シンチレーター

英

scintillator

関

シンチレータ

Wikipedia preview

出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2017/05/30 14:43:41」(JST)

wiki ja

[Wiki ja表示]

様々なシンチレーション検出器に囲まれたシンチレーション結晶

シンチレータ（英: scintillator）は、蛍光（シンチレーション、放射線に励起されることにより発光する特性）を示す物質の総称である。発光物質は入射粒子が衝突すると、そのエネルギーを吸収し発光する（すなわち、吸収したエネルギーを光の形で再放出する）。励起状態が準安定なために、励起状態から低いエネルギー状態へ戻るのが遅れる場合があるが（必要な時間は物質によって、数ナノ秒から数時間と様々である）、このときの過程は、遷移の種類とそれに従う光子の波長によって、遅延蛍光または燐光（蓄光とも呼ばれる）のふたつの現象のうちどちらかひとつに相当する。

歴史

シンチレータを用いた最初の装置は、1903年 ウィリアム・クルックスがZnS（硫化亜鉛）スクリーンを使って作成したものである。この装置はスピンサリスコープと呼ばれ、使用方法はスクリーンに生じるシンチレーションを暗室において顕微鏡を用いて目視観測するというものであった。この技術は数々の重要な発見をもたらしたが、観測には大変な労力を必要とした。1944年、CurranとBakerが目視による測定を新たに開発されたPMTで置き換えたことで、シンチレータはさらに注目されるようになった。これが現代的なシンチレーション検出器の嚆矢である。

発光原理

放射線のエネルギーを蛍光体が吸収して、蛍光体の内部で励起あるいは電離が起こる。この吸収したエネルギーの一部が可視光や紫外線として発せられる。

シンチレータの特性

目的や用途によって使い分けられ、材質には有機物（プラスチック）、無機結晶、液体があり放射線検出器やポジトロン断層法装置など放射線利用機器に用いられる。

理想的なシンチレータ材料とは、次のように考えられている。

1. 荷電粒子の運動エネルギーを高効率で検出可能な光エネルギー（シンチレーション光）に変換する。
2. 入射エネルギーと変換されたエネルギーが直線的な正の相関を持つ。
3. シンチレーション光の減衰時間が短く、高速の信号パルスを発生する。
4. 発生した光を吸収や散乱しない。
5. 結晶の場合はガラス(SiO₂)の様な光学的性を持ち、加工が容易。

シンチレータの種類

有機結晶

代表的な物質は、アントラセン、スチルベン。

有機液体

固体構造で無い為、強い放射線照射でも損傷を受けにくい。

• ナフタレン
• トルエンやキシレン等の有機溶媒中にジフェニルオキサゾール(PPO)などの有機シンチレータを溶解

プラスチック

プラスチックの中に数種類の有機発光物質を溶かしたもので、取扱が容易で加工性がよい。しかし、電荷(Z)が低くアルファ線、ベータ線には向くが、ガンマ線には適さない場合がある。

無機結晶

CsI(Tl)結晶

結晶または単結晶体を作成し利用する。以下に主な物を列挙する。

• GSO - ケイ酸ガドリニウム （Ce添加Gd₂SiO₅） X線天文衛星「すざく(ASTRO-E2)の硬X線検出器(HXD)に使用。
• ヨウ化セシウム - 括弧内の物質を微量添加物とし特性の向上を図る。
  • CsI : 純ヨウ化セシウム
  • CsI (Tl) : タリウム活性化ヨウ化セシウム
  • CsI (Na) : ナトリウム活性化ヨウ化セシウム
• ゲルマニウム酸ビスマス（ビスマスジャーマネイト）BGO - (Bi₄Ge₃O₁₂）
• ケイ酸ルテチウム LGO - (Ce添加Lu₂SiO₅ )
• タリウム活性化ヨウ化ナトリウム - NaI(Tl)
• フッ化セリウム - CeF₃
• タングステン酸鉛 - PbWO₄
• フッ化バリウム - BaF₂
• フッ化鉛 - PbF₂
• LiI(Eu) - ユーロピウム活性化ヨウ化リチウム
• LYSO - Lu_2(1-x)Y_2xSiO₅: Ce 放射性Luが含まれる為、環境放射線（バックグラウンド）程度の弱い放射線は測定できない。
• LGSO (Lu,Gd)₂SiO₅
• コランダム - Al₂O₃（ルビー）

結晶によっては、潮解性を有しているため取扱に様々な制約が生じる。

気体

• 高純度なキセノン、ヘリウム

キセノンは、ダークマター観測のための実験装置「XMASS」で使用。

脚注

参考文献

出典

• Leo, William R. (1994). Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments (2nd ed.). Springer. ISBN 978-3540572800. http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-642-57920-2. 
• Dyer, Stephen A. (2001). Survey of Instrumentation and Measurement. Wiley-Blackwell. ISBN 978-0471394846. https://books.google.com/books?id=Wr6l42rEizUC&pg=PA920. 

関連項目

• シンチレーション検出器
• 光電子増倍管

外部リンク

• 光で測る素粒子 高エネルギー加速器研究機構
• 酸化物シンチレータ 金属材料研究所
• シンチレータにおける近年の動向について 日本放射線安全管理学会誌 Vol.8 (2009) No.2 P120-122

Japanese Journal

• 若手研究者の挑戦(第2回)複合化セラミックスシンチレーターのX線高空間分解能イメージングヘの応用

• Optronics : 光技術コーディネートジャーナル 34(9), 123-126, 2015-09
• NAID 40020589638

• 有機半導体放射線検出器を用いた放射線分布測定の可能性検討 (有機エレクトロニクス)

• 電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 115(163), 5-10, 2015-07-29
• NAID 40020558324

• シンチレーターがとらえ始めた低エネルギー太陽ニュートリノ

• パリティ 30(7), 33-35, 2015-07
• NAID 40020498608

Related Links

• 光電子増倍管とシンチレーター

光電子増倍管とシンチレーター 光電子増倍管(photo multiplier tube、PMT)は業界でもっとも頻繁に使用されている(と思う)検出器で、 光が入ってくると内部で増幅して電気信号に変えて出力する光センサーです。 カミオカンデで有名になった ...

• シンチレーター

PMT はシンチレーターからの弱い光を光電陰極に受け、光電効果によって光子を電子に変えます。放出される電子の数は、入ってきた光の強 さに比例するが、シンチレーターからの光はあまりにも弱いのでこのままでは信号として ...

Related Pictures

---

★リンクテーブル★

リンク元	「シンチレータ」
関連記事	「シンチ」

「シンチレータ」

　　[★]

英

scintillator

関

シンチレーター

「シンチ」

　　[★]

関

シンチグラフィー、シンチグラム

脳血流シンチグラム

• 123I-IMP：塩化N-イソプロピル-p-ヨードアンフェタミン(123I)
• 99mTc-ECD：99mTc-テクネチウムエチルシステイン酸ダイマー
• 99mTc-HMPAO：テクネチウム99m-ヘキサメチル-プロピレンアミン-オキシム：
• 133Xe：

脳槽シンチグラム

• 111In-DTPA：111In-ジエチレントリアミン五酢酸：

心筋シンチグラム

• 201TlCl：K+とほぼ同様の挙動を示し、Na/K ATPaseを介して心筋細胞に取り込まれる。一回の灌流で心筋内に取り込まれその取り込みは冠血流に依存するために、心筋血流分布を反映するといわれている。
• 99mTc-MIBI：99mテクネチウムセスタミビ：
• 99mTc-tetrofosmin：99mTc-テトロフォスミン：

心筋壊死シンチグラム

• 99mTc-PYP 99mTc-ピロリン酸：心筋梗塞部位に集積しやすい。

心筋脂肪酸代謝シンチグラム

• 123I-BMIPP：心臓の脂肪酸代謝を反映しており、心筋虚血、心筋梗塞で集積が低下する。

心筋交感神経シンチグラム

• 131I-MIBG：131I-メタヨードベンジルグアニジン：心疾患(虚血性心疾患、心筋症、心不全)、自律神経系疾患(シャイ・ドレガー症候群、パーキンソン病)で低下。心筋副交感神経シンチグラムもこの物質が用いられる、らしい。

骨血流シンチグラム

• 99mTc-MAA：99mTc大凝集アルブミン

肺換気シンチグラム

• 81mKr

骨シンチグラム

• 99mTc-MDP：99mTcメチレンジホスホネート：ヒドロキシアパタイトと結合して沈着。骨折、外傷、炎症

骨髄シンチグラム

• 111In-塩化インジウム：血清中のトランスフェリンと結合し、鉄イオンと類似した血中動態を示し、幼若赤血球に取り込まれるため、活性骨髄に集積
• 99mTc-スズコロイド：骨髄内の網内系を描出。網内系細胞に貪食される。

甲状腺シンチグラム

• 123I　　 ：(甲状腺摂取率)3時間値5-20%、24時間値15-35%
• 99mTcO4-：(甲状腺摂取率)30分値0.4-3.0%。唾液腺、唾液への生理的な取り込みが多いためバックグラウンドが高い。
• 131I　　 ：全身シンチグラムに使用。甲状腺全摘出後に行う。
• 123I-MIBG：甲状腺髄様癌
• 210Tl：分化型甲状腺癌
• 67Ga：甲状腺未分化癌、甲状腺悪性リンパ腫

副甲状腺シンチグラム

• 99mTc-MIBI：ヘキサキス(2-メトキシイソブチルイソニトリル)テクネチウム(99mTc)：副甲状腺腫に集積

副腎髄質シンチグラム

• 131I-MIBG：131I-メタヨードベンジルグアニジン：褐色細胞腫で取り込みが見られる。構造的にカテコラミンに似ている。

副腎皮質シンチグラム

• 131I-アドステロール：クッシング症候群や原発性アルドステロンの確定診断に有用。たぶんステロール環をもっており副腎皮質に取り込まれる

腎シンチグラム

• 99mTc-DTPA：99mTc-ジエチレントリアミン五酢酸：

肝受容体シンチグラム

• 99mTc-ガラクトシル人血清アルブミンジエチレントリアミン五酢酸テクネチウム 99mTc-GSA：肝機能の評価に用いられる。正常ではアシアロ糖タンパク受容体に結合するために肝臓に集積する。

肝胆道シンチグラム

• 99mTc-N-ピリドキシル-5-メチルトリプトファン 99mTc-PMT：肝細胞から排泄され、胆管・胆道を経て腸管に排泄される。胆汁の排泄障害などを目的として実施される。

唾液腺シンチグラム

• 99mTc-pertechnetate：99m過テクネチウム酸：正常では対称的に集積。炎症性疾患で集積亢進、シェーグレン症候群で集積低下、ワルチン腫瘍では停滞