A Step-by-step simulation code for estimating yields of water radiolysis species based on electron track-structure mode in the PHITS code

松谷 悠佑; 吉井 勇治*; 楠本 多聞*; 赤松 憲*; 平田 悠歩; 佐藤 達彦; 甲斐 健師

Physics in Medicine & Biology, 19 Pages, 2023/00

https://doi.org/10.1088/1361-6560/ad199b

水の放射線分解における化学生成物の時間依存性は、電離放射線へ被ばくした後のDNA損傷応答を評価する際に重要な役割を果たす。粒子および重イオン輸送コードシステム(PHITS)は、放射線輸送のための汎用モンテカルロシミュレーションコードであり、物理過程であるイオン化や電子励起などの原子相互作用を計算することができる。しかし、水の放射線分解生成物をシミュレートするための化学コードはPHITSパッケージには存在しない。本研究では、電子線による水の放射線分解生成物(OHラジカル、e、H、HOなど)のG値を計算できるPHITS専用の化学シミュレーションコード(PHITS-Chemコード)を開発した。その結果、開発したPHITS-Chemコードは1 sまでのG値の測定値や他のシミュレーション値と一致することが確認できた。また、このコードは、OHラジカルスカベンジャー存在下での様々な化学生成物のシミュレーションや、DNA損傷誘発に対する直接的および間接的な影響の寄与を分析にも役立つ。このコードは原子力機構が主となり開発を進めるPHITSパッケージに内包され、8000名以上のユーザーに提供される予定である。

2020年度夏期休暇実習報告; HTTR炉心を用いた原子力電池に関する予備的検討; 核設計のための予備検討,3

石塚 悦男; 満井 渡*; 山本 雄大*; 中川 恭一*; Ho, H. Q.; 石井 俊晃; 濱本 真平; 長住 達; 高松 邦吉; Kenzhina, I.*; et al.

JAEA-Technology 2021-016, 16 Pages, 2021/09

JAEA-Technology-2021-016.pdf:1.8MB

2020年度の夏期休暇実習において、昨年度に引き続きHTTR炉心を原子力電池に見立てた場合の核的な予備検討として、MVP-BURNを用いて炉心の小型化について検討した。この結果、U濃縮度20%、54燃料ブロック(183層)炉心、半径1.6mのBeO反射体を使用すれば5MWで30年の連続運転が可能になることが明らかとなった。この小型炉心の燃料ブロック数は、HTTR炉心の36%に相当する。今後は、更なる小型化を目指して、燃料ブロックの材料を変更したケースについて検討する予定である。

A Simplified Cluster Analysis of Electron Track Structure for Estimating Complex DNA Damage Yields

松谷 悠佑; 中野 敏彰*; 甲斐 健師; 鹿園 直哉*; 赤松 憲*; 吉井 勇治*; 佐藤 達彦

International Journal of Molecular Sciences (Internet), 21(5), p.1701_1 - 1701_13, 2020/03

https://doi.org/10.3390/ijms21051701

電離放射線被ばく後に誘発されるDNA損傷の中でも、10から20塩基内に2つ以上のDNA損傷が誘発されるクラスター損傷は人体にとって致命的な損傷として知られている。そのようなクラスター損傷の収率はシミュレーション技術によって評価されてきたが、その推定精度についての検証は未だ不十分である。クラスター損傷を検出する科学技術の進歩に伴い、実験と推定の両方によりクラスター損傷を評価することが近年ようやく可能となった。本研究では、PHITSコードで得られる非弾性散乱(電離・電子的励起)数の空間密度を解析することによりクラスター損傷を推定するシンプルなモデルを考案し、ゲル電気泳動や原子間力顕微鏡により測定されるクラスター損傷(例:塩基損傷を伴うDNA二本鎖切断や2つ以上の塩基損傷)の実験結果と比較した。塩基損傷と主鎖切断の収率比を1.3と仮定することで、シミュレーションによって、主鎖切断ならびに塩基損傷に対するクラスター損傷生成率の実測値の再現に成功した。また、塩基損傷を伴う複雑な二本鎖切断に対する推定値と対応する実測値との比較結果から、電離・電子的励起数の凝集度がDNA損傷の複雑さを反映することが示唆された。開発したモデルにより、X線(電子線)により誘発されるクラスター損傷の種類の定量化が可能となり、クラスター塩基損傷に対する実験的な検出効率の解釈に成功した。

CeOを母材とするCsI含有模擬燃料の作製と性状評価

高松 佑気*; 石井 大翔*; 大石 佑治*; 牟田 浩明*; 山中 伸介*; 鈴木 恵理子; 中島 邦久; 三輪 周平; 逢坂 正彦; 黒崎 健*

日本原子力学会和文論文誌, 17(3/4), p.106 - 110, 2018/12

https://doi.org/10.3327/taesj.J17.025

揮発性核分裂生成物(FP)であるセシウム(Cs)の燃料中の物理化学状態や燃料からの放出挙動を評価するために必要なCs含有模擬燃料の調製技術を確立することを目的として、放電プラズマ焼結(SPS)法を用いてウランの模擬物質であるセリウム化合物(CeO)にヨウ化セシウム(CsI)を含有させた模擬燃料の作製試験を実施した。SPSの条件を最適化することで、CsIが直径数マイクロメートルの球状析出物としてCeO母相内に分散する焼結体が得られ、Cs及びIを含有する模擬燃料の調製に成功した。

Localization estimation of ionizing radiation-induced abasic sites in DNA in the solid state using fluorescence resonance energy transfer

赤松 憲; 鹿園 直哉; 齊藤 毅*

Radiation Research, 183(1), p.105 - 113, 2015/01

https://doi.org/10.1667/RR13780.1

DNAに生じた傷(DNA損傷)のほとんどは生物が有する損傷修復機構によって元通りに修復されるが、中には修復困難なタイプの傷があり、これが突然変異や発癌の原因になるといわれている。修復困難とされる損傷型のひとつに「クラスター損傷」(複数の損傷がDNA鎖上の狭い領域に集中的に生じている)がある。しかしながら、その化学構造・損傷局在性の程度・生成頻度等の実体はほとんど明らかになっていない。そこで我々は、クラスター損傷の実体、特に局在性を実験的に解明するために、蛍光共鳴エネルギー移動を利用した損傷位置局在性評価法(FRET法)の開発を行ってきた。検出対象の損傷には脱塩基部位(AP)を選び、FRET法を、種々の放射線(Co 線,ヘリウム・炭素イオンビーム)を照射した乾燥DNA試料に適用したところ、特に飛跡末端の炭素イオンビームでは、飛跡中でクラスター化した損傷が生じることが明らかとなった。

Development of "leaky" liposome triggered by radiation applicable to a drug reservoir and a simple radiation dosimeter

赤松 憲

Applied Radiation and Isotopes, 74, p.144 - 151, 2013/04

https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2013.01.024

現在、放射線の生物影響のターゲットしてDNAが最も重要視されているが、生物(細胞)はDNA以外にもさまざまな構造体を持っておりターゲットとして働くことが知られている。その代表的なものは脂質2重膜である。そこで放射線に対して脆弱な脂質組成・組成比・周辺環境とはどのようなものであるかを、リン脂質-コレステロール系リポソームを用いて調べた。なお、本リポソームを抗癌剤のリーザーバーとして用いることで癌の放射線療法と化学療法を同時に行うことができる。蛍光試薬を封入したリポソームを作成し、リン酸緩衝液中37度で軟X線を照射した。放出された蛍光薬剤の量を測定し、その量を放射線感受性の指標とした。その結果、放射線感受性の法則はおもに次の通りであることがわかった。(1)ビスアリル水素を有する不飽和リン脂質が不可欠、(2)不飽和リン脂質の中でもリノール酸リン脂質が最良、(3)線量率が低いほど放射線感受性が上がる、(4)不飽和リン脂質成分としてのリノール酸リン脂質は520mol%が最良、(5)コレステロールは3060mol%が最良。不飽和リン脂質の連鎖的な酸化がリポソームの放射線感受性に重要な役割を担っていると考えられる。また、脂質成分の組成によって不飽和結合間の距離や、脂質ラジカルへの酸素分子の接近しやすさが変化することも併せて示している。

文部科学省「健康相談ホットライン」臨時電話相談員を務めて; より良いリスク・コミュニケーションを模索しながら

赤松 憲

放射線生物研究, 46(2), p.87 - 92, 2011/06

http://ci.nii.ac.jp/naid/40018910985

今回の東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)による原子力災害に伴い、文部科学省に放射線・放射線影響に関する「健康相談ホットライン」が開設された。われわれ原子力機構の職員等も臨時相談員として日本全国からの問い合わせに対応した。今回の惨禍で、原子力や放射能・放射線に対する関心が国内のみならず世界中に広がった。本稿では、著者が受けた相談内容の種類,相談員を務めながら葛藤したことなどを幾つか挙げ、相談者に冷静な判断のもとに行動していただくためにはどのようなリスク・コミュニケーションをとればよいのか、相談員にできることは何かについて考察した。

Development of a thermal neutron-sensitive liposome for a novel drug delivery system aiming for radio-chemo-concurrent cancer therapy

赤松 憲

Radiation Physics and Chemistry, 78(12), p.1179 - 1183, 2009/12

https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2009.07.007

熱中性子照射によって破壊される熱中性子感受性リポソームを開発する。腫瘍に蓄積した熱中性子感受性リポソームが熱中性子により破壊されて、封入した抗癌剤が放出されるような薬物放出制御システムを構築する。リポソーム破壊に最も寄与する化学種は、水の放射線分解物である・OHと予想した。その仮説に従い、まず実験室光源である軟X線を用いてリポソームの脂質組成と放射線感受性の関係を調べた。軟X線を用いた実験で得られた結果をもとに、ホウ素化合物と抗癌剤を封入したリポソームを作製し、中性子照射による抗癌剤の放出性を調べた。軟X線を用いた基礎検討により、3成分系リポソームの放射線感受性は、(1)リポソーム懸濁液の濃度,(2)リポソーム脂質組成,(3)線量率の影響を大きく受けることが明らかとなった。(1)(2)(3)を最適化した結果、100Gy未満の線量で破壊されるリポソームを構築することができた。基礎検討をもとに作製したリポソームにホウ素化合物及び抗癌剤カルボプラチンを封入し、ホウ素中性子捕捉反応による抗癌剤放出性を調べた。その結果、照射により抗癌剤の放出速度が有意に上昇することが明らかとなった。

Fluorination of PMDA-ODA polyimide using hyperthermal atomic fluorine beams

田川 雅人*; 横田 久美子*; 前田 健一*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 赤松 謙祐*; 縄舟 秀美*

Polyimides and Other High-Temperature Polymers; Synthesis, Characterization and Applications, Vol.5, p.249 - 259, 2009/08

PMDA-ODAポリイミドの表面弗化を超熱弗素原子ビームを用いて行った。X線光電子分光と接触角計測によって得た分析結果をもとにしてその表面の基礎的な性質を報告する。CF, CF, CFがポリイミド表面にF原子ビームの強度に依存して形成されることがわかった。さらに、水の接触角を60度から120度まで弗素原子ビームの強度を変えることで制御できることを見いだした。原子間力顕微鏡で表面粗さを評価すると、F原子ビームに依存してわずかに増加するが、これは恐らくCFのような揮発性の生成物が生成するためと考えられる。このことはF原子ビーム照射中に水晶振動子を用いた質量変化の実測によって確かめられている。

タンデム加速器を利用したマイナーアクチノイド分離用抽出剤への線照射

須郷 由美; 赤松 憲; 長谷 純宏; 田口 光正; 佐々木 祐二; 広田 耕一; 木村 貴海

JAEA-Conf 2008-012, p.127 - 129, 2009/03

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Conf-2008-012-1.pdf

TIARAタンデム加速器のTC1ポートは、大気圧のもと水平方向に低エネルギーのヘリウムイオンビームを照射させることができる唯一の照射装置を備えている。タンデム加速器を利用したマイナーアクチノイド分離用抽出剤への線照射実験の手法を確立させるため、TC1ポートの照射チャンバーの一部を改良するとともに、照射容器の製作など照射実験の条件を整備した。イオンの照射エネルギーは照射窓面から照射試料までの空気層の距離で調整し、フルエンスはファラデーカップで測定したビーム電流値と試料の照射時間から求まる計算値を固体飛跡検出器CR-39を用いて実測した値で補正した。