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治療用高エネルギー重粒子線による水分解; ブラッグピーク付近におけるOHラジカル収量

Water radiolysis with therapeutic high-energy heavy-ion beams; Yield of OH radical near the Bragg peak

山下 真一; Funtowiez, D.*; 前山 拓哉*; 翠川 匡道*; 岡 壽崇; Baldacchino, G.*; 田口 光正; 木村 敦; 工藤 久明*; 勝村 庸介; 村上 健*

Yamashita, Shinichi; Funtowiez, D.*; Maeyama, Takuya*; Midorikawa, Masamichi*; Oka, Toshitaka; Baldacchino, G.*; Taguchi, Mitsumasa; Kimura, Atsushi; Kudo, Hisaaki*; Katsumura, Yosuke; Murakami, Takeshi*

これまで治療用重粒子線を用いた水の放射線分解生成物のうち主要な水和電子,ヒドロキシルラジカル($$^{.}$$OH),過酸化水素の収量測定を行ってきた。Coumarin-3-carboxylic acid (CCA)を$$^{.}$$OHの捕捉剤として用い、反応後生成される安定なケイ光物質7OH-CCAを定量することで$$^{.}$$OH収量を高感度に測定できる手法の開発も行ってきた。本研究では実際の治療でガン患部に重ね合わされるブラッグピーク付近で$$^{.}$$OH収量がどのようになっているか実験的に明らかにすることを目指した。照射には放射線医学総合研究所HIMACからのC290及び135MeV/uなどを用い、どの重粒子線でもブラッグピーク付近で$$^{.}$$OH収量が極小値をとること、ブラッグピーク直後で収量が数倍に跳ね上がることなどが明らかとなった。高エネルギー重粒子線のブラッグピーク付近では核破砕により生成した加速イオンよりも軽い粒子の寄与が大きくなることが知られているため、今回得られた測定結果をHIBRACやPHITSといった核破砕シミュレーションと合わせて現在検討を進め、$$^{.}$$OH収量に対する核破砕粒子の寄与を明らかにしているところである。

Product yields of water radiolysis are inevitably important in understanding detailed mechanism of indirect action of ionizing radiations. We have conducted yield measurement of main products such as hydrated electron, hydroxyl radical ($$^{.}$$OH) and hydrogen peroxide. We have also developed a sensitive method to determine $$^{.}$$OH yield with a fluorescent probe. In the method, aqueous solution of coumarin-3-carboxylic acid (CCA) is irradiated and $$^{.}$$OH is scavenged by CCA, resulting in production of fluorescent product 7OH-CCA. Applying this method, $$^{.}$$OH yield near the Bragg peak has been measured in this study because the Bragg peak is overlapped cancer position in actual therapy. Beams of C 290 and 135 MeV/u and so on were taken for irradiation at the biological irradiation port at HIMAC facility of NIRS. It was found that $$^{.}$$OH yield show minimal value around the Bragg peak for every ion beam and it drastically jumps up several times at just downstream of the Bragg peak. It is already well known that contributions of fragmentation particles become non-negligible for high-energy heavy ions. Thus, further consideration including fragmentations is necessary to separate contributions of different fragmentation particles. Such consideration is being attempted by using simulations with HIBRAC and PHITS.

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