荧光板、X射线检测器及X射线检查装置

技术领域

本发明的实施方式涉及荧光板、X射线检测器及X射线检查装置。

背景技术

为了恐怖主义对策且飞机的安全运行，在向飞机内带入行李时在机场内预先检查行李。作为这样的用于检查行李的行李检查装置，例如一般广泛使用利用X射线的透过的透过X射线检查装置、利用X射线的康普顿散射的康普顿散射X射线检查装置、利用由高能量X射线图像和低能量X射线图像的图像处理得到的X射线能量差的双能方式的X射线检查装置，最近还使用了X射线断层摄影(CT)装置。

透过X射线可以比较容易地发现难以通过X射线的金属制的物品、例如枪火或刃具等金属制凶器。另一方面，主要由原子序号小的元素构成的塑料炸弹或麻醉药等物质由于容易透过X射线，因此通过康普顿散射X射线检查装置、双能方式的X射线检查装置等X射线检查装置可以发现。

X射线检查装置一般通过将透过被检查物的X射线(透过X射线)引导至X射线检测器，将所检测的透过X射线利用荧光板(闪烁器)转换成荧光等可见光后，利用光电转换元件或光电倍增管来检测该可见光的强度，根据该强度来显示出行李内部的图像，由此实施检查。

为了提高检查的精度，需要显示出更鲜明的图像，但为此要求充分强度的可见光被输入光电转换元件等检测器。为了提高可见光的强度，例如可列举出提高对行李照射的X射线的强度，但在像机场行李检查装置那样设置于公共场所的X射线检查装置中，提高所照射的X射线的强度会导致装置的大型化，同时因漏泄X射线而引起的被辐射的危险性也增大。

于是，变得重要的是荧光板的由X射线向可见光的转换效率。在将X射线转换成可见光时，如果使用具有高的转换效率的荧光板，则能够在不提高X射线的强度的情况下获得高亮度的可见光，能够将具有充分强度的可见光输入至光电转换元件等检测器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2928677号公报

专利文献2：日本专利第5759374号公报

专利文献3：日本专利第5241979号公报

非专利文献

非专利文献1：J.Electrochem.Soc.，Vol.136，No.9，PP.2713-2716

发明内容

实施方式的将X射线转换成可见光的荧光板具备镨及铈活化氧硫化钆荧光体。荧光体含有具有0.01质量％～0.3质量％的浓度的镨和具有5ppm～30ppm的浓度的铈。荧光体的平均粒径为10μm～20μm。荧光体的每单位面积的重量为270mg/cm

附图说明

图1是表示X射线检测器中使用的光电二极管的光谱灵敏度特性的示意图。

图2是表示荧光板的相对光输出功率(％)相对于荧光体的平均粒径(D)和荧光体的每单位面积的重量(CW)的等高线绘制的图。

图3是表示相对于Ce浓度的光输出功率及余辉特性的图。

图4是表示Gd

图5是表示X射线检查装置的构成例的示意图。

图6是表示X射线检测器的构成例的断面示意图。

具体实施方式

以下，对于实施方式，参照附图进行说明。附图中记载的各构成要素的厚度与平面尺寸的关系、各构成要素的厚度的比率等有时与实物不同。另外，在实施方式中，对于实质上同一构成要素标注同一符号并适当省略说明。

X射线检查装置中使用的X射线检测器通常使用在400nm～900nm的波长范围具有光谱灵敏度特性的光电转换元件。图1是表示X射线检测器中使用的光电二极管(PD)的光谱灵敏度特性的示意图。图1图示出表示使用了非晶质硅(a-Si)的光电二极管的光谱灵敏度特性的曲线和表示使用了单晶硅(单晶Si)的光电二极管的光谱灵敏度特性的曲线。

荧光板优选使用在400nm～900nm的波长范围具有发光波长的峰的荧光体。优选使用在此基础上具有高的转换效率的荧光体。

这样的用途的荧光体的例子为A

荧光体的其他例子为Gd

荧光体的其他例子为以通式：(Gd

Gd

在对荧光体照射X射线的情况下，被荧光体吸收的X射线被转换成可见光，荧光体开始发光，但在之后X射线的照射被阻断的情况下，荧光体的发光慢慢降低，不久消失。将X射线的照射阻断后的发光称为余辉。余辉的值例如使用相对于X射线照射阻断时的光输出功率值除以经过一定时间后的光输出功率值而得到的相对值(％)来表示。

具备将可见光转换成电信号的光电转换元件的X射线检测器的使用范围广泛，需要可应对这样的使用范围的荧光板。由于检查行李的多样化，要求更准确地判别复杂形状的行李，需要超过以往的检查精度的提高。因此，除了高的光输出特性以外、还兼具余辉少的特性的荧光板的重要度增加。

飞机被简便地利用，旅行者的随身行李或航空货物增加，X射线检查装置被连续地使用，并且以高速检查行李。因此，余辉特性的改善被更严格地要求。另一方面，由于荧光体的余辉特性，也有检查速度受到限制的情况，从这方面出发也期望余辉少的荧光体。

在将余辉多的荧光体用于行李检查用的X射线检查装置的荧光板的情况下，会对检查精度造成不良影响。这是由于，在连续地进行行李检查的情况下，若对目标图像进行观察，则由于与之前的图像的余像重叠，所以无法获得鲜明的图像。

作为类似余辉的特性，有余光特性。所谓余光特性通过在X射线的照射阻断后荧光体的发光强度降低至十分之一为止的时间来求出。以往的X射线检查装置通过将荧光体的余光特性管理为1ms以下来进行余像的对策。然而，在近年来的检查条件下，仅通过余光特性的管理并不充分。

即使荧光体的发光强度在短时间内减少至十分之一，有时也在从百分之一降低至千分之一左右后，微弱的光持续一定时间。在行李检查中，这样的微弱的光作为余像造成影响，成为问题。余辉特性通过对荧光体的发光进行观察直至变得无限接近零而求出的特性，控制该余辉特性变得重要。

进而，为了应对具有光电转换元件的X射线检查装置的系统，要求维持良好的余辉特性并且更高输出功率的荧光板。作为获得更高的光输出功率的方法，可列举出使X射线检查装置中的照射X射线的强度比以往的X射线管电压80kV～120kV高的方法。因而，需要与使用X射线管电压超过以往的120kV的照射X射线的X射线检查装置对应、并且余辉少的荧光板。

实施方式的X射线检测器中使用的荧光板以提供最适于近年来的X射线检查装置的使用环境或条件的具有高的检查精度的X射线检查装置作为目的之一，为了提供得到充分的检测灵敏度并且也没有余辉的问题且能够得到清楚的图像的X射线检查装置而使用。

实施方式的X射线检测器特别适于使用X射线管电压超过以往的120kV的照射X射线的X射线检查装置，具有将X射线转换成荧光等可见光的荧光板和将可见光转换成电信号的光电转换元件。

实施方式的X射线检测器中使用的荧光板具有镨及铈活化氧硫化钆(Gd

X射线检测器由于需要提高利用X射线的光输出功率，因此需要提高使X射线转换成可见光的荧光板的发光效率。作为提高发光效率的方法，例如可列举出增大荧光体的平均粒径。通过增大平均粒径，从而荧光板的荧光体层具有透明性，发出的光在不衰减的情况下到达至光电二极管，因此能够提高光输出功率。然而，增大平均粒径具有所得到的图像质量变粗、清晰度降低这样的缺点。因此，以往主要使用平均粒径为5μm～10μm的荧光体。

作为提高发光效率的其他方法，例如可列举出通过增厚荧光板的荧光体层来增加荧光体的量。由此能够提高光输出功率。但是，若荧光体层极端变厚，则X射线变得难以透过，来自荧光体层的光也变得难以到达至光电二极管，因此使光输出功率降低。因此，以往的通用品的荧光板中的荧光体的每单位面积的重量为200mg/cm

但是，以往的荧光体的平均粒径、荧光体层的厚度为在X射线管电压为80kV～120kV的范围的X射线检查装置中使用的条件，目前通过使X射线管电压大于120kV，能够提高光输出功率。

图2是表示荧光板的相对光输出功率(％)相对于荧光体的平均粒径(D)和荧光体的每单位面积的重量(CW)的等高线绘制的图。荧光体的平均粒径(D)为通过布莱恩(Blaine)法、费歇尔法等通气法而测量的值。图2示出X射线管电压160kV下的光输出功率，使用不含Ce的荧光体，示出这些影响的调查结果。相对光输出功率通过将以往条件(平均粒径(D)为8μm、荧光体的每单位面积的重量为200mg/cm

由图2表明：在X射线管电压为160kV的X射线强度下，在与以往不同的条件下光输出功率具有高的值。平均粒径超过10μm的区域能够得到高输出功率。但是，在实际的图像试验中若平均粒径超过20μm则清晰度显著降低，因此平均粒径的优选的范围为10μm～20μm，更优选为13μm～18μm的范围。

荧光体层虽然通过比以往增厚而能够得到高的光输出功率，但若荧光体的每单位面积的重量成为400mg/cm

为了提高发光效率，优选控制荧光体的球形度。表1表示荧光体的平均粒径(D)为约15μm的荧光体的Wadell的球形度(以下，也称为“球形度”)与利用X射线的光输出功率的关系。光输出功率为荧光体的每单位面积的重量为300mg/cm

表1

由表1表明：光输出功率与Wadell的球形度的值一起增加。因而，荧光体的优选的Wadell的球形度为0.8以上，进一步优选为0.85以上。

Wadell的球形度Ψ作为实际的粒子的表面积与具有与该粒子相同的体积的球的表面积之比通过式A1来定义。

Ψ＝(具有与粒子相同的体积的球的表面积)/(实际的粒子的表面积)(A1)

通常，在具有任意的体积的粒子中，具有最小的表面积的粒子为球形的粒子。因此，Wadell的球形度在通常的粒子中为1以下，在粒子形状不为球形的情况下越接近球形则越接近1。

Wadell的球形度通过下面的方法来求出。首先，通过库尔特计数法来测定粉末的荧光体的粒度分布。库尔特计数法为由与粒子的体积相应的电压变化来规定粒度的方法。在通过库尔特计数法而得到的粒度分布中，将某种粒径Di下的个数频率设定为Ni。粒径Di为与通过库尔特计数法规定了粒度的实际的粒子相同体积的球形粒子的直径。

使用个数频率Ni及粒径Di来计算粉末荧光体的比表面积S。比表面积S为粉体的表面积除以其重量而得到的值，定义为每单位重量的表面积。粒径Di的粒子的重量为(4π/3)×(Di/2)

粉体的重量＝Σ{(4π/3)×(Di/2)

粒径Di的粒子的表面积为4π×(Di/2)

S＝[Σ{4π×(Di/2)

作为测定粉体的粒径的方法，已知有布莱恩法、费歇尔法等通气法。在通气法中，将粉体装满两端开放的金属制的管中，使空气通过其粉体层，由空气的通过比例来规定粒径。将通过通气法而规定的粒径也称为比表面积径(d)。比表面积径(d)与比表面积(S)的关系通过式A4来表示。

S＝6/ρ/d (A4)

因此，Wadell的球形度Ψ通过式A5来表示，可以通过将由粒度分布计算的比表面积S与由通气法的粒径计算的比表面积S进行比较来算出。粒度分布的粒径通常作为粒径范围来表示，但在本实施方式中将粒径Di设定为粒径范围的中间值，为了提高精度，将粒径范围设定为每0.2μm。若在对数正态概率纸上绘制粒度分布，则能够以两根直线来近似。因此，由该两根的正态概率分布，可以容易地获得每0.2μm的个数频率数据。

Ψ＝d×{Σ(Di

Wadell的球形度为判断荧光体的粒子形状是否为球形的指标，为三维的尺度。这样的指标例如使用粒子的基于扫描型电子显微镜(SEM)图像、投影图像等的长宽比、圆形度(投影面积相等的圆的周长/粒子的周长)等。它们均为二维的尺度，并非严格球形的尺度。例如在硬币状的粒子的情况下，即使圆形度为0.9以上，Wadell的球形度也低于0.6。

在荧光板的内部，从某个荧光体粒子放射的可见光在其他荧光体粒子的表面反射，反复进行多重反射，光被取出到外部。若产生光的反射现象，则光的能量转换效率降低。为了抑制光的能量转换效率的降低，通过提高荧光体的粒子形状的球形度、减小粒子的表面积，能够增加光输出功率。

球形度可以通过使用后述的制造方法而制作荧光体来提高。在荧光体的制造中，使用含有荧光体的构成元素的多种原料、促进合成反应的熔剂(熔剂)。作为熔剂，就稀土类氧硫化物而言一般使用碱金属磷酸盐，通过改变其种类、量，可以变更粒子的形状。球形度为1是指粒子的形状为正球，但现实中难以获得球形度为0.96以上的荧光体，成本变高。因此，荧光体的优选的Wadell的球形度为0.8～0.96，进一步优选为0.85～0.96。

荧光体的余辉例如可以通过在荧光体中添加铈(Ce)来控制。图3是表示相对于Ce浓度的光输出功率及余辉特性的图。图3是表示将含有Gd

图4是表示Gd

自X射线照射阻断起20ms后的余辉优选为0.06％以下。余辉的值通过将X射线照射阻断时的光输出功率设定为100％时的自X射线照射阻断起经过20ms后的光输出功率的相对值(％)来表示。若为0.06％以下，则即使在通常的条件下连续地使用X射线检查装置，也能够显示出没有余像的鲜明的图像。若为该特性，则无论以怎样的速度使用目前的X射线检查装置，也能够显示出没有余像的鲜明的图像。图4的荧光体自X射线的照射阻断起20ms后的余辉显示出0.06％的非常低的值，具有优异的余辉特性。因此，在使用包含这样的荧光体的荧光板，连续地使用X射线检查装置的情况下，能够显示出没有余像的鲜明的图像。

这样的光输出功率及余辉特性在Gd

铈对于余辉的降低是有效的，但其另一方面，光输出功率容易降低，因此不优选过量的添加。铈的浓度在实用上为5ppm～30ppm，优选为10ppm～25ppm，进一步优选为12ppm～22ppm。

作为荧光板中使用的荧光体，例如可列举出Gd

通过实施方式的X射线检测器的荧光板中使用的荧光体，能够提供例如光输出功率为以往的1.4倍以上、自X射线的照射阻断起20ms后的余辉为0.06％以下的荧光板。实施方式的X射线检测器中使用的荧光板可以使用X射线管电压超过以往的80kV～120kV的范围的照射X射线，例如特别适于透过X射线检查装置。

实施方式的X射线检测器具有相对光输出功率至少为110％(对标准荧光体)以上、并且自X射线的照射阻断起20ms后的余辉为0.06％以下的特性。通过使用这样的X射线检测器来构成X射线检查装置，可利用强度比较低的X射线来获得充分的检测灵敏度，同时能够显示出没有余像的清晰的检查图像。因而，维持降低的余辉，即使以高速连续地进行检查，也能够实现精度高的检查。X射线检查装置并不限定于机场随身行李检查装置，也可以应用于各种安全保障系统。

实施例

以下，对于实施例，参照附图进行说明。图5是表示X射线检查装置的构成例的示意图。图5表示作为X射线检查装置的一个例子的机场行李检查装置的构成例。图5表示X射线照射器例如X射线管1，从该X射线管1射出的X射线A对于在传送带等上移动的被检查物2例如行李进行扫描及照射。需要说明的是，作为被检查物2的行李以与X射线A的检测灵敏度相应的速度进行移动。透过行李的透过X射线B通过X射线检测器3被检测。通过这些X射线检测器3而检测的透过X射线B作为连续的强度值被测定，根据该透过X射线B的强度，在液晶显示器等显示装置4上显示出行李内部的图像。而且，通过该图像能够检查行李内部。

X射线检测器3具有图6中所示的构成。图6是表示X射线检测器3的构成例的断面示意图。在检测器本体5中的具有X射线50的入射面的支撑体51的内侧，作为荧光发生器，设置有使发光方向朝向检测器本体5的内侧的荧光体层52。在荧光体层52中使用实施方式的荧光板。在荧光体层52的X射线入射面的相反侧，作为光电转换元件，设置有光电二极管(PD)53。光电二极管53在400nm～900nm的波长范围具有受光灵敏度。在荧光体层52与光电二极管53之间设置有保护层54。对配置于X射线入射面的内侧的荧光体层52照射X射线50，荧光体层52朝向光电二极管53发出可见光。而且，可见光通过光电二极管53被探测，求出X射线的强度。

实施例1中的荧光板为使用Gd

接着，作为合成荧光体的工序，以相对于Gd

接着，作为比较例1，还同时合成了利用以往的制造方法的荧光体。制造了Pr或Ce的添加量与实施例1同样的Gd

将适用了包含实施例1～10及比较例1～5的荧光体的荧光板的X射线检测器的特性与使用了利用比较例1的荧光体的荧光板的情况进行对比而示于表2中。关于适用于包含实施例2～10的荧光体的荧光板的X射线检测器，荧光体的平均粒径、Ce浓度、荧光体的每单位面积的重量中的任一者所涉及的制造条件不同，其他荧光板的制造方法、X射线检测器的构成等与实施例1相同。关于适用于包含比较例2～5的荧光体的荧光板的X射线检测器，荧光体的平均粒径、Ce浓度、荧光体的每单位面积的重量中的任一者所涉及的制造条件不同，其他荧光板的制造方法、X射线检测器的构成等与比较例1相同。需要说明的是，关于相对光输出功率，只要超过110％即可，自X射线照射阻断起20ms后的余辉只要为0.06％以下即可。

表2分别表示具备包含实施例1～10及比较例1～5的荧光体的荧光板的X射线检测器的相对光输出功率和自X射线照射阻断起20ms后的余辉。由表2获知，荧光体的平均粒径变得越大，则相对光输出功率变得越高。另外，在增加Ce浓度时，相对光输出功率变低，余辉变低。进而，通过控制荧光体的每单位面积的重量，能够控制相对光输出功率及余辉。相对光输出功率越高越好，在将比较标准荧光体(比较例1)的光输出功率设为100％时至少需要110％以上。若变得比该值低，则在将X射线强度提高至极限以上、或不改变X射线强度的情况下，变得得不到用于正确分析图像的光输出功率。另一方面，余辉越少，越能够显示出没有余像的图像，但若提高Ce浓度，则变得得不到所需的光输出功率，因此如果至少为0.06％以下则充分。

表2

像这样，通过将包含实施例的荧光体的荧光板用于X射线检测器，在以更高速实施的行李检查中使用的X射线检查装置中，能够显示出鲜明的图像。

以上，例示出了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以以其他的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式或其变形例包含于发明的范围或主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其同等的范围。上述的各实施方式可以相互组合来实施。