Theoretical and experimental estimation of the relative optically stimulated luminescence efficiency of an optical-fiber-based BaFBr:Eu detector for swift ions

光ファイバー型BaFBr:Eu検出器の粒子線に対する相対光刺激光効率の理論的及び実験的推測

平田 悠歩   ; 佐藤 達彦   ; 渡辺 賢一*; 小川 達彦   ; Parisi, A.*; 瓜谷 章*

Hirata, Yuho; Sato, Tatsuhiko; Watanabe, Kenichi*; Ogawa, Tatsuhiko; Parisi, A.*; Uritani, Akira*

放射線測定において、検出器の線量応答を高い信頼性を持って評価することは、放射線治療,放射線防護,高エネルギー物理学など、多様な分野で共通した課題となる。しかし、多くの蛍光現象を利用する放射線検出器では、高い線エネルギー付与(LET)を持つ放射線に対して消光効果と呼ばれる検出効率の低下を示すことが知られている。また、この消光現象は、異なる種類の粒子線による微小領域へのエネルギー付与分布の変化にも依存する。先行研究では、PHITSコードのマイクロドジメトリ計算により消光現象を予測する手法が開発されていた。本研究では、この成果を活用して、PHITSのマイクロドジメトリ計算により、BaFBr:Eu検出器の光刺激蛍光(OSL)効率を予測した。また、He, C, Neのイオンビーム照射実験を行い、BaFBr:Eu検出器の発光効率変化を測定し、計算による予測値を検証した。本検証では、PHITSのマイクロドジメトリ計算でターゲット球の直径を30-50nmと設定することで、発光効率の予測値が実験値を再現した。また、計算によりBaFBr:Euの発光効率の粒子線種に対する依存性を明らかにし、PHITSのマイクロドジメトリ計算がBaFBr:EuのOSL測定結果を正確に予測できることを示した。

The reliability of dose assessment with radiation detectors is an important feature in various fields, such as radiotherapy, radiation protection, and high-energy physics. However, many detectors irradiated by high linear energy transfer (LET) radiations exhibit decreased efficiency called the quenching effect. This quenching effect depends not only on the particle LET but strongly on the ion species and its microscopic pattern of energy deposition. Recently, a computational method for estimating the relative efficiency of luminescence detectors was proposed following analysis of microdosimetric specific energy distributions simulated using the particle and heavy ion transport code system (PHITS). This study applied the model to estimate the relative optically stimulated luminescence (OSL) efficiency of BaFBr:Eu detectors. Additionally, we measured the luminescence intensity of BaFBr:Eu detectors exposed to He, C and Ne ions to verify the calculated data. The model reproduced the experimental data in the cases of adopting a microdosimetric target diameter of approximately 30-50 nm. The calculated relative efficiency exhibit ion-species dependence in addition to LET. This result shows that the microdosimetric calculation from specific energy is a successful method for accurately understanding the results of OSL measurements with BaFBr:Eu detectors irradiated by various particles.