专利名称：含Pr的闪烁体用单晶及其制造方法和放射线检测器以及检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及含镨(Pr)的闪烁体用单晶及其制造方法、和使用该闪烁体用单晶的放射线检测器以及检查装置。
背景技术：
在正电子放射性核素断层成像装置(PET)中，由于通过符合计数来检测能量较高的伽马射线(湮灭伽马射线511keV)，因此，一直采用感应度高且能高速响应的闪烁检测器。在检测器的特性中，要求具有高计数率特性或用于消除随机符合计数噪声的 高时间分辨率，并且，为了消除来自体内的散射线，希望其能量分辨率也优异。因此，作为适合用于满足上述要求的检测器的闪烁体，从检测效率的方面考虑，希望其密度高且原子序数大(光电吸收比高)；从高速响应的必要性或高能量分辨率的方面考虑，希望其发光量多、荧光寿命(荧光衰减时间)短。另外，在近年来的系统中，为了达到多层化·高分辨率化，有必要将大量的闪烁体以微细细长的形状稠密地排列，因此，操作的容易程度、加工性、而且价格都成为选择的要素。由于Tl =NaI的发光量多且比较廉价，因此在闪烁检测器中最常使用，但是，由于其密度低、不能提高检测器的感应度，再加上因潮解性而导致的操作性差，因此，被Bi4Ge3O12 (BGO)取代。BGO的波长为490nm、折射率为2. 15、密度为7. 13g/cm3,由于其密度为Tl =NaI的两倍，因此对伽马射线具有更高的线能量吸收系数。而且，相对于Tl =NaI的吸湿性，BGO没有吸湿性，具有加工容易的优点。作为缺点，BGO的荧光转变率为Tl =NaI的8%、非常小，因此，对伽马射线的光输出比Tl =NaI小，另外，相对于Tl =NaI对IMeV的伽马射线的能量分辨率为7%，BGO为15%。并且，荧光衰减时间为300nsec，非常长。Ce =Gd2SiO5CCe :GS0)是由我国开发的，虽然其在检测感应度方面比BGO稍差，但其是密度(6. 71g/cm3)、光量(BG0的两倍)、响应速度(30 60nsec)、耐放射线性(> 105gray(戈瑞))均达到良好平衡的高性能闪烁体。但是，存在着启动慢、对放射线具有正的磁滞(positive — hysteresis)(通过照射而光量增加的性质)、易裂性强等问题。目前，被誉为最先进的闪烁体晶体是添加Ce的Lu2SiO5(Ce :LS0)，其具有所谓的高密度( 7. 39g/cm3) ·短寿命(约50nsec) ·高发光量(BG0的三倍)的优异的闪烁体特性。由于该LSO晶体可用丘克拉斯基法(Czochralski)制作，因此，具有以CTI MolecularImsging Inc. (CTI)、Crystal Photonics Inc. (CPI)等美国企业为中心的数百亿日元的市场。但是，另一方面，由于具有2150°C的极高的熔点和线膨胀系数的各向异性高的特点，存在着制作 加工的成本高、产品的成品率差的问题。在高熔点氧化物单晶的熔液生长中，通常将铱(Ir)金属作为坩锅材料使用，但超过2000°C的温度接近于Ir的软化温度，因此，在LSO晶体制造中要求非常苛刻的温度控制。加上Ir坩锅的可使用寿命也短，庞大的坩锅改铸费用对生产厂家来说成为很大的负担。并且，为了达到该超高温，高频振荡器也必须达至IJ高输出，因此，导致总的运行成本增高。另一方面，作为闪烁体用发光材料使用的Ce :GS0、Ce LS0中，若大量含有作为发光元素的Ce时其发光量增多，但若超过某％时浓度猝灭(浓度消光)现象明显，不能呈现闪烁体效果。而且，Ce在稀土类离子中也仅次于La大，必然大于母结晶中代表性的稀土类离子(Y，Gd，Lu)，因此，Ce的有效偏析系数偏离I的程度很大。即，无法避免沿着生长方向的Ce的组成变化。该现象成为引起荧光衰减时间、发光量等的物性参数变化的原因，在高精度规格的PET等中使用时成为很大的问题。鉴于上述情况，目前希望开发一种成本低的，具有更高的能量吸收系数的，实现能 量分辨率、或时间分辨率即单位时间的取样数增加的高的新一代闪烁体产品(专利文献I)。另一方面，在医用图象装置中，不仅是PET，X射线CT的重要性也很高。另外，也考虑总体非破坏性检查时，X射线CT、放射线透过检查用的闪烁体晶体的重要性也很高。它们期望的闪烁体晶体，与其具有像Ce GS0,Ce :LS0等的短荧光寿命，更希望其为如Tl :NaI或GsI的高发光量。从上述观点出发，目前希望开发一种成本低的、具有高能量吸收系数的、高发光量的新一代闪烁体产品。专利文献I :特开2001 - 72968号公报

发明内容
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于，具有BGO以上的特性，进一步具有与GS0(高密度(6. 71Kg/cm3以上))中NaI以上的高发光量(BG0的5倍以上)·短寿命(60nsec以下)·高发光量(BG0的2倍以上)同等以上的物理性质的同时，实现制造成本的降低。进一步，本发明的目的在于，采用与GSO、LSO相比晶体生长容易的氧化物材料、或比氧化物材料熔点低的氟化物材料来得到如此优异的闪烁体材料。为了解决上述课题，本发明人等进行了悉心研究的结果，在几种含Pr的单晶体中，确认了被推测是伴随Pr (III)的5d — 4f之间的迁移而引起的发光。这些单晶能够实现高绝对光吸收率、且高发光率及短荧光寿命(衰减时间)，从而完成了本发明。即，本发明的闪烁体用单晶，其特征在于，该闪烁体用单晶以(PrRE )aMb (OpF1^p)c表示(其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu、La中的一种或两种以上；M为Al、Ga、Si、Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Zr，Hf 中的任意的一种以上；且 O < a < 10、0 < b < 10、0 <c < 50 ;p 为 O 或 I。)另外，本发明的闪烁体用单晶，其特征在于，其以(PrRE ) aMb (OpF1^p)。表示，(其中，RE 为选自 Y、Sc、Yb、Lu、La、Ce 中的一种或两种以上；M 为 Al、Ga、Si、Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Zr，Hf 中的任意一种以上；且 O < a < 10、0 < b < 10、0 < c < 50;p 为 O。)
另外，该闪烁体用单晶中，通过伽马射线激励而发出的荧光波长可以为200 -350nmo本发明的闪烁体用单晶，由于其荧光衰减时间为300nseC(发光的峰值为300nm附近)，用于荧光测定的取样时间短，能够期待高时间分辨率，即能够期待取样间隔的缩短。若实现高时间分辨率，则能够增加单位时间的取样数。具有如上述的短寿命发光的闪烁体用单晶，可作为PET、SPECT用的高速响应的放射线检测用闪烁体来使用。根据本发明，发现了具有BGO以上的特性，进一步具有与GSO同等程度以上的物理性质的氧化物闪烁体晶体。而且，发现这些晶体具有NaI以上的特性。另外，这些晶体 的线膨胀系数的各向异性比GSO、LSO小，单晶的生长容易。另外，根据本发明，发现了具有BGO以上的特性，进一步具有与GSO同等程度以上的物理性质的氟化物闪烁体晶体。而且，由于其熔点( 1350°C)低，因此，能够期待制造晶体所需的电量、冷却水量等的减少。另外，作为坩锅材料也可以使用Pt或Ir，但也可以使用更廉价的石墨坩锅，这一点也关系到制造成本的降低。附图的简单说明通过下面所述的具体实施方式
以及附带的附图，能够进一步明确上述目的、及其他的目的、特征以及优点。图I是表示本发明实施例中的(PracmYa 999) 3A15012单晶(PrO. 1% YAG)的晶体的图形。图2是表示本发明实施例中的(Pratltl2Ya 998) 3A15012单晶(PrO. 2% YAG)的晶体的图形。图3是表示本发明实施例中的(PracmLua 999) 3A15012单晶(PrO. 1% =LuAG)的晶体的图形。图4是表示本发明实施例中的(Pratltl2Lua 998) 3A15012单晶(PrO. 2% =LuAG)的晶体的图形。图5是表示本发明实施例中的(Pratltl2Ya 998) 3A15012单晶(PrO. 2% YAG)的晶体的图形。图6是表示本发明实施例中的(Pratltl2Lua 998) 3A15012单晶(PrO. 2% =LuAG)的晶体的图形。图7是表示本发明实施例中的(Pratltl2Ya 998) 2SiO5单晶(PrO. 2%YS0)的晶体的图形。将BGO的发光峰值放大10倍而进行比较。图8是表示将PrO. I % :YAG、PrO. 2 % YAG以及BGO中的发光特性用辐射发光(Radioluminescence)测定的结果的曲线图。将BGO的发光峰值放大10倍而进行比较。图9是表示将PrO. 1% LuAG, PrO. 2% =LuAG以及BGO中的发光特性用辐射发光(Radioluminescence)测定的结果的曲线图。将BGO的发光峰值放大10倍而进行比较。

图10是表示将PrO. 2 % YS0以及BGO中的发光特性用辐射发光(Radioluminescence)测定的结果的曲线图。将BGO的发光峰值放大10倍而进行比较。图11是表不PrO. 2% YAG中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的曲线图。得到了显示出11.5ns的短荧光寿命的数据。
图12 是表不 PrO. 2%:LuAG 中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的曲线。得到了显示出17ns的短荧光寿命的数据。图13是表不PrO. 2% YS0中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的曲线。得到了显示出11. 5ns的短荧光寿命的数据。图14是表示用微下拉法制作的本发明实施例的(Pratltl2Ya998)3 (ScatllAla99)5O12单晶(PrO. 2%，Scl % :YAG)的图形。图15 是表示本发明实施例的(Pratltl2Lua 998) 3 (ScatllAla99) 5012 单晶(PrO. 2 %，Scl% =LuAG)的图形。图16 是表示本发明实施例的(Pratltl2Lua 998)3 (Mgaci5Ala9tlHfatl5)5O12 单晶(Pr。· 2%,Mg5%, Hf5% =LuAG)的图形。图17是表示本发明实施例中的(PrY)2O3单晶(Prl%装料Y203)的图形。 图18是表示本发明实施例中的(PrY) AlO3单晶(Prl%装料YAP)的图形。图19是表示本发明实施例中的(PrLu) VO4单晶(Prl %装料=LuVO4)的图形。图20是表示本发明实施例中的(Pr。.Cltl2Latl 998) LuO3单晶(PrO. 2% =LaLuO3)的图形。图21 是表示本发明实施例中的(Pratltl2Lua 998) 2Si207 单晶(PrO. 2% =Lu2Si2O7)的图形。图22 是表示 PrO. 2%, Scl% YAG Pr0. 2%, Scl% LuAG Pr0. 2%,Mg5%,Hf5% ；LuAG以及BGO中的辐射发光(X射线激励CuK α )的曲线图。图23是表示Prl % (装料)Υ203中的辐射发光(X射线激励=CuKa )的曲线图。图24是表示Prl % (装料)ΥΑΡ中的辐射发光(X射线激励=CuKa )的曲线图。图25是表示Prl % (装料)YV04中的辐射发光(X射线激励=CuKa )的曲线图。图26是表示PrO. 2% =LaLuO3中的辐射发光(X射线激励=CuKa )的曲线图。图27是表示PrO. 2% =Lu2Si2O7中的辐射发光(X射线激励=CuKa )的曲线图。图28是测定PrO. 2% YAG,PrO. 2% =LuAG以及BGO中由于Y射线激励而产生的发光量的结果。观察到在PrO. 2% =YAG中是BGO的两倍，在PrO. 2% =LuAG中是BGO的三倍的高的发光量。图29 是表不 PrO. 2%, Scl % YAG 中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出了 12. 6ns的短荧光寿命的数据。图30 是表不 PrO. 2 %, Scl % LuAG 中的突光衰减时间(Photoluminescencedecay)的测定结果的曲线图。得到了显示出21. 3ns的短荧光寿命的数据。图31 是表不 PrO. 2%,Mg5%, Hf5% LuAG 中的突光衰减时间(Photoluminescencedecay)的测定结果的曲线图。得到了显示出21. 7ns的短荧光寿命的数据。图32 是表示 Prl% (装料)Y203 中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出21. 5ns的短荧光寿命的数据。图33是表不Prl% (装料)YAP中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出11.2ns的短荧光寿命的数据。图34 是表示 Prl% (装料):YV04 中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出22.0ns的短荧光寿命的数据。
图35 是表不 PrO. 2% LaLuO3 中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出6. 7ns的短荧光寿命的数据。图36 是表不 PrO. 2% =Lu2Si2O7 中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出26. Ins的短荧光寿命的数据。图37是表示用微下拉法制作的本发明的PrwMxREYFz (Μ = K、RE = Y)的晶体照片的一例。图38是表示用微下拉法制作的本发明的PrwMxREYFz (Μ = K、RE = Y及Lu)的晶体照片的一例。图39是表示将K (PrY) 3F10 (Prl %装料KYF)中的发光特性用辐射发光(Radioluminescence)测定的结果的曲线图。与图40相比,最高峰值为BGO的3. 5倍的高
发光量。 图40是表示将BGO的发光特性用福射发光(Radioluminescence)测定的结果的曲线图。图41是表示将K (PrY)3F10 (Prl %装料KYF)晶体在240nm中的荧光衰减时间用光致发光(Photoluminescence)测定的结果的曲线图。得到了显示出20ns的短突光寿命的数据。图42是表示以往的钆镓柘榴石型氧化物单晶中的发光特性的曲线图。图43是表示本实施方式中的PET装置结构的一例的框图。
具体实施例方式下面，对本发明的实施方式进行说明。本发明的实施方式中的闪烁体用单晶，其特征在于，用通式(PrRE)aMb (OpF1I)。表示，(其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu、La中的一种或两种以上;M为Al、Ga、Si、Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Zr、Hf、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Cd、Pb 中的任意的一种以上；且 O< a < 10、0 < b < 10、0 < c < 50 ;p 为 O 或 I。)。本发明的另一种实施方式中的闪烁体用单晶，其特征在于，其用通式(PrRE)aMb(OpFn) c表示，(其中，RE为选自γ、Sc、Yb、Lu、La、Ce中的一种或两种以上⑷为Al、Ga、Si、Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Zr、Hf、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Cd、Pb 中的任意一种以上；且0 < a < 10、0 < b < 10、0 < c < 50 ;p 为 O。)在本发明的实施方式中，认为是通过含Pr的闪烁体用单晶来利用伴随Pr的5d —4f之间的迁移而引起的发光，由此可将绝对光吸收率比BGO的8200光子/MeV大幅提高。另外，该闪烁体用单晶，当通过伽马射线激励而发出的荧光波长为200 350nm、优选为200 310nm时，能够适合用于高速响应的放射线检测的用途中。作为如上述的闪烁体用单晶，可以举出氧化物单晶以及氟化物单晶。本实施方式的氧化物的闪烁体用单晶，其特征在于，在用上述通式表示的闪烁体用单晶中，P = I ;RE为选自Y、La、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上；M为选自Al、Ga中的至少一种;(a, b, c)分别为(3,5,12)、(I,1,3)、(2,1,5)中的任意一种。如上述的氧化物的闪烁体用单晶的第一实施方式，其特征在于，该闪烁体用单晶为以(PrxREh) 3 (Al1^yGay) 5012表示的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶。
其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上。另外，Pr的浓度x的范围为 O. 0001 ^ X < O. 02、优选为 O. 001 ^ X ^ O. 02、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02、特别优选为O. 002彡X彡O. 003。另外，Ga的浓度Y的范围为I、优选为O彡y彡O. 25或O. 75 ^ y ^ I、更优选为y = O或I。作为该柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶，具体地说，可以举出用(PrxY1 — x) 3A15012、(PrxLu1I) 3A15012表示的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶(其中，Pr的浓度x的范围为如上所述)；用(PrxRE11) 3Ga5012表示的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶(其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上，Pr的浓度X的范围为如上所述)等。另外，氧化物的闪烁体用单晶的第二实施方式，其特征在于，所述闪烁体用单晶为以(PrxRE1 — x) 3AIO3表示的钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶。其中，RE为选自Y、La、Yb、Lu中的一种或两种以上。另外，Pr的浓度x的范围为 O. 0001 ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02。作为该钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶，例如可以举出用(PrxY1 — x) A103、(PrxLa1 — x) A103、(PrxLu1 _ x) AlO3表示的钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶(其中，Pr的浓度X的范围为如上所述)等。另外，虽然没有包含在上述钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶的通式中，但也可以使用Al位置被Lu取代的物质，作为这种物质，例如可以举出(PrxLa1J LuO30另外，氧化物的闪烁体用单晶的第三实施方式，其特征在于，所述闪烁体用单晶为以(PrxRE1 — x) 2Si05表示的硅酸盐氧化物的闪烁体用单晶。其中，RE为选自Y、La、Yb、Lu中的一种或两种以上。并且，Pr的浓度x范围为O. 0001 ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02。作为该硅酸盐氧化物的闪烁体用单晶，例如可以举出用(PrxY1 _ x)2SiO5、( PrxLu1^x)2Si05表示的硅酸盐氧化物的闪烁体用单晶(其中，Pr的浓度X的范围如上所述)。另外，在本实施方式中的其它氧化物的闪烁体用单晶，其特征在于，在用上述通式表示的闪烁体用单晶中，P = I ;RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上；M为选自Al、Ga、Mg、Ca、Sr、Sc、Zr、Hf 中的至少一种；(a, b, c)分别为(3，5，12)。作为如上述的氧化物的闪烁体用单晶，可以举出用(PrxYpx)3 (Al1^yScy)5O12,(PrxLu1I)3 (Al1^yScy)5O12表示的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶。其中，Pr的浓度x的范围为 O. 0001 ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02 ；Sc 的浓度I的范围为0<y<0. 4、优选为O彡y彡O. 01。另外，进一步可适合使用以(PrxRE11)3 (M1yM21^2yM3y)5O12表示的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶。其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上^为选自Mg、Ca、Sr中的一种或两种以上；M2为选自Al、Ga、Sc中的一种或两种以上；M3为选自Zr、Hf中的一种或两种以上的金属；Pr的浓度X的范围为O. 0001 ^ X < O. 3、优选为O. 001 ^ x < O. 05、更优选为O. 002 ^ X ^ O. 02 ;浓度γ的范围为0<y<0. 5、优选为O彡y彡O. I。 另外，作为氧化物的闪烁体用单晶，也可以使用下面表示的稀土类氧化物的闪烁体用单晶。作为该稀土类氧化物的闪烁体用单晶，可以使用以(PrxRE1 — x )203表示的稀土类氧化物的闪烁体用单晶。其中，RE为选自Y、Sc、La、Yb、Lu中的一种或两种以上，Pr的浓度x的范围为 O. OOOl ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02。作为该稀土类氧化物的闪烁体用单晶，具体地可以举出用(PrxY1 1) 203、(PrxSc1 —x) 203、( PrxLa1 — x) 203、( PrxLu1 — x) 203表示的稀土类氧化物的闪烁体用单晶(其中，Pr的浓度X的范围为如上所述)。进一步，作为其它的稀土类氧化物的闪烁体用单晶，可以使用以PrxREhVO4表示的稀土类氧化物的闪烁体用单晶。其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度 X 的范围为 O. 0001 ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02。而且，作为其它的稀土类氧化物的闪烁体用单晶，可以使用以(PrxREh) RE’ O3表示的稀土类氧化物的闪烁体用单晶。其中，RE以及RE’为选自La、Gd、Y、Sc、Yb、Lu中的相互不同的一种或两种以上；Pr的浓度X的范围为O. 0001彡X < O. 3、优选为0.001彡X <O. 05、更优选为 O. 002 ^ X ^ O. 02。另外，作为其它的稀土类氧化物的闪烁体用单晶，进一步可以使用以(PrxRE1I) 2Si207表示的稀土类氧化物的闪烁体用单晶。其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度X的范围为O. 0001 ^ X < O. 3、优选为0.001 ^ x < O. 05、更优选为O. 002 ^ X ^ O. 02。本实施方式中的氟化物的闪烁体用单晶，其特征在于，在用上述通式表示的闪烁体用单晶中，P = O。另外，RE为选自La、Ce、Yb、Lu、Y中的一种或两种以上，其中特别优选为 Y、Yb 或 Lu ⑷为 Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Cd、Pb、Zr、Hf中的任意的一种以上。如上述的氟化物的闪烁体用单晶的第一实施方式为，用PrwMxREyFz表示的闪烁体用单晶。其中，RE为选自La、Ce、Yb、Lu、Y中的一种或两种以上。另外，M为选自Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Al 中的任意一种以上。而且，W、x、z 分别为 O. 0001 < w < O. 3、0 <X < 10、0 < y < 10、0 < z < 50ο作为如上述的氟化物的闪烁体用单晶，可以举出在上述氟化物的闪烁体用单晶的通式中M为K (钾原子)的物质，具体地可以举出用K (REnPrw)3Fici表示的闪烁体用单晶(其中，RE为选自La、Ce、Yb、Lu、Y中的一种或两种以上的固熔体；O. 0001彡w < 0.3)。另外，作为氟化物的闪烁体用单晶，具体地可以举出用Bax (RE1-示的闪烁体用单晶(其中，RE为选自La、Ce、Yb、Lu、Y中的一种或两种以上的固熔体；0. 0001
<O. 3)。在这些氟化物的闪烁体用单晶中，优选RE为Y、或者Y和Lu的固熔体的单晶。另外，作为其它氟化物的闪烁体用单晶，具体地可以举出用PrwMxFz表示的闪烁体用单晶(其中，M 为 Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Al 中的任意一种以上；O. 0001 ^ w <O.3、0 < X < 10、0 < z < 50)。上述本实施方式的用PrwMxREyFz或PrwMxFz表示的氟化物的闪烁体用单晶，也特别优选为(Prw (Lu，Y)卜身川、(Prw (Gd，Y) ^w) KF10, (PrwRE1^w) BaxFz> (PrwYb2_w) BaF8、或者 Ba2(PrwYbh) F7，具体地可以举出以下物质K (Y0.99Pr0. Q1 )3F10、K (Y0.59Yb0.4Pr0.01 )3卩10、K (Y0.59Gd0.4Pr0.01 )3F10、K (Y0.59Lu0.4Pr0 01 )3F10、
Ba (YcuPr。. (J3)2F8、Cs3 (Y(IggPracil)F6ICs3 (Y(|. ggPr。. 01)F6、Ba ( Lu0 999Pr0 Q01 )Fg -,Li (Lu0 95Pr0 Q5 )
F4、K (Y(|. 89〇θ0. l(|Pr0. 01) 3F10、K ( Y(|. 89La0. l(|Pr0. 01 ) 3^10' ( Y(l. 89〇ε10. 10ΡΓ0. 01 ) 3卩10、Pr0. 01Mg0. 99F2. 01、Pr0.03Ca_0.97F2.03、Pr0.05Sr0.95F2.05、Pr0.0oiBao. 999F2.001 ^ Pr0.01Mnth99F2.01、Pr0.0oiLiCaAlF6>
P^o.OOiLiSrAlF6-, Pr0.001NaCaAlF6、Pr0.001BaMgF4、Ba2 (Prc1c11Laa99) F7-, Ba2 (Prc1c11Cea99) F7-, Ba2(Pro. OiGdci. 99) F7、Ba2 (Pr0 01 Yb0.99) F7>Ba2 (PratllLua99)FpBa2 (PratllYa99)FpBa (PrQ. Q1YbL99)F8、KLu3F10 等。另外，在本实施方式的用PrwMxREyFz或PrwMxFz表示的氟化物的闪烁体用单晶的组成中，绝对光吸收率(光子/MeV)可以为1000 200000 (光子/Mev)左右，优选为8000 200000(光子/MeV)，更优选为80000 200000(光子/MeV)，其中，也优选为8000 120000(光子/MeV)，更优选为16000 80000 (光子/MeV)，是具有非常高的发光量的氟化物闪烁体晶体。S卩，相对于BGO的绝对光吸收率为O. 125 25倍、优选为I 25倍、进一步特别优选为10 25倍。另外，从考虑到与能量迁移引发的荧光寿命的长时间化之间的关联性的技术效果的观点出发，优选为I 15倍，更优选为2 10倍。而且，用PrwMxREyFz或PrwMxFz表示的氟化物的闪烁体用单晶的组成中，Pr的浓度w的范围为O. 0001 ^ w < O. 3000、优选为O. 0010 ^ w < O. 05000、更优选为·O. 0020 ^ O. 0200。另外，x、y、z可任意地取决于晶体组成，因此未作特别的限定，可以为 O < X < 10. 0000、优选为 O < X < 4. 0000 ；0 < y < 10. 0000、优选为 O < y < 4. 0000 ；O < z < 50. 0000、优选为O < z < 20.0000。具体地说，当M为K时，优选为x = l、y = 3、z = 10，即优选为K (PrwRE1^w)3F100此时的Pr的浓度w的范围也是O. 0001 ^ w < O. 3000、优选为 O. 0010 ^ w < O. 0500、更优选为 O. 0020 ^ x ^ O. 0200 ；RE 为选自 La、Ce、Gd、Lu、Y、Yb中的一种或两种以上的稀土类元素，其中，特别优选为Y、Gd、Yb、或Lu。当M 为 Ba 时,优选 x = 2、y = l、z = 7 或者 x=l、y = 2、z = 8,即，优选为 Ba2(PrwREh)F7 或者 Ba (PrwRE1^w)2Fgo 此时的 Pr 的浓度 w 的范围也是 O. 0001 ^ w < O. 3000、优选为 O. 0010 ^ w < O. 0500、更优选为 O. 0020 ^ w ^ O. 0200 ；RE 为选自 La、Ce、Gd、Lu、Y、Yb中的一种或两种以上的稀土类元素，其中，特别优选为Y、Gd、Yb、或Lu。下面，对本发明的氧化物或氟化物的闪烁体用单晶的制造方法进行说明。本实施方式的制造方法，其特征在于，在用(PrRE)aMb (OpF1 _p)。表示的组成的熔液中，添加Pr使Pr量达到引入目标Pr量的5 15倍，采用钥(Mo)坩锅或铱(Ir)坩锅、或由Ir和铼(Re)的合金构成的坩锅，通过微下拉法来生长单晶。其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu、La中的一种或两种以上;M为Al、Ga、Si、Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Zr、Hf、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Cd、Pb 中的任意一种以上；且O < a < 10,0 < b < 10,0 < c < 50 ;P 为 O 或 I。或者，RE 为选自 Y、Sc、Yb、Lu、La、Ce 中的一种或两种以上；M 为 Al、Ga、Si、Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Zr、Hf、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Cd、Pb 中的任意一种以上；且 O < a < 10,0 < b < 10,0 < c < 50 ;P 为 O。在此，在该闪烁体用单晶的制造方法中，当用上述通式表示的熔液的组成中的P=I时，就成为氧化物的闪烁体用单晶的制造方法。作为该制造方法，具体地说，可以举出将上述熔液调整为能够得到用(PrxRE1I)3(Al1^yGay)5O12表示的单晶的组成、且使其具有5x — 15x的Pr浓度的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶的制造方法。其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度x的范围为O. 0001 ^ X < O. 02、优选为 O. 001 ^ X ^ O. 02、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02、特别优选为O. 002彡X彡O. 003。另外，Ga的浓度y的范围为I、优选为O彡y彡O. 25或O. 75 ^ y ^ I、更优选为y = O或I。在如上述的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶的制造方法中，优选熔液为能够得到用(PrxYh) 3A15012、(PrxLUh)3Al5O12 表示的组成、用(PrxRE1^x)3Ga5O12 表示的单晶的组成,且具有5x-15x的Pr浓度。其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上。Pr的浓度x的范围为如上所述。另外，作为上述制造方法，具体地可以举出，将上述熔液调整为能够得到用(PrxRE11) AlO3表示的单晶的组成、且使其具有5x — 15x的Pr浓度的钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶的制造方法。其中，RE为选自Y、La、Yb、Lu中的一种或两种以上。而且Pr的浓度x的范围为O. 0001 ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02。
用(PrxY1 — x) A103、(PrxLah) A103、(PrxLu1 — x) AlO3 表示的单晶的组成，且具有 5x — 15x 的Pr浓度。其中，Pr的浓度X的范围为如上所述。另外，作为上述制造方法，具体地可以举出，将上述熔液调整为能够得到用(PrxREh)2SiO5表示的单晶的组成、且使其具有5x — 15x的Pr浓度的硅酸盐氧化物的闪烁体用单晶的制造方法。其中，RE为选自Y、La、Yb、Lu中的一种或两种以上。而且Pr的浓度x的范围为O. 0001 ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02。在如上述的硅酸盐氧化物的闪烁体用单晶的制造方法中，优选熔液为能够得到用(PrU 2Si05、(PrxLUh) 2Si05表示的单晶的组成，且具有5x — 15x的Pr浓度。其中，Pr的浓度X的范围为如上所述。另外，本实施方式的稀土类氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，其特征在于，从具有能够得到用(PrxREh)2O3表示的单晶的组成、且具有5x — 15x的Pr浓度的熔液，采用Re坩锅，通过微下拉法来生长单晶。其中，RE为选自Y、Sc、La、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度x的范围为
O.0001 ^ X < O. 3、优选为 O. 001 ^ X < O. 05、更优选为 O. 002 ^ x ^ O. 02。在如上述的稀土类氧化物的闪烁体用单晶的制造方法中，也可以将上述熔液调整为能够得到用(PrxYh) 203、(PrxS(Vx) 203、(PrxLah)2Or(PrxLUh)2O3 表示的单晶的组成，且具有5x-15x的Pr浓度(其中，Pr的浓度x的范围为如上所述)。进一步，本实施方式的氧化物的闪烁体用单晶的制造方法中，包括下述的制造方法。(I) 一种柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，其特征在于，从具有能够得到用(PrxY1 — x)3 (Al1- yScy) 5012、(PrxLu1 — x) 3 (Al1 — yScy) 5012 表示的单晶的组成、且具有5x - 15x的Pr浓度的熔液，采用Mo坩锅、或Ir坩锅、或由Ir和Re的合金构成的坩锅，通过微下拉法来生长单晶(其中，Pr的浓度X的范围为O. 0001彡X < O. 3，Sc的浓度y的范围为O彡y彡O. 4);(2)—种柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，其特征在于，从具有能够得至IJ用(PrxRE1I)3 (M1yM21^2yM3y)5O12表示的单晶的组成、且具有5x — 15x的Pr浓度的熔液，采用Mo坩锅、或Ir坩锅、或由Ir和Re的合金构成的坩锅，通过微下拉法来生长单晶(其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上身为选自Mg、Ca、Sr中的一种或两种以上；M2为选自Al、Ga、Sc中的一种或两种以上；M3为选自Zr、Hf中的一种或两种以上的金属；Pr的浓度X的范围为O. OOOl ^ X < O. 3 ;浓度γ的范围为O彡y彡O. 5);(3)—种稀土类氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，其特征在于，从具有能够得到用PrxREnVO4表示的单晶的组成、且具有5x — 15x的Pr浓度的熔液，采用Mo坩锅、或Ir坩锅、或由Ir和Re的合金构成的坩锅，通过微下拉法来生长单晶(其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度X的范围为O. 0001彡X < 0.3);(4) 一种稀土类氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，其特征在于，从具有能够得到用(PrxREh)RE’O3表示的单晶的组成、且具有5x — 15x的Pr浓度的熔液，采用Mo坩锅、或Ir坩锅、或由Ir和Re的合金构成的坩锅，通过微下拉法来生长单晶(其中，RE以及RE’为选自La、Gd、Y、Sc、Yb、Lu中的相互不同的一种或两种以上；Pr的浓度x的范围为O. 0001 ( x <O. 3)；(5)—种稀土类氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，其特征在于，从具有能够得到用(PrxRE1J 2Si207表示的单晶的组成、且具有5x — 15x的Pr浓度的熔液，采用Mo坩锅、或Ir坩锅、或由Ir和Re的合金构成的坩锅，通过微下拉法来生长单晶(其中，RE为选自Y、Sc、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度X的范围为O. 0001彡X < 0.3)。任意一种氧化物的单晶的制造方法中，作为起始原料，均可以使用通常的氧化物原料，但是，当作为闪烁体用单晶使用时，特别优选使用99. 99%以上(4N以上)的高纯度原料，采用将该起始原料按照熔液成型时能够成为目标组成来称取、并加以混合的物质。而且，在这些原料中，特别优选目标组成以外的杂质尽量少(例如Ippm以下)的物质。特别是，优选采用尽量不含在发光波长附近具有发光的元素(例如Tb等)的原料。优选在惰性气体(例如Ar、N2, He等)环境下进行晶体的生长。也可以使用惰性气体(例如Ar、N2、He等)和氧气的混合气体。但是，采用该混合气体进行晶体的生长时，为了防止坩锅的氧化，优选氧气的分压为2%以下。另外，在晶体生长后的退火等后工序中，可以使用氧气、惰性气体(例如Ar、N2、He等)、以及惰性气体(例如Ar、N2、He等)和氧气的混合气体。当使用混合气体时，氧气分压不受2%的限制，可以使用0%至100%的任意的混合比。作为本实施方式的氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，除了微下拉法，还可以采用丘克拉斯基法(提拉法)、布里奇曼(Bridgman)法、区域熔融法(zone melting method)、或者边缘限定薄膜供料生长法(EFG法)等，对其没有特别的限定，但为了提高产品合格率、相对地减少加工损耗而得到大型单晶，则优选采用丘克拉斯基法或布里奇曼法。另一方面，作为闪烁体用单晶只使用小型的单晶时，由于没有后加工的必要性或后加工的必要性小，因此，优选采用区域熔融法、EFG法、微下拉法、丘克拉斯基法；从与坩锅的润湿性考虑，特别优选微下拉法、区域熔融法。另外，包含在装料时的熔液中的Pr浓度，根据所采用的制造方法有所不同，但为目标引入量的5 15倍左右。另外，作为所使用的坩锅·后加热器，可以使用钼、铱、铑、铼、或者它们的合金。另外，不仅可以使用高频振荡器，也可以使用电阻加热器。下面，关于本实施方式的氧化物的闪烁体用单晶的制造方法之一例，示出采用微下拉法的单晶制造方法，但并不限于此。
微下拉法采用通过高频感应加热的环境气体控制型微下拉装置而进行。微下拉装置是包括坩锅、保持晶种使其与从设置在坩锅底部的细孔流出的熔液接触的晶种保持器、将晶种保持器移动至下方的移动装置、该移动装置的移动速度控制装置、用于加热坩锅的感应加热装置的单晶制造装置。根据该单晶制造装置，可在坩锅的正下方形成固液界面，并通过将晶种移动至下方，能够制造出单晶。该坩锅为石墨、钼、铱、铑、铼、或者它们的合金，坩锅底部外周设置有后加热器，所述后加热器为由石墨、钼、铱、铑、铼、或者它们的合金构成的发热体。坩锅及后加热器，可通过调整感应加热装置的输出来调整发热量，由此能够控制从设置在坩锅底部的细孔引出的熔液的固液界面区域的温度及其分布。该装置中，室的材质采用SUS，窗户材料采用SiO2，为了控制环境气体而设置回转泵，并在气体置换前，能够将真空度调整为IXlO-3T0rr以下。另外，可按照通过随带的气体流量计精密调节的流量将Ar、N2, H2, O2气体等导入到室中。
采用该装置，将按照上述方法准备的原料投入到坩锅中，将炉内进行高真空排气后,通过将Ar气体或Ar气体和O2的混合气体导入到炉内，将炉内调整为惰性气体环境或低氧气分压环境，通过向高频感应加热线圈缓慢施加高频电力来加热坩锅，由此将坩锅内的原料完全熔解。接着，按下述步骤生长晶体。将晶种按规定的速度慢慢上升，将其前端接触在坩锅下端的细孔上并充分适应后，调整熔液温度的同时下降下拉轴，由此生长晶体。作为晶种，优选采用与晶体生长的对象物同等及至结构 组成均近似的物质，但并不限于此。另外，作为晶种优选采用方位明确的物质。待准备的原料全部达到结晶化并熔液消失时，晶体生长结束。另一方面，为了保持组成的均匀以及长尺寸化的目的，也可以采用原料连续装料用装置。下面，关于本实施方式的氧化物的闪烁体用单晶的制造方法的一例，示出了采用提拉法的形式，但并不限于此。丘克拉斯基法(提拉法)采用通过高频感应加热的装置而进行。丘克拉斯基法是，将原材料投入到坩锅内，加热坩锅使坩锅内的原材料熔解，将晶种浸泡在该原材料的熔液后再拉起，从而生长单晶的单晶制造方法。即，所述单晶制造方法的特征在于，屏蔽从熔液表面向单晶的辐射热，该单晶是向该熔液的上部提拉而生长；且促进单晶的上部固体形状部分的热放射，从而适宜地调节单晶的下部熔点侧至上部的提拉长度区间的单晶轴方向的温度梯度；而且，将上述单晶的下部熔点侧至上部的提拉长度区间的单晶外周面部位，通过控制来自该部位的放热来进行保温，由此在提拉长度区间的相对于单晶剖面中心的外端的温度梯度之比控制在I. 25以下的接近I的数值，从而通过提拉法进行单晶的生长。在此，在该闪烁体用单晶的制造方法中，当用上述通式表示的熔液的组成中p = 0时，成为氟化物的闪烁体用单晶的制造方法。作为该制造方法，具体地可以举出将上述熔液调整为具有能够得到用PrwMxREyFz表示的单晶的组成、且具有5w - 15w的Pr浓度，采用微下拉法生长单晶的方法。其中，RE为选自La、Ce、Yb、Lu、Y中的一种或两种以上；M为Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Al 中的任意一种以上；且 O. 0001 彡 w < O. 3,0 < x < 10、0 < y < 10、0 < z <50。另外，如上所述，Pr的浓度w的范围为O. 0001彡w < O. 3000、优选为O. 0010彡w
<O. 0500、更优选为O. 0020 ^ O. 0200。另外，由于x、y、z任意地取决于晶体组成，因此未作特别的限定，可以为O < X < 10. 0000、优选为O < X < 4. 0000 ；0 < y < 10. 0000优选为 O < y < 4. 0000 ；0 < z < 50. 0000、优选为 O < z < 20.0000。氟化物的闪烁体用单晶的制造方法中，作为起始原料，可以使用通常的氟化物原料，但是，当作为闪烁体材料用单晶使用时，特别优选使用99.9%&i(3N以上)的高纯度氟化物原料，采用将该起始原料按照能够形成目标组成来称取、并加以混合的物质。而且，在这些原料中，特别优选目标组成以外的杂质尽量少(例如Ippm以下)的物质。另外，所使用的原料的氧浓度，优选为IOOOppm以下，但其中也特别优选氧浓度为IOOppm以下。但是，当使用氧浓度高的原料时，可通过在氟化合物气体环境下进行预处理、或者通过将氟化合物作为清除剂添加10%以下，由此在晶体生长时调整为低氧状态(例如IOOppm以下)的熔 化，从而得到良好的晶体。由于用PrwMxREyFz或PrwMxFz表示的氟化物闪烁体材料包括稀土类氟化物，因此若残存微量的氧，则容易成为稀土类氟氧化物。优选将晶体的生长在真空环境下、惰性气体环境下、极低氧气环境下、以及含氟化合物的气体环境下进行。另外，在晶体的生长工序(单晶制造工序)以及原料的熔融操作等的预处理工序 退火等的后工序中也如上所述。在此，作为含氟化合物的气体，特别优选通常使用的CF4，但也可以使用F2气体、HF气体、BF3气体等。而且，这些气体也可以使用用惰性气体(例如Ar、N2> He等)稀释的气体。作为用PrwMxREyFz或PrwMxFz表示的本实施方式的氟化物的闪烁体用单晶的制造方法，未作特别的限定，可以采用微下拉法、丘克拉斯基法(提拉法)、布里奇曼(Bridgman)法、区域熔融法、或者EFG法，但为了提高产品合格率、相对地减少加工损耗的目的而得到大型单晶，则优选采用丘克拉斯基法或布里奇曼法。另一方面，作为闪烁体用单晶只使用小型单晶时，由于没有后加工的必要性或者后加工的必要性小，因此优选采用区域熔融法、EFG法、微下拉法、丘克拉斯基法；从与坩锅的润湿性考虑，特别优选微下拉法、区域熔融法。另夕卜，包含在装料时的熔液中的Pr浓度，根据所采用的制造方法有所不同，但为目标引入量的5 15倍左右。另外，所使用的氟化物原料的熔点均低于1300°C，因此在微下拉法、丘克拉斯基法、布里奇曼法、区域熔融法、或者EFG法等的所有的晶体生长技术中，所使用的温度可以低于1300°C。因此，与GSO相比高频振荡器的输出也降低，由此能够实现成本的减少。而且，不仅是高频振荡器，还可以使用电阻加热法。另外，所使用的坩锅 后加热器，也可以使用钼、铱、铑、铼、或者它们的合金，但由于能够使用不适用于GSO等的氧化物的晶体制作工序中的石墨，因此能够进一步降低成本。例如，K (Ya99Pra01)3F10的熔点为1050°C，与Ce =LSO的2150°C相比也是非常低的数值。下面，关于本实施方式的氟化物的闪烁体用单晶的制造方法的一例，示出了采用微下拉法的单晶制造方法，但并不限于此。微下拉法采用通过高频感应加热的环境气体控制型微下拉装置而进行。微下拉装置是包括坩锅、保持晶种使其与从设置在坩锅底部的细孔流出的熔液的接触的晶种保持器、将晶种保持器移动至下方的移动装置、该移动装置的移动速度控制装置、用于加热坩锅的感应加热装置的单晶制造装置。根据该单晶制造装置，可在坩锅的正下方形成固液界面，并通过将晶种移动至下方，能够制造出单晶。该坩锅为石墨、钼、铱、铑、铼、或者它们的合金，坩锅底部外周设置有后加热器，所述后加热器为由石墨、钼、铱、铑、铼、或者它们的合金构成的发热体。坩锅及后加热器，可通过调整感应加热装置的输出来调整发热量，由此能够控制从设置在坩锅底部的细孔引出的熔液的固液界面区域的温度及其分布。另外，该精密环境气体控制型微下拉装置，为了能够进行氟化物的晶体生长，而能够精密控制室内的环境。该装置中，室的材质采用SUS，窗户材料采用CaF2，为了能够进行氟化物晶体生长中最为重要的高真空排气，在已经设置的回转泵之外，再设置扩散抽气泵或涡轮分子泵，能够将真空度调整为IXlO-3Pa以下。另外，可按照通过随带的流量计精密调节的流量将CF4、Ar、N2、H2气体等导入到室中。采用该装置，将按照上述方法准备的原料投入到坩锅中，将炉内进行高真空排气后，为了去除吸附在表面的水份进行烘焙，之后通过将高纯度的Ar气体(6N级)或高纯度的CF4气体(6N级)导入到炉内，将炉内调整为惰性气体环境或氟化合物气体环境，通过向高频感应加热线圈缓慢施加高频电力来加热坩锅，由此将坩锅内的原料完全熔解。接着，按下述步骤生长晶体。将晶种按规定的速度缓慢上升，将其前端接触在坩锅下端的细孔上并充分适应后，调整熔液温度的同时下降下拉轴，由此生长晶体。作为晶种，优选采用与晶体生长的对象物同等及至结构 组成均近似的物质，但并不限于此。另外，作 为晶种优选采用方位明确的物质。待准备的原料全部达到结晶化并熔液消失时，晶体生长结束。另一方面，为了保持组成的均匀以及达到长尺寸化的目的，也可以采用原料连续装料
田悲晉
/Tl 目.ο另外，在本实施方式的氟化物的闪烁体用单晶的制造方法中，也可以采用如上所述的提拉法。通过将由本实施方式的氧化物或氟化物的闪烁体用单晶构成闪烁体的用于检测放射线的放射线检测部和、接受在该放射线检测部检测出放射线的结果而输出的荧光的受光部加以组合，而可作为放射线检测器来使用。进一步，也可以用作以具有放射线检测器为特征的放射线检查装置。作为放射线检查装置，适合用于医用图象处理装置、例如正电子放射性核素断层成像装置(PET)、X射线CT、SPECT等的用途中。另外，作为PET的形式，优选二次元型PET、三次元型PET、飞行时间(Time-Of-Fl ight，TOF)型PET、深度检测(DOI)型PET。而且，也可以将它们加以组合而使用。进一步，作为本实施方式的放射线检测器中的受光部，可以举出位置检测型光电倍增管(PS - PMT)、光电二极管(PD)或雪崩光电二极管(APD)。图43中示出了本实施方式的PET装置结构的一例。图43所示的PET装置100，由多个放射线检测器110、对从各放射线检测器110取进的数据进行处理的演算电路部(符合计数电路120、能量分辨电路130以及位置演算电路140)、和对经过演算电路部的演算结果进行处理而输出图象的图象处理部(图象成形部150以及图象输出部160)构成。放射线检测器110由闪烁体阵列111、光电倍增管112以及放大器113构成，其是检测出由特定部位的内部发出的Y射线，并最终将其转换成电信号。闪烁体阵列111具有作为Y射线检测部的功能的多个闪烁体被配置成阵列状的结构。各闪烁体通过Y射线被激励后，发出紫外光区域的波长的荧光的同时，迁移到能量上稳定的状态。如上所述，该荧光被推测为相当于5d - 4f的迁移，如后述的内容，其波长为200 350nm、荧光寿命为I 300ns左右。光电倍增管112起到接受该荧光的受光部的作用。光电倍增管112对从对应的闪烁体111发出的荧光进行增幅后，转换成电信号。被转换的电信号，通过放大器113被增幅。由此，在各放射线检测器110中进行Y射线的检测。 各放射线检测器110的Y射线检测数据，被送到符合计数电路120中。符合计数电路120将这些Y射线检测数据与检测出该Y射线的放射线检测器110的识别信息以及数据获取时间建立关联，并送至能量分辨电路130。能量分辨电路130从该Y射线检测数据中提取事先指定的特定的能量数据的同时，获取该强度的数据。当使用含Lu的闪烁体时，提取的能量数据有必要与从正电子产生的Y射线(511KeV)和以约2. 6%的含量包含在Lu中的同位素176 (上标)Lu在β衰变时产生的420KeV、或β衰变后的Y衰变(307KeV)区别开，因此，例如将能量窗口事先设定为415KeV，从Y射线检测数据中提取该能量以上的能量。当使用不含Lu的闪烁体时，同样有必要将来自正电子的Y射线与宇宙线等自然界中存在的高能量粒子区别开，因此有必要设定能量窗口。位置演算电路140根据检测各Y射线检测数据的放射线检测器110的识别信息，算出Y射线的位置信息，将其与强度数据相联系，送至图象形成部150。图象形成部150根据位置信息和与之关联的强度数据，制作出在特定部位的断层图象中的Y射线强度分布数据。Y射线强度分布数据通过图象输出部160作为图象被输出。另外，作为具有如上述的放射线检测器的放射线检查装置，该放射线检查装置既可以作为单个(其本身)使用，也可以用于磁共振成像装置(MRI)、计算机断层成像装置(CT),单光子发射型计算机断层成像装置(SPECT)的任何一种中，或者也可以用于分别加以组合的装置中。另外，本实施方式的放射线检测器，也可以在X射线CT、进行放射线透过检查的X射线成像装置的任何一种中使用，或者在其组合中使用。而且，如上所述，用于本实施方式的放射线检测器的闪烁体用单晶，若被伽马射线激励而发出的荧光波长为200 350nm、优选为200 310nm时，可适合用于高速响应的放射线检测的用途中。从本实施方式中的闪烁体用单晶发出的荧光的寿命短，例如，在室温中的衰减时间为I 300nsec、优选为I 50nsec。用如上述的闪烁体用单晶，能够实现以往难以实现的在紫外光区域中的高能量发光以及短荧光寿命(短衰减常数)，例如，可期待在飞行时间(TOF)型PET中的应用。
S卩，在PET中，进行测定(取样)时，通过来自特定部位的伽马射线，与该特定部位相对应的各放射线检测器内的闪烁体晶体被激励，发出荧光，通过检测该荧光来进行放射线检测。因此，在进行以下测定时，有必要一直等到从各闪烁体的单晶发出的荧光充分衰减掉。因此，通过用使用了本实施方式的单晶的闪烁体来构成放射线检测器，能够在短时间内使荧光衰减的同时，即使在短时间内也可以得到能够进行测定的高能量的发光。因此，能够实现高时间分辨率，增加单位时间内的取样数。(实施例)
下面，参照附图对本发明的具体例进行详细的说明，但本发明并不限于此。另外，在下面的实施例中，Pr浓度记载为晶体中的浓度和熔液(装料)中的浓度的任意一种，但在各个实施例中，有相对于晶体中的I浓度，装料时的浓度为5的关系。(实施例Al)用微下拉法，制作出用(PracmYa 999) 3Al5O12的组成(PrO. I % :YAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图I中。该单晶为透明的单晶。(实施例A2)用微下拉法，制作出用(Pratltl2Ya 998) 3Al5O12的组成(PrO. 2%:YAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图2中。该单晶为透明的单晶。(实施例A3)用微下拉法，制作出用(Pra CltllLua 999) 3A15012的组成(PrO. I % :LuAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图3中。该单晶为透明的单晶。(实施例A4)用微下拉法，制作出用(PraCltl2Lua 998) 3A15012的组成(PrO. 2%:LuAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图4中。该单晶为透明的单晶。(实施例A5)用提拉法，制作出用(Pratltl2Ya 998) 3Al5O12的组成(PrO. 2%:YAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图5中。该单晶为透明的单晶。(实施例A6)用提拉法，制作出用(Pratltl2Lua 998) 3Al5O12的组成(PrO. 2%:LuAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图6中。该单晶为透明的单晶。(实施例A7)用提拉法，制作出用(Pratltl2Ya 998) 2Si05的组成(PrO. 2% =Y2SiO5)表示的硅酸盐氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图7中。该单晶为透明的单晶。图8为表示将PrO. 1% :YAG、PrO. 2% YAG以及BGO中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图；图9为表示将PrO. 1% LuAG,PrO. 2% =LuAG以及BGO中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图；图10为表示将PrO. 2%:YS0以及BGO中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图。均为将BGO的发光峰值放大10倍而进行比较。图11、图12、图13分别表示将PrO. 2%:YAG中的荧光衰减时间、将PrO. 2% =LuAG中的荧光衰减时间、将PrO. 2% =YSO中的荧光衰减时间用光致发光(Photoluminescence)测定的结果的曲线图。从上述结果中可知，本发明中的含Pr的氧化物的闪烁体用单晶的发光为非常高的高绝对光吸收率。而且荧光衰减时间不到20nsec，作为闪烁体用材料是非常优异的。其中，在本发明中的含Pr的氧化物的闪烁体用单晶的发光中也含有延迟成份。但是，由于其是非常高的绝对光吸收率，用于PET时只用短寿命成份也可以充分超越BG0、GS0。通过在X射线CT、放射线透过检查用装置等的非破坏性检查的用途中也使用延迟成份的发光，给出了可作为具有更高绝对光吸收率的闪烁体用单晶来使用的启示。(实施例BI)用微下拉法，制作出用(Pratltl2Ya998) 3 (ScaoiAla99)5O12 的组成(PrO. 2%，Scl % YAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图14中。该单晶为透明的单晶。(实施例B2)
用微下拉法，制作出用(Pra002Lua 998) 3 (ScaoiAla99) 5012 的组成(PrO. 2%, Scl% LuAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图15中。该单晶为透明的单晶。(实施例B3)用微下拉法，制作出用(Pratltl2Lua998) 3 (Mg0 05Al0 90Hf0 05) 5012 的组成(PrO. 2%,Mg5%，Hf5%:LuAG)表示的柘榴石型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图16中。该单晶为透明的单晶。(实施例B4)用微下拉法，制作出用(PrY2) O3的组成(Prl %装料Y203)表示的氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图17中。该单晶为透明的单晶。(实施例Β5)用微下拉法，制作出用(PrY) AlO3的组成(Prl %装料ΥΑΡ)表示的钙钛矿型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图18中。该单晶为透明的单晶。(实施例B6)用微下拉法，制作出用(PrLu)VO4的组成(Prl %装料=LuVO4)表示的氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图19中。该单晶为透明的单晶。(实施例B7)用微下拉法,制作出用(Pratltl2Laa 998)LuO3的组成(PrO. 2% :LaLu03)表示的I丐钛矿型氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图20中。该单晶为透明的单晶。(实施例B8)用微下拉法,制作出用(Pracici2Lua 998) 2Si207的组成(PrO. 2% Lu2Si20x)表示的氧化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图21中。该单晶为透明的单晶。图22 为将 PrO. 2%, Scl% :YAG、PrO. 2%, Scl% :LuAG、PrO. 2%, Mg5%, Hf5% LuAG以及BGO中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图。图23为将Prl% =Y2O3中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图。图24为将Prl %:YAP中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图。图25为将Prl % =YVO4中的发光特性用辐射发光(X射线激励CuK a )测定的结果的曲线图。图26为将PrO. 2% =LaLuO3中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图。图27为将PrO. 2% =Lu2Si2O7中的发光特性用辐射发光(X射线激励=CuKa )测定的结果的曲线图。图28为测定PrO. 2% YAG,PrO. 2% =LuAG以及BGO的根据Y射线激励而产生的发光量的结果。根据图28，当峰值出现在作为X轴的通道(channel)变大侧时，能够观察到高发光量的荧光，根据测定结果，观察到在PrO. 2% =YAG中为BGO的两倍，在PrO. 2% =LuAG中为BGO的三倍的高发光量。图29 为表不 PrO. 2%, Scl % YAG 中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果曲线图。得到了显示出12. 6ns的短荧光寿命的数据。图30为表示PrO. 2%，Scl % :LuAG中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出21. 3ns的短荧光寿命的数据。图31为表示PrO. 2%,Mg5%,Hf5% =LuAG中的荧光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出21. 7ns的短荧光寿命的数据。图32为表示Prl %装料Y203中的荧光衰减时间(Photoluminescencedecay)的测定结果的曲线图。得到了显示出21. 5ns的短荧光寿命的数据。图33为表示Prl%装料YAP中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得·到了显示出11. 2ns的短荧光寿命的数据。图34为表示Prl %装料=LuVO4中的荧光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出22. Ons的短突光寿命的数据。图35为表示PrO. 2% LaLuO3中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显示出6. 7ns的短荧光寿命的数据。图36为表示PrO. 2% :Lu2Si2O7中的突光衰减时间(Photoluminescence decay)的测定结果的曲线图。得到了显不出26. Ins的短突光寿命的数据。从上述结果中可知，本发明中的含Pr的氧化物的闪烁体用单晶的发光为非常高的绝对光吸收率。而且荧光衰减时间低于20nsec，作为闪烁体用材料是非常优异的。其中，在本发明中的含Pr的氧化物的闪烁体用单晶的发光中也含有延迟成份。但是，由于其是非常高的绝对光吸收率，用于PET时只用短寿命成份也可以充分超越BG0、GS0。通过在X射线CT、放射线透过检查用装置等的非破坏性检查的用途中也使用延迟成份的发光，可作为具有更高绝对光吸收率的闪烁体用单晶来使用。(实施例Cl)用微下拉法，制作出用K (PrY)3F10的组成(Prl%装料KYF)表示的氟化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图37中。该单晶为透明的单晶。(实施例C2)用微下拉法，制作出用K (PrYLu)3F10的组成(Pr2%装料KYLuF)表示的氟化物闪烁体用单晶。将所得到的晶体示于图38中。该单晶为透明的单晶。图39为将Prl%装料KYF中的发光特性用福射发光(Radioluminescence)测定的结果所得到的曲线图。图40为将BGO的发光特性用福射发光(Radioluminescence)测定的结果所得到的曲线图。图41为对Prl%装料KYF的218nm激励一 240nm中的荧光衰减时间用光致发光(Photoluminescence)测定的结果的曲线图。另外，Pr2%装料=KYLuF单晶的Y射线发光量为Prl%装料KYF单晶的Y射线发光量的两倍，可知通过掺杂Lu能够得到非常高的绝对光吸收率。另一方面，荧光寿命相同。从上述结果可知，本发明的含Pr的氟化物的闪烁体用单晶的发光为非常高的绝对光吸收率。而且荧光衰减时间低于20nsec，作为闪烁体用材料是非常优异的。(比较例)制作出以往作为闪烁体用单晶而使用的专利文献I中记载的用(PrGd) 3Ga5012的组成(Prl %装料GGG)表示的柘榴石型氧化物的闪烁体用单晶，并测定用285nm的紫外光激励时发出的发光特性。图42为表示其发光特性的曲线图。根据图42，可知在以往的钆镓柘榴石(GGG)型氧化物的单晶中，在紫外光区域中不产生基于荧光的发光，或者其发光量极其小。即，在GGG氧化物的单晶中，推测不产生因Gd的f 一 f迁移引起的峰值以及因Pr3+的5d - 4f迁移引起的峰值。因此，在GGG型氧化物的单晶中，得不到高能量发光，给出了难以得到在高速响应的放射线检测中要求的发光量的启示。·
权利要求
1.一种闪烁体用单晶，其特征在于，其为以(PrxRE1 — x) AlO3表示的钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶， 其中，RE为选自Y、La、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度x的范围为O. 0001 ( x<O. 3。
2.根据权利要求I所述的闪烁体用单晶，其特征在于，所述闪烁体用单晶通过伽马射线激励而发出的荧光波长为200 - 350nm。
3.根据权利要求2所述的闪烁体用单晶，其特征在于，其为以(PrxY1I)AlO3、(PrxLai—x) A103、(PrxLu1 — x) AlO3表示的钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶， 其中，Pr的浓度X的范围为O. 0001彡X < O. 3。
4.根据权利要求3所述的闪烁体用单晶，其特征在于，其为以(PrxY1I)AlO3表示的钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶， 其中，Pr的浓度X的范围为O. 0001彡X < O. 3。
5.一种钙钛矿型氧化物的闪烁体用单晶的制造方法，其特征在于，在用(PrxREh)AlO3表示的组成的熔液中，添加Pr使Pr量达到引入目标的Pr量的5 15倍，并采用钥坩锅或铱坩锅、或由铱和铼的合金制成的坩锅，通过微下拉法来生长单晶，其中，RE为选自Y、La、Yb、Lu中的一种或两种以上；Pr的浓度x的范围为O. 0001 ( x<O. 3。
6.一种放射线检测器，其特征在于，由放射线检测部与受光部组合而成，该放射线检测部具有由权利要求I 4中任一项所述的闪烁体用单晶构成的闪烁体并用于检测放射线，该受光部接受在该放射线检测部检测出放射线的结果而输出的荧光。
7.一种放射线检查装置，其特征在于，具有权利要求6所述的放射线检测器。
8.根据权利要求7所述的放射线检查装置，其特征在于，上述闪烁体用单晶的荧光成份中，至少一种在室温中的衰减时间为Insec 300nsec。
9.根据权利要求8所述的放射线检查装置，其特征在于，上述放射线检查装置为正电子放射性核素断层成像装置，是医用图像处理装置用的放射线检查装置。
10.根据权利要求9所述的放射线检查装置，其特征在于，上述正电子放射性核素断层成像装置为二次元型正电子放射性核素断层成像装置、三次元型正电子放射性核素断层成像装置、飞行时间型正电子放射性核素断层成像装置、深度检测型正电子放射性核素断层成像装置、或者是它们的组合型。
11.根据权利要求10所述的放射线检查装置，其特征在于，上述医用图像处理装置用的放射线检查装置为其自身，或者是构成于核磁共振成像装置、计算机断层成像装置、单光子发射型计算机断层成像装置中的任何一种或其组合型。
12.—种非破坏性检查用的放射线检查装置，其特征在于，具有权利要求6所述的放射线检测器，且为X射线计算机断层成像装置、进行放射线透过检查的X射线摄影装置的任何一种，或者是它们的组合型。
全文摘要
本发明提供一种用于X射线CT、放射线透过检查装置的，具有极高发光量的氧化物闪烁体单晶，具体地说，提供含Pr的柘榴石型氧化物单晶、含Pr的钙钛矿型氧化物单晶以及含Pr的硅酸盐氧化物单晶，其特征在于，它们均能够检测出被推测为伴随Pr的5d－4f之间的迁移而引起的发光。
文档编号G01T1/202GK102888653SQ20121027026
公开日2013年1月23日 申请日期2005年11月7日 优先权日2004年11月8日
发明者吉川彰, 荻野拓, 镰田圭, 青木谦治, 福田承生 申请人:东北泰克诺亚奇股份有限公司, 古河机械金属株式会社