Water radiolysis with high-energy heavy ions; Conversion of transient water radicals into stable product inside heavy-ion tracks

高エネルギー重粒子線による水の放射線分解; 重イオントラック内における短寿命水分解ラジカルの安定生成物への転換

山下 真一; 勝村 庸介; Meesungnoen, J.*; Jay-Gerin, J.-P.*; Lin, M.; 室屋 裕佐*; 村上 健*

Yamashita, Shinichi; Katsumura, Yosuke; Meesungnoen, J.*; Jay-Gerin, J.-P.*; Lin, M.; Muroya, Yusa*; Murakami, Takeshi*

捕捉剤を用いた収量測定とモンテカルロ法トラック構造シミュレーションを補完的に用い、高エネルギー重粒子線による水の放射線分解について調べた。さまざまな濃度(0.012M)のギ酸ナトリウムを含む0.25mMのメチルビオローゲン(MV)水溶液を脱気して照射に用いた。照射には放射線医学総合研究所HIMACからのHe, C, Ne, Si, Ar, Feイオンビームを、核子あたり135500MeVのエネルギーで用いた。ギ酸濃度を変化させた際のメチルビオローゲンラジカルカチオン(MV)生成収量を測定し、トラック内における水分解ラジカルのMVへの転換について議論を行った。さらに、より定量的に議論するため、カナダ・シャーブルック大学のグループが開発したモンテカルロ計算コードを用い、測定結果の再現も試みた。

Water radiolysis with high-energy heavy ions has been investigated through combination of yield measurement with scavenging method and track-structure simulation based on Monte-Carlo method. Deaerated aqueous solutions of 0.25 mM methyl viologen (MV) containing various concentration of sodium formate were irradiated with He, C, Ne, Si, Ar and Fe ions of 135-500 MeV per nucleon provided from HIMAC at NIRS, Japan. By changing formate concentration, yield of MV was measured for the abovementioned heavy-ion beams. Then, the yield of MV increased with decreasing LET and with increasing formate concentration. This fact shows that consumption of water radicals in intra-track reactions with time occurs and becomes more and more significant with increasing LET. In order to discuss more quantitatively, Monte-Carlo simulation code for water radiolysis with heavy ions named IONLYS-IRT, which has been developed by a group of University of Sherbrooke, was employed to reproduce our experimental results.