Measurement of neutron production cross sections from heavy ion induced reaction

重イオン入射反応における中性子生成断面積の測定

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 今林 洋一*; 板敷 祐太朗*; 佐藤 大樹   ; 梶本 剛*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; 松藤 成弘*; Song, T.-Y.*; Lee, C. W.*; Kim, J. W.*; Yang, S.-C.*

Shigyo, Nobuhiro*; Uozumi, Yusuke*; Imabayashi, Yoichi*; Itashiki, Yutaro*; Satoh, Daiki; Kajimoto, Tsuyoshi*; Sanami, Toshiya*; Koba, Yusuke*; Takada, Masashi*; Matsufuji, Naruhiro*; Song, T.-Y.*; Lee, C. W.*; Kim, J. W.*; Yang, S.-C.*

高エネルギー加速器施設の遮蔽設計には、原子力機構を中心に開発されているPHITSや欧州原子核研究機構を中心に開発されているFLUKAなどのモンテカルロ法に基づく放射線輸送コードが利用されている。これら放射線輸送コードの予測精度を検証するには、核反応の素過程に関する二重微分断面積の実験データとの比較が必要である。しかし、重イオン入射反応に関する実験データは乏しく、荷電粒子生成に関するものはほとんど存在しない。そこで、放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用い290MeV/uのAr入射反応に対する炭素原子核からの陽子,重陽子及び三重陽子生成二重微分断面積を測定した。生成した荷電粒子は、ビーム軸に対して15, 30, 45, 60, 75及び90度方向に配置した液体有機シンチレータで検出した。各荷電粒子は、飛行時間と検出器でのエネルギー損失の情報から識別できる。実験データをPHITS及びFLUKAと比較したところ、陽子生成については実験データの傾向を再現するものの、重陽子及び三重陽子生成については、両コードで全く再現できず、各コードによる計算値の間にも大きな差があることが分かった。これは、既存の核反応模型では重陽子や三重陽子の放出に必要な核子の同伴および癒着過程を適切に取り扱えていないためと考えられる。本研究で得られる知見は、放射線輸送コードにおける核反応模型の改良に貢献することが期待できる。

Cancer therapy using heavy ion beam has been adopted as highly advanced medical treatment by reason of its clinical advantages. It has become more important to estimate the risk of secondary cancer from recent survey. During treatment, secondary particles such as neutrons and -rays are producedby heavy ion induced nuclear reactions in a patient body as well as beam delivery apparatuses. For the risk assessment of secondary cancer, it is essential to know contribution of secondary neutrons by extra dose to organs in the vicinity of the irradiated tumor because the secondary neutron has a long flight path length and gives undesired dose to normal tissues in a wide volume. The experimental data of neutron energy spectra are required for dose estimations with high accuracy. Especially, precise data around neutron energy of 1 MeV is required because neutron of the energy region has a large relative biological eectiveness. Estimation of the secondary neutron yield data is important for estimation of radiation safety on both of workers and public in treatment facilities.