横田 有為

機能性単結晶材料が高特性を示す分野では、バルク結晶から素子形状に切断・加工するコストは非常に大きいため、申請者は-PD法を用いた形状制御結晶育成技術の開発を進めてきた。既に独自に設計・開発した坩堝を用い、チューブ状や板状等の形状制御結晶の育成を達成しており、形状制御結晶の複数同時育成にも成功している。しかし、本技術を機能性結晶に応用するには、坩堝材質と融液との濡れ性が最適である必要がある(濡れ角~30°)。本課題では線用シンチレータとして実用化されているPr:LuAG結晶融液と最適な濡れ性を有する金属を探索し、最適な濡れ性を示した金属の坩堝を用いたPr:LuAG形状制御結晶技術を開発する。

近年、医療用PETや手荷物検査等のセキュリティ機器に代表されるような、ガンマ線や中性子等の放射線を利用した様々な用途のイメージングが世界的に大きな注目を集めており、放射線の受光器側の性能を大きく左右するシンチレータ材料に対しても高性能化への要望が急速に高まっている。シンチレータ材料とは、放射線（アルファ線、ガンマ線、エックス線、中性子線）を照射することで多数の光子を発生する（可視光に変換する）物質のことであり、光電子増倍管等の受光素子と組み合わせることで放射線検出器として利用されている。シンチレータ材料に要求される性能としては、高い発光量・短い蛍光寿命・高いエネルギー分解能等が挙げられるが、イメージングの高解像度化には、発光量とエネルギー分解能が大きく影響する。 本研究では、高い吸湿性を有することでこれまで材料探索が進んでこなかったフッ化物以外のハロゲン化物単結晶の育成可能なマイクロ引き下げ装置装置を開発し、それにより広範囲で系統的な材料探索を行うことで、高発光量、高エネルギー分解能を有する新規ハロゲン化物シンチレータ単結晶材料を開発する。結晶育成部を独立させ、完全に取り外し可能なチャンバー型にしたマイクロ引き下げ装置により、外気から完全に遮断した環境下での結晶作製を達成し、1日で1組成の単結晶材料が作製可能となる。高発光量・高エネルギー分解能が特徴のハロゲン化物シンチレータ単結晶の広範囲なスクリーニングにより、既存のシンチレータを凌ぐ新規シンチレータ材料を開発する。当該研究が成功すれば、次世代PET装置と目されるPET-MRI用検出器用磁場不感の放射線検出器が具現化するだけでなく、新たなハロゲン化物単結晶作製技術が確立することになるため、開発した単結晶作製技術がシンチレータ分野だけでなく様々な結晶分野において活用されることが期待できる。

固体型真空紫外発光素子は、その短波長域における高エネルギー発光を利用することでガス受光素子と組み合わせた大面積X線CTの実現が望まれている。しかし、真空紫外で高輝度の発光を示す発光素子の実現は容易ではなく、現状僅かな材料しか見出されていない。（ガス受光素子との組み合わせが望まれる理由が分かるように。必要となる材料の持つべき特性と現在の材料事情を示す）我々は研究室独自の高速結晶作製法であるマイクロ引き下げ(-PD)法を駆使して物質探索を行った結果、Nd3+の発光による真空紫外での高輝度の発光を示すNd添加LuLiF4(Nd:LuLiF4)を新たに見出した。本物質は共同研究先により非常に高い評価を得られており、次世代X線CT用として大量の試料提供が依頼されている。（（２）項に記載、（１）項には簡略記載）そこで本研究課題では、真空紫外発光材料Nd:LuLiF4の次世代X線CTでの実用化を目指し、本結晶の2インチ径大型単結晶化技術の確立を目的とした。