低エネルギー電子による水の放射線分解最初期過程の基礎研究

Fundamental study of earliest stage of water radiolysis by low energy electrons

甲斐 健師   

Kai, Takeshi

PHITS等の放射線輸送計算コードは生体中のエネルギー付与が計算できるが、低エネルギー電子の微視的挙動を模擬できないため、ナノスケールの放射線作用の解析が困難である。そこで、1keV未満の電子の水中における衝突断面積の計算法や電子の動的挙動計算法を導入し、ナノスケールの放射線作用を計算できるコードの開発を進めた。このコードを利用することで、水中における1次電子線輸送計算及び低エネルギー2次電子の減速過程をナノスケールで計算することができた。さらに、この計算結果に基づき、DNA損傷を推定し、細胞死や染色体異常のような放射線生物影響が誘発されると考えられる新たな複雑DNA損傷機構を見出した。本コードはPHITSへ実装され、今後も機能を拡張していく予定である。

Particle transport codes such as PHITS can calculate energy deposition in living system, however, it is impossible to analyze radiation interaction in nano-scale because the codes cannot simulate microscopic behavior of low energy electrons. We have developed a simulation code which can simulate the behavior. In this presentation, we explain the calculation methods of electron collision cross section as well as the electron behavior in water. We also show the results for a primary electron transport and secondary electrons deceleration. From the results, we perform DNA damage prediction involved in the low energy electrons. We found novel complex DNA damage mechanism which induces radiation biological effect such as cell death or mutation. We also present an implementation of the code into PHITS and future plans for the functional extension of PHITS.