放射性物質検出器の相対的な外部効率を推定するための蛍光体モデルの実験的評価

Experimental assessment of a phosphor model for estimating the relative extrinsic efficiency in radioluminescent detectors.

• Jan Lindström
• Gudrun Alm Carlsson
• Erik Wåhlin
• Åsa Carlsson Tedgren
• Gavin Poludniowski

抄録

線量検出器やイメージングセンサーの設計における蛍光体スクリーンの最適化は、通常、特殊な測定装置や高度なモデリングを必要とする煩雑で時間のかかる作業です。同じ蛍光体でも、重要な光学パラメータが広い範囲で変化することが知られています。本研究の目的は、以前に発表された単純なモデルを実験的に評価することであり、ここでは、ケース固有の光学パラメータ（散乱と吸収）は、代わりに固定された単一のパラメータである光消衰係数ξで表されます。蛍光体の外部効率、Nという用語も導入されており、一般的な「絶対効率」とは異なり、未知の要因（温度依存性など）が効率の推定中に影響を及ぼす可能性があり、絶対性を主張することは困難であることに留意しています。N は、入射 X 線エネルギーフルエンスに対する蛍光体表面での単位面積当たりの放出光エネルギーの比で表される。本研究では比率と相対的な変化に焦点を当てることで、医用物理学部門ですぐに利用可能な機器（すなわち光電計）を使用することができる。粒子径（7.5μmと25μm）と層厚（220～830μm）の広い範囲で変化する相対的な外部効率は、入力パラメータ（蛍光体の平均粒子径、層厚、光消光係数、および層に付与される計算されたエネルギー）からモデル内で計算されました。設計パラメータをより良く制御するために、自社製のスクリーン(GdOS:Tb)を使用した。このモデルは、相対的な外部効率の定量的な偏差を約2%以内に抑え、実験と定性的に良好な一致を示した。

Optimising phosphor screens in dose detectors or imaging sensor designs is a cumbersome and time- consuming work normally involving specialised measuring equipment and advanced modelling. It is known that crucial optical parameters of the same phosphor may vary within a wide range of values. The aim of this work was to experimentally assess a simple previously published model where the case specific optical parameters (scattering and absorption) are instead represented by a fixed, single parameter, the light extinction factor, ξ. The term extrinsic efficiency, N, of a phosphor is also introduced, differing from the common denotation "absolute efficiency", after noting that unknown factors (such as temperature dependence) can have an influence during efficiency estimations and hence difficult to claim absoluteness. N is expressed as the ratio of light energy emitted per unit area at the phosphor surface to incident x-ray energy fluence. By focusing on ratios and relative changes in this study, readily available instruments in a Medical Physics Department (i.e. a photometer) could be used. The varying relative extrinsic efficiency for an extended range of particle sizes (7.5 and 25 µm) and layer thicknesses (220 to 830 µm) were calculated in the model from the input parameters: the mean particle size of the phosphor, the layer thickness, the light extinction factor and the calculated energy imparted to the layer. In-house manufactured screens (GdOS:Tb) were used for better control of design parameters. The model provided good qualitative agreement to experiment with quantitative deviations in relative extrinsic efficiency within approximately 2%.

Copyright © 2020. Published by Elsevier Ltd.