特許 7434198 シンチレータ及び放射線検出器

(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】2024-02-09

(45)【発行日】2024-02-20

(54)【発明の名称】シンチレータ及び放射線検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20240213BHJP

   G01T 1/203 20060101ALI20240213BHJP

   C09K 11/06 20060101ALI20240213BHJP

   C09K 11/00 20060101ALI20240213BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 B

G01T1/203

G01T1/20 E

C09K11/06 601

C09K11/00 E

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021023956

(22)【出願日】2021-02-18

(65)【公開番号】P2022126093

(43)【公開日】2022-08-30

【審査請求日】2023-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】和田 淳

(72)【発明者】

【氏名】高須 勲

(72)【発明者】

【氏名】相賀 史彦

(72)【発明者】

【氏名】中山 浩平

(72)【発明者】

【氏名】野村 裕子

【審査官】植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２３２２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４２３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１２７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３７５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０１１６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／２０

Ｃ０９Ｋ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１層を備え、
前記第１層は、
発光可能な第１有機物と、
第２有機物と、
を含み、
前記第２有機物は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１層は、前記第１層に入射するベータ線に基づいて光を放出可能であり、
前記光の強度の最高値の時刻から、前記光の前記強度が前記最高値の１／２．７２になるまでの時間が１０ｎｓ以上であり、
前記第１層は、高分子の第３有機物をさらに含み、
前記第３有機物は、前記第１有機物及び前記第２有機物の周りに設けられた、シンチレータ。

【請求項2】

前記第１有機物は、熱活性遅延蛍光材料を含む、請求項１記載のシンチレータ。

【請求項3】

第１層を備え、
前記第１層は、
発光可能な第１有機物と、
第２有機物と、
を含み、
前記第２有機物は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１層は、前記第１層に入射するベータ線に基づいて光を放出可能であり、
前記光の強度の最高値の時刻から、前記光の前記強度が前記最高値の１／２．７２になるまでの時間が１０ｎｓ以上であり、
前記第１層における前記第２有機物の第２重量濃度は、前記第１層における前記第１有機物の第１重量濃度よりも高い、シンチレータ。

【請求項4】

前記第２重量濃度は、前記第１重量濃度の４倍以上である、請求項３記載のシンチレータ。

【請求項5】

前記第２有機物は、芳香族化合物を含み、
前記芳香族化合物は、前記少なくとも１つを含む、請求項１～４のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【請求項6】

第１層を備え、
前記第１層は、
発光可能な第１有機物と、
第２有機物と、
を含み、
前記第２有機物は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１層は、前記第１層に入射するベータ線に基づいて光を放出可能であり、
前記光の強度の最高値の時刻から、前記光の前記強度が前記最高値の１／２．７２になるまでの時間が１０ｎｓ以上であり、
前記第２有機物は、ビス［２－（ジフェニルホスフィノ）フェニル］エーテルオキシドを含む、シンチレータ。

【請求項7】

第１層を備え、
前記第１層は、
発光可能な第１有機物と、
第２有機物と、
を含み、
前記第２有機物は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１層は、前記第１層に入射するベータ線に基づいて光を放出可能であり、
前記光の強度の最高値の時刻から、前記光の前記強度が前記最高値の１／２．７２になるまでの時間が１０ｎｓ以上であり、
前記第２有機物は、１，３―ビス（３－（ジフェニルフォスフォリル）フェニル）ベンゼン、１０―フェニル―１０H,１０’H―スピロ[アクリジンー９，９’―アントラセン]―１０’―オン、及び、９,９’―（５－（フェニルスルフォニル）―１,３―フェニレン）ビス（９H－カルバゾール）よりなる群から選択された少なくとも１つを含む、シンチレータ。

【請求項8】

前記第１有機物は、
２，４，５，６－テトラ（９Ｈ-カルバゾール－９－イル）イソフタロニトリル）、
２，４，６－トリス（４－（９，９－ジメチルアクリダン－１０－イル）フェニル）－１，３，５－トリアジン、
１０－（４－（ビス（２，３，５－テトラメチルフェニル）ボラニル）－２，３，５－テトラメチルフェニル）－１０Ｈ-フェニキサジン、
２，４，６－トリ（９Ｈ－カルバゾル－９－イル）－３，５－ジフルオロベンゾニトリル、及び、
９－［１，４］ベンズオキサボリノ［２，３，４－ｋｌ］フェノオキサボリン－７－イル－１，３，６，８－テトラメチル－９Ｈ－カルバゾールよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～７のいずれか１つに記載の放射線検出器。

【請求項9】

前記第２有機物の吸収波長帯は、３８０ｎｍ以下である。請求項１～８のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１つに記載のシンチレータと、
前記第１層からの前記光を検出可能な光検出部と、
を備えた放射線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、シンチレータ及び放射線検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、放射線検出器にシンチレータが用いられる。シンチレータにおいて、効率の向上が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第９３２１９５７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、効率を向上可能なシンチレータ及び放射線検出器を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、シンチレータは、第１層を含む。前記第１層は、発光可能な第１有機物と、第２有機物と、を含む。前記第２有機物は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第１層は、前記第１層に入射するベータ線に基づいて光を放出可能である。前記光の強度の最高値の時刻から、前記光の前記強度が前記最高値の１／２．７２になるまでの時間が１０ｎｓ以上である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１実施形態に係るシンチレータを例示する模式的斜視図である。

【図2】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係るシンチレータの一部を例示する模式図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係るシンチレータの一部を例示する模式図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係るシンチレータの一部を例示する模式図である。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、シンチレータに関する実験結果を例示するグラフ図である。

【図6】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、シンチレータに関する実験結果を例示するグラフ図である。

【図7】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、シンチレータの特性を例示する模式図である。

【図8】図８は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式図である。

【図10】図１０は、第２実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式図である。

【図11】図１１は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。

【図12】図１２は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。

【図13】図１３は、実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。

【図14】図１４は、実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。

【図15】図１５は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。

【図16】図１６は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るシンチレータを例示する模式的斜視図である。
図２（ａ）、図２（ｂ）、図３、及び、図４は、第１実施形態に係るシンチレータの一部を例示する模式図である。
図１に示すように、実施形態に係るシンチレータ１０Ｓは、第１層１０を含む。第１層１０は、第１有機物１１及び第２有機物１２を含む。第１層１０は、第３有機物１３を含んでも良い。

【0009】

第１層１０は、第１層１０に入射する放射線（例えばベータ線）に基づいて光を放出可能である。例えば、第１有機物１１は、発光可能である。例えば、第１有機物１１に放射線が入射すると、第１有機物１１から光が放出される。１つの例において、放射線は、ベータ線である。

【0010】

図２（ａ）は、第１有機物１１の例を示している。この例では、第１有機物１１は、２，４，５，６－テトラ（９Ｈ-カルバゾール－９－イル）－５－フルオロベンゾニトリルを含む。図２（ｂ）は、第１有機物１１の別の例を示している。この例では、第１有機物１１は、２，４，５，６－テトラ（９Ｈ-カルバゾール－９－イル）イソフタロニトリルを含む。

【0011】

後述するように、第１有機物１１は、熱活性遅延蛍光材料を含んでも良い。例えば、第１有機物１１の励起三重項状態のエネルギーと、第１有機物１１の励起一重項状態のエネルギーと、の差は、５００ｍｅＶ以下である。このような第１有機物１１において、発光の寿命が長い。

【0012】

第３有機物１３は、高分子である。第３有機物１３は、第１有機物１１及び第２有機物１２の周りに設けられる。

【0013】

図４は、第３有機物１３の例を示している。第３有機物１３は、例えば、図４に例示するポリビニルトルエンなどを含んで良い。第３有機物１３は、例えば、ポリビニルトルエン、ポリビニルカルバゾール、及び、ポリメチルメタクリレートよりなる群から選択された少なくとも１つを含んで良い。第３有機物１３は、光透過性の高分子である。

【0014】

第２有機物１２は、カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）、ホスフィンオキシド（Ｐ＝Ｏ）及びスルフィニル基（Ｓ＝Ｏ）よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

【0015】

図３は、第２有機物１２の例を示している。第２有機物１２は、例えば、図３に例示するビス［２－（ジフェニルホスフィノ）フェニル］エーテルオキシドなどを含んで良い。第２有機物１２の他の例については後述する。

【0016】

図１に示すように、第１層１０は、例えば、Ｘ－Ｙ平面に沿って広がる。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に対して垂直である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直である。第１層１０の厚さｔ１は、Ｚ軸方向に沿う長さである。

【0017】

上記のような第１有機物１１、第２有機物１２及び第３有機物１３を含む第１層１０は、有機層である。このような第１層１０を含むシンチレータ１０Ｓは、有機シンチレータである。

【0018】

実施形態においては、第１層１０は、発光する第１有機物１１に加えて、第２有機物１２を含む。このような構成により、高い発光効率が得られることが分かった。以下、発明者が行った実験結果の例について説明する。

【0019】

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、シンチレータに関する実験結果を例示するグラフ図である。
図５（ａ）は、第１試料ＳＰ１に対応する。図５（ｂ）は、第２試料ＳＰ２に対応する。第１試料ＳＰ１おいて、第１層１０は、第１有機物１１、第２有機物１２及び第３有機物１３を含む。この例では、第１有機物１１は、２，４，５，６－テトラ（９Ｈ-カルバゾール－９－イル）－５－フルオロベンゾニトリルである。第２有機物１２は、ビス［２－（ジフェニルホスフィノ）フェニル］エーテルオキシドである。第３有機物１３は、ポリビニルトルエンである。第１試料ＳＰ１において、第１層１０における第１有機物１１の濃度は、６ｗｔ％である。第１層１０における第２有機物１２の濃度は、４７ｗｔ％である。

【0020】

第２試料ＳＰ２おいて、第１層１０は、第１有機物１１及び第３有機物１３を含む。第２有機物１２を含まないことを除いて、第２試料ＳＰ２における他の条件は、第１試料ＳＰ１における条件と同じである。

【0021】

例えば、原料となる有機物と、溶剤と、を含む溶液を基板に塗布し、溶剤を除去することで、第１試料ＳＰ１及び第２試料ＳＰ２が得られる。第１試料ＳＰ１及び第２試料ＳＰ２において、第１層１０の厚さｔ１（図１参照）は、５０ｎｍである。これらの試料の光学特性が評価される。光学特性は、発光スペクトル及び吸収スペクトルである。図５（ａ）及び図５（ｂ）の横軸は、波長λである。縦軸は、相対的な強度Ｉｎｔである。

【0022】

図５（ｂ）に示すように、第２試料ＳＰ２において、第１層１０は、吸収強度Ａｓ１（吸収率）及び発光強度Ｅｓ１を有する。吸収強度Ａｓ１は、約５００ｎｍ以下で高くなる。発光強度Ｅｓ１は、約５０５ｎｍの波長λにおいてピークとなる。波長λが４５０ｎｍ～５００ｎｍの範囲で、吸収スペクトルは、発光スペクトルと重なる。このため、第１層１０において、第１有機物１１から放出された光が、第１層１０内で吸収され消失する。第２試料ＳＰ２において、発光が再吸収される割合は、０．３４である。第２試料ＳＰ２において、発光効率は、約５６％である。

【0023】

図５（ａ）に示すように、第１試料ＳＰ１においても、第１層１０は、吸収強度Ａｓ１（吸収率）及び発光強度Ｅｓ１を有する。吸収強度Ａｓ１は、約５００ｎｍ以下で高くなる。一方、発光強度Ｅｓ１は、約５１８ｎｍの波長λにおいてピークとなる。このように、第１試料ＳＰ１においては、発光のピークの波長λが、第２試料ＳＰ２に比べて長くなる。その結果、第１試料ＳＰ１においては、吸収スペクトルが発光スペクトルと重なる領域が、第２試料ＳＰ２に比べて小さくなる。このため、第１層１０において、第１有機物１１から放出された光が、第１層１０内で吸収されることが抑制される。第１試料ＳＰ１において、発光が再吸収される割合は、０．２３である。第１試料ＳＰ１において、発光効率は、約７３％である。

【0024】

このように、第１層１０が第２有機物１２を含むことで、発光スペクトルのピークが長波長化する。これにより、高い発光効率が得られる。実施形態によれば、効率を向上可能なシンチレータが提供できる。

【0025】

第２有機物１２は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。このような構成により、高い分極が得られる。これにより、励起状態が安定化すると考えられる。これにより、発光のピーク波長を長くできると考えられる。

【0026】

実施形態において、第２有機物１２の吸収波長帯は、例えば、３８０ｎｍ以下である。これにより、第１有機物１１から放出された光が第２有機物１２で吸収されることが抑制される。第２有機物１２において、３９０ｎｍの波長における吸収率は０．０１％以下である。

【0027】

実施形態において、第２有機物１２における三重項準位は、高い。これにより、第１有機物１１から放出された光が第２有機物１２で吸収されることが抑制される。三重項準位は、例えば、２．９ｅＶ以上である。第２有機物１２における三重項準位は、第１有機物１１または第３有機物１３における三重項準位よりも高い。

【0028】

実施形態において、例えば、第２有機物１２の分子量は、第３有機物１３の分子量よりも小さい。第２有機物１２の分子量は、例えば、１００以上１，０００以下である。第３有機物１３の分子量は、例えば、５，０００以上１００，０００以下である。第３有機物１３は、例えば、樹脂マトリクスとして機能する。例えば、樹脂マトリクスが、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含む場合、樹脂マトリクスが放射線により劣化し易くなる。

【0029】

実施形態において、第３有機物１３は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基を実質的に含まないことが好ましい。これにより、第１層１０において、安定した特性が得られる。実施形態においては、樹脂マトリクスとは別に、大きな分極を誘起する構造を含む第２有機物１２を設けることで、放射線による劣化を抑制しつつ、発光のピーク波長を長くできる。

【0030】

以下、第１層１０が第１～第３有機物１１～１３を含む場合における、第２有機物１２の濃度が変更された実験の結果の例について説明する。この実験において、第１～第３有機物１１～１３の材料は、上記の第１試料ＳＰ１の材料と同じである。

【0031】

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、シンチレータに関する実験結果を例示するグラフ図である。
図６（ａ）の横軸は、第１層１０における第２有機物１２の重量濃度（第２重量濃度Ｃ２）である。図６（ｂ）の横軸は、濃度比Ｒ１である。濃度比Ｒ１は、第１層１０における第２有機物１２の重量濃度（第２重量濃度Ｃ２）の、第１層１０における第１有機物１１の重量濃度（第１重量濃度Ｃ１）に対する比（Ｃ２／Ｃ１）である。これらの図の縦軸は、発光効率Ｅ１である。

【0032】

図６（ａ）に示すように、第２重量濃度Ｃ２が上昇すると、発光効率Ｅ１が上昇する。実施形態において、第１層１０における第２有機物１２の濃度（第２重量濃度Ｃ２）は、例えば、１０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることが好ましい。これにより、高い発光効率Ｅ１が得易くなる。第２重量濃度Ｃ２は、２０％以上でも良い。

【0033】

図６（ｂ）に示すように、比（Ｃ２／Ｃ１）が上昇すると、発光効率Ｅ１が上昇する。実施形態において、第１層１０における第２有機物１２の第２重量濃度Ｃ２は、第１層１０における第１有機物１１の第１重量濃度Ｃ１よりも高いことが好ましい。これにより、高い発光効率Ｅ１が得易くなる。

【0034】

図６（ｂ）に示すように、比（Ｃ２／Ｃ１）が４以上において、高い発光効率Ｅ１が得易い。実施形態において、第２重量濃度Ｃ２は、第１重量濃度Ｃ１の４倍以上であることが好ましい。これにより、高い発光効率Ｅ１が得易くなる。

【0035】

実施形態において、第２重量濃度Ｃ２は、第１重量濃度Ｃ１の１０倍以下であることが好ましい。これにより、凝集などに起因する発光効率の低下を抑制できる。

【0036】

実施形態において、第１層１０の厚さｔ１は、例えば、２００μｍ以上１５００μｍ以下であることが好ましい。第１層１０の厚さｔ１が２００μｍ以上であることで、高い強度の発光が得られる。厚さｔ１が１５００μｍ以下であることで、均一な第１層１０が、安定して得易い。

【0037】

実施形態において、第２有機物１２は、１，３―ビス（３－（ジフェニルフォスフォリル）フェニル）ベンゼン（1,3-Bis(3-(diphenylphosphoryl)phenyl)benzene）、１０―フェニル―１０H,１０’H―スピロ[アクリジンー９，９’―アントラセン]―１０’―オン(10-Phenyl-10H, 10’H-spiro[acridine-9,9’-anthracen]-10’-one)、及び、９,９’―（５－（フェニルスルフォニル）―１,３―フェニレン）ビス（９H－カルバゾール）(9,9’-(5-(phenylsulfonyl)-1,3-phenylene)bis(9H-carbazole))よりなる群から選択された少なくとも１つを含んで良い。

【0038】

実施形態において、第２有機物１２は、芳香族化合物を含むことが好ましい。芳香族化合物は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２有機物１２が芳香族化合物を含むことで、例えば、立体障害が生じ易い。立体障害により、第２有機物１２と第１有機物１１との間における相互作用が抑制され易くなる。これにより、第２有機物１２が第１有機物１１に与える悪影響が抑制される。他特性への悪影響を抑制しつつ、発光のピーク波長を長くすることができる。

【0039】

実施形態に係るシンチレータ１０Ｓにおいて、発光の寿命が長いことが好ましい。これにより、シンチレータ１０Ｓを光検出部と組み合わせたときに高い検出精度が得易くなる。

【0040】

以下、シンチレータ１０Ｓの発光特性の例について説明する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、シンチレータの特性を例示する模式図である。
これらの図の横軸は、時間ｔｍである。図７（ａ）の軸は、ベータ線の強度ＩＢである。図７（ｂ）の縦軸は、ベータ線が有機材料に入射したときに有機材料で生じる光の強度ＩＬである。

【0041】

図７（ｂ）に示すように、ベータ線に基づいて光が生じる。光の強度ＩＬは、最高値ｐｋを有する。光の強度ＩＬは、最高値ｐｋが生じた後に減衰し、最高値ｐｋの１／２．７２の値になる時刻が存在する。ベータ線の照射後に、光の強度ＩＬの最高値ｐｋとなる時刻から、光の強度ＩＬが、光の強度ＩＬの最高値ｐｋの１／２．７２になるまでの時間を発光寿命ｔｄとする。「最高値ｐｋの１／２．７２」は、例えば、「最高値ｐｋの１／ｅ」（ｅは、ネイピア数）に対応する。ネイピア数ｅは、自然対数の底であり、約２．７１８２８である。

【0042】

第１有機物１１においては、発光寿命ｔｄが長い。例えば、第１有機物１１における発光寿命ｔｄは、例えば、１０ｎｓ以上である。後述するように、第１有機物１１の発光寿命ｔｄが長いことが、ベータ線についての高い検出効率及び高い検出選択性が得られる。

【0043】

このように、実施形態に係るシンチレータ１０Ｓにおいて、第１層１０は、第１層１０に入射するベータ線に基づいて光を放出する。この光の強度の最高値の時刻から、光の強度が最高値の１／２．７２になるまでの時間（発光寿命ｔｄ）は、例えば、１０ｎｓ以上である。発光寿命ｔｄは、１００ｎｓ以上でも良い。発光寿命ｔｄは、３００ｎｓ以上でも良い。

【0044】

実施形態において、第１有機物１１は、例えば、カルバゾール及びシアノ基を含むベンゼン誘導体を含む。これにより、例えば、有機溶媒への溶解が容易になる。例えば、高い発光効率が得やすくなる。

【0045】

実施形態において、例えば、第１有機物１１は、例えば、２，４，５，６－テトラ（９Ｈ-カルバゾール－９－イル）イソフタロニトリル、２，４，６－トリス（４－（９，９－ジメチルアクリダン－１０－イル）フェニル）－１，３，５－トリアジン、１０－（４－（ビス（２，３，５－テトラメチルフェニル）ボラニル）－２，３，５－テトラメチルフェニル）－１０Ｈ-フェニキサジン、２，４，６－トリ（９Ｈ－カルバゾル－９－イル）－３，５－ジフルオロベンゾニトリル、及び、９－［１，４］ベンズオキサボリノ［２，３，４－ｋｌ］フェノオキサボリン－７－イル－１，３，６，８－テトラメチル－９Ｈ－カルバゾール、よりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。

【0046】

（第２実施形態）
第２実施形態は、放射線検出器に係る。
図８は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図８に示すように、実施形態に係る放射線検出器１１０は、第１実施形態に係るシンチレータ１０Ｓ（その変形を含む）と、光検出部３０Ｄと、を含む。光検出部３０Ｄは、第１層１０からの光を検出可能である。

【0047】

この例では、光検出部３０Ｄは、第１導電層５１、第２導電層５２及び有機半導体層３０を含む。第２導電層５２は、第１層１０と第１導電層５１との間に設けられる。有機半導体層３０は、第１導電層５１と第２導電層５２との間に設けられる。

【0048】

有機半導体層３０は、例えば、ｐ形領域３２ｐ及びｎ形領域３２ｎを含む。ｐ形領域３２ｐ及びｎ形領域３２ｎは、有機半導体３２に含まれる。

【0049】

この例では、検出回路７０が設けられる。検出回路７０は、第１導電層５１及び第２導電層５２と電気的に接続される。例えば、第１配線７１により、検出回路７０が第１導電層５１と電気的に接続される。例えば、第２配線７２により、検出回路７０が第２導電層５２と電気的に接続される。検出回路７０は、第１層１０に入射する放射線８１の強度に応じた信号ＯＳを出力する。

【0050】

放射線８１は、例えば、ベータ線を含む。放射線８１は、例えば、ガンマ線を含んでも良い。放射線８１は、例えば、第１層１０の側から入射する。

【0051】

放射線８１が第１層１０に入射すると、第１層１０において、光が生じる。生じた光は、第２導電層５２を通過して、有機半導体層３０に入射する。入射した光に基づいて、有機半導体層３０において、移動可能な電荷が生じる。検出回路７０により、第１導電層５１と第２導電層５２との間に電圧が印加される。これにより、生じた電荷が第１導電層５１または第２導電層５２に向けて移動する。移動した電荷が検出回路７０により検出される。これにより、検出対象の放射線８１が検出できる。有機半導体層３０は、例えば、光電変換層として機能する。

【0052】

図８に示すように、有機半導体層３０は、Ｚ軸方向に沿う厚さ（第２厚さｔ２）を有する。第２厚さｔ２は、例えば、５００ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。例えば、高い検出精度が得られる。

【0053】

第１層１０は、例えば、有機シンチレータの少なくとも一部として機能する。第１層１０は、例えば、無機シンチレータではない。

【0054】

第１層１０に入射するガンマ線は、第１層１０を実質的に通過する。第１層１０に入射するベータ線に基づいて第１層１０から効率的に光が生じる。光は、例えば、蛍光である。この光の強度は高い。高い強度の光が、第２導電層５２を通過して有機半導体層３０に入射する。有機半導体層３０において、高い強度の光が電荷に変換され、高い強度の信号ＯＳが得られる。

【0055】

実施形態によれば、例えば、ガンマ線の影響を抑制して、ベータ線を高い感度で検出できる。実施形態において、ガンマ線の影響を抑制して、ベータ線を高い感度で検出できる。

【0056】

実施形態においては、光電変換層として有機半導体層３０が用いられる。これにより、ガンマ線が光電変換特性に与える影響が抑制できる。一般に、有機半導体層３０における電荷の移動の速度（移動度）は、無機半導体層における電荷の移動の速度（移動度）よりも遅い。このため、第１層１０が、有機半導体層３０中の電荷の移動に要する時間に適合するような発光寿命ｔｄを有するときに、ベータ線についての高い検出効率及び高い検出選択性が得られる。

【0057】

発光寿命ｔｄは、１０ｎｓ以上であることが好ましい。発光寿命ｔｄは、１００ｎｓ以上でも良い。発光寿命ｔｄは、３００ｎｓ以上でも良い。発光寿命ｔｄが過度に長いと、例えば、ベータ線の別の入射に基づく信号との分離が困難になり易くなる。発光寿命ｔｄは、例えば、１００μｓ以下でも良い。分離が容易になる。

【0058】

実施形態において、ベータ線が第１層１０に入射したときに得られる信号ＯＳ（図１参照）の強度は、他の放射線（ガンマ線、中性子線またはＸ線など）が第１層１０に入射したときに得られる信号ＯＳの強度よりも高い。例えば、ベータ線が第１層１０に入射したときに第１導電層５１と第２導電層５２との間に生じる第１信号の感度（強度）は、ガンマ線、中性子線及びＸ線の少なくともいずれかが第１層１０に入射したときに第１導電層５１と第２導電層５２との間に生じる第２信号の感度（強度）よりも高い。

【0059】

図９及び図１０は、第２実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式図である。 図９は、ｐ形領域３２ｐを例示している。この例では、ｐ形領域３２ｐは、Ｐ３ＨＴ（Poly（3-hexylthiophene））を含む。

【0060】

図１０は、ｎ形領域３２ｎを例示している。例えば、ｎ形領域３２ｎは、フラーレン誘導体を含む。この例では、ｎ形領域３２ｎは、ＰＣ_６１ＢＭ（[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester）を含む。このように、例えば、有機半導体層３０は、ポリチオフェンと、フラーレン誘導体と、を含む。

【0061】

図１１は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図１１に示すように、実施形態に係る放射線検出器１２１は、第１層１０、第１導電層５１、第２導電層５２及び有機半導体層３０に加えて、第２層２０をさらに含む。実施形態における、第１層１０、第１導電層５１、第２導電層５２及び有機半導体層３０は、上記と同様でも良い。以下、第２層２０の例について説明する。

【0062】

第２層２０は、第１層１０と第２導電層５２との間に設けられる。第２層２０は、有機層２５を含む。有機層２５は、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、透明ポリイミド、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、及びポリカーボネートよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。有機層２５は、例えば、有機フィルムである。

【0063】

第２層２０の厚さｔ２０は、例えば、１０μｍ以上３００μｍ以下である。有機層２５の厚さｔ２５は、例えば、１０μｍ以上３００μｍ以下である。この例では、厚さｔ２０は、厚さｔ２５に対応する。

【0064】

第２層２０は、光透過性である。第１層１０で生じた光は、第２層２０及び第２導電層５２を通過して、有機半導体層３０に入射可能である。

【0065】

第２層２０を設けることで、第１層１０に含まれる物質が第２導電層５２及び有機半導体層３０に向けて移動することが抑制できる。高い信頼性が得易くなる。

【0066】

第２層２０が有機層２５を含むことで、ガンマ線が入射した場合にも、ガンマ線が第２層２０で光に変換されることが抑制できる。ガンマ線の影響を抑制しつつベータ線を高い精度で検出できる。第２層２０は、例えば、基体として機能する。第２層２０により、放射線検出器１２１の機械的な強度が向上する。

【0067】

図１２は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図１２に示すように、実施形態に係る放射線検出器１２２においても、第１層１０、第１導電層５１、第２導電層５２、有機半導体層３０及び第２層２０が設けられる。放射線検出器１２２においては、第２層２０は、第１中間層２１を含む。第１中間層２１は、例えば、酸窒化シリコンを含む。第１中間層２１は、酸化シリコン、窒化シリコン、または、酸化アルミニウムなどを含んでも良い。第１中間層２１により、例えば、高いバリア性が得られる。例えば、第１層１０に含まれる物質が第２導電層５２及び有機半導体層３０に向けて移動することが抑制できる。高い信頼性が得易くなる。

【0068】

第１中間層２１の厚さｔ２１が薄いことが好ましい。厚さｔ２１が過度に厚いと、ガンマ線が入射したときに、第１中間層２１で光に変換される場合がある。厚さｔ２１が薄いことで、ガンマ線の影響を抑制できる。厚さｔ２１は、例えば、２μｍ以下である。

【0069】

図１３及び図１４は、実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図１３に示すように、実施形態に係る放射線検出器１２３においては、第２層２０は、有機層２５及び第１中間層２１を含む。図１４に示すように、実施形態に係る放射線検出器１２４においては、第２層２０は、有機層２５、第１中間層２１及び第２中間層２２を含む。第２層２０は、第１中間層２１及び第２中間層２２の少なくともいずれかを含んでも良い。

【0070】

第１中間層２１は、有機層２５と第２導電層５２との間に設けられる。第１中間層２１は、シリコン及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む第１元素を含む。第２中間層２２は、第１層１０と有機層２５との間に設けられる。第２中間層２２は、シリコン及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む第２元素を含む。第１中間層２１は、例えば、酸素及び窒素の少なくともいずれかと、上記の第１元素と、を含む。第１中間層２１は、例えば、酸窒化シリコンを含む。第２中間層２２は、酸素及び窒素の少なくともいずれかと、上記の第２元素と、を含む。第２中間層２２は、例えば、酸窒化シリコンを含む。

【0071】

第１中間層２１の厚さｔ２１（図１３参照）は、有機層２５の厚さｔ２５（図１１参照）の１／６００倍以上１／５倍以下である。第２中間層２２の厚さｔ２２は、有機層２５の厚さｔ２５の１／６００倍以上１／５倍以下である。これらの中間層の厚さが薄いことで、ガンマ線の影響を抑制しつつ、ベータ線を高精度で検出できる。

【0072】

第１中間層２１及び第２中間層２２の少なくともいずれかにより、例えば、高いバリア性が得られる。例えば、第１層１０に含まれる物質が第２導電層５２及び有機半導体層３０に向けて移動することが抑制できる。高い信頼性が得易くなる。

【0073】

図１５は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図１５に示すように、実施形態に係る放射線検出器１３０は、第１層１０、第１導電層５１、第２導電層５２、有機半導体層３０及び第２層２０に加えて、構造体４０を含む。放射線検出器１３０における、第１層１０、第１導電層５１、第２導電層５２、有機半導体層３０及び第２層２０には、上記の構成が適用できる。この例では、第２層２０は、有機層２５、第１中間層２１及び第２中間層２２を含む。放射線検出器１３０において、第２層２０は、第１中間層２１及び第２中間層２２の少なくともいずれかを含んでも良い。以下、構造体４０の例について説明する。

【0074】

構造体４０は、第１部分領域４１、第２部分領域４２及び第３部分領域４３を含む。第１方向（例えば、Ｚ軸方向）において、第１層１０と第１部分領域４１との間に第２層２０がある。第１方向において、第２層２０と第１部分領域４１との間に、第１導電層５１、第２導電層５２及び有機半導体層３０がある。このように、第１導電層５１、第２導電層５２及び有機半導体層３０を含む積層体ＳＢが、第２層２０と第１部分領域４１との間に設けられる。

【0075】

第１方向と交差する第２方向において、第２部分領域４２と第３部分領域４３との間に、積層体ＳＢ（第１導電層５１、第２導電層５２及び有機半導体層３０）がある。第２方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する任意の方向である。この例では、第２方向は、Ｘ軸方向である。例えば、第２部分領域４２と第３部分領域４３は、Ｘ－Ｙ平面内（第１方向と交差する平面内）で、積層体ＳＢの周りに設けられる。例えば、第２部分領域４２と第３部分領域４３は、Ｘ－Ｙ平面内で、積層体ＳＢを囲む。第２部分領域４２及び第３部分領域４３は、第２層２０と接合される。例えば、第２部分領域４２及び第３部分領域４３は、第２層２０と直接的に接合されても良い。例えば、第２部分領域４２及び第３部分領域４３は、第２層２０と、接着層などを介して接合されても良い。

【0076】

例えば、有機半導体層３０は、第２層２０及び構造体４０により封止される。例えば、第２層２０及び構造体４０は、封止部として機能する。第２層２０及び構造体４０により、高い信頼性が得られる。

【0077】

図１６は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的斜視図である。
図１６に示すように、実施形態に係る放射線検出器１４０は、第１層１０、第１導電層５１、第２導電層５２、有機半導体層３０及び第２層２０を含む。放射線検出器１４０において、構造体４０が設けられても良い。図１６においては、図の見やすさのために、放射線検出器１４０に含まれる要素の一部が互いに離されて描かれている。

【0078】

放射線検出器１４０においては、複数の第２導電層５２が設けられる。複数の第２導電層５２は、Ｚ軸方向と交差する面（例えばＸ－Ｙ平面）に沿って並ぶ。複数の第２導電層５２は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って、マトリクス状に並ぶ。この例では、第１導電層５１及び有機半導体層３０は、連続的に設けられる。

【0079】

実施形態において、第２導電層５２は、例えば、金属酸化物膜を含む。金属酸化物膜、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及び、ＩＴＯよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

【0080】

第１導電層５１は、例えば、金属薄膜を含む。第１導電層５１は、例えば、合金を含む膜を含む。第１導電層５１は、例えば、導電性の金属酸化物を含んでも良い。第１導電層５１は、例えば、光反射性を有しても良い。有機半導体層３０における光電変換の効率が向上できる。

【0081】

有機半導体層３０と第１導電層５１との間、及び、有機半導体層３０と第２導電層５２との間の少なくともにいずれかに中間層が設けられても良い。中間層は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含む。中間層は、ポリチオフェン系ポリマーを含む。

【0082】

実施形態において、放射線検出器は、第１導電層５１及び第２導電層５２と電気的に接続された検出回路７０（図８などを参照）を含んでも良い。検出回路７０は、第１層１０に入射する放射線８１の強度に応じた信号ＯＳを出力する。ベータ線に対する信号ＯＳの感度は、ガンマ線に対する信号ＯＳの感度よりも高い。ベータ線の強度の変化に対する信号ＯＳの変化の比は、ガンマ線の強度の変化に対する信号ＯＳの変化の比よりも高い。実施形態において、ガンマ線の影響を抑制しつつ、ベータ線を高い精度で検出できる。高い効率で放射線８１を検出できる。

【0083】

実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
第１層を備え、
前記第１層は、
発光可能な第１有機物と、
第２有機物と、
を含み、
前記第２有機物は、カルボニル基、ホスフィンオキシド及びスルフィニル基よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１層は、前記第１層に入射するベータ線に基づいて光を放出し、
前記光の強度の最高値の時刻から、前記光の前記強度が前記最高値の１／２．７２になるまでの時間が１０ｎｓ以上である、シンチレータ。

【0084】

（構成２）
前記第１有機物は、熱活性遅延蛍光材料を含む、構成１記載のシンチレータ。

【0085】

（構成３）
前記第１層は、高分子の第３有機物をさらに含み、
前記第３有機物は、前記第１有機物及び前記第２有機物の周りに設けられた、構成１または２に記載のシンチレータ。

【0086】

（構成４）
前記第２有機物の分子量は、前記第３有機物の分子量よりも小さい、構成３記載のシンチレータ。

【0087】

（構成５）
前記第２有機物の分子量は、１００以上１，０００以下である、構成３記載のシンチレータ。

【0088】

（構成６）
前記第１層における前記第２有機物の濃度は、１０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である、構成１～５のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0089】

（構成７）
前記第１層における前記第２有機物の第２重量濃度は、前記第１層における前記第１有機物の第１重量濃度よりも高い、構成１～６のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0090】

（構成８）
前記第２重量濃度は、前記第１重量濃度の４倍以上である、構成７記載のシンチレータ。

【0091】

（構成９）
前記第２重量濃度は、前記第１重量濃度の１０倍以下である、構成７または８に記載のシンチレータ。

【0092】

（構成１０）
前記第１層の厚さは、２００μｍ以上１５００μｍ以下である、構成１～９のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0093】

（構成１１）
前記第２有機物は、芳香族化合物を含み、
前記芳香族化合物は、前記少なくとも１つを含む、構成１～１０のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0094】

（構成１２）
前記第２有機物は、ビス［２－（ジフェニルホスフィノ）フェニル］エーテルオキシドを含む、構成１～１１のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0095】

（構成１３）
前記第２有機物は、１，３―ビス（３－（ジフェニルフォスフォリル）フェニル）ベンゼン、１０―フェニル―１０H,１０’H―スピロ[アクリジンー９，９’―アントラセン]―１０’―オン、及び、９,９’―（５－（フェニルスルフォニル）―１,３―フェニレン）ビス（９H－カルバゾール）よりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１１のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0096】

（構成１４）
前記第１有機物は、カルバゾール及びシアノ基を含むベンゼン誘導体を含む、構成１～１３のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0097】

（構成１５）
前記第１有機物は、
２，４，５，６－テトラ（９Ｈ-カルバゾール－９－イル）イソフタロニトリル、
２，４，６－トリス（４－（９，９－ジメチルアクリダン－１０－イル）フェニル）－１，３，５－トリアジン、
１０－（４－（ビス（２，３，５－テトラメチルフェニル）ボラニル）－２，３，５－テトラメチルフェニル）－１０Ｈ-フェニキサジン、
２，４，６－トリ（９Ｈ－カルバゾル－９－イル）－３，５－ジフルオロベンゾニトリル、及び、
９－［１，４］ベンズオキサボリノ［２，３，４－ｋｌ］フェノオキサボリン－７－イル－１，３，６，８－テトラメチル－９Ｈ－カルバゾールよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１４のいずれか１つに記載の放射線検出器。

【0098】

（構成１６）
前記第２有機物の吸収波長帯は、３８０ｎｍ以下である、構成１～１５のいずれか１つに記載のシンチレータ。

【0099】

（構成１７）
構成１～１６のいずれか１つに記載のシンチレータと、
前記第１層からの前記光を検出可能な光検出部と、
を備えた放射線検出器。

【0100】

（構成１８）
前記光検出部は、
第１導電層と、
前記第１層と前記第１導電層との間に設けられた第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた有機半導体層と、
を含む、構成１７記載の放射線検出器。

【0101】

（構成１９）
前記ベータ線が前記第１層に入射したときに前記第１導電層と前記第２導電層との間に生じる第１信号の感度は、ガンマ線、中性子線及びＸ線の少なくともいずれかが前記第１層に入射したときに前記第１導電層と前記第２導電層との間に生じる第２信号の感度よりも高い、構成１７または１８に記載の放射線検出器。

【0102】

（構成２０）
前記有機半導体層は、ポリチオフェンと、フラーレン誘導体と、を含む、構成１７～１９のいずれか１つに記載の放射線検出器。

【0103】

実施形態によれば、効率を向上可能なシンチレータ及び放射線検出器が提供できる。

【0104】

本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。

【0105】

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

【0106】

以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、シンチレータに含まれる、第１層及び有機物などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0107】

各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0108】

本発明の実施の形態として上述したシンチレータ及び放射線検出器を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのシンチレータ及び放射線検出器も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0109】

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

【0110】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0111】

１０…第１層、 １０Ｓ…シンチレータ、 １１～１３…第１～第３有機物、 ２０…第２層、 ２１、２２…第１、第２中間層、 ２５…有機層、 ３０…有機半導体層、 ３０Ｄ…光検出部、 ３２…有機半導体、 ３２ｎ…ｎ形領域、 ３２ｐ…ｐ形領域、 ４０…構造体、 ４１～４３…第１～第３部分領域、 ５１、５２…第１、第２導電層、 ７０…検出回路、 ７１、７２…第１、第２配線、 ８１…放射線、 １１０、１２１～１２４、１３０、１４０…放射線検出器、 Ａｓ１…吸収強度、 Ｃ１、Ｃ２…第１、第２重量濃度、 Ｅ１…発光効率、 Ｅｓ１…発光強度、 ＩＢ…強度、 ＩＬ…強度、 Ｉｎｔ…強度、 ＯＳ…信号、 ＳＢ…積層体、 ＳＰ１、ＳＰ２…第１、第２試料、 ｐｋ…最高値、 ｔ１、ｔ２、ｔ２０、ｔ２１、ｔ２２、ｔ２５…厚さ、 ｔｄ…発光寿命、 ｔｍ…時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】