Production of a fluorescence probe in ion-beam radiolysis of aqueous coumarin-3-carboxylic acid solution, 2; Effects of nuclear fragmentation and its simulation with PHITS

イオンビームによるクマリン-3-カルボン酸水溶液の放射線分解における蛍光プローブの生成,2; 核破砕の影響とPHITSシミュレーション

前山 拓哉*; 山下 真一; 田口 光正; Baldacchino, G.*; Sihver, L.*; 村上 健*; 勝村 庸介

Maeyama, Takuya*; Yamashita, Shinichi; Taguchi, Mitsumasa; Baldacchino, G.*; Sihver, L.*; Murakami, Takeshi*; Katsumura, Yosuke

クマリン-3-カルボン酸(CCA)水溶液の放射線分解では水分解生成物であるOHラジカルによりCCAが酸化されて一定の比率で蛍光プローブになる。このことを利用し、HIMAC施設において135, 290, 400MeV/uの炭素イオンを水に照射した際のOHラジカル収率をブラッグピーク付近で測定した。ブラッグピークで停止するまでの間に入射イオンはエネルギーを失い、LETが増加するため、トラック構造が密となることを反映してOHラジカル収率が減少する一方、ブラッグピークよりさらに深い下流の領域では核破砕で生成した軽くてLETの低いHやHeなどの二次イオンの照射により、OHラジカル収率は急激に高くなることを明らかにした。核破砕を考慮して上記のようなOHラジカル収率の変化を定量的に説明するために粒子・重イオン汎用3次元モンテカルロコードPHITSを用いて粒子輸送計算を実施したところ、ブラッグピークより上流の領域では測定結果を精度よく説明できた。しかしブラッグピークより下流の領域では測定値に対して、シミュレーションに基づく推定値は15-45%過小評価となり、この差異は線量測定で用いた電離箱と試料セルとのジオメトリの違いが主因となって生じている可能性が高いことが示された。

Coumari-3-carboxylic acid scavenges OH radical produced in water radiolysis, leading to production of a fluorescence probe at almost constant ratio relative to the amount of the scavenged OH radicals. This was applied in estimation of OH radical yield in water radiolysis especially with therapeutic heavy ions of GeV-class energies, i.e. C beams of 135, 290 and 400 MeV/u. OH yields upstream of the Bragg peaks decreased with increasing penetration depth of the projectile ions while that downstream suddenly jumped up to near the value for low-LET radiations such as -rays. This is due to low-LET secondary fragmentation ions produced during long trajectory of the primary projectile C ion. Quantitative explanation by nuclear fragmentation simulations with PHITS code was attempted and resulted in 15-45% underestimation in the region behind the Bragg peaks, which would be due to the difference in geometries between irradiations of the sample solutions and dosimetry with a small ionization chamber.