專利名稱：放射線檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放射線、特別是伽馬射線的檢測裝置。更詳細地，本發(fā)明涉及一種時間分辨(timing resolution)能力非?？焖俚馁ゑR射線檢測裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的伽馬射線檢測器、特別是正電子湮滅伽馬射線(0.511MeV)的壽命測量(Positron Annihilation Lifetime；PAL)中，到目前為止還不能說一定能夠獲得足夠的時間分辨能力。在實際應(yīng)用中，時間分辨能力非常重要。例如，通過提高醫(yī)療中的PET(Positron EmissionTomography正電子斷層攝像)的時間分辨能力，基于時間信息提高正電子的位置檢測精度，其結(jié)果，就能夠縮短測量時間并降低放射線源強度等，并能夠降低被測試人的負(fù)擔(dān)。還有，在材料科學(xué)中，由于正電子的壽命測量被利用在晶格缺陷的檢測中，所以時間分辨能力的提高就關(guān)系到檢測靈敏度的提高。
為了提高這種伽馬射線檢測器的時間分辨能力，與現(xiàn)有伽馬射線檢測器相比具有衰減時間短的熒光成分的閃爍晶體(scintillationcrystal)是不可欠缺的，以前實用化的大部分閃爍晶體為，發(fā)光量子產(chǎn)率大、但熒光的衰減時間常數(shù)為幾百納秒這樣慢的物質(zhì)(NaI(Tl)、CsI(Tl)、ScI(Tl)、CsI(Na)、BGO、CdWO4等)；或者衰減時間常數(shù)比較快為大約幾納秒至30納秒左右、但是發(fā)光量子產(chǎn)率小的物質(zhì)(CsF、CeF3、CsI、有機閃爍物等)。
在實用的閃爍物中，僅氟化鋇(BaF2)具有唯一的亞納秒的衰減時間常數(shù)(600微微秒)(非專利文獻1)，但其快速熒光成分的波長為225nm，非常短，必須使用高價的紫外線用檢測器等，而且，其操作非常困難。
另一方面，就BaCl2而言，測量X射線照射后的熒光壽命(非專利文獻2)，但由于在放射線測量領(lǐng)域要求高速且發(fā)光量大的材料，并且此材料中存在潮解性而使用困難，所以基本上不作為閃爍物進行研究。
此外，本申請的發(fā)明者們?yōu)榱税l(fā)現(xiàn)理想的閃爍物，對同時具有高發(fā)光強度和短衰減時間常數(shù)、且可用于廉價的檢測器的在可見光區(qū)域下發(fā)光的材料進行了研究(非專利文獻3、專利文獻1、日本專利特愿2003-106277)。
專利文獻1日本專利特開2003-215251；非專利文獻1M.Laval等人，Nucl.Instm.Meth.，206(1983)169；非專利文獻2S.E.Derenzo等人，IEEE Nuclear ScienceSymposium Conference Record 91CH3100-5，vol.1，pp.143-147，1991；非專利文獻3H.Saito等人，Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research A487(2002)612-617。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有發(fā)光效率高衰減時間短的熒光成分、且其發(fā)光波長位于可見光區(qū)域或位于可見光區(qū)附近的閃爍晶體，以及一種使用該閃爍晶體的具有高時間分辨能力的放射線檢測裝置。
作為閃爍晶體，可使用氯化鋇(BaCl2)。
即，本發(fā)明提供一種放射線檢測裝置，其特征在于，作為閃爍物使用氯化鋇(BaCl2)晶體，使用光電倍增管，接收來自于閃爍物的光；作為來自該閃爍物發(fā)射的光，使用波長250～350nm的光，將該閃爍物放置在低濕度氣氛中。優(yōu)選冷卻此閃爍晶體。


圖1是表示實施例中使用的測量裝置的配置的圖。
圖2是表示實施例1的測量結(jié)果的圖，橫軸表示通道數(shù)(時間)，縱軸表示計數(shù)數(shù)。
圖3是表示比較BaCl2閃爍物和BaF2閃爍物的測量波形的上升時間的圖。
圖4是表示BaCl2閃爍物的冷卻測量的情況的圖。使用液氮冷卻銅塊，通過安裝在晶體附近的溫度傳感器控制加熱器，保持在規(guī)定溫度。
圖5是表示實施例3的測量結(jié)果的圖。
圖6是表示比較例1的測量結(jié)果的圖。
具體實施例方式
作為制造本發(fā)明的閃爍晶體的方法，可以制作大型單晶的垂直布里奇曼法(Bridgeman method)是適合的。該方法使加入了晶體原料的縱長坩堝，在具有規(guī)定的溫度梯度的縱型爐(晶體生長爐)中慢慢下降，從坩堝內(nèi)的熔液的下端開始固化，就能夠獲得晶體。
氯化鋇(BaCl2)容易溶于水中(在20℃下、36g/100g H2O)，熔點962℃、為單斜晶系，在923℃下相變?yōu)榱⒎骄w。通常公知為二水合物，在121℃下變成無水物。因此，優(yōu)選盡可能含水少的物質(zhì)。
由于氯化鋇(BaCl2)晶體具有潮解性，就必須將此閃爍物放置在低濕度氣氛中。為了形成低濕度氣氛，例如，將此晶體放置在密閉環(huán)境中保持真空，或在其中充滿氮氣和稀有氣體等惰性氣體，或者還可以使惰性氣體流動。此外，在短時間測量的情況下，還可以簡單地僅在其附近放置吸濕劑。
由于氯化鋇(BaCl2)晶體在照射放射線、特別是照射伽馬射線時，發(fā)射波長300nm附近即250～350nm的光，所以為了接收此放射光而使用光電倍增管。
光電倍增管由用于將光轉(zhuǎn)換為電子的光電面、和放大此電子的放大部構(gòu)成。也可以使用MCP內(nèi)置光電倍增管。MCP(microchannelplate微通道板)是在玻璃上空出有微細孔(通道)的元件，在其兩面施加電壓(幾kV)時，從負(fù)電位側(cè)入射的電子在撞擊通道壁的同時產(chǎn)生2次電子而進行放大。MCP內(nèi)置光電倍增管通過內(nèi)置這種元件，就能夠進行單個光子的檢測，是一種高速響應(yīng)時間的光電倍增管。這種MCP內(nèi)置光電倍增管在市場上有銷售，例如，可以從浜松ホトニクス株式會社訂購R3809U系列和R5916U系列。
此外，通過進行冷卻來增加來自BaCl2的發(fā)光量。因此，通過冷卻晶體，就能夠期待進一步提高時間分辨能力。
BaCl2的高速發(fā)光成分，在波長300nm附近出現(xiàn)。BaF2閃爍物中，此快速發(fā)光成分為225nm，非常短，使用的光電倍增管必須是窗口材料中使用高價的UV玻璃或合成石英的光電倍增管，但若是300nm，則可以使用更常規(guī)使用的硼硅酸鹽玻璃。此外，對于光電面材料，在225nm附近，盡管限定為靈敏度高的物質(zhì)，但如果為300nm，就可以使用在近紫外光-可見光區(qū)域經(jīng)常使用的、采用高靈敏度·低暗電流的雙堿的光電倍增管。為此，BaCl2與BaF2相比，可使用的光電倍增管的種類更多。此外，即使不如BaF2那樣，由于保持足夠短的衰減時間常數(shù)，因此也可以期待通過使用它而實現(xiàn)具有高時間分辨能力的放射線檢測裝置。
除了上述氯化鋇晶體和光電倍增管之外，本發(fā)明的放射線檢測裝置還可以結(jié)合這些部件，組合使用用于檢測放射線的具有恰當(dāng)必要技術(shù)要求的裝置。例如，也可以是將氯化鋇晶體和MCP內(nèi)置光電倍增管中加入數(shù)字示波器，或通過外部觸發(fā)電路使該數(shù)字示波器工作的結(jié)構(gòu)。并且，為了處理所檢測出的波形，可以使用合適的公知裝置。
過去，在使用同時計數(shù)法的放射線時間計測中，使用恒比甄別器(constant fraction discriminator(CFD))、時間-振幅轉(zhuǎn)換電路(TAC)、多通道分析器(MCA)；但本發(fā)明中，替代上述裝置，利用高速數(shù)字示波器對從光電倍增管輸出的波形進行保存·數(shù)值化，并傳送到個人計算機，進行時間差的解析。這是我們開發(fā)的方法(非專利文獻1)。由此，非常高的時間分辨能力的測量就成為可能。
此放射線檢測裝置的測量對象優(yōu)選為正電子湮滅伽馬射線，放射線源可為在PET中使用的物質(zhì)，可列舉出C-11、N-13、O-15、F-18；作為在正電子壽命測量中可使用的物質(zhì)，可列舉出Na-22、Ge-68。
下面，利用實施例來舉例證明本發(fā)明，但其并不意圖用于限定本發(fā)明。
制造實例1按以下的程序來制備氯化鋇(BaCl2)晶體。
在內(nèi)徑60mm的碳坩堝中，加入850g BaCl2(Aldrich制、純度99.999％，成分比Ba∶Cl＝1∶2，晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系、比重3.096、折射率1.646)，放置于爐中。使用旋轉(zhuǎn)泵和油擴散泵使?fàn)t內(nèi)成為真空狀態(tài)(真空度～10-5Pa)。通過加熱器對其加熱，進行低溫干燥(120℃，24小時)。
按照溫度升溫程序，將此爐升溫到970℃后，保持24小時。以下拉速度0.3mm/h，將坩堝下拉105mm(約350小時)。冷卻到室溫(96小時)，慢慢冷卻后，取出，進行成型·研磨。
使用硅脂，將如此得到的BaCl2晶體直接粘貼在光電倍增管(浜松ホトニクスH3378)的受光面上，從而制造出放射線檢測裝置。在BaCl2上，覆蓋鋁制反射板，以高效地將發(fā)光導(dǎo)入光電倍增管中。此外，由于測量在短時間內(nèi)進行，因此在BaCl2附近放置吸濕劑。
另一方面，為了進行比較，準(zhǔn)備在閃爍晶體中使用氟化鋇(應(yīng)用光研工業(yè)株式會社)的相同的放射線檢測裝置。
作為這些閃爍晶體，BaCl2是10mm見方的立方體、BaF2是直徑30mm、厚度10mm的圓柱狀。
實施例1在圖1所示的測量系統(tǒng)中，在一個放射線檢測裝置中，作為閃爍晶體，用使用了氯化鋇(BaCl2)晶體的物質(zhì)，在另一個中，用使用了氟化鋇晶體的物質(zhì)。
作為放射線源使用68Ge，進行正電子湮滅伽馬射線(0.511MeV)的時間差測量。使來自光電倍增管的輸出分支為2個，將一支直接輸入到高速數(shù)字示波器(LeCroy WavePro 7100)，將另一支輸入到峰值鑒別器及符合電路(coincidence circuit)，并向示波器施加觸發(fā)。將測量數(shù)據(jù)輸入微機，進行解析。
圖2中示出了由本裝置進行的正電子湮滅伽馬射線的時間差測量的結(jié)果。根據(jù)此圖，時間差測量的時間分辨能力(曲線的半幅全寬)是205ps。
實施例2接著，根據(jù)實施例1的測量結(jié)果，比較BaCl2閃爍物和BaF2閃爍物的測量波形的上升時間。其結(jié)果用圖3表示。
可以看出，對于BaF2，分布在900～1300ps之間，對于BaCl2與BaF2相比有一些延遲，分布在1000～1600ps之間。如此，可以看出BaCl2是具有接近BaF2的時間響應(yīng)特性的閃爍晶體。
實施例3接著，冷卻BaCl2閃爍物，進行與實施例1相同的測量。圖4表示此晶體的冷卻的情況。BaCl2晶體與實施例1相同，為10mm見方的立方體，使用硅脂將其直接粘貼在光電倍增管的管面上，使其相反一側(cè)的表面與用于冷卻晶體的銅塊相接觸。在晶體和銅塊之間也涂敷有硅脂。為了使入射到晶體的伽馬射線的衰減最小，必須使與晶體接觸部分的銅塊盡可能薄。此處為0.5mm。此外，為了防止晶體的結(jié)露，使晶體的周圍成為真空狀態(tài)。在此裝置中，將BaCl2晶體冷卻到-100℃，進行測量。圖5是其測量結(jié)果。按照曲線圖，時間分辨能力提高到198ps。
比較例1為了與上述實施例1比較，對2個閃爍物雙方使用BaF2，進行相同的實驗。BaF2晶體都是直徑30mm、厚度10mm的圓柱狀的晶體。用圖6表示得到的結(jié)果。根據(jù)該曲線，時間分辨能力是174ps。
如上所述，如果進行組合了BaCl2閃爍物和數(shù)字示波器的時間差測量，就能夠在實用化的已存在的閃爍物中，獲得與具有最快速的衰減常數(shù)的BaF2相同程度的時間分辨能力，能夠充分地用于正電子壽命測量等需要高時間分辨能力的放射線測量。
權(quán)利要求
1.一種放射線檢測裝置，其特征在于作為閃爍物使用氯化鋇(BaCl2)晶體，使用光電倍增管，接收來自于閃爍物的光；作為來自該閃爍物的發(fā)光，使用波長250～350nm的光，并將該閃爍物放置在低濕度氣氛中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的放射線檢測器，其特征在于，冷卻上述閃爍晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的放射線檢測裝置，其特征在于，該裝置用于檢測伽馬射線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有發(fā)光效率高、衰減時間短的熒光成分，且熒光成分發(fā)射的光波長位于可見光區(qū)域或位于可見光區(qū)附近的閃爍晶體，以及一種使用該閃爍晶體的具有高時間分辨能力的放射線檢測裝置。作為閃爍晶體，可使用氯化鋇(BaCl
文檔編號C09K11/61GK1910473SQ200580002738
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者村上英利, 渋谷憲悟, 齋藤晴雄, 淺井圭介, 本多庸郎 申請人:獨立行政法人 科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)