X線イメージング技術は核医学診断、産業非破壊検査、安全検査などの分野で重要な応用があり、高性能シンチレータはX線検出およびイメージングを実現する核となる材料です。高い吸収効率、高い光出力、速い減衰および低い検出限界を兼ね備えた新規シンチレータ結晶の開発は、画像品質の向上と被ばく線量の低減における重要な課題です。本稿では、ブリッジマン溶融降下法を用いて異なる濃度のCe³⁺をドープしたCs₃Lu₂Cl₉結晶の系列を成功裏に作製し、その光励起発光およびシンチレーション特性を体系的に研究しました。ドープしていない結晶は自己捕獲励起子(STE)に由来する固有の広帯域発光を示し、Ce³⁺ドープ後は結晶のX線励起発光強度が著しく増強されました。中でもCs₃Lu₂Cl₉∶5%Ce結晶は最適なシンチレーション特性を示し、そのX線励起放射ピークは425 nmに位置し、定常状態X線光出力は20,700フォトン·MeV^-1で、非ドープ結晶に比べて約7倍に向上し、シンチレーション減衰時間は36.5 nsであり、152 nGy_air·s^-1の低検出限界および14.5 lp·mm^-1の高空間分解能を達成しました。本研究は、Ce³⁺がCs₃Lu₂Cl₉中で非放射性再結合とエネルギー移動を抑制し、STE発光効率を相乗的に向上させるメカニズムを明らかにし、Cs₃Lu₂Cl₉∶5%Ceが低線量・高分解能イメージングにおける高性能で高速応答のX線シンチレータとしての応用可能性を示しました。

シンチレータ結晶;ブリッジマン法;Cs₃Lu₂Cl₉;Ce³⁺ドープ;X線イメージング