Liquid water radiolysis induced by secondary electrons generated from MeV-energy carbon ions

MeVエネルギー炭素イオンから発生する二次電子により誘起される液体水の放射線分解

土田 秀次*; 手塚 智哉*; 甲斐 健師   ; 松谷 悠佑*  ; 間嶋 拓也*; 斉藤 学*

Tsuchida, Hidetsugu*; Tezuka, Tomoya*; Kai, Takeshi; Matsuya, Yusuke*; Majima, Takuya*; Saito, Manabu*

高速イオンビームは、生体細胞内の水との相互作用によって生成される二次電子などの化学生成物によってDNAに損傷を与えるが、粒子線治療で用いられるブラッグピーク領域におけるこれらの化学生成物の生成過程は完全には理解されていない。この過程を調べるために、真空中の液体水ジェットにMeVエネルギーの炭素ビームを照射したときに生成される放射線分解物の収率を評価する実験を行った。さらに、放射線輸送モンテカルロコードを用いて、入射イオンと二次電子による水中の電離過程をシミュレーションした。その結果、水中でのイオン化の主な原因は二次電子であることがわかった。最後に、これらの素過程は、DNA損傷の形成機構を研究する放射線生物物理学や生化学の発展に寄与することを示す。

Although fast ion beams can damage DNA by chemical products such as secondary electrons produced by their interaction with water in living cells, the process of formation of these chemical products in the Bragg peak region used in particle therapy is not fully understood. To investigate this process, we performed experiments to evaluate the yields of radiolytic products produced when a liquid water jet in vacuum is irradiated with a MeV-energy carbon beam. In addition, ionization processes in water due to incident ions and secondary electrons were simulated using a radiation transport Monte Carlo code. The results indicated that the primary source of ionization in water is secondary electrons. Finally, we show that these elementary processes contribute to the development of radiation biophysics and biochemistry to study the formation mechanism of DNA damage.