特許 7097998 残光を低減するためのアンチモン及びその他のマルチバランスカチオンを含むＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ結晶、ならびにシンチレーション結晶を含む放射線検出装置

(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】

(24)【登録日】2022-06-30

(45)【発行日】2022-07-08

(54)【発明の名称】残光を低減するためのアンチモン及びその他のマルチバランスカチオンを含むＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ結晶、ならびにシンチレーション結晶を含む放射線検出装置

(51)【国際特許分類】

   C09K 11/61 20060101AFI20220701BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20220701BHJP

   G01T 1/202 20060101ALI20220701BHJP

   C09K 11/00 20060101ALI20220701BHJP

   G01N 23/10 20180101ALI20220701BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20220701BHJP

【ＦＩ】

C09K11/61

G01T1/20 B

G01T1/202

C09K11/00 E

G01N23/10

G01N23/046

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020565792

(86)(22)【出願日】2019-05-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-18

(86)【国際出願番号】 US2019034020

(87)【国際公開番号】W WO2019227057

(87)【国際公開日】2019-11-28

【審査請求日】2020-11-24

(31)【優先権主張番号】62/676,441

(32)【優先日】2018-05-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＩＮＴ－ＧＯＢＡＩＮ ＣＥＲＡＭＩＣＳ ＡＮＤ ＰＬＡＳＴＩＣＳ， ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｎｅｗ Ｂｏｎｄ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ， ＭＡ ０１６１５， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】特許業務法人大塚国際特許事務所

(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】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】メン、ファン

(72)【発明者】

【氏名】メンジェ、ピーター アール．

【審査官】横山 敏志

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５０３７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３０２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５９３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９１１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００９３５５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１２９５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９２５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３１９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／００７２２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０８７０９１５５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１３／０２７６７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１４－５２２４４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０９Ｋ １１／００－１１／８９

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

Ｇ０１Ｔ １／２０

Ｇ０１Ｔ １／２０２

Ｇ０１Ｎ ２３／１０

Ｇ０１Ｎ ２３／０４６

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

Ｊａｐｉｏ－ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シンチレータ結晶であって、
ヨウ化セシウムホスト材料と、
タリウムを含む第１のドーパントであって、前記第１のドーパントのモル濃度が１０％未満である、第１のドーパントと、
アンチモンを含む第２のドーパントと、を含み、前記第２のドーパントが、減少した残光を有するシンチレータをもたらし、前記シンチレータ結晶中の前記第２のドーパントの濃度が０モル％超で０．０１モル％以下である、シンチレータ結晶。

【請求項2】

シンチレータ結晶であって、
ヨウ化セシウムホスト材料と、
タリウムを含む第１のドーパントであって、前記第１のドーパントのモル濃度が１０％未満である、第１のドーパントと、
アンチモンを含む第２のドーパントと、を含み、前記アンチモンが少なくとも部分的にその３＋酸化状態にあり、前記シンチレータ中の前記第２のドーパントの量は、１×１０^－７モル％～０．０１モル％を含む、シンチレータ結晶。

【請求項3】

放射線検出装置であって、
筐体と、
前記筐体内のシンチレータと、を含み、前記シンチレータが、
ヨウ化セシウムホスト材料と、
タリウムを含む第１のドーパントであって、前記第１のドーパントのモル濃度が１０％未満である、第１のドーパントと、
アンチモンを含む第２のドーパントと、を含み、前記第２のドーパントが、減少した残光を有する前記シンチレータをもたらし、前記シンチレータ結晶中の前記第２のドーパントの濃度が０モル％超で０．０１モル％以下である、放射線検出装置。

【請求項4】

前記シンチレータ結晶中の前記アンチモンの量が、１×１０^－７モル％～１×１０^－２モル％のアンチモンを含む、請求項１に記載のシンチレータ結晶。

【請求項5】

第３のドーパントを更に含み、前記第３のドーパントが３価ビスマスを含む、請求項２に記載のシンチレータ結晶。

【請求項6】

第３のドーパントを更に含み、前記第２のドーパントが５価ビスマスを含み、前記第３のドーパントが５価アンチモンを含む、請求項２に記載のシンチレータ結晶。

【請求項7】

前記シンチレータ結晶が、少なくとも１×１０^－７モル％のアンチモンを含む、請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【請求項8】

前記シンチレータ結晶が１×１０^－３モル％未満のアンチモンを含み、前記シンチレータ結晶が、Ｘ線照射中に測定された光出力強度と比較して、前記Ｘ線照射への曝露後１００ｍｓで０．４％未満の光出力強度を有する、請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【請求項9】

前記シンチレータ結晶が１×１０^－３モル％未満のアンチモンを含み、前記シンチレータ結晶が、Ｘ線照射中に測定された光出力強度と比較して、前記Ｘ線照射への曝露後５００ｍｓで０．３％未満の光出力強度を有する、請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【請求項10】

前記シンチレータ結晶が、結晶マトリックス内に２つ以上の酸化状態で存在することができる１×１０^－６モル％を超える共ドーパントを含む、請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【請求項11】

前記放射線検出装置が、Ｘ線照射中に１時間あたり３００個を超えるバッグを検査することができる、請求項３に記載の放射線検出装置。

【請求項12】

前記放射線検出装置が、コンピュータ断層撮影照射中に１時間あたり１０００個を超えるバッグを検査することができる、請求項３に記載の放射線検出装置。

【請求項13】

前記残光が少なくとも２０％減少する、請求項１又は３に記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【請求項14】

前記シンチレータ結晶が、０．００３モル％以下の前記第２のドーパントを含む、請求項１、２、又は３のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンチモン及び他のマルチバランスカチオンを含むシンチレーション結晶、ならびにそのようなシンチレーション結晶を含む放射線検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線検出装置は、様々な用途で使用されている。例えば、シンチレータは、医用画像や石油及びガス業界の検層、環境モニタリング、セキュリティ用途、核物理学の分析及び用途に使用できる。ＣｓＩ：Ｔｌは、放射線検出装置に使用されるシンチレーション結晶である。ただし、ＣｓＩ：ＴＩの残光の問題により、このようなデバイスの機能、速度、及び精度が制限される。ＣｓＩ：Ｔｌシンチレーション結晶のさらなる改善が望まれている。

【図面の簡単な説明】

【0003】

実施形態は、例として示されており、添付の図に限定されない。

【図1】一実施形態による放射線検出装置の例を示す。 当業者は、図中の要素が単純化及び明瞭化のために示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解している。例えば、図中の要素のいくつかの寸法は、本発明の実施形態の理解を改善するのを助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。

【発明を実施するための形態】

【0004】

図面と組み合わせた以下の説明は、本明細書に開示される教示を理解するのを助けるために提供される。以下の説明は、本教示の具体的な実装及び実施形態に焦点を合わせるであろう。この焦点は、本教示を説明するのを助けるために提供されており、本教示の範囲又は適用性に対する限定として解釈されるべきではない。

【0005】

本明細書で使用されているように、元素の周期表内の列に対応するグループ番号は、ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ第８１版（２０００－２００１）に見られる「新しい表記法」の規則を使用している。

【0006】

本明細書で使用される場合、「ＶＡ族元素」という用語は、元素の周期表中のＢｉ、Ｓｂ、及びＡｓを意味することを意図している。

【0007】

本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、又はこれらの任意の他の変形語は、非排他的な包含を含むことを意図している。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらの特徴だけに限定されず、明示的に列挙されていない、又はそのようなプロセス、方法、物品、又は装置に固有でない他の特徴を含み得る。さらに、明示的にそうではないことが述べられていない限り、「又は（ｏｒ）」は、包含的な「又は」を指し、排他的な「又は」を意味しない。例えば、条件Ａ又はＢは、以下のいずれかによって満たされる。Ａは真（又は存在する）かつＢは偽（又は存在しない）、Ａは偽（又は存在しない）かつＢは真（又は存在する）、及びＡとＢの両方が真（又は存在する）である。

【0008】

「１つ（ａ）」又は「１つ（ａｎ）」の使用は、本明細書に記載の要素及び構成要素を説明するために使用される。これは単に便宜上及び本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われている。この説明は、そうでないことが明らかでない限り、１つ又は少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、単数形もまた複数形を含み、又はその逆も同様である。

【0009】

他に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。材料、方法、及び例は、例示的なものにすぎず、限定的であることを意図しない。本明細書に記載されていない範囲で、特定の材料及び処理行為に関する多くの詳細は従来通りであり、シンチレーション技術、放射線検出技術内の教科書及びその他の情報源に見られ得る。

【0010】

シンチレーション結晶は、タリウム及び別の元素と共ドープされたハロゲン化セシウムを含むことができる。共ドーピングは、残光を低下させ、エネルギー分解能、光収量、別の適切なシンチレーションパラメータ、又はそれらの任意の組み合わせを改善することができる。一実施形態では、シンチレーション結晶は、ＣｓＸ：Ｔｌ，Ｍｅを含むことができ、ここで、Ｘはハロゲンを表し、Ｍｅは、ＶＡ族元素を表す。特定の共ドーパントの選択は、変化させる特定のシンチレーションパラメータに依存することがある。本明細書で使用されるように、共ドーピングは、２つ以上の異なる元素（Ｔｌ及び１つ以上の他の元素）を含むことができ、共ドーパントは、Ｔｌ以外の１つ以上のドーパントを指す。

【0011】

特定の実施形態によれば、特にハロゲン化セシウムの組成に関して、Ｘは、Ｉ又はＩとＢｒの組み合わせであり得る。ＸがＩとＢｒの組み合わせである場合、Ｘは、少なくとも５０モル％のＩ又は少なくとも７０モル％のＩ又は少なくとも９１モル％のＩを含むことができる。別の実施形態では、ＸがＩとＢｒの組み合わせである場合、Ｘは９９モル％以下のＩを含むことができる。ＸにおけるＩのモル％は上述の任意の最小値と最大値との間の任意の値であり得ることが理解されるであろう。ＸにおけるＩのモル％は上述の任意の最小値と最大値との間の範囲の任意の値であり得ることが更に理解されるであろう。

【0012】

特定の実施形態によれば、特にＴｌの組成に関して、Ｔｌは、シンチレーション結晶ＣｓＸ：Ｔｌ，Ｍｅ内の濃度を含むことができる。特定の実施形態では、Ｔｌは、少なくとも１×１０^－４モル％のＴｌ、少なくとも１×１０^－３モル％のＴｌ、又は少なくとも０．０１モル％のＴｌの濃度を有することができる。別の実施形態では、Ｔｌは、１０モル％以下のＴｌ、５モル％以下のＴｌ、０．９モル％以下のＴｌ、又は０．２モル％以下のＴｌの濃度を有する。特定の実施形態では、Ｔｌは、１ｘ１０^－４モル％～１０モル％、１ｘ１０^－３モル％～０．９モル％、又は０．０１モル％～０．２モル％の範囲の濃度を有する。シンチレーション結晶におけるＴｌのモル％は上述の任意の最小値と最大値との間の任意の値であり得ることが理解されるであろう。シンチレーション結晶におけるＴｌのモル％は上述の任意の最小値と最大値との間の範囲内の任意の値であり得ることが更に理解されるであろう。

【0013】

特定の実施形態によれば、特にＭｅの組成に関して、Ｍｅは、シンチレーション結晶ＣｓＸ：Ｔｌ，Ｍｅ内の濃度を含むことができる。共ドーパントがＶＡ族元素である実施形態では、シンチレーション結晶中のＶＡ族元素のドーパント濃度は、少なくとも１ｘ１０^－７モル％、少なくとも１ｘ１０^－６モル％、少なくとも１ｘ１０^－５モル％、又は少なくとも１ｘ１０^－４モル％である。別の実施形態では、シンチレーション結晶中のＶＡ族元素の濃度は、０．０１モル％以下、０．００３モル％以下、又は０．００２モル％以下、又は０．００１モル％以下である。特定の実施形態において、シンチレーション結晶中のＶＡ族元素の濃度は、１ｘ１０^－７モル％～０．０１モル％、１ｘ１０^－６モル％～０．００３モル％、１ｘ１０^－５モル％～０．００２モル％、又は１ｘ１０^－４モル％～１ｘ１０^－３モル％の範囲である。シンチレーション結晶におけるＭｅのモル％は上述の任意の最小値と最大値との間の任意の値であり得ることが理解されるであろう。シンチレーション結晶におけるＭｅのモル％は上述の任意の最小値と最大値との間の範囲内の任意の値であり得ることが更に理解されるであろう。前述の全てのドーパント濃度は、結晶中のドーパント濃度に関するものである。特定の実施形態では、共ドーパントは、３価又は５価の第５Ａ族元素の１つである。別の実施形態では、共ドーパントは、３価もしくは５価のアンチモン、又はそれらの任意の組み合わせである。

【0014】

特定の実施形態によれば、結晶中のドーパントの濃度は、シンチレーション結晶が形成される溶融物中のドーパントの濃度と異なっていることも、異なっていないこともある。結晶を形成する際の融物中のＴｌ及びＶＡ族共ドーパントの濃度は、前述のような値のいずれかを含むことができる。

【0015】

さらに他の実施形態によれば、共ドーパントを選択する場合、異なる考慮事項が、他の元素と比較して、特定のシンチレーションパラメータを改善するのにより適している特定の元素を決定し得る。以下の説明は、一般的なガイダンスとして使用されるべきであり、特定のシンチレーションパラメータを特定の共ドーパントに限定するものとして解釈されるべきではない。

【0016】

さらに他の実施形態によれば、シンチレーション結晶の光収量は、共ドーパントを含まないシンチレーション結晶の組成と比較して、共ドーパントＭｅを用いて増加させることができる。一実施形態では、２２°Ｃで、６６２ｋｅＶのエネルギーを有するガンマ線に曝露して、共ドーパントを含むシンチレーション結晶及び共ドーパントを含まないＣｓＩ：Ｔｌ結晶の光収量を測定したとき、共ドーパントを含むシンチレーション結晶は、共ドーパントを含まないＣｓＩ：Ｔｌ結晶の光収量よりも少なくとも１％、少なくとも５％、少なくとも１０％多い光収量を有する。

【0017】

さらに他の実施形態によれば、シンチレーション結晶の残光は、共ドーパントを含まないシンチレーション結晶の組成と比較して、共ドーパントＭｅを用いて低減させることができる。特定の実施形態において、共ドーパントを有するシンチレーション結晶は、共ドープシンチレーション結晶と共ドーパントなしのＣｓＩ：Ｔｌ結晶をシリコンフォトダイオードに結合し、Ｘ線（１２０ ｋｅＶ、タングステンターゲット）に露光した場合の、共ドーパントなしのＣｓＩ：ＴＩ結晶の残光よりも、少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４５％、又は少なくとも５０％少ない、又は少なくとも６０％少ない残光を有する。

【0018】

シンチレーション結晶は、Ｂｒｉｄｇｍａｎ、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、Ｋｙｒｏｐｏｕｌｏｓ、縁部限定薄膜供給成長法（ＥＦＧ）、Ｓｔｅｐａｎｏｖ、勾配凝固などを含む様々な結晶成長技術のいずれかを使用して形成できる。原料には、ハロゲン化セシウム及びドーパントのハロゲン化物が含まれる。一実施形態では、原料は、ＣｓＩ及びＴｌＩを含むことができ、共ドーパントに応じて、原料は、ＳｂＩ_３、ＳｂＩ_５、ＢｉＩ_３、ＢｉＩ_５、ＡｓＩ_３などの任意の１つ以上を含むことができる。シンチレーション結晶の所望の組成を決定した後、基材（例えば、ＣｓＩ）に関するドーパントの偏析係数を使用して、溶融物に使用する原料の量を決定することができる。結晶成長条件は、ＣｓＩ：Ｔｌの形成に使用される条件と同じにすることも、結晶形成プロセスを最適化するために比較的小さな変更を加えることもできる。

【0019】

前述のシンチレーション結晶はいずれも、様々な用途に使用できる。例示的な用途には、ガンマ線分光法、同位体同定、単一光子放射コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）又はポジトロン放射断層撮影法（ＰＥＴ）分析、Ｘ線画像、油検層検出器、及び放射能の存在の検出が含まれる。シンチレーション結晶は他の用途に使用することができ、したがって、リストは単なる例示であり、限定するものではない。以下に、いくつかの特定の用途について説明する。

【0020】

図１は、単一光子放射コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）又はステップスルーＸ線装置などのガンマ線分析に使用することができる放射線検出装置１００の実施形態を示している。図１に示すように、本明細書に記載の実施形態によれば、放射線検出装置１００は、フォトセンサ１０１、光インタフェース１０３、及びシンチレーション装置１０５を含み得る。フォトセンサ１０１、光インタフェース１０３、及びシンチレーション装置１０５が、互いに分離しているように図１に示されているが、特定の実施形態によれば、フォトセンサ１０１及びシンチレーション装置１０５は、光インタフェース１０３がフォトセンサ１０１とシンチレーション装置１０５との間に配置された状態で、光インタフェース１０３に結合され得ることが理解されよう。さらに他の実施形態によれば、シンチレーション装置１０５及びフォトセンサ１０１は、光学ゲル又は結合剤の使用などの他の既知の結合方法を用いて、又は光学的に結合された元素の分子付着を介して直接、光インタフェース１０３に光学的に結合され得る。

【0021】

さらに他の実施形態によれば、フォトセンサ１０１は光電子増倍管（ＰＭＴ）、半導体ベースの光電子増倍管又はハイブリッドフォトセンサであり得る。フォトセンサ１０１は、入力ウィンドウ１１６を介して、シンチレーション装置１０５によって放出された光子を受信し、受信した光子の数に基づいて電気パルスを生成することができる。フォトセンサ１０１は、電子モジュール１３０に電気的に結合されている。電気パルスは、電子モジュール１３０によって成形、デジタル化、分析、又はそれらの任意の組み合わせを行うことができ、フォトセンサ１０１で受信された光子又は他の情報のカウントを提供することができる。電子モジュール１３０は、アンプ、プリアンプ、弁別器、アナログ－デジタル信号変換器、光子カウンタ、パルス波形分析器もしくは弁別器、別の電子部品、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。フォトセンサ１０１は、金属、金属合金、他の材料、又はそれらの任意の組み合わせなどの、フォトセンサ１０１、電子モジュール１３０、又はそれらの組み合わせを保護することができる材料で作られた管又は筐体内に収容することができる。

【0022】

シンチレーション装置１０５は、ＣｓＸ：Ｔｌ，Ｍｅの一般式によって表される前述のシンチレーション結晶のいずれか１つであり得るシンチレーション結晶１０７を含むことがあり、Ｘはハロゲンを表し、Ｍｅは第５Ａ族元素を表す。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ている。一実施形態では、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によって放出される光を反射するように適合された別の材料、又はそれらの組み合わせを含むことができる。例示的な実施形態では、反射体１０９は、衝撃吸収部材１１１によって実質的に取り囲まれ得る。シンチレーション結晶１０７、反射体１０９、及び衝撃吸収部材１１１は、ケーシング１１３内に収容することができる。

【0023】

シンチレーション装置１０５は、シンチレーション結晶１０７と、光インタフェース１０３、ケーシング１１３、衝撃吸収部材１１１、反射体１０９、又はそれらの任意の組み合わせなどの放射線検出装置１００の他の要素との間の相対運動を低減するように適合された少なくとも１つの安定化機構を含み得る。安定化機構は、ばね１１９、エラストマー、別の適切な安定化機構、又はそれらの組み合わせを含み得る。安定化機構は、横方向の力、水平方向の力、又はそれらの組み合わせをシンチレーション結晶１０７に加えて、放射線検出装置１００の他の１つ以上の要素に対するその位置を安定させるように適合され得る。

【0024】

図１に示すように、光インタフェース１０３は、フォトセンサ１０１とシンチレーション装置１０５との間で結合されるように適合され得る。光インタフェース１０３はまた、フォトセンサ１０１とシンチレーション装置１０５との間の光結合を容易にするように適合され得る。光インタフェース１０３は、シンチレーション結晶１０７及び入力ウィンドウ１１６の屈折率を整合させるために偏光されたシリコーンゴムなどのポリマーを含むことができる。他の実施形態では、光インタフェース１０３は、ポリマー及び追加の要素を含むゲル又はコロイドを含むことができる。

【0025】

多くの異なる態様及び実施形態が可能である。それらの態様及び実施形態のいくつかが本明細書に記載されている。本明細書を読んだ後、当業者は、それらの態様及び実施形態が例示にすぎず、本発明の範囲を限定しないことを理解するであろう。実施形態は、以下に列挙する項目のうちの任意の１つ以上に従うことができる。

【0026】

［実施形態１］シンチレータ結晶であって、ヨウ化セシウムホスト材料と、タリウムカチオンを含む第１のドーパントであって、前記第１のドーパントのモル濃度が１０％未満である、第１のドーパントと、アンチモンカチオンを含む第２のドーパントとを含み、第２のドーパントが、減少した残光を有するシンチレータをもたらす、シンチレータ結晶。

【0027】

［実施形態２］シンチレータ結晶であって、ヨウ化セシウムホスト材料と、タリウムカチオンを含む第１のドーパントであって、前記第１のドーパントのモル濃度が１０％未満である、第１のドーパントと、ＶＡ族元素を含む第２のドーパントとを含み、ＶＡ族元素が少なくとも部分的にその３＋酸化状態にあり、シンチレータ中の第２のドーパントの量は、１×１０^－７モル％～０．１モル％を含む、シンチレータ結晶。

【0028】

［実施形態３］放射線検出装置であって、筐体と、筐体内のシンチレータとを含み、シンチレータが、ヨウ化セシウムホスト材料と、タリウムカチオンを含む第１のドーパントであって、前記第１のドーパントのモル濃度が１０％未満である、第１のドーパントと、アンチモンカチオンを含む第２のドーパントとを含み、第２のドーパントが、減少した残光を有するシンチレータをもたらす、放射線検出装置。

【0029】

［実施形態４］シンチレータ結晶中のアンチモンの量が、１×１０^－７モル％～１×１０^－２モル％のアンチモンを含む、実施形態１に記載のシンチレータ結晶。

【0030】

［実施形態５］第３のドーパントを更に含み、第２のドーパントが３価アンチモンを含み、第３のドーパントが３価ビスマスを含む、実施形態２に記載のシンチレータ結晶。

【0031】

［実施形態６］第３のドーパントを更に含み、第２のドーパントが５価ビスマスを含み、第３のドーパントが５価アンチモンを含む、実施形態２に記載のシンチレータ結晶。

【0032】

［実施形態７］シンチレータ結晶が、少なくとも１×１０^－７モル％又は少なくとも３×１０^－４モル％又は少なくとも３．２×１０^－４モル％又は少なくとも４ｘ１０^－４モル％又は少なくとも６ｘ１０^－４モル％のアンチモンを含む、実施形態１、２、又は３のいずれか１つに記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【0033】

［実施形態８］シンチレータ結晶が１×１０^－３モル％未満のアンチモンを含み、シンチレータ結晶が、Ｘ線照射中に測定された光出力強度と比較して、Ｘ線照射への曝露後１００ｍｓで０．４％未満の光出力強度を有する、実施形態１、２、又は３のいずれか１つに記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【0034】

［実施形態９］シンチレータ結晶が１×１０^－３モル％未満のアンチモンを含み、シンチレータ結晶が、Ｘ線照射中に測定された光出力強度と比較して、Ｘ線照射への曝露後５００ｍｓで０．３％未満の光出力強度を有する、実施形態１、２、又は３のいずれか１つに記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【0035】

［実施形態１０］シンチレータ結晶が、結晶マトリックス内に２つ以上の酸化状態で存在することができる１×１０^－６モル％を超える共ドーパントカチオンを含む、実施形態１、２、又は３のいずれか１つに記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【0036】

［実施形態１１］シンチレータ結晶が、０．０１モル％以下、０．００３モル％以下、又は０．００２モル％以下、又は０．００１モル％以下の第２のドーパントを含む、実施形態１、２、又は３のいずれか１つに記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【0037】

［実施形態１２］放射線検出装置が、Ｘ線照射中に１時間あたり３００個を超えるバッグを検査することができる、実施形態３に記載の放射線検出装置。

【0038】

［実施形態１３］放射線検出装置が、コンピュータ断層撮影照射中に１時間あたり１０００個を超えるバッグを検査することができる、実施形態３に記載の放射線検出装置。

【0039】

［実施形態１４］残光が少なくとも２０％又は少なくとも３０％又は少なくとも４５％減少する、実施形態１又は３に記載のシンチレータ結晶又は放射線検出装置。

【実施例】

【0040】

本明細書に記載の概念は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定しない実施例に更に記載される。実施例は、異なる組成のシンチレーション結晶の性能を示している。この実施例のセクションに開示されている数値は、便宜上、複数の読み取り値から平均化されるか、概算されるか、又は四捨五入され得る。サンプルは、垂直ブリッジマン法結晶成長技術を使用して形成された。

【0041】

シンチレーション結晶サンプルＣＳ１、Ｓ１、及びＳ２は、共ドープされたサンプルの残光をＣｓＩ：Ｔｌ標準と比較するために形成された。シンチレーション結晶サンプルの組成を表１に示す。さらに、各サンプルＣＳ１、Ｓ１、及びＳ２を試験して、残光（ＡＧ）及び相対光収量を判定した。ＣＳ１、Ｓ１、及びＳ２には約０．１０モル％のＴｌが含まれていた。残光測定では、サンプルをシリコンフォトダイオードに結合し、Ｘ線（１２０ ｋｅＶ、タングステンターゲット）に露光した。フォトダイオード信号は、Ｘ線遮断後１００ｍｓ及び５００ｍｓでサンプリングされた。Ｘ線露光中の信号強度に対するこれらの信号強度の比率は、残光（ＡＧ）として定義される。シンチレーション結晶を^１３７Ｃｓに曝露し、光電子増倍管及びマルチチャネルアナライザを使用してスペクトルを取得することにより、室温（約２２℃）で相対光収量試験を実施した。シンチレーション結晶サンプルＣＳ１、Ｓ１、及びＳ２の性能試験の結果も表１にリストされている。

【0042】

【表1】

【0043】

表に示されているように、Ｓｂを共ドープしたサンプルは、全体的な光収量を維持しながら、ドープしていないサンプルと比較して残光が少なくなっている。有利には、残光の減少を示すために、上で詳細に説明したような少量の共ドーパントが必要である。シンチレーション結晶Ｓ１は、ドープされていないサンプルと比較して、１００ｍｓで少なくとも５８％、５００ｍｓで６７．５％の残光の減少を示している。シンチレーション結晶Ｓ２は、ドープされていないサンプルと比較して、１００ｍｓで少なくとも４６．７％、５００ｍｓで５０％の残光の減少を示している。シンチレーション結晶Ｓ３は、ドープされていないサンプルと比較して、１００ｍｓで少なくとも３７％、５００ｍｓで６２．５％の残光の減少を示している。シンチレーション結晶Ｓ４は、ドープされていないサンプルと比較して、１００ｍｓで少なくとも３５％、５００ｍｓで５２．５％の残光の減少を示している。シンチレーション結晶Ｓ５は、ドープされていないサンプルと比較して、１００ｍｓで少なくとも２９％、５００ｍｓで５２．５％の残光の減少を示している。

【0044】

上記の一般的な説明又は例で説明した機能の全てが必要なわけではなく、特定の機能の一部が必要でない場合があり、説明した機能に加えて１つ以上の機能を実行できることに留意されたい。さらにまた、機能が記載される順序は、必ずしも実行される順序ではない。

【0045】

明確にするために、本明細書で別々の実施形態の文脈で説明されている特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできる。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴は、別々に又は任意の副組み合わせで提供することもできる。さらに、範囲で述べられた値への言及は、その範囲内のありとあらゆる値を含む。

【0046】

利益、他の利点、及び問題に対する解決策は、特定の実施形態に関して上記で説明されている。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、及び任意の利益、利点、解決策が発生又はより顕著になる可能性のある任意の特徴は、いずれか又は全ての特許請求の重要な、必須の、又は本質的な特徴として解釈されるべきではない。

【0047】

本明細書に記載された実施形態の明細書及び図面は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図している。明細書及び例示は、本明細書に記載の構造又は方法を使用する装置及びシステムの全ての要素及び特徴の網羅的かつ包括的な説明として役立つことを意図するものではない。別個の実施形態はまた、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよく、逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴もまた、別個に又は任意の副組み合わせで提供されてもよい。さらに、範囲で述べられた値への言及は、その範囲内のありとあらゆる値を含む。本明細書を読んだだけで、他の多くの実施形態が当業者には明らかであろう。本開示の範囲から逸脱することなく、構造的置換、論理的置換、又は他の変更を行うことができるように、本開示から他の実施形態を使用して導き出すことができる。したがって、本開示は限定的ではなく例示的とみなされるべきである。

【図1】