제는 세륨할라이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 섬광체를 포함하는 방사선 영상장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 필름; 및 상기 필름에 도포된 섬광체를 포함하며, 상기 섬광체는, 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 적어도 1종의 할로겐 원소, 및 세륨을 포함하는 증감지가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 및 적어도 1종의 할로겐 원소를 포함하는 모체를 제조하는 단계; 그리고 상기 모체에 활성제를 도핑하는 단계를 포함하는 섬광체의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 모체를 제조하는 단계는, 탈륨할라이드, 알칼리원소할라이드, 3가원소할라이드를 2:1:1의 몰비로 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 활성제를 도핑하는 단계는, 상기 모체에 세륨할라이드를 도핑하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 알칼리 원소는 Li 및 Na 중의 적어도 하나를 포함하고, 상기 3가 원소는 Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y 중의 적어도 하나를 포함하며, 상기 할로겐 원소는 Cl, Br, 및 I 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 섬광체의 제조 방법은, 상기 모체와 상기 활성제의 혼합물을 단결정으로 육성하는 단계를 더 포함하며, 상기 혼합물을 단결정으로 육성하는 단계에서 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱은 0.1 ~ 0.3 ℃/hr 일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 방사선 검출 효율이 높고, 형광 감쇠시간이 빠른 신소재 섬광체, 이의 제조 및 응용 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 특히 X선이나 감마선에 대한 검출 효율이 높고, 섬광 단결정을 육성하기 쉬운 결정구조를 갖는 신소재 섬광체, 이의 제조 및 응용 방법이 제공된다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체의 단결정 육성 조건을 설명하기 위한 브리지만 전기로의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 형광감쇠시간을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 세슘-137 감마선에 대한 파고스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 엑스선 회절분석 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiLuCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiYCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiLaCl6:5%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiLaCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiScCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiScCl6)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdBr6:10%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiCeCl6)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2NaCeCl6)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다.
본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 및 적어도 1종의 할로겐 원소를 포함하는 모체; 및 상기 모체에 활성제로서 도핑된 세륨을 포함한다. 본 발명자는 오랜 기간에 걸친 연구와, 수많은 실험을 통하여, 우수한 섬광 특성을 갖는 탈륨 기반의 엘파소라이트(elpasolite) 단결정 섬광체를 실제로 육성하는데 세계 최초로 성공하였다.
엘파소라이트 단결정은 3가 양이온과 1가 알칼리 양이온, 할라이드 이온을 포함하는 단결정이다. 모든 알칼리 양이온과 3가 양이온 및 할라이드 이온의 조합이 단결정으로 성장되는 것은 아니며, 특히 탈륨을 기반으로 하여 엘파소라이트 결정을 성장시켜 그 특성을 보고한 예가 전무하기 때문에, 탈륨을 기반으로 엘파소라이트 단결정을 만들어 내는 것은 매우 어렵고 고도의 기술이 필요한 과정이다. 본 발명자는 육성 온도(용융 온도) 조건과, 육성시 결정 성장 조건(앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 상관 관계) 등의 규명을 통하여, 지금까지 실제로 존재한 적이 없었던 새로운 섬광체 물질을 제조해낼 수 있었다.
본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 화학식이 Tl2ABC6:yCe 으로 주어지는 물질을 포함한다. 본 발명의 실시 예에서, 'A'는 알칼리 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소(예를 들어, Li, Na)이고, 'B'는 3가 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소(예를 들어, Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y)이고, 'C'는 할로겐 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소(예를 들어, Cl, Br, I)이며, y는 불순물로 도핑되어 섬광 현상을 발생하는 Ce 이온의 몰비(농도)로서, 적정 섬광량을 위하여 0 보다 크고 1 이하의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 탈륨할라이드, 알칼리할라이드, 3가원소할라이드를 몰비 2:1:1로 혼합하여 모체를 제조하고, 상기 모체에 세륨할라이드를 포함하는 활성체를 도핑한 후, 엘파소라이트 단결정으로 육성하는 방법으로 제조될 수 있다. 모체와 활성제의 혼합물을 단결정으로 육성 시 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기는 복합적으로 결정 성장에 중대한 영향을 미친다. 본 발명자는 방대한 실험과 수많은 시행 착오의 결과로, 탈륨 기반의 모체와 활성제의 혼합물을 단결정으로 육성하기 위해서는 결정성장부의 육성조건, 즉 용융 온도와, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 특정 범위로 설정해야 하는 것을 알아낼 수 있었다.
본 발명의 실시 예에서, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱은 0.1 ~ 0.3 ℃/hr 범위로 설정되는 것이 바람직한데, 이는 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱이 0.1 ℃/hr 미만일 경우 생산성이 나빠지고, 0.3 ℃/hr 초과 시에는 결정이 깨어지거나 결정성이 떨어져 섬광량과 형광 감쇠시간 특성이 저하되기 때문이다. 또한, 용융온도는 450~650℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하며, 3가원소, 알칼리원소, 할라이드원소에 따라 용융온도를 적절히 설정해주어야 한다. 이러한 육성 조건 하에서, 탈륨 기반의 엘파소라이트 섬광체 단결정을 육성할 수 있다.
광전효과는 섬광체 물질의 원자번호의 3~5 제곱에 비례하므로, 원자번호가 높은 물질일수록 X선이나 감마선에 대한 검출효율이 급격히 증가한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 원자번호가 81로 높은 탈륨을 기반으로 소정의 육성 조건 하에서 안정적으로 엘파소라이트 단결정으로 육성되므로, 방사선, 특히 X선이나 감마선에 대한 검출효율이 높고, 형광 감쇠시간이 빠른 특성을 갖는다. 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 엘파소라이트 단결정 구조를 갖기 때문에, 비교적 광출력이 크고, 단사정계나 육방정계 구조에 비해 육성이 쉬우며, 특정 결정면으로 잘 깨어지지 않는 이점을 갖는다.
본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 유효 원자번호(70)가 높아서 엑스선, 자외선, 알파선, 베타선, 중성자선 등 방사선에 대한 정보를 가시광선 파장영역의 빛으로 효율적으로 검출할 수 있으므로, 의료 영상분야에 활용 시 인체에 대한 피폭선량을 경감할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 형광 감쇠시간이 짧기 때문에 양전자방출단층촬영장치와 같이 빠른 감쇠시간 특성을 요구하는 분야에 응용 가능하다.
그 밖에, 3가 원소를 중성자반응 단면적이 큰 리튬 및 가돌리늄으로 육성하면, X선, 감마선, 전자선, 양성자선, 기타 하전입자 이외에도, 중성자선 검출에 이용 가능하다. 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 CT, PET, SPECT, 감마카메라 등 의료 방사선 영상용 신소재 섬광체로 활용 가능할 뿐만 아니라, 각종 산업체의 방사선 센서로서의 활용 또한 가능하다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체의 제조 방법은 탈륨, 알칼리원소, 3가원소, 할로겐원소를 포함하는 모체를 제조하는 단계(S11), 상기 모체에 세륨을 포함하는 활성제를 도핑하는 단계(S12), 및 모체와 활성제의 혼합물을 단결정으로 육성하는 단계(S13)를 포함한다.
단계 S11의 일 실시 예로서, 탈륨할라이드, 알칼리원소할라이드, 3가원소할라이드를 2:1:1의 몰비로 혼합하여 모체를 제조할 수 있다. 탈륨할라이드는 예를 들어, TlCl, TlBr, TlI, 혹은 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다. 서로 다른 탈륨할라이드를 혼합하여 모체를 제조하는 경우, 혼합되는 모든 탈륨할라이드의 몰비의 합이 알칼리원소할라이드(혹은 3가원소할라이드)의 2배가 되도록 하여 모체를 제조할 수 있다.
알칼리원소할라이드는 예를 들어, LiCl, NaCl, LiBr, NaBr, LiI, NaI, 혹은 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다. 서로 다른 알칼리원소할라이드를 혼합하여 모체를 제조하는 경우, 혼합되는 모든 알칼리원소할라이드의 몰비의 합이 탈륨할라이드의 1/2이 되도록(혹은 3가원소할라이드와 동일하도록) 모체를 제조할 수 있다.
3가원소할라이드는 예를 들어, Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y과 같은 3가 원소의 할라이드, 혹은 서로 다른 3가원소 할라이드의 혼합물일 수 있다. 서로 다른 3가원소할라이드를 혼합하여 모체를 제조하는 경우, 혼합되는 모든 3가원소할라이드의 몰비의 합이 탈륨할라이드의 1/2이 되도록(혹은 알카리원소할라이드와 동일하도록) 모체를 제조할 수 있다.
단계 S12의 일 실시 예로서, 모체에 도핑되는 활성제는 세륨할라이드를 포함할 수 있다. 세륨 할라이드는 예를 들어, CeCl3, CeBr3, CeI3, 혹은 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다. 이때, 모체에 첨가되는 활성제의 알칼리원소 또는 3가원소에 대한 몰비는 세륨을 기준으로 0 초과 1 이하일 수 있다(탈륨의 몰비에 대하여는 0 초과 0.5 이하). 한편, 단계 S12는 단계 S11과 동시적으로 수행될 수도 있다.
단계 S13의 일 실시 예로서, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에 진공 상태로 밀봉한 후, 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성할 수 있다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공할 수 있다. 브리지만법으로 단결정을 육성할 때, 단결정 육성 지점의 온도와 온도기울기, 시료의 하강 속도는 매우 중요하며, 단결정 육성 지점의 온도는 시료의 용융온도와 밀접한 관계가 있다. 브리지만 전기로에서 앰플의 하강 속도와, 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.1 ~ 0.3℃/hr 로 하는 것이 우수한 특성을 갖는 탈륨 기반의 엘파소라이트 섬광체 단결정을 육성하는데 유효하다는 것을 실험을 통해 확인하였다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체의 단결정 육성 조건을 설명하기 위한 브리지만 전기로의 개략도이다. 도 1b를 참조하면, 상부 히터는 하부 히터의 상부 측에 배치되어, 섬광체 물질에 따라 결정되는 용융온도(용융점)보다 높은 제1 온도로 앰플을 가열한다. 하부 히터는 상부 히터의 하부 측에 배치되어, 섬광체 물질의 용융온도보다 낮은 제2 온도로 앰플을 가열한다.
상부 히터와 하부 히터의 가열 온도는 결정 성장 위치에서의 온도가 섬광체 물질의 용융온도가 되도록, 그리고 앰플의 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱이 0.1 ~ 0.3℃/hr 가 되도록, 설정될 수 있다. 이때, 섬광체의 결정 성장 위치는 상부 히터와 하부 히터 사이의 위치에 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 결정성장부 온도 기울기는 결정 성장 위치에서의 위치 변화에 대한 온도의 변화량의 비율을 측정한 값을 의미할 수 있다.
생산성 측면에서, 앰플 하강 속도는 0.1 mm/hr 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. 이때, 결정성장부 온도 기울기는 앰플 하강 속도에 따라 다르지만, 앰플의 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱이 0.1 ~ 0.3℃/hr 가 되도록, 30 ℃/cm 이하 범위로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 용융온도는 450~650℃ 일 수 있다. 이는 일반적으로 사용되는 섬광체들에 비하여 낮은 온도로서, 본 발명의 실시 예에 의하면, 450~650℃의 낮은 온도에서 단결정을 육성할 수 있어, 섬광체 제작시 단가를 크게 낮출 수 있다.
< 실시 예 1 >
모체로서 TlCl, LiCl, GdCl3 시료를 몰비 2:1:1로 혼합한 후, 활성제로서 CeCl3를 0.1(10%)의 몰비로 도핑하였으며, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에서 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiGdCl6:0.1Ce 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiGdCl6:Ce의 용융온도는 540℃로 하였다.
육성된 단결정의 섬광특성을 조사하기 위하여 일정한 크기로 자른 후 모든 단면을 광택천(polishing cloth)(Buehler) 위에서 Al2O3(0.02 ㎛) 분말을 사용하여 연마하였다. 실온에서의 상대적인 광 출력과 형광 감쇠시간은 RbCs 광전자증배관(Electron tube Ltd. D726Uk)을 사용한 파고 분석 장치(pulse height analysis system)로 측정하였다. 광전자증배관에서 나온 신호는 증폭기(×10, ×100)를 사용하여 증폭하였으며, 400 MHz FADC(flash analog to digital converter)를 거친 후 ROOT 프로그램을 사용하여 분석하였다. 트리거(trigger)는 FPGA(field programmable gate array) 칩을 사용하였다. 섬광체의 발광스펙트럼은 분광기를 사용하여 250 ~ 700nm 범위에서 측정하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 도 2를 참조하면, Tl2LiGdCl6:10%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 350~450nm, 피이크 파장은 375 nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치되는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 형광 감쇠시간을 보여주는 그래프이다. 도 3의 그래프는 Tl2LiGdCl6:10%Ce 섬광체에 대하여 표준 감마선원인 137Cs의 662 keV 감마선에 대한 형광 감쇠시간 특성을 평가한 것이다. 형광 감쇠시간은 세 개의 시간성분으로 구성되었으며, 빠른 시간성분은 34ns로서 전체 형광의 대부분(약 81%)을 차지하였고, 중간 시간성분은 191ns로서 전체 형광의 약 10%를 차지하였으며, 느린 시간성분은 1.2㎲로서 전체의 약 9%를 차지하였다.
본 발명의 실시 예에 따른 섬광체의 전체 광 출력은 약 40,000 phs/MeV로서, PbWO4 섬광체의 전체 광 출력(200 phs/MeV) 및 BGO(Bi12GeO20) 섬광체의 전체 광 출력(8,200 phs/MeV)에 비하여 매우 크게 나타났으며, 할라이드 섬광체의 전체 광 출력(38,000 phs/MeV, NaI:Tl) 및 LSO(Lu2SiO5:Ce)의 전체 광 출력(25,000 phs/MeV) 보다도 높은 값으로 나타났다. 특히 양전자단층촬영장치용 섬광센서는 쌍소멸에 의해 발생하는 2개의 감마선을 동시 측정하여야 하므로 빠른 시간특성이 매우 중요한데, 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 형광 감쇠시간이 빨라 양전자방출단층촬영에 활용되기에 적합하다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 세슘-137 감마선에 대한 파고스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 도 4는 Tl2LiGdCl6:10%Ce 섬광체에 대하여 상온에서 세슘-137 662 keV 감마선에 대해 파고 스펙트럼을 측정한 결과를 보여준다. 도 4의 파고스펙트럼 상에서 피크는 표준 감마선원인 세슘-137에서 방출된 662 keV 감마선의 광전 피크이고, 이 피크의 중심값에 대한 반치폭(half-width)의 비를 에너지 분해능으로 정의한다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 에너지 분해능은 4.6%로 측정되었으며, 이는 루테슘 기반 섬광체(LSO)(10% 에너지 분해능, Lu2SiO5:Ce) 및 비스무스 기반 섬광체(BGO)(10.8% 에너지 분해능, Bi12GeO20)보다 우수할 뿐 아니라, 할라이드 섬광체(6.5% 에너지 분해능, CsI:Tl)(6.6% 에너지 분해능, NaI:Tl) 보다도 우수한 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:10%Ce)의 엑스선 회절분석 결과이다. 엑스선 회절검사(X-Ray Diffraction, XRD)는 결정 또는 분말형태의 물질에서 회절되는 엑스선의 정보를 분석하여, 물질의 구성성분, 결정구조 등을 해석할 수 있는 검사법으로, 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 기존의 결정 데이터 베이스에 존재하지 않는 새로운 결정 구조의 물질임을 확인하였다. 아래의 표 1은 현재 양전자방출단층촬영기에 사용되고 있는 주요 섬광체들(비교예1~4)과, 본 발명의 일 실시 예에 따른 Tl2LiGdCl6:10%Ce 섬광체(TLGC)의 특성을 비교한 것이다.
표 1
섬광체 특성 TLGC(실시예) LSO(비교예1) LYSO(비교예2) GSO(비교예3) BGO(비교예4)
광출력(phs/MeV) 40,000 25,000 24,000 8,000 8,200
에너지분해능(for 662 keV 감마선) 4.6% 10% 9.3% 9.2% 10.8%
유효원자번호 70 66 66 59 74
밀도(g/cm3) 4.8 7.4 7.3 6.7 7.1
형광감쇠시간 34ns 40ns 50ns 60ns 300ns
결정성장온도(℃) 540±2.5 2,050±2.5 2,047±2.5 1,900±2.5 1,050±2.5
백그라운드방사선 무 유 유 무 무
가격 저 고 고 중 중
위의 표 1에서, 비교예1 내지 비교예 4의 화학식은 각각 Lu2SiO5:Ce(LSO), Lu2(1-x)Y2XSiO5:Ce(LYSO), Gd2SiO5:Ce(GSO), Bi12GeO20(BGO)이다. BGO(비교예4)는 광출력이 낮고, 형광감쇠시간이 긴 단점이 있다. 반면, Lu 기반 섬광체들(비교예1,2)은 밀도와 유효원자번호가 높고 형광감시시간의 빠른 장점은 있지만, 녹는점이 높아서 단결정 육성이 어렵고, 자연방사성동위원소에 의한 백그라운드 방사선이 존재하는 단점이 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체(TLGC)는 현재 사용하고 있는 양전자방출단층촬영장치에 사용되는 섬광체에 비해 광출력이 상대적으로 크고, 형광 감쇠시간 특성이 빠르며, 특히 저온에서 저렴하게 섬광체단결정을 만들 수 있는 장점이 있다.
< 실시 예 2 >
TlCl, LiCl, GdCl3 시료를 혼합한 모체에, 활성제로서 CeCl3를 0.01(1%)의 몰비로 도핑한 것을 제외하고, 다른 조건을 실시 예 1과 동일하게 하여 Tl2LiGdCl6:0.01Ce 섬광체를 제조하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, Tl2LiGdCl6:1%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 350~450nm, 피이크 파장은 375 nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치되는 것을 확인할 수 있다.
< 실시 예 3 >
모체로서 TlCl, LiCl, LuCl3 시료를 몰비 2:1:1로 혼합한 후, 활성제로서 CeCl3를 0.01(1%)의 몰비로 도핑하였으며, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에서 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiLuCl6:1%Ce 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiLuCl6:0.01Ce 섬광체의 용융온도는 640℃로 하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiLuCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, Tl2LiLuCl6:1%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 375~650nm, 피이크 파장은 428nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 4 >
모체로서 TlCl, LiCl, YCl3 시료를 몰비 2:1:1로 혼합한 후, 활성제로서 CeCl3를 0.01(1%)의 몰비로 도핑하였으며, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에서 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiYCl6:1%Ce 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiYCl6:0.01Ce 섬광체의 용융온도는 540℃로 하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiYCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, Tl2LiYCl6:1%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 375~650nm, 피이크 파장은 430nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 5 >
모체로서 TlCl, LiCl, LaCl3 시료를 몰비 2:1:1로 혼합한 후, 활성제로서 CeCl3를 0.05(5%)의 몰비로 도핑하였으며, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에서 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiLaCl6:5%Ce 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiLaCl6:0.05Ce 섬광체의 용융온도는 610℃로 하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiLaCl6:5%Ce)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 9를 참조하면, Tl2LiLaCl6:5%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 330~450nm, 피이크 파장은 392nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 6 >
모체로서 TlCl, LiCl, LaCl3 시료를 몰비 2:1:1로 혼합한 후, 활성제로서 CeCl3를 0.01(1%)의 몰비로 도핑하였으며, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에서 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiLaCl6:1%Ce 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiLaCl6:0.01Ce 섬광체의 용융온도는 610℃로 하였다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiLaCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 10을 참조하면, Tl2LiLaCl6:1%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 330~450nm, 피이크 파장은 392nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 7 >
모체로서 TlCl, LiCl, ScCl3 시료를 몰비 2:1:1로 혼합한 후, 활성제로서 CeCl3를 0.01(1%)의 몰비로 도핑하였으며, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에서 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiScCl6:1%Ce 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiScCl6:0.01Ce 섬광체의 용융온도는 650℃로 하였다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiScCl6:1%Ce)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 11을 참조하면, Tl2LiScCl6:1%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 350~600nm, 피이크 파장은 410nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 8 >
모체로서 TlCl, LiCl, ScCl3 시료를 몰비 2:1:1로 혼합한 후 석영 앰플에 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiScCl6 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiScCl6 섬광체의 용융온도는 650℃로 하였다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiScCl6)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 12를 참조하면, Tl2LiScCl6 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 350~600nm, 피이크 파장은 410nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 9 >
모체로서 TlBr, LiBr, GdBr3를 몰비 2:1:1로 혼합하고, CeBr3를 0.1(10%)의 몰비로 도핑하였으며, 모체와 활성제의 혼합물을 석영 앰플에서 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiGdBr6:10%Ce 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiGdBr6:10%Ce 섬광체의 용융온도는 450℃로 하였다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiGdBr6:10%Ce)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 13을 참조하면, Tl2LiGdBr6:10%Ce 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 380~500nm, 피이크 파장은 424nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 10 >
모체로서 TlCl, LiCl, CeCl3를 몰비 2:1:1로 혼합한 후 석영 앰플에 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2LiCeCl6 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2LiCeCl6 섬광체의 용융온도는 490℃로 하였다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2LiCeCl6)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 14를 참조하면, Tl2LiCeCl6 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 360~440nm, 피이크 파장은 383nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
< 실시 예 11 >
모체로서 TlCl, NaCl, CeCl3를 몰비 2:1:1로 혼합한 후 석영 앰플에 대략 10-5torr의 진공 상태로 밀봉하였다. 성장시킬 단결정의 씨결정(seed crystal)이 용이하게 생성되도록, 시료가 든 석영 앰플의 한쪽 끝을 뾰족하게 가공하였다. 밀봉된 앰플을 브리지만 전기로에서 엘파소라이트 섬광체 단결정으로 육성하여 Tl2NaCeCl6 섬광체를 제조하였다. 이때, 앰플 하강 속도는 0.2 mm/hr, 결정성장부 온도 기울기는 10 ℃/cm 로 하여, 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.2 ℃/hr 로 하였으며, Tl2NaCeCl6 섬광체의 용융온도는 500℃로 하였다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 섬광체(Tl2NaCeCl6)의 발광스펙트럼을 분광기를 사용하여 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 15를 참조하면, Tl2NaCeCl6 섬광체의 X선에 대한 발광파장 범위는 350~450nm, 피이크 파장은 392nm로서, 광전자증배관의 양자효율 특성과 잘 일치된다.
본 발명의 실시 예에 따른 탈륨 기반의 엘파소라이트 섬광체 단결정은 탈륨(Z=81)의 원자번호가 높아 엑스선 및 감마선에 대한 검출이 높고, 초크랄스키법, 브리지만법 등으로 단결정을 육성하기 쉬운 결정구조(엘파소라이트 결정구조)를 가지며, 발광파장범위가 광전증배관의 양자효율 특성과 잘 매칭될 뿐만 아니라, 형광 감쇠시간이 빠른 특성을 가지므로 방사선 영상을 획득하는 전산화단층촬영시스템(Computed Tomography: CT), 양전자방출단층촬영시스템(Positron Emission Tomography; PET), 감마카메라, 단일광자방출단층촬영시스템(Single Photon Emission Computed Tomography; SPECT), 또는 앵거(Anger) 카메라 등의 방사선 영상장치에 사용될 수 있다.
또한, 모체에 중성자흡수단면적이 큰 리튬(Li) 및 가돌리늄(Gd)을 포함하는 섬광체를 제조하여, 중성자선 검출에 응용될 수 있으며, 자외선, 전자선, 알파입자, 베타입자 등 여러 가지 방사선량 측정을 위한 방사선 센서로 사용할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체는 방사선 영상장치나 방사선 센서 등의 증감지를 제조하는데 활용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 섬광체와 접착제를 혼합하여 필름에 도포하여 증감지를 제조할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 및 적어도 1종의 할로겐 원소를 포함하는 모체; 및
    상기 모체에 도핑된 활성제를 포함하는 섬광체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 활성제는 세륨을 포함하는 섬광체.
  3. 모체로서, 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 및 적어도 1종의 할로겐 원소를 포함하는 섬광체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 알칼리 원소는, Li 및 Na 중의 적어도 하나를 포함하는 섬광체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 3가 원소는, Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y 중의 적어도 하나를 포함하는 섬광체.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 할로겐 원소는, Cl, Br, 및 I 중의 적어도 하나를 포함하는 섬광체.
  7. 화학식이 Tl2ABC6:yCe 인 섬광체로서,
    상기 화학식에서, A는 알칼리 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, B는 3가 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, C는 할로겐 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이며, y는 0보다 크고 1 이하인 섬광체.
  8. 제7 항에 있어서,
    A는 Li, 및 Na 을 포함하는 알칼리 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 섬광체.
  9. 제7 항에 있어서,
    B는 Gd, La, Lu, 및 Ce 을 포함하는 3가 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 섬광체.
  10. 제7 항에 있어서,
    B는 Sc, 및 Y 을 포함하는 3가 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 섬광체.
  11. 제7 항에 있어서,
    C는 Cl, Br, 및 I 를 포함하는 할로겐 원소의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소인 섬광체.
  12. 탈륨할라이드, 알칼리할라이드, 3가원소할라이드를 모체로 활성제가 도핑된 섬광체.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 활성제는 세륨할라이드를 포함하는 섬광체.
  14. 제7 항에 기재된 섬광체를 포함하는 방사선 영상장치.
  15. 필름; 및
    상기 필름에 도포된 섬광체를 포함하며,
    상기 섬광체는, 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 적어도 1종의 할로겐 원소, 및 세륨을 포함하는 증감지.
  16. 탈륨, 적어도 1종의 알칼리 원소, 적어도 1종의 3가 원소, 및 적어도 1종의 할로겐 원소를 포함하는 모체를 제조하는 단계; 그리고
    상기 모체에 활성제를 도핑하는 단계를 포함하는 섬광체의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 모체를 제조하는 단계는, 탈륨할라이드, 알칼리원소할라이드, 3가원소할라이드를 2:1:1의 몰비로 혼합하는 단계를 포함하는 섬광체의 제조 방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 활성제를 도핑하는 단계는, 상기 모체에 세륨할라이드를 도핑하는 단계를 포함하는 섬광체의 제조 방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 알칼리 원소는 Li 및 Na 중의 적어도 하나를 포함하고,
    상기 3가 원소는 Gd, La, Lu, Ce, Sc, Y 중의 적어도 하나를 포함하며,
    상기 할로겐 원소는 Cl, Br, 및 I 중의 적어도 하나를 포함하는 섬광체의 제조 방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 모체와 상기 활성제의 혼합물을 단결정으로 육성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 혼합물을 단결정으로 육성하는 단계에서 앰플 하강 속도와 결정성장부 온도 기울기의 곱을 0.1 ~ 0.3 ℃/hr 범위로 하는 섬광체의 제조 방법.
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