Light yield maximization of triclinic La-GPS scintillator by optimizing La and Ce concentration

La及びCe濃度最適化による三斜晶La-GPSシンチレータの発光量最大化

坪田 陽一   ; 和氣 嵩暁*; 金子 純一* ; 樋口 幹雄*; 石橋 浩之*

Tsubota, Yoichi; Waki, Takaaki*; Kaneko, Junichi*; Higuchi, Mikio*; Ishibashi, Hiroyuki*

GdSiO:Ce(GPS)はNaI:Tlを超える大発光量を持ち、523Kを超える高温環境下でも使用可能な希土類ケイ酸塩シンチレータである。GPSのGdの一部をLaで置換した三斜晶La-GPSもNaI:Tlに匹敵する発光量を有し、複数の単結晶合成例が報告されている。しかしLa-GPSの発光量に関する系統的な研究はいまだ報告されていない。本研究においてはLa-GPSシンチレータの発光量最大化を目指し、発光量のLa及びCe濃度依存性を調査した。(LaxGd1-x-yCey)SiO(x=0.1, y=0-0.16)および(x=0-0.15, y=0.025)の組成の調整したLa-GPS焼結体をガラス基板に固定、研磨することで厚み100m程度のプレートを作製した。Amからの線応答測定の結果、Ce濃度2.5%でLa濃度を変化させた場合、La濃度5-6.7%程度で発光量が最大となり、La濃度増加とともに発光量は減少した。La濃度を10%とし、Ce濃度を変化させた場合、Ce濃度0-2.5%の領域では濃度増加に伴い、発光量が増加し、Ce濃度4%より高い領域では濃度消光により発光量が減少した。

GdSiO:Ce (GPS) is a rare-earth oxide scintillator with large light yield (LY) exceed NaI:Tl and can be used under high temp. environment. The triclinic La-GPS, which substituted Gd site for La, also have LY close to NaI:Tl. Although several trials on growth of La-GPS were reported, systematic research on LY were not sufficiently carried out. In this report, the optimization of La and Ce concentration of La-GPS was conducted to maximize LY. Sintered (LaxGd1-x-yCey)SiO (x= 0.1, y= 0 - 0.16) and (x= 0 - 0.15, y= 0.025) were fixed on glass plates and mechanically polished to be approx. 100 micro-meter thick. For the evaluation of scintillation LY, alpha-particle response measurement using Am was performed. For the Ce= 2.5% samples, La-GPS with 5 - 6.7% of La showed the highest LY. LY was then decreased as the La increased. For the La=10% samples, light yield increased as Ce increased in the range of Ce=0.5-2.5% that corresponded with the increase of luminescent center of Ce. Decrease of LY due to concentration quenching was observed in the range of Ce4%.