レクシグ光放出検出器｜紫外線からX線へ

研究背景

医療診断、保安検査イメージングなどのX線検査分野では、高性能シンチレータ材料が重要な要素である。従来の無機結晶は性能に優れているが、コストが高く、加工が難しいなどの問題があった。最近、ブラジルのサンカルロス物理研究所は複数の国のチームと共同で、「Fluorophosphate glasses doped with Eu³⁺とDy³⁺』研究中に突破を得て、新型フルオロリン酸塩ガラスシンチレータを開発し、高密度、長発光寿命と優れたX線応答特性を兼ね備え、低コスト、カスタマイズ可能な放射線探査のために新しい方向を切り開いた。

重要な発見

Part.1材料設計の革新

チームは溶融焼入れ技術を用いて35 NaPOの製造に成功した₃-30Ba（PO）₃)₂〜25MgF₂YF₃ベースガラス系、Eu³のドーピングによる⁺（0.1～4.0 mol%）とDy³⁺（0.25〜1.0 mol%）効率的な発光を実現する。フルオロリン酸塩基質はリン酸塩の高希土類溶解性とフッ化物の低フォノンエネルギーを結合し、発光効率を明らかに向上させた。

Part.2性能の優位性が際立っている

1）高密度（3.65-3.66 g/cm³）：ビジネスを超えたリチウムホウ酸塩ガラス（~ 2.50 g/cm³）は、NaI：Tl結晶（3.67 g/cm³）に匹敵し、X線吸収効率を増強する。

2）超長発光寿命：Eu³⁺の⁵D₀状態寿命が2.5に達するMS・Dy³⁺の⁴F₉/₂状態寿命0.71MS、同類の材料より優れている。

3）ゼロ濃度消光：Eu³⁺4.0 mol%までドープしても線形発光増強を維持した（図1）、Dy³⁺1.0 mol%内で安定性に優れている。

図1.異なる励起電力におけるEu³⁺ドープガラスの発光スペクトル

Part.3 X線応答検証

通過レクシグresearch分光計（タングステンターゲットを装備するX線管とNewton CCD）の放射発光（RL）試験により、

Eu³⁺ガラス：611 nm（⁵D₀→⁷F₂）で強いRLピークを示し、強度はドーピング濃度とともに線形に増加し（図2）、380 nmマトリックス欠陥発光（欠陥ピーク低下30%）。

図2.Eu³⁺ドープガラスのX線放射発光（RL）スペクトル

Dy³⁺ガラス：二重ピーク発光（572 nmと478 nm）は多種の光検出器に適合し、1.0 mol%サンプルRL強度は0.25 mol%より13%上昇した（図3）。

図3.Dy³⁺ドープガラスのX線放射発光（RL）スペクトル

技術的な特長

本研究の重要なデータ依存性レクシグ高感度RL試験システム：
1）正確な励起：40 kV/1 mA連続X線源、真の検出シーンをシミュレーションする。
2）高信号対雑音比検出：−80℃でCCDを冷却して光ファイバ分光計に合わせ、微弱発光信号を捕捉する。
3）動的応答解析：発光強度と電力の線形関係をリアルタイムで監視し、材料の安定性を検証する。

将来性の適用

このガラス系はフレキシブルX線センサ、着用可能放射線量計としての潜在力を示している。チームは次のステップで希土類配合比を最適化し、光ファイバと結合する集積デバイスの開発を模索する。