特許 6130360 希土類ハロゲン化物を含むシンチレーション結晶、およびシンチレーション結晶を含む放射線検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6130360

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】希土類ハロゲン化物を含むシンチレーション結晶、およびシンチレーション結晶を含む放射線検出システム

(51)【国際特許分類】

   C09K 11/85 20060101AFI20170508BHJP

   C09K 11/00 20060101ALI20170508BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20170508BHJP

   G01T 1/202 20060101ALI20170508BHJP

   G01T 1/36 20060101ALI20170508BHJP

【ＦＩ】

   C09K11/85CPF

   C09K11/00 E

   G01T1/20 B

   G01T1/202

   G01T1/36 B

【請求項の数】14

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-514543(P2014-514543)

(86)(22)【出願日】2012年6月5日

(65)【公表番号】特表2014-522440(P2014-522440A)

(43)【公表日】2014年9月4日

(86)【国際出願番号】US2012040855

(87)【国際公開番号】WO2012170390

(87)【国際公開日】20121213

【審査請求日】2014年1月21日

(31)【優先権主張番号】61/493,805

(32)【優先日】2011年6月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】593150863

【氏名又は名称】サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100188857

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 智文

(74)【代理人】

【識別番号】100199277

【弁理士】

【氏名又は名称】西守 有人

(74)【代理人】

【識別番号】100089347

【弁理士】

【氏名又は名称】木川 幸治

(72)【発明者】

【氏名】ピーター・アール・メンゲ

(72)【発明者】

【氏名】ウラジーミル・ウスペンスキー

【審査官】 吉田 邦久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１０１１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／１００６４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−２４７４６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ １１／８５

Ｃ０９Ｋ １１／００

Ｇ０１Ｔ １／２０

Ｇ０１Ｔ １／２０２

Ｇ０１Ｔ １／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｌａ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＢｒ_３：Ｍｅ^２＋（式中：
Ｍｅ^２＋はＳｒ、Ｂａまたはその任意の混合物を表わし、少なくとも０．０００２重量％の濃度を有し；
ＲＥはＬａとは異なる希土類元素を表わし；
ｙは０〜０．５の範囲中の値を有する）
を含む、シンチレーション結晶。

【請求項2】

Ｌａ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＢｒ_３：Ｍｅ^＋２（式中：
Ｍｅ^＋２はＳｒ、Ｂａまたはその任意の混合物を表わし、少なくとも０．０００２重量％の濃度を有し；
ＲＥはＬａとは異なる希土類元素を表わし；
ｙは０〜０．５の範囲中の値を有する）
を含むシンチレーション結晶；および
シンチレーション結晶に光学的にカップルされた光検出器
を含む、放射線検出システム。

【請求項3】

Ｌａ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＢｒ_３（式中：
ＲＥはＬａとは異なる希土類元素を表わし；
ｙは０〜０．５の範囲中の値を有する）
を含む、シンチレーション結晶であって；
６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、−０．３５％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；
２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、０．０７％以下の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；
６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、０．７％以下の完全な直線性からの最も離れた逸脱についての絶対値を有すること；または
その任意の組み合わせ
を含む特性を有する、シンチレーション結晶。

【請求項4】

前記シンチレーション結晶が、
６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、−０．３５％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；
２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、０．０７％以下の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；
６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、０．７％以下の完全な直線性からの最も離れた逸脱についての絶対値を有すること；または
その任意の組み合わせ
を含む特性を有する、請求項１または２に記載のシンチレーション結晶または放射線検出システム。

【請求項5】

エネルギー分解能比が、異なる組成物の異なるシンチレーション結晶の異なるエネルギー分解能によって割ったシンチレーション結晶のエネルギー分解能である場合に、該エネルギー分解能比が：
６０ｋｅＶ〜７２９ｋｅＶの範囲中のエネルギーについて０．９７０以下；
１２２ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについて０．９５０以下；
５８３ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについて０．９２０以下；
６６２ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについて０．９００以下；
６０ｋｅＶのエネルギーについて０．９８５以下；
１２２ｋｅＶのエネルギーについて０．９８０以下；
２３９ｋｅＶのエネルギーについて０．９８０以下；
５１１ｋｅＶのエネルギーについて０．９７０以下；
５８３ｋｅＶのエネルギーについて０．９７０以下；
６６２ｋｅＶのエネルギーについて０．９７０以下；
７２９ｋｅＶのエネルギーについて０．９７０以下；
２６１５ｋｅＶのエネルギーについて０．９５０以下；または
その任意の組み合わせである、
請求項１、２または３のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出システム。

【請求項6】

前記シンチレーション結晶についてのエネルギー分解能が、シンチレーション結晶、光電子増倍管、シンチレーション結晶と光電子増倍管との間に配置されたウィンドウ、および光電子増倍管にカップルされたマルチチャネル分析器を使用して得られたエネルギースペクトルから決定され、
該シンチレーション結晶が６４ｍｍの直径および７５ｍｍの長さを備えた直円柱の形状を有し、該シンチレーション結晶が側面および１つの端部上で反射体により包まれ；
該ウィンドウがサファイアまたは石英を含み；
該光電子増倍管が直線集束非飽和光電子増倍管を含み；
該マルチチャネル分析器が０．２５マイクロ秒の波形整形時間で双極性の波形整形を実行するように構成され；
該エネルギー分解能が、１２２ｋｅＶで６．４０％以下、６６２ｋｅＶで２．９０％以下、２６１５ｋｅＶで１．９０％以下、またはその任意の組み合わせである、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出システム。

【請求項7】

前記シンチレーション結晶がＳｒによりドープされる、請求項１または２のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出システム。

【請求項8】

前記シンチレーション結晶中のＳｒ含有量が、少なくとも０．０００２重量％、少なくとも０．０００５重量％、または少なくとも０．００１重量％、および０．０５重量％以下、０．０２重量％以下、０．０３重量％以下、または０．００９重量％以下である、請求項１または２のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出器。

【請求項9】

６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、前記シンチレーション結晶が、−０．３５％以上、−０．３０％以上、−０．２５％以上、−０．２０％以上、または−０．１６％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有する、請求項３〜８のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出器。

【請求項10】

２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、前記シンチレーション結晶が、絶対値に基づいて、０．０７％以下、０．０５％以下、または０．０３％以下の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出器。

【請求項11】

前記完全な直線性からの逸脱についての平均化された値（ＤＦＰＬａｖｅｒａｇｅ）が、

【数1】

（式中、ＤＦＰＬ（Ｅｉ）はエネルギーＥｉでのＤＦＰＬであり；
Ｅｕｐｐｅｒはエネルギー範囲の上限であり；
Ｅｌｏｗｅｒはエネルギー範囲の下限である）
によって決定される、請求項９または１０のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出器。

【請求項12】

ＲＥが、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｎｄまたはその任意の混合物を含み、ｙが、０．２以下、または０．０９以下であり、少なくとも０．００５、少なくとも０．０１、または少なくとも０．０２である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出器。

【請求項13】

ＲＥがＣｅであり、ｙは０．００５から０．２の範囲内にあり、Ｍｅ^＋２は０．０００２重量％から０．０２重量％の範囲内の濃度を有する、請求項１または２に記載のシンチレーション結晶または放射線検出器。

【請求項14】

前記シンチレーション結晶が、対応する非ドープシンチレーション結晶のバンドギャップエネルギーより、少なくとも０．０５ｅＶ、少なくとも０．１０ｅＶ、少なくとも０．１５ｅＶ、または少なくとも０．２０ｅＶ少ないエネルギーバンドギャップを有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシンチレーション結晶または放射線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、希土類ハロゲン化物を含むシンチレーション結晶、およびかかるシンチレーション結晶を含む放射線検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

放射線検出システムは多様な適用において使用される。例えば、シンチレーターは、医療用画像および石油ガス産業における検層、同様に環境モニタリング、安全適用、ならびに核物理学の分析および適用のために使用することができる。放射線検出システムのために使用されるシンチレーション結晶は希土類ハロゲン化物を含むことができる。シンチレーション結晶のさらなる改善が所望される。

【図面の簡単な説明】

【0003】

実施形態は一例として図示され、添付の図に限定されていない。

【図1】実施形態に従う放射線検出システムのイラストを含む図である。

【図2】およそ２００ｋｅＶ〜およそ２６００ｋｅＶの範囲中のγ線エネルギーでのシンチレーション結晶の異なる組成物についての完全な直線性からの逸脱のイラストを含む図である。

【図3】およそ６０ｋｅＶ〜およそ３５６ｋｅＶの範囲中のγ線エネルギーでのシンチレーション結晶の異なる組成物についての完全な直線性からの逸脱のイラストを含む図である。

【図4】Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶についてのエネルギーの関数としてのエネルギー分解能のプロットを含む図である。

【図5】Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶についてのエネルギーの関数としてのエネルギー分解能比のプロットを含む図である。

【図6】Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶についての放射領域を含む図である。 当業者は、図中の要素が単純性および明瞭性のために図示され、必ずしも一定の比例で描かれていないことを認識する。例えば、図中の要素のいくつかの寸法を他の要素に対して誇張して、本発明の実施形態の理解の改善を支援することができる。

【発明を実施するための形態】

【0004】

以下の記述は図と組み合わせて提供されて、本明細書において開示される教示の理解を支援する。以下の考察は、教示の具体的な実施および実施形態に注目するだろう。この注目は教示の記載を支援するように提供され、教示の範囲または適用可能性への限界として解釈されるべきでない。

【0005】

「平均化した」という用語は、値を指す場合、平均、幾何平均または中央値を意味することが意図される。

【0006】

「対応する非ドープシンチレーション結晶」という用語は、かかる特定のシンチレーション結晶が比較されているドープしたシンチレーション結晶と、実質的に同じ割合で同じハロゲン（複数可）および希土類元素（複数可）を含む特定のシンチレーション結晶を意味することが意図される。例えば、ＳｒドープしたＬａ_１．９Ｃｅ_０．１Ｂｒ_３を含むドープしたシンチレーション結晶は、Ｌａ_１．９Ｃｅ_０．１Ｂｒ_３の対応する非ドープシンチレーション結晶を有する。ドープしたシンチレーション結晶および対応する非ドープシンチレーション結晶の各々は、検出可能な不純物の微量レベルを有することに注目されたい。しかしながら、対応する非ドープシンチレーション結晶は、シンチレーション結晶を形成する場合、個別に添加されるドーパントを含まない。

【0007】

本明細書において使用される時、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有すること（ｈａｖｉｎｇ）」という用語、または任意の他のこれらの変化形は、非排他的包含を網羅するように意図される。例えば、特色のリストを含むプロセス、方法、物品または機器は、必ずしもそれらの特色にのみ限定されないが、かかるプロセス、方法、物品または機器の明示的にリストされない他の特色または固有の他の特色を含み得る。さらに、相反する明示的な記載がない限り、「または」は、「包含的なまたは」を指し、「排他的なまたは」を指さない。例えば、条件ＡまたはＢは以下のいずれか１つを満たす。Ａは真であり（または存在する）かつＢは偽である（または存在しない）、Ａは偽であり（または存在しない）かつＢは真である（または存在する）、ならびにＡおよびＢの両方は真である（または存在する）。

【0008】

「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」の使用を用いて、本明細書において記載される要素および成分を記載する。これは単に便宜上および本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行なわれる。この記述は１つまたは少なくとも１つを含むように解釈されるべきであり、単数であることを明らかに意味しない限り、単数は複数も含み、その逆も成立する。

【0009】

特別に定義されない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。材料、方法、および例は、単に説明的なものであり、限定を意図したものではない。本明細書に記載されていない程度の、特異的な材料および加工行為をに関する多くの詳細は慣習的なものであり、シンチレーションおよび放射線検出の技術分野内のテキストブックおよび他のソースにおいて見出すことができる。

【0010】

図１は放射線検出器システム１００の実施形態を図示する。放射線検出器システムは、医療用画像機器、検層機器、安全点検機器、核物理学適用または同種のものであり得る。特定の実施形態において、放射線検出システムは、γ線分析（単一陽電子放射コンピューター断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）または陽電子放射断層撮影法（ＰＥＴ）分析等）のために使用することができる。

【0011】

図示された実施形態において、放射線検出システム１００は、光検出器１０１、光学的インターフェース１０３およびシンチレーション装置１０５を含む。光検出器１０１、光学的インターフェース１０３およびシンチレーション装置１０５は互いと分離して図示されるが、当業者は、光検出器１０１およびシンチレーション装置１０５が、光検出器１０１とシンチレーション装置１０５との間に配置された光学的インターフェース１０３と共に、光学的インターフェース１０３へカップルされ得ることを認識するだろう。シンチレーション装置１０５および光検出器１０１は、他の公知のカップリング方法（光学ゲルもしくは結合剤の使用、または光学的にカップルする要素の分子的接着を直接介して等）により光学的インターフェース１０３に光学的にカップルすることができる。

【0012】

光検出器１０１は、光電子増倍管（ＰＭＴ）、半導体ベースの光電子増倍管またはハイブリッド光検出器であり得る。光検出器１０１はシンチレーション装置１０５によって放射された光子を入力ウィンドウ１１６を介して受け取り、受け取った光子の数に基づいて電気的なパルスを産生することができる。光検出器１０１は電子モジュール１３０に電気的にカップルされる。電気的なパルスには、電子モジュール１３０によって、成形、デジタル化、解析、またはその任意の組み合わせが行われて、光検出器１０１または他の情報で受け取った光子の計数を提供する。電子モジュール１３０は、増幅器、前置増幅器、弁別器、アナログ−デジタルシグナル変換器、光子計数器、別の電子部品またはその任意の組み合わせを含むことができる。光検出器１０１は、光検出器１０１、電子モジュール１３０またはその組み合わせを保護することができる材料（金属、金属合金、他の材料またはその任意の組み合わせ等）から作製する管または筺体内に格納することができる。

【0013】

シンチレーション装置１０５はシンチレーション結晶１０７を含む。シンチレーション結晶１０７の組成物は後にこの明細書中でより詳細に記載されるだろう。シンチレーション結晶１０７は反射体１０９によって実質的に囲まれる。一実施形態において、反射体１０９は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シンチレーション結晶１０７によって放射された光の反射に適合する別の材料、またはその組み合わせを含むことができる。説明的な一実施形態において、反射体１０９は緩衝部材１１１によって実質的に囲むことができる。シンチレーション結晶１０７、反射体１０９および緩衝部材１１１は、ケーシング１１３内に格納することができる。

【0014】

シンチレーション装置１０５は、シンチレーション結晶１０７と放射線検出システム１００の他の要素（光学的インターフェース１０３、ケーシング１１３、緩衝部材１１１、反射体１０９またはその任意の組み合わせ等）との間の相対的移動を減少させるように適合させた少なくとも１つの安定化機構を含む。安定化機構は、バネ１１９、エラストマー、別の好適な安定化機構またはその組み合わせを含むことができる。安定化機構は、シンチレーション結晶１０７へ横力、水平力またはその組み合わせを適用して、放射線検出システム１００の１つまたは複数の他の要素と比較してその位置を安定化するように適合させることができる。

【0015】

図示されるように、光学的インターフェース１０３は、光検出器１０１とシンチレーション装置１０５との間にカップルされるように適合される。光学的インターフェース１０３は、光検出器１０１とシンチレーション装置１０５との間の光学カップリングを促進するようにも適合される。光学的インターフェース１０３は極性化されたポリマー（シリコーンゴム等）を含んで、シンチレーション結晶１０７および入力ウィンドウ１１６の反射指数をアライメントさせることができる。他の実施形態において、光学的インターフェース１０３はポリマーおよび追加の元素を含むゲルまたはコロイドを含むことができる。

【0016】

シンチレーション結晶１０７は希土類ハロゲン化物を含むことができる。本明細書において使用される時、希土類元素はＹ、Ｓｃおよびランタン系列元素を含む。一実施形態において、シンチレーション結晶１０７は１つまたは複数の他の希土類元素を含むことができる。したがって、シンチレーション結晶１０７は以下に記載されるような化学式を有することができる。
Ｌｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３、式中、
Ｌｎは希土類元素を表わし；
ＲＥは異なる希土類元素を表わし；
ｙは０〜１式単位（「ｆ．ｕ．」）中の範囲の値を有し；
Ｘはハロゲンを表わす。

【0017】

特定の実施形態において、Ｌｎは、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕまたはそのいずれかの混合物を含むことができ；ＲＥは、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｎｄまたはそのいずれかの混合物を含むことができる。特定の実施形態において、シンチレーション結晶１０７はＬａ_{（１−ｙ）}Ｃｅ_ｙＢｒ_３であり得る。特定の実施形態において、ＬａＢｒ_３およびＣｅＢｒ_３は記載された組成物の範囲内である。

【0018】

別のさらなる実施形態において、ｙは、０ｆ．ｕ．、少なくともおよそ０．０００１ｆ．ｕ．、少なくとも０．００１ｆ．ｕ．または少なくともおよそ０．０５ｆ．ｕ．であり得る。さらなる実施形態において、ｙは、１ｆ．ｕ．、およそ０．２ｆ．ｕ．以下、およそ０．１ｆ．ｕ．以下、およそ０．０５ｆ．ｕ以下、またはおよそ０．０１ｆ．ｕ．以下であり得る。特定の実施形態において、ｙはおよそ０．０１ｆ．ｕ．〜およそ０．１ｆ．ｕ．の範囲中である。Ｘは単一のハロゲンまたはハロゲンの任意の混合物を含むことができる。例えば、Ｘは、Ｂｒ、Ｉまたはその任意の混合物を含むことができる。

【0019】

希土類ハロゲン化物は、Ｓｒ、Ｂａまたはその任意の混合物をさらに含むことができる。一実施形態において、シンチレーション結晶中のＳｒ、Ｂａまたはその任意の混合物の含有量は、少なくともおよそ０．０００２重量％、少なくともおよそ０．０００５重量％または少なくともおよそ０．００１重量％であり得る。別の実施形態において、シンチレーション結晶中のＳｒ、Ｂａまたはその任意の混合物の含有量は、およそ０．０５重量％以下、およそ０．０３重量％以下、０．０２重量％以下、またはおよそ０．００９重量％以下であり得る。特定の実施形態において、Ｓｒ、Ｂａまたはその任意の混合物の含有量は、およそ０．００５重量％〜およそ０．０２重量％の範囲中である。

【0020】

出発材料は、同じハロゲンまたは異なるハロゲンの金属ハロゲン化物を含むことができる。例えば、希土類臭化物およびＳｒＢｒ_２を使用することができる。別の実施形態において、臭化物含有化合物のいくつかはヨウ化物含有化合物と置き換えることができる。シンチレーション結晶のための主要な希土類ハロゲン化物および別の金属ハロゲン化物が互いがおよそ９０℃で融点を有するように、出発材料を選択することができる。特定の実施形態において、互いがおよそ５０℃の融点である。例えば、ＬａＢｒ_３はおよそ７８５℃の融点を有し、ＳｒＢｒ_２はおよそ６４０℃の融点を有する。融点が互いに接近している場合、必要または所望されるならば、より多くのドーパントをシンチレーション結晶の中へ取り込むことができる。別の実施形態において、ＢａＢｒ_２、またはＳｒＢｒ_２およびＢａＢｒ_２の任意の混合物を使用することができる。

【0021】

シンチレーション結晶は融解物から慣習的な技法を使用して形成することができる。方法はＢｒｉｄｇｍａｎ法またはＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ結晶成長法を含むことができる。

【0022】

Ｓｒドープした希土類ハロゲン化物を含むシンチレーション結晶、Ｂａドープした希土類ハロゲン化物を含むシンチレーション結晶、またはＳｒおよびＢａを共ドープした希土類ハロゲン化物を含むシンチレーション結晶は、他の希土類ハロゲン化物シンチレーション結晶と比較して、予想外の結果を提供する。より詳細には、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｂａドープしたシンチレーション結晶、またはＳｒおよびＢａを共ドープしたシンチレーション結晶は、並外れて良い直線性、並外れて良いエネルギー分解能およびより低いバンドギャップエネルギーを有する。

【0023】

直線性とは、シンチレーション結晶がγ線エネルギーと光出力との間の完全な直線的比例性にどのくらい良好に近似するかを指す。直線性は完全な直線性からの逸脱として測定することができる。完全な直線性を有するシンチレーション結晶は、γ線のエネルギーにかかわらず、吸収された単位エネルギーあたり同じ数の光子を常に生成するだろう。したがって、完全な直線性からの逸脱は０である。異なる希土類ハロゲン化物の間の完全な直線性からの逸脱は、より高いエネルギーについてよりも、より低いエネルギーでより有意である。より高いエネルギーのγ線（例えば２０００ｋｅＶを超える）はシンチレーション結晶にヒットし、今度はそれはより低いエネルギーのγ線（例えば３００ｋｅＶ未満）を生成し得る。シンチレーション結晶がより低いエネルギーγ線でより少ないシンチレーション光を生成するならば、シンチレーション結晶の直線性は劣る。したがって、より低いエネルギー（３００ｋｅＶ未満等）でのγ線へシンチレーション結晶の反応は、より高いγ線エネルギーでの反応よりも直線性に対してより有意であり得る。

【0024】

完全な直線性からの逸脱は以下のように決定することができる。異なるγ線エネルギーへの反応についてのデーターはγ線エネルギーの範囲にわたって収集される。例えば、γ線エネルギーの範囲は６０ｋｅＶ〜６１３０ｋｅＶであり得る。範囲はより狭く（例えば６０ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶ）てもよい。範囲に対する下限は６０ｋｅＶとは異なり得る。範囲についての下限は、６０ｋｅＶ未満（例えば２０ｋｅＶまたは４０ｋｅＶ）、または６０ｋｅＶを超える（例えば１００または２００ｋｅＶ）ことができる。本明細書を読了した後には、当業者は特定の適用のためのエネルギー範囲を選択することができるだろう。

【0025】

データーを収集した後、最小二乗フィッティングを使用して線形方程式を生成し、それは以下の方程式である。

【数1】

式中、
Ｅ_ｃａｌｃは計算されたエネルギーであり；
ＰＨはパルス高（光出力）であり；
ｍは線の勾配（フィッティング係数）である。

【0026】

エネルギーが０である場合、線は０のパルス高さ（光出力がない）に対応するポイント（０、０）を介して通過することに注目されたい。したがって、線が完全な直線性に対応する場合、Ｙ軸オフセットはない。特定のγ線エネルギーについて、完全な直線性（「ＤＦＰＬ」）からの偏差は以下の方程式によって決定される。

【数2】

式中、Ｅ_{ａｃｔｕａｌ}は光出力に対応する実際のγ線エネルギーであり、Ｅ_ｃａｌｃは光出力を使用して計算されたものである。

【0027】

ＤＦＰＬデーターポイントのセットについては、平均化された値、最大の正の偏差、最大の負の偏差、最大偏差、前述のもののいずれかの絶対値、またはその任意の組み合わせを得ることができる。平均化された値は平均、中央値または幾何平均値であり得る。特定の実施形態において、平均ＤＦＰＬは以下の方程式３に従って積分を使用して決定することができる。

【数3】

式中、ＤＦＰＬ（Ｅｉ）はエネルギーＥ_ｉでのＤＦＰＬであり；
Ｅ_{ｕｐｐｅｒ}はエネルギー範囲の上限であり；
Ｅ_{ｌｏｗｅｒ}はエネルギー範囲の下限である。

【0028】

６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、希土類ハロゲン化物シンチレーター結晶は、およそ−０．３５％以上、およそ−０．３０％以上、またはおよそ−０．２５％以上、およそ−０．２０％以上、またはおよそ−０．１６％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有することができる。２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、完全な直線性からの逸脱が放射エネルギー範囲内で０．００％を通過し得るので、完全な直線性からの逸脱についての平均化された値は絶対値に基づき得る。したがって、２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、希土類シンチレーション結晶は、絶対値に基づいて、およそ０．０７％以下、およそ０．０５％以下、またはおよそ０．０３％以下の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有する。

【0029】

特定の実施形態において、平均化された値は上記のＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}（方程式３）であり得る。６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、希土類ハロゲン化物シンチレーション結晶は、およそ０．７０％以下、およそ０．６５％以下、およそ０．６５％以下、およそ０．６０％以下、およそ０．５５％以下、またはおよそ０．５０％以下の完全な直線性からの最も離れた逸脱についての絶対値を有する。

【0030】

シンチレーション結晶は、予想外に良好なエネルギー分解能特性（エネルギー分解能、エネルギー分解能比および可能性のある他の関連する特性等）も有することができる。以下のパラグラフ中で、エネルギー分解能およびエネルギー分解能比はより詳細に検討される。

【0031】

エネルギー分解能は、パーセントとして表現された、ピークに対応するエネルギーによって割った半値全幅（「ＦＷＨＭ」）でのエネルギー範囲である。エネルギー分解能についてのより低い数値は、ピークをより容易に分解できることを意味する。エネルギー分解能についての値は、サンプル、計測装置および測定法に応じるだろう。一実施形態において、エネルギー分解能についての測定は、およそ６４ｍｍ（２．５インチ）の直径およびおよそ７５ｍｍ（３インチ）の長さを備えた直円柱であるシンチレーション結晶に対して実行することができる。特定の実施形態において、側面および１つの円形表面は０．８５ミクロンの二乗平均平方根粗さまで粗くすることができ、別の特定の実施形態において、各結晶の他の円形表面は平滑にされ、シンチレーション光のための光出口として供することができる。別の実施形態において、結晶は側面および１つの端部上で反射体により包むことができる。特定の実施形態において、反射体は鏡面反射体または拡散反射体であり得る。例えば、反射体は、アルミホイル、アルミニウム処理されたポリエステル（例えばアルミニウム処理されたＭｙｌａｒ（商標）−ブランドポリエステル）またはポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）シート反射体を含むことができる。別の実施形態において、シンチレーション結晶は、シンチレーション光がサファイアウィンドウまたは石英ウィンドウを介して通過するハウジング中に設置することができる。

【0032】

ハウジングに格納されたシンチレーション結晶は光電子増倍管へ接続することができる。一実施形態において、光電子増倍管は直線集束非飽和光電子増倍管であり得る。非飽和によって、光電子増倍管は、有意に高い率で光電子増倍管の光電陰極にぶつかる光子により有意に多くの電子が生成され得るモードにおいて作動する。例示的な光電子増倍管は、Ｕｘｂｒｉｄｇｅ、英国のＥＴ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ Ｌｔｄ．から得ることができ、モデル９３０５を９００Ｖで運転する。１つまたは複数の所望される同位体は、各結晶パッケージの中央面からひとつずつおよそ１５０ｍｍ（６インチ）だけ離れて設置することができる。各同位体および各結晶のエネルギースペクトルは、０．２５マイクロ秒の波形整形時間で双極性の波形整形を実行するマルチチャネル分析器から得ることができる。例示的なマルチチャネル分析器は、Ｍｅｒｉｄｅｎ ＣＴのＣａｎｂｅｒｒａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．から得ることができる、双極性の波形整形、０．２５マイクロ秒の波形整形時間および１１ビットのデジタル変換を有するモデルＡｐｔｅｃ Ｓ５００８である。

【0033】

本明細書を読了した後には、当業者は、サンプル調製、計測装置および測定技法が変化されるならば、得られるエネルギー分解能値が変化し得ることを認識するだろう。以下に記載されたエネルギー分解能値は、異なるサンプルの間のエネルギー分解能値のより正確な比較を提供するように、従来記載されたサンプル調製、計測装置および測定条件を使用して得ることができる。

【0034】

１２２ｋｅＶで、エネルギー分解能はおよそ６．４０％以下、およそ６．３５％以下、およそ６．３０％以下、およそ６．２０％以下、およそ６．１０％以下である。特定の実施形態において、１２２ｋｅＶで、エネルギー分解能はおよそ６．００％以下である。６６２ｋｅＶで、エネルギー分解能は、およそ２．９０％以下、およそ２．８５％以下、およそ２．８０％以下、およそ２．７５％以下、またはおよそ２．７０％以下である。特定の実施形態において、６６２ｋｅＶで、エネルギー分解能はおよそ２．６５％以下である。２６１５ｋｅＶで、エネルギー分解能は、およそ１．９０％以下、およそ１．８５％以下、およそ１．８０％以下、およそ１．７５％以下、またはおよそ１．７０％以下である。特定の実施形態において、２６１５ｋｅＶで、エネルギー分解能はおよそ１．６５％以下である。

【0035】

エネルギー分解能比（「ＥＲ比」）を使用して、特定のエネルギーについての材料の異なる組成物またはエネルギーの範囲のエネルギー分解能を比較することができる。ＥＲ比は、実質的に同じ結晶サイズならびに計測装置および技法を使用してＥＲ比を得ることができるので、エネルギー分解能とは対照的に、良好な比較を可能にすることができる。したがって、サンプルサイズならびに計測装置および技法に基づいた変動は実質的に取り除くことができる。

【0036】

一実施形態において、ＥＲ比は、実質的に同じエネルギーまたはエネルギーの範囲での別の結晶のエネルギー分解能によって割った、特定のエネルギーまたはエネルギーの範囲での特定の結晶のエネルギー分解能であり、そこで結晶はおよそ同じサイズを有し、結晶についてのエネルギースペクトルは同じかまたは実質的に同一の計測装置および技法を使用して得られる。本明細書において記載される組成物を有する特定のシンチレーション結晶を異なる組成物を有する異なるシンチレーション結晶に対して比較する場合、ＥＲ比は予想外に低く、それはエネルギーピークのより正確な検出を可能にする。特定のエネルギー範囲についてのシンチレーション結晶を比較する場合、ＥＲ比は、６０ｋｅＶ〜７２９ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９７０以下、１２２ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９５０以下、５８３ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９２０以下、６６２ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９００以下、またはその任意の組み合わせであり得る。特定のエネルギーについてのシンチレーション結晶を比較する場合、ＥＲ比は、６０ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８５以下、１２２ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８０以下、２３９ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８０以下、５１１ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、５８３ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、６６２ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、７２９ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、もしくは２６１５ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９５０以下、またはその任意の組み合わせであり得る。

【0037】

ＥＲ比は、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｂａドープしたシンチレーション結晶、Ｍｇドープしたシンチレーション結晶、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶、および非ドープＬｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３シンチレーション結晶について得ることができる。Ｓｒドープしたシンチレーション結晶およびＺｎドープしたシンチレーション結晶（Ｓｒ／Ｚｎ）ならびにＳｒドープしたシンチレーション結晶および非ドープシンチレーション結晶（Ｓｒ／非ドープ）についてのＥＲ比は、従来記載された特定のエネルギーおよびエネルギー範囲についてのＥＲ比値のいずれかまたはすべてを満たすことができる。Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶（Ｚｎ／非ドープ）についてのＥＲ比は、特定のエネルギーおよびエネルギー範囲について従来記載されたＥＲ比値のいずれかを満たさない。非ドープシンチレーション結晶に比較した時に、Ｍｇドープしたシンチレーション結晶およびＺｎドープしたシンチレーション結晶の各々は１未満のＥＲ比を有するが、そのＥＲ比はちょうどわずかに１未満である。したがって、Ｍｇドープしたシンチレーション結晶およびＺｎドープしたシンチレーション結晶は、非ドープシンチレーション結晶と比較して、エネルギー分解能の改善に関して有意でない改善のみを有する。

【0038】

シンチレーション結晶は、対応する非ドープシンチレーション結晶の蛍光ピークに対応する波長より少なくともおよそ２０ｎｍ大きい波長で蛍光ピークを有することができる。一実施形態において、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｂａドープしたシンチレーション結晶、またはＳｒおよびＢａを共ドープしたシンチレーション結晶は、対応する非ドープシンチレーション結晶の蛍光ピークに対応する波長よりおよそ２５ｎｍ〜およそ５０ｎｍの範囲で大きい波長で蛍光ピークを有する。特定の実施形態において、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｂａドープしたシンチレーション結晶、またはＳｒおよびＢａを共ドープしたシンチレーション結晶は、およそ３５５ｎｍ〜およそ３６０ｎｍの範囲中の波長で蛍光ピークを有する対応する非ドープシンチレーション結晶（すなわちＳｒドープしたシンチレーション結晶、Ｂａドープしたシンチレーション結晶、またはＳｒおよびＢａを共ドープしたシンチレーション結晶と本質的に同じハロゲン（複数可）および希土類元素（複数可）からなるシンチレーション結晶）と比較して、およそ３７５ｎｍ〜およそ３８０ｎｍの範囲中の波長で蛍光ピークを有することができる。光検出器は青色光または緑色光に対してより感受性であり得、したがってかかる光検出器は、非ドープシンチレーション結晶と比較して、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｂａドープしたシンチレーション結晶、またはＳｒおよびＢａを共ドープしたシンチレーション結晶についてより高い量子効率を有することができる。

【0039】

シンチレーション結晶は、対応する非ドープシンチレーション結晶のバンドギャップエネルギーより少なくともおよそ０．０５ｅＶ少ないエネルギーバンドギャップを有することができる。一実施形態において、シンチレーション結晶は、対応する非ドープシンチレーション結晶のバンドギャップエネルギーより、少なくともおよそ０．１０ｅＶ、少なくともおよそ０．１５ｅＶ、または少なくとも０．２０ｅＶ少ないエネルギーバンドギャップを有することができる。特定の実施形態において、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶はおよそ３．２６ｅＶ〜およそ３．３１ｅＶの範囲中のバンドギャップエネルギーを有し、対応する非ドープシンチレーション結晶はおよそ３．４４ｅＶ〜およそ３．４９ｅＶの範囲中のバンドギャップエネルギーを有する。より低いバンドギャップエネルギーを備えたシンチレーション結晶は、より高いバンドギャップエネルギーを備えたシンチレーション結晶と比較して、同じエネルギーのγ線についてより多くのシンチレーション光が産生されることを可能にする。

【0040】

様々な態様および実施形態が可能である。それらの態様および実施形態のうちのいくつかが本明細書において記載される。本明細書を読了した後には、当業者は、それらの態様および実施形態が説明のみであり、本発明の範囲を限定しないことを認識するだろう。加えて、当業者は、デジタル回路を使用してアナログ回路を含むいくつかの実施形態を同様に実施することができ、その逆も成立するということを理解するだろう。

【0041】

第１の態様において、シンチレーション結晶はＬｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３：Ｍｅ^２＋を含むことができ、式中、Ｌｎは希土類元素を表わし、Ｍｅ^２＋はＳｒ、Ｂａまたはその任意の混合物を表わし、少なくともおよそ０．０００２重量％の濃度を有し、ＲＥは異なる希土類元素を表わし、ｙは０〜１の範囲中の値を有し、Ｘはハロゲンを表わす。

【0042】

第２の態様において、放射線検出システムは、Ｌｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３：Ｍｅ^＋２を含むシンチレーション結晶を含むことができ、式中、Ｌｎは希土類元素を表わし、Ｍｅ^＋２はＳｒ、Ｂａまたはその任意の混合物を表わし、少なくともおよそ０．０００２重量％の濃度を有し、ＲＥは異なる希土類元素を表わし、ｙは０〜１の範囲中の値を有し、Ｘはハロゲンを表わす。放射線検出システムは、シンチレーション結晶に光学的にカップルされた光検出器をさらに含むことができる。

【0043】

シンチレーション結晶はＬｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３：Ｍｅ^２＋を含むことができ、式中、Ｌｎは希土類元素を表わし、ＲＥは異なる希土類元素を表わし、ｙは０〜１の範囲中の値を有し、Ｘはハロゲンを表わし、Ｓｒは少なくともおよそ０．０００２重量％の濃度を有する。

【0044】

第２の態様において、放射線検出システムは、シンチレーション結晶、およびシンチレーション結晶に光学的にカップルされた光検出器を含むことができる。シンチレーション結晶はＬｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３：Ｓｒを含むことができ、式中、Ｌｎは希土類元素を表わし；ＲＥは異なる希土類元素を表わし；ｙは０〜１の範囲中の値を有し；Ｘはハロゲンを表わし；Ｓｒは少なくともおよそ０．０００２重量％の濃度を有する。

【0045】

第３の態様において、シンチレーション結晶はＬｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３を含むことができ、式中、Ｌｎは希土類元素を表わし、ＲＥは異なる希土類元素を表わし、ｙは０〜１の範囲中の値を有し、Ｘはハロゲンを表わす。シンチレーション結晶は、６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、およそ−０．３５％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、およそ０．０７％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、およそ０．７％以下の完全な直線性からの最も離れた逸脱についての絶対値を有すること；１２２ｋｅＶでおよそ６．３５％以下のエネルギー分解能；６６２ｋｅＶでおよそ２．９０％以下のエネルギー分解能；２６１５ｋｅＶでおよそ１．９０％以下のエネルギー分解能；またはその任意の組み合わせを含む特性を有することができる。

【0046】

第４の態様において、シンチレーション結晶はＬｎ_{（１−ｙ）}ＲＥ_ｙＸ_３を含むことができ、式中、Ｌｎは希土類元素を表わし、ＲＥは異なる希土類元素を表わし、ｙは０〜１の範囲中の値を有し、Ｘはハロゲンを表わす。エネルギー分解能比は、異なる組成物を有する異なるシンチレーション結晶の異なるエネルギー分解能によって割ったシンチレーション結晶のエネルギー分解能である。エネルギー分解能比は、範囲の６０〜７２９ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９７０以下、１２２ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９５０以下、５８３ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９２０以下、６６２ｋｅＶ〜２６１５ｋｅＶの範囲中のエネルギーについておよそ０．９００以下、６０ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８５以下、１２２ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８０以下、２３９ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８０以下、５１１ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、５８３ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、６６２ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、もしくは７２９ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、２６１５ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９５０以下、またはその任意の組み合わせであり得る。

【0047】

前述の態様および実施形態のうちのいずれかの特定の実施形態において、シンチレーション結晶は、６０ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８５以下、およそ０．９７５以下またはおよそ０．９６５以下；１２２ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８０以下、およそ０．９５０以下またはおよそ０．９２０以下；２３９ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９９０以下、およそ０．９６０以下またはおよそ０．９４０以下；５１１ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、およそ０．９３０以下またはおよそ０．９００以下；５８３ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９８０以下、およそ０．９４０以下またはおよそ０．９２０以下；６６２ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、およそ０．９１０以下またはおよそ０．８８０以下；７２９ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９７０以下、およそ０．９１０以下またはおよそ０．８８０以下；２６１５ｋｅＶのエネルギーについておよそ０．９５０以下、およそ０．８５０以下またはおよそ０．８１０以下；またはその任意の組み合わせのエネルギー分解能比を有する。

【0048】

前述の態様および実施形態のうちのいずれかの別の特定の実施形態において、シンチレーション結晶についてのエネルギー分解能は、シンチレーション結晶、光電子増倍管、シンチレーション結晶と光電子増倍管との間に配置されたウィンドウ、および光電子増倍管にカップルされたマルチチャネル分析器を使用して得られたエネルギースペクトルから決定することができる。さらに、シンチレーション結晶はおよそ６４ｍｍの直径およびおよそ７５ｍｍの長さを備えた直円柱の形状を有し、シンチレーション結晶は側面および１つの端部上で反射体により包まれ、ウィンドウはサファイアまたは石英を含み、光電子増倍管は直線集束非飽和光電子増倍管を含み、マルチチャネル分析器は０．２５マイクロ秒の波形整形時間で双極性の波形整形を実行するように構成される。多くの特定の実施形態において、エネルギー分解能は、１２２ｋｅＶでおよそ６．４０％以下、６６２ｋｅＶでおよそ２．９０％以下、２６１５ｋｅＶでおよそ１．９０％以下、またはその任意の組み合わせである。

【0049】

多くの特定の実施形態において、エネルギー分解能は、１２２ｋｅＶでおよそ６．４０％以下、およそ６．３０％以下、またはおよそ６．２０％以下、およそ６．１０％以下、またはおよそ６．００％以下である。別のさらに特定の実施形態において、エネルギー分解能は、６６２ｋｅＶでおよそ２．９０％以下、およそ２．８５％以下、およそ２．８０％以下、およそ２．７５％以下、およそ２．７０％以下であるか、または６６２ｋｅＶでおよそ２．６５％以下である。さらにより特定の実施形態において、エネルギー分解能は、２６１５ｋｅＶでおよそ１．９０％以下、およそ１．８５％以下、およそ１．８０％以下、およそ１．７５％以下、およそ１．７０％以下であるか、または２６１５ｋｅＶでおよそ１．６５％以下である。

【0050】

第１の態様の一実施形態において、シンチレーション結晶は、６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、およそ−０．３５％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、絶対値に基づいて、およそ０．０７％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；または６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、およそ０．７％以下の完全な直線性からの最も離れた逸脱についての絶対値を有すること；１２２ｋｅＶでおよそ６．３５％以下のエネルギー分解能；６６２ｋｅＶでおよそ２．９０％以下のエネルギー分解能；２６１５ｋｅＶでおよそ１．９０％以下のエネルギー分解能；またはその任意の組み合わせを含む特性を有する。

【0051】

第２の態様の一実施形態において、シンチレーション結晶は、６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、およそ−０．３５％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、絶対値に基づいて、およそ０．０７％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有すること；６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶が、およそ０．７％以下の完全な直線性からの最も離れた逸脱についての絶対値を有すること；１２２ｋｅＶでおよそ６．３５％以下のエネルギー分解能；６６２ｋｅＶでおよそ２．９０％以下のエネルギー分解能；２６１５ｋｅＶでおよそ１．９０％以下のエネルギー分解能；またはその任意の組み合わせを含む特性を有する。

【0052】

前述の態様および実施形態のうちのいずれかのさらなる特定の実施形態において、放射線検出システムは医療用画像システムである。別のさらなる特定の実施形態において、シンチレーション結晶はＳｒによりドープされる。より特定の実施形態において、シンチレーション結晶中のＳｒ含有量は、少なくともおよそ０．０００２重量％、少なくともおよそ０．０００５重量％、または少なくともおよそ０．００１重量％であり、別のより特定の実施形態において、シンチレーション結晶中のＳｒ含有量は、およそ０．０５重量％以下、およそ０．０３重量％以下、０．０２重量％以下、またはおよそ０．００９重量％以下である。

【0053】

前述の態様および実施形態のうちのいずれかの別の特定の実施形態において、６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶は、およそ−０．３５％以上、およそ−０．３０％以上、またはおよそ−０．２５％以上、およそ−０．２０％以上、またはおよそ−０．１６％以上の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有する。別の特定の実施形態において、２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶は、絶対値に基づいて、およそ０．０７％以下、およそ０．０５％以下、またはおよそ０．０３％以下の完全な直線性からの逸脱についての平均化された値を有する。

【0054】

より特定の実施形態において、完全な直線性からの逸脱についての平均化された値は以下のものによって決定される。

【数4】

式中、
ＤＦＰＬ（Ｅｉ）はエネルギーＥ_ｉでのＤＦＰＬであり；
Ｅ_{ｕｐｐｅｒ}はエネルギー範囲の上限であり；
Ｅ_{ｌｏｗｅｒ}はエネルギー範囲の下限である。

【0055】

さらに別の特定の実施形態において、６０ｋｅＶ〜３５６ｋｅＶの放射エネルギー範囲について、シンチレーション結晶は、およそ０．７０％以下、およそ０．６５％以下、またはおよそ０．６０％以下、またはおよそ０．５５％以下、またはおよそ０．５０％以下の完全な直線性からの最も離れた逸脱についての絶対値を有する。

【0056】

前述の態様および実施形態のうちのいずれかの別の特定の実施形態において、Ｌｎは、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕまたはその任意の組み合わせを含む。さらに別の特定の実施形態において、ＲＥは、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｎｄまたはその任意の組み合わせを含む。さらに別の特定の実施形態において、ｙは、およそ０．５以下、およそ０．２以下、またはおよそ０．０９以下である。さらに特定の実施形態において、ｙは、少なくともおよそ０．００５、少なくともおよそ０．０１、または少なくともおよそ０．０２である。なおさらなる実施形態において、ＬｎはＬａであり、ＲＥはＣｅであり、ＸはＢｒである。特定の実施形態において、ｙは０．２ｆ．ｕ．である。

【0057】

前述の態様および実施形態のうちのいずれかの別の特定の実施形態において、シンチレーション結晶は、第１の波長で第１の蛍光ピークおよび第２の波長で第２の蛍光ピークを放射することができ、そこで第２の波長は第１の波長より少なくともおよそ１５ｎｍ大きい。より特定の実施形態において、第２の波長は、第１の波長よりおよそ２０ｎｍ〜およそ４０ｎｍの範囲で大きい。さらに特定の実施形態において、シンチレーション結晶は、対応する非ドープシンチレーション結晶のバンドギャップエネルギーより、少なくともおよそ０．０５ｅＶ、少なくともおよそ０．１０ｅＶ、少なくともおよそ０．１５ｅＶ、または少なくとも０．２０ｅＶ少ないエネルギーバンドギャップを有する。

【実施例】

【0058】

本明細書において記載される概念は、実施例中でさらに記載され、それは、請求項中で記載される本発明の範囲を限定しない。実施例は異なる組成物のシンチレーション結晶の性能を実証する。この実施例セクションにおいて開示されるような数値は便宜上近似または四捨五入することができる。

【0059】

シンチレーター結晶は、ＬａＢｒ_３、ＣｅＢｒ_３、およびもしドープされればＳｒＢｒ_２、ＢａＢｒ_２、ＭｇＢｒ_２またはＺｎＢｒ_２を使用して、開口るつぼから形成された。ＺｎＢｒ_２がおよそ７００℃でおよそ大気圧で昇華するので、多すぎる格子欠陥がないシンチレーション結晶を形成するために、シンチレーション結晶についての溶融組成物がＲＥＢｒ_３結晶の緩慢な成長段階の間にＺｎＢｒ_２の昇華点を超えた温度で維持されるように、結晶の中へＺｎを取り込むことは難しかった。シンチレーション結晶は表１中に記載されるような以下の組成物を有していた。

【0060】

【表1】

【0061】

シンチレーション結晶は、直線性、エネルギー分解能およびバンドギャップエネルギーについて解析された。直線性およびエネルギー分解能は部分的にエネルギースペクトルデーターから得られた。シンチレーション結晶はパラメータまたは元素およそ６４ｍｍ（２．５インチ）の直径およびおよそ７５ｍｍ（３インチ）の長さを備えた直円柱であった。側面および１つの円形表面を粗くし、シンチレーション光の収集を促進する。表面は０．８５ミクロンの二乗平均平方根粗さと特徴づけられた。各結晶の他の円形表面は平滑にされ、シンチレーション光のための光出口として働いた。次いで、結晶は側面および１つの端部上でおよそ０．５ｍｍ（０．０２インチ）のテフロン（登録商標）シート反射体により包まれた。光出口はおよそ１．５ｍｍ（０．０６インチ）の厚みの透明なシリコーンゴムへインターフェースされた。包まれインターフェースされた結晶はサファイアウィンドウを備えたチタンハウジングの中へ挿入された。ハウジングを溶接により閉鎖し、気密にした。この結晶パッケージは、光電子増倍管（Ｕｘｂｒｉｄｇｅ、英国のＥＴ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ Ｌｔｄ．、モデル９３０５を９００Ｖで運転する）へインターフェースされた。同位体を放射する複数のγ線への結晶反応が測定された。これらの同位体は^２１４Ａｍ、^１３３Ｂａ、^５７Ｃｏ、^１３７Ｃｓおよび^２２８Ｔｈを含み、６０、８１、１２２、２３９、３５６、６６２、５８３、７２７、８６１、２１０４および２６１５ｋｅＶでγ線光電ピークを産生する。同位体は各結晶パッケージの中央面からひとつずつおよそ１５０ｍｍ（６インチ）だけ離れて設置された。各同位体および各結晶のエネルギースペクトルは、マルチチャネル分析器（Ｍｅｒｉｄｅｎ ＣＴのＣａｎｂｅｒｒａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．、モデルＡｐｔｅｃ Ｓ５００８、双極性波形整形、０．２５マイクロ秒の波形整形時間、１１ビットのデジタル変換）を使用して得られた。

【0062】

図２および３は、表１中で記載される組成物を有するシンチレーション結晶についてのγ線エネルギーの関数として完全な直線性からの逸脱のプロットを含む。ＤＰＦＬ値は従来記載された方法論を用いて決定される。Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶と比較して、有意により少ない完全な直線性からの逸脱を有する。

【0063】

図２は、およそ２００ｋｅＶ〜およそ２６００ｋｅＶの範囲中のγ線エネルギーについての完全な直線性からの逸脱を図示する。２０００ｋｅＶを超えるエネルギーで、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶の各々と比較して、より低いＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}を有する。およそ２０００ｋｅＶ〜およそ２６００ｋｅＶのエネルギー範囲について、基準のシンチレーション結晶は＋０．０９１％のＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}を有し、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶は＋０．０７３％のＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}を有する。同じエネルギー範囲について、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は＋０．０３０％の最低ＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}を有し、したがってＳｒドープしたシンチレーション結晶は、２０００ｋｅＶ〜２６００ｋｅＶのγ線エネルギーについて、基準のシンチレーション結晶およびＺｎドープしたシンチレーション結晶よりも有意に良好である。

【0064】

１５００ｋｅＶより下で、基準のシンチレーション結晶は、γ線エネルギーがより小さくなるにつれて有意により大きくなる完全な直線性からの逸脱を有する。Ｚｎドープしたシンチレーション結晶は同様に有意な逸脱を有するが、有意な逸脱はおよそ３００ｋｅＶで起こる。およそ３５６ｋｅＶ以下の特定のγ線エネルギーについて、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶と比較して、０に有意に接近する、完全な直線性からの逸脱を有する。

【0065】

以前に論じられたように、より高いエネルギーのγ線がシンチレーター結晶と衝突し、より低いエネルギーのγ線をもたらすことができるので、完全な直線性からの逸脱はより低いγ線エネルギーでより有意である。図３は、およそ６０ｋｅＶ〜およそ３５６ｋｅＶの範囲中のγ線エネルギーに曝露された場合のシンチレーション結晶について回収されたデーターを含む。ＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}は方程式３を使用して決定される。

【0066】

【表2】

【0067】

およそ６０ｋｅＶ〜およそ３５６ｋｅＶのγエネルギー範囲について、基準のシンチレーション結晶は−０．６４％のＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}を有し、最も離れたＤＦＰＬは６０ｋｅＶで起こる−１．１１％（１．１１％の絶対値）である。同じγエネルギー範囲について、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶は−０．３９％のＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}を有し、最も離れたＤＦＰＬは６０ｋｅＶで起こる−０．７３％（０．７３％の絶対値）である。Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は−０．１６％のＤＦＰＬ_{ａｖｅｒａｇｅ}を有し、最も離れたＤＦＰＬは６０ｋｅＶで起こる−０．４７％（０．４７％の絶対値）である。したがって、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は、基準シンチレーション結晶およびＺｎドープしたシンチレーション結晶の各々と比較して、有意により良好であり、完全な直線性からのより少ない逸脱を有する。

【0068】

エネルギー分解能（「ＥＲ」）は、従来記載されたようなサンプルおよび装置を使用して回収されたデーターから得られる。エネルギー分解能比（「ＥＲ」比）は、特定のエネルギーまたはエネルギーの範囲について、別のサンプルのエネルギー分解能によって割った特定のサンプルのエネルギー分解能の比である。表３は非ドープ結晶、Ｓｒドープした結晶およびＺｎドープした結晶についてのエネルギー分解能データーを含み、表４は非ドープ結晶、Ｂａドープした結晶およびＭｇドープした結晶についてのエネルギー分解能データーを含む。

【0069】

【表3】

【0070】

追加のシンチレーション結晶が形成され、６６２ｋｅＶでエネルギー分解能について評価された。２つの追加のＳｒドープしたシンチレーション結晶について、エネルギー分解能は両方について２．７０％であり、５２の追加の基準のシンチレーション結晶については、シンチレーション結晶についてのエネルギー分解能は０．１３％の標準偏差で３．０２％であった。

【0071】

【表4】

【0072】

データーは、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶およびＢａドープしたシンチレーション結晶が、非ドープシンチレーション結晶、Ｍｇドープしたシンチレーション結晶およびＺｎドープしたシンチレーション結晶に比較して、エネルギー分解能を有意に改善したことを実証する。したがって、Ｓｒ、ＢａならびにＳｒおよびＢａの任意の混合物はドーパントとして良好に適合して、希土類ハロゲン化物のエネルギー分解能を改善する。

【0073】

図４は、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶についての６０〜７２９ｋｅＶの範囲中のエネルギーの関数としてのエネルギー分解能のプロットを含む。Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および非ドープシンチレーション結晶と比較して、優れたエネルギー分解能を明らかに有する。基準のシンチレーション結晶に対するＳｒドープしたシンチレーション結晶についてのエネルギー分解能における改善は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶と基準のシンチレーション結晶との間の差異より少なくとも４倍大きい。特に、１２２ｋｅＶで、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶のエネルギー分解能は、基準のシンチレーション結晶のエネルギー分解能よりも０．６３％少ないが、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶のエネルギー分解能は、基準のシンチレーション結晶のエネルギー分解能よりも０．１０％小さいだけである。６６２ｋｅＶで、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶のエネルギー分解能は、基準のシンチレーション結晶のエネルギー分解能よりも０．３６％少ないが、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶のエネルギー分解能は、基準のシンチレーション結晶のエネルギー分解能よりも０．０６％小さいだけである。２６１５ｋｅＶで、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶のエネルギー分解能は、基準のシンチレーション結晶のエネルギー分解能よりも０．４０％少ないが、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶のエネルギー分解能は、基準のシンチレーション結晶のエネルギー分解能よりも０．０９％小さいだけである。他のエネルギーで、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶と比較して、より小さいエネルギー分解能を有する。エネルギー分解能の改善は、ピークをより迅速かつ正確に分解することができ、バックグラウンドノイズに起因するピークの検出とピーク非検出との間の差を得ることができることを意味する。

【0074】

表３および図５は、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶、および基準のシンチレーション結晶を比較した場合のＥＲ比に関連する情報を含む。特定の比較は、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶とＺｎドープしたシンチレーション結晶、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶と基準のシンチレーション結晶、およびＺｎドープしたシンチレーション結晶と基準のシンチレーション結晶との間で行われる。ＥＲ比を使用する場合、他のシンチレーション結晶と比較して、特定のタイプのシンチレーション結晶はより良好なエネルギー分解能を有するだろう。ＥＲ比の使用によって、２つの異なるシンチレーション結晶の間の比較は、エネルギー分解能のみの使用とは対照的に、より少ないエネルギーへの依存性を有するに違いない。

【0075】

図５中で理解できるように、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶のＥＲ比は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶よりも有意に良好である。Ｓｒ／基準についてＥＲ比は６０ｋｅＶで０．９６１であり、７２９ｋｅＶで０．８７８に減少し、２６１５ｋｅＶでわずか０．８０１である。Ｓｒドープしたシンチレーション結晶とは異なり、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶は、基準のドープしたシンチレーション結晶と比較してわずかにだけ改善される。Ｚｎ／基準についてのＥＲ比は２３９ｋｅＶで約１であり、６０〜７２９ｋｅＶの範囲中のエネルギーについては、５１１ｋｅＶでやっと０．９７２に到達する。高いエネルギーでさえ（２６１５ｋｅＶで等）、Ｚｎ／基準についてのＥＲ比は、０．９６０の低さに到達する。

【0076】

シンチレーション結晶の発光スペクトルについてのデーターを得て、図６中に図示する。Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は３７５〜３８０ｎｍの範囲中で波長でピーク放射強度を有し、より短い波長では有意なピークを有していない。Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶は３５０〜３６０ｎｍでピーク放射強度を有する。多くの光検出器は、紫外線放射と比較して、青色光および緑色光についてのより高い量子効率を有する。したがって、Ｓｒドープしたシンチレーション結晶は、Ｚｎドープしたシンチレーション結晶および基準のシンチレーション結晶と比較して、多くの放射線検出器により良好に適している。

【0077】

概要または実施例における上記の作用のすべてが要求されるとは限らないこと、特定の作用の一部は要求されなくてもよいこと、および１つまたは複数のさらなる作用が記載されたものに加えて実行されてもよいことに注目されたい。なおさらに、作用がリストされる順序は必ずしもそれらが実行される順序ではない。

【0078】

明確にするために分離した実施形態のコンテキストで本明細書において記載される特定の特色が、単一の実施形態における組み合わせでも提供され得る。反対に、簡潔さのために単一の実施形態のコンテキストで記載される様々な特色は、分離してまたは任意の小組み合わせでも提供され得る。さらに、範囲中に明示される値への参照は、その範囲内の各々の値およびすべての値を含む。

【0079】

利益、他の利点および問題に対する解決は、特定の実施形態に関して上記された。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決、および任意の利益、利点もしくは解決を生じさせ得るか、またはより明らかにさせ得る任意の特色（複数可）は、請求項のいずれかまたはすべての決定的な、必要な、または必須の特色として解釈されるべきでない。

【0080】

本明細書において記載される実施形態の明細書およびイラストは、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供するように意図される。明細書およびイラストは、本明細書において記載される構造または方法を使用する機器およびシステムの要素および特色のすべての網羅的かつ包括的な記述として供されるとは意図されない。分離した実施形態は単一の実施形態中の組み合わせにおいて提供することもでき、反対に、簡潔さのために単一の実施形態のコンテキストで記載される様々な特色は、分離してまたは任意の小組み合わせでも提供され得る。さらに、範囲中に明示される値への参照は、その範囲内の各々の値およびすべての値を含む。他の多くの実施形態がこの明細書を読了した後のみに当業者へ明らかであろう。構造的置換、論理的置換または他の変化が本開示の範囲から逸脱せずに行なうことができるように、他の実施形態を使用し、本開示に由来することができる。したがって、本開示は制限的というよりむしろ例示的なものとして見なされるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】