[发明专利]单晶闪烁体材料及其制造方法、放射线检测器和PET装置

说明书

技术领域

本发明涉及正电子发射核素断层摄像装置用单晶闪烁体材料及其制造方法。

背景技术

近年来，在医疗领域中，广泛进行利用正电子发射核素断层摄像装置(Positron Emission Tomography，下面称为“PET”)的诊断，而且为了实现性能更高的PET装置，进行着优异的闪烁体材料的探索。

PET的闪烁体材料是检测γ射线所必须的，目前为止，BGO(Bismuth germanium oxide：锗酸铋)、LSO(Lutetium silicone oxide：硅酸镥)、GSO(Gadolinium silicone oxide：硅酸钆)、LYSO(Lutetium yttrium silicone oxide：硅酸镥钇)等的单晶闪烁体材料被适用于PET。闪烁体材料的特性通过发光量(荧光输出)、荧光衰减时间、能量分辨率等进行评价，上述的单晶材料中适用于PET所必须的特性优异。作为制造这些单晶的方法，商业上广泛使用切克劳斯基法(Czochralski Method)和布里兹曼法(Bridgman Method)等的熔体成长法。

为了普及PET，必须提高诊断的处理能力。为此，必须开发出比现有的闪烁体材料发光量更大、荧光衰减时间更短的单晶闪烁体材料。

在专利文献1中，记载了将Ce(铈)活化的GSO的例子。另一方面，在专利文献2和专利文献3中，公开了铈活化硼酸镥类材料。铈活化硼酸镥兼具大发光量和短荧光衰减时间，因此被期待成为优异的闪烁体材料。专利文献3也提出了关于铈活化硼酸镥类材料在PET中的应用，但这些文献中公开的铈活化硼酸镥类材料只不过是粉末。这样，在专利文献2和专利文献3中记载的方法中，不能形成具有能够用于PET的大小的铈活化硼酸镥类材料的单晶。

硼酸镥的伴随着大的体积变化的相转变点(约1350℃)存在于低于熔点(1650℃)的温度区域。因此，如果采用必须在高温加热初始原料而使其熔融或熔解的现有的单晶培养方法，则存在由于在熔融物的冷却时在经过相转变点时出现体积膨胀，从而导致结晶崩解的问题。在专利文献4中，公开了通过在硼酸镥类材料中添加Sc、Ga、In的任一种元素而抑制结晶材料的相转变来制造闪烁体用单晶材料的方法。然而，在专利文献4记载的方法中形成的硼酸镥类的单结晶由于添加元素产生密度降低或发光量减少等的特性劣化。

为了解决这些课题，申请人在PCT/JP2008/1717号(2008年7月1日申请)中，公开了通过使用硼酸铅类的熔剂的助熔剂法(flux method)制作的铈活化硼酸镥的单晶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-300795号公报

专利文献2：日本特开2005-298678号公报

专利文献3：日本特开2006-52372号公报

专利文献4：日本特开2007-224214号公报

发明内容

发明所要解决的课题

根据在PCT/JP2008/1717号中公开的方法，能够不添加Sc等的元素而以简便的方法得到具有方解石型结晶结构的铈活化硼酸镥单晶材料。然而，根据此方法，存在生成的铈活化硼酸镥单晶内混入极微量的熔剂成分从而不能发挥本来特性的可能性。因此，发明者人以在硼酸铅以外的熔剂中生成铈活化硼酸镥单晶作为课题进行研究。

由此，本发明的目的在于提供具有比现有的大的发光量和优异的荧光衰减特性的单晶闪烁体材料及其制造方法、放射线检测器和PET装置。

用于解决课题的方法

根据本发明的单晶闪烁体材料的制造方法包括：准备含有选自Li、Na、K、Rb、Cs中的至少1种以上、W和/或Mo、B和氧的熔剂的工序；将Ce化合物和Lu化合物与上述熔剂混合，在800℃以上、1350℃以下的温度加热而使上述化合物熔融的工序；和通过对熔融的上述化合物进行冷却，使组成式(Ce_xLu_1-x)BO₃所示且Ce的组成比例x满足0.0001≤x≤0.05的单晶析出成长的工序。

在优选实施方式中，准备上述熔剂的工序和使上述化合物熔融的工序是混合形成上述熔剂的化合物、Ce化合物和Lu化合物，在800℃以上、1350℃以下的温度中加热的工序。

在优选实施方式中，上述Ce的组成比例x满足0.001≤x≤0.03。

在优选实施方式中，使上述单晶析出成长的工序利用TSSG法进行。