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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

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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

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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

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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）

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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

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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

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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

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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

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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

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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.）

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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。

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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

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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）

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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 chizai@kit.ac.jp

http://www.liaison.kit.ac.jp/

http://www.ipo.kit.ac.jp/