Development of a calculation method for estimating specific energy distribution in complex radiation fields

高エネルギー重イオン飛跡周辺におけるスペシフィックエネルギー分布に関する解析

佐藤 達彦   ; 横谷 立子; 仁井田 浩二*

Sato, Tatsuhiko; Yokoya, Ritsuko; Niita, Koji*

長期宇宙滞在や重イオン癌治療を計画するためには、高エネルギー重イオン被ばくによる生物影響を正しく評価する必要がある。そのためには、重イオン飛跡周辺のスペシフィックエネルギー分布に関する情報が必要となる。そこで、われわれは、モンテカルロ法を用いて、1MeV/n100GeV/nの重イオン飛跡周辺のスペシフィックエネルギー分布を計算した。また、その結果をもとに、すべての重イオンによるスペシフィックエネルギー分布を再現できる解析関数を開発した。この解析関数に重イオン輸送計算コードPHITSを組合せれば、宇宙飛行士の特定臓器や癌患者の腫瘍部におけるスペシフィックエネルギー分布を簡便かつ短時間で計算することができる。

Estimation of biological effects due to exposure of HZE particles is one of the key issues in the planning of long-term space missions and heavy ion cancer therapies. Detailed information on the specific energy distributions around their tracks is indispensable in the issue. We therefore calculated the specific energy distributions in liquid water around the tracks of protons and several kinds of heavy ions with energies from 1 MeV/n to 100 GeV/n. The calculations were performed by a Monte Carlo electron track structure simulation code coupled with the Katz's delta-ray production model. An analytical function to reproduce the simulation results has been developed in order to predict the distribution for all kinds of heavy ions with wide energy ranges. By incorporated into the Particle and Heavy Ion Transport code System PHITS, the function enables us to calculate the specific energy distribution in macroscopic matters such as specified organs of astronauts or tumor of patients within a short computational time.