Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
11
ラジオフォトルミネッセンス現象を示す放射線線量計用ガラス
2018/08/07
京都工芸繊維大学 材料化学系
教授 角野広平
2
放射線線量計用蛍光ガラスを開発
✓ 高感度化が期待されます。✓ 高価な賦活剤(銀や希土類)を含みません。✓ 十分な耐候性(耐水性)があります。✓ 長期間経時変化もありません。✓ ガラス材料としての特徴を備えています。(均質、大型化、加工性)↓
放射線線量計用蛍光ガラスとして✓ 個人線量計✓ 環境計測用✓ 医療機器(診断・治療)等への応用が期待されます。
X線照射部位
紫外光を照射X線照射部位で蛍光(ラジオフォトルミネッセンス)が観察される
3
放射線検出器の分類
種類 原理 用途
その場計測
電離箱 気体の電離 線量測定、放射能測定、環境放射線
比例計数管 気体の電離 a線、b線の放射能測定
GM計数管 気体の電離 b線の放射能測定
シンチレータ 発光現象 シンチレーションカウンター放射能測定エネルギースペクトル、環境放射線
半導体検出器 固体の電離 線量測定、放射能測定エネルギースペクトル、環境放射線
照射後の計測
蛍光線量計 光照射、加熱などによる発光現象
イメージングプレート線量測定個人被曝線量計
写真乳剤 ハロゲン化銀の化学反応
X線写真オートラジオグラフィ線量分布
4
蛍光現象を利用した線量計
線量計の種類 現象 材料 用途
シンチレータ
その場での線量計測
放射線により発光 NaI (Tl), CsI(Na), ZnS (Ag)
など
シンチレーションカウンター放射能測定
エネルギースペクトル、環境放射線
ドシメータ 照射後の積算線量の計測
熱により発光(熱ルミネッセンス)
Li2B4O7: Mn,
BeO: Naなど個人線量計(TLD)
光照射により発光
ラジオフォトルミネッセンス
Ag活性リン酸塩ガラス
個人線量計(RPL)
輝尽発光(光刺激発光)
BaFBr: Eu
a-Al2O3: Cイメージングプレート個人線量計(OSL)
5
ドシメータの原理
熱で励起: 熱ルミネッセンス光で励起: 光刺激発光(輝尽発光)
発光イオンへの変化
電子・正孔の発生と賦活剤への捕獲
電子・正孔の発生と電子のトラップ準位への捕獲 電子・正孔の再結
合による発光
発光強度の測定は1回のみ
何度でも発光強度の測定可能
放射線照射
賦活剤
賦活剤励起
電子・正孔の発光イオンへの移動
ラジオフォトルミネッセンス
6
ラジオフォトルミネッセンス現象(RPL)とは
Radiophotoluminescence
(RPL)
Ag活性リン酸塩ガラス
放射線照射後
発光する
放射線照射前
紫外線発光しない
ガラス
放射線照射紫外線
照射線量
RP
L強度
D加熱
7
個人被ばく線量計用
蛍光ガラスとして実用化
ガラスバッジ(株)千代田テクノル
Ag活性リン酸塩ガラス
Ag活性リン酸塩ガラスの利用
照射線量
RP
L強度
✓ 照射線量と発光強度が広い範囲で比例
✓ 高感度✓ 発光強度を何回でも測定可能✓ 発光強度は経時変化なし✓ 繰り返し使用可能
8
1. glass → e- + h+
2. Ag+ + e- → Ag0
3. Ag+ + h+ → Ag2+
放射線
可視光を発光
P
Oe-
h+Ag+
X-ray
約50年前に基本原理完成
その後、材料に関する研究は多くはない
リン酸塩ガラス→耐水性悪い銀使用→高コスト
↓(高温)多湿の環境下での使用が制限される原料に占めるAgのコスト~1割弱(実験室レベル)
Ag活性リン酸塩ガラスの課題
9
300 350 400 450 500 550 600
4.0 3.5 3.0 2.50
10
20
30
Inte
nsity (
a.u
.)
Energy (eV)
UndopedB
UndopedA
Cu05B
Cu05A
###
###
Wavelength (nm)
エネルギー(eV)
発光波長(nm)
発光強度(a
.u.)
✓ 高価な賦活剤を含まない。
✓ 優れた耐候性を有する。
✓ ガラス素材からなる。
新規RPL現象を示すガラス
10
0 1 2 3
0.0 0.5 1.0 1.50
100
200
300
400
Inte
gra
ted inte
nsity (
a.u
.)
Irradiation dose (kGy)
ABS25Cu05
###
###
###
###
###
Absorbed does (kGy)
照射したg線の線量(水の吸収線量で換算)(kGy)
ガラスによるg線の吸収線量(kGy)
蛍光強度(a.u
.)γ線線量と蛍光強度特性
比例応答性のある範囲
700 kGyまで比例応答性あり
11
温度特性
300 350 400 450 500 550 600
0
5
10
15
20
25
30
Before After Irradiation
Undoped borosilicate glass
0.005 mol% Cu-doped glass
In
ten
sity (
a.u
.)
Wavelength (nm)
Before
h0
h6
500 oC 2h
###
###
波長(nm)
蛍光強度(a.u
.)
照射前
X線照射後
150℃ 6時間熱処理
500℃ 2時間熱処理
✓ 150℃でも安定(フェーディングなし)。
✓ 500℃の熱処理で元に戻る。
150℃で6時間放置した後でも変化は小さい
12
300 400 500 600 700
0
10
20
30
40
50
Inte
nsity (
a.u
.)
Wavelength (nm)
0.005Cu_Before
0.005Cu_After
Ag_Before
Ag_After
###Agドープリン酸塩ガラス
Cuドープ
銀ドープリン酸塩ガラスとの比較
波長(nm)
蛍光強度(a
.u.)
13
耐候性評価(常温常湿で6ヶ月保存)
10 mm
銀ドープリン酸塩ガラス(白濁が確認された)
当該ガラス(変化は認められなかった)
(中心部での着色はX線照射による)
優れた耐候性を有する。
14
今後の開発課題と考えられる用途
ガラス組成、賦活剤濃度、ガラス作製条件の最適化
感度の向上比例応答領域の拡大
空間分解能の評価と向上
環境放射線計測医療機器用個人線量計等
15
本技術に関する知的財産権
発明の名称:蛍光ガラス線量計用ガラス及びそれを備えた蛍光ガラス線量計
• 出願番号: 特願2017-212128
• 出願人: 国立大学法人京都工芸繊維大学
国立大学法人京都大学
• 発明者:
角野広平、橋川凌、藤井康浩、若杉隆、岡田有史(工繊大)
木野村淳、齊藤毅(京大)
16
お問い合わせ先
京都工芸繊維大学
研究戦略推進本部知的財産室
(研究推進課知的財産係)
tel. 075-724-7039 / fax. 075-724-7030
e-mail [email protected]
http://www.liaison.kit.ac.jp/
http://www.ipo.kit.ac.jp/