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古田 琢哉
医学物理, 41(4), P. 194, 2021/12
粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、近年における放射線の医学利用の高まりを受けて医学分野での利用例が増大しており、当該分野で有効な計算機能も開発されてきた。このような研究に関係する成果を、2021年にRadiological Physics and Technology誌で発表した「PHITSの医学物理計算への応用」と題するレビュー論文にまとめた。その後、日本医学物理学会の編集委員会より、この論文の内容を国内の関係者へ周知する紹介記事の投稿依頼があった。そこで、レビュー論文で報告したPHITSを利用した医学物理分野での応用例や有益なPHITSの機能、そしてユーザー間の情報交換の目的のために解説したPHITSフォーラムの情報等を日本医学物理学会誌で紹介する。
小浦 寛之
ニホニウム; 超重元素・超重核の物理; 基本法則で読み解く物理学最前線,24, 236 Pages, 2021/06
2016年11月に、原子番号113番の元素の名前として「ニホニウム」が命名された。ニホニウムは元素の中で、現在のところ唯一日本にちなんで名付けられた元素である。本書ではこのニホニウムについてその合成・発見を紹介するとともに、その周辺である超重元素・超重核の物理について解説する。第1章では特に「ニホニウム発見物語」として、113番元素がどのようにして合成・発見されたのか、その経緯について実験に関わった立場から時系列で紹介する。実はニホニウムは日本vsロシア-アメリカの共同研究チームの熾烈な研究競争であった。日本の立場からはまさに「薄氷を踏む思い」で命名権を得たのである。第2章以降ではやや専門的な解説を行う。第2章では元素の周期表の周期律について解説し、それが原子番号が大きくなると相対論効果で破られることを紹介する。第3
6章は原子核物理から見た超重原子核の解説で、「超重核の安定の島」を紹介する。そして最後の7章で超重元素,超重原子核の存在の限界について解説する。元素は何番まで存在しうるのか、そして原子核はどこまで存在しうるか、原子物理,原子核物理の双方から、筆者の見解を含めながら解説する。
永井 佑紀
物理学者、機械学習を使う, p.74 - 86, 2019/10
一般書「物理学者、機械学習を使う」(朝倉書店)の章の一つ、「自己学習モンテカルロ法」の執筆を担当し、広く様々な分野で用いられるマルコフ連鎖モンテカルロ法を機械学習を用いて高速化する手法「自己学習モンテカルロ法」の解説を行った。この手法は、マルコフ連鎖モンテカルロ法において計算負荷の高い部分を、機械学習を用いより軽い計算へと置き換えるものである。本書は、機械学習・深層学習を使った研究を進めている物理学者が自身の研究を紹介し、物理学科の学生・研究者や一般読者の学習・研究に役立てることを目指した書籍である。
多田 順一郎*; 中島 宏; 早野 龍五*; 小林 仁*; 浅野 芳裕*
わかりやすい放射線物理学; 改訂3版, 305 Pages, 2018/03
本書は、放射線物理学の入門書である。高校卒業程度の学力のある読者を対象に、「高校の物理と放射線物理学をつなぐ」というコンセプトの下に、定性的な説明を主体としたできるだけ平易な解説を行っている。本書は、「放射線物理とは何か」から始まり、特殊相対性理論入門、量子論入門、原子及び原子核の構造、放射線、放射能、放射線と物質との相互作用、加速器、放射線量などの12章から構成される。
古田 琢哉
医学物理, 37(3), p.177 - 180, 2017/00
放射線感受性のある化学物質を含む水溶液をゲル化させたゲル線量計は、照射放射線による線量分布を三次元で測定できるツールである。このゲル線量計を用いて、粒子線治療に即した状況での生体物質中での線量分布を実測した研究について解説する。この研究では実測結果を粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いたシミュレーションの結果と比較検証することで、現状の粒子線治療モンテカルロシミュレーションの精度を調べた。不均質な生体物質中を通過することで形成された実測の複雑な飛程端形状を2mm程度の違いの範囲でシミュレーションが十分再現することが示された。また、ゲル線量計が三次元の線量分布を可視化できる優れたツールであり、現状の計算シミュレーションの精度検証の他、将来的に治療ビームの品質保証等の用途に使用できる可能性が分かった。
古田 琢哉; 橋本 慎太郎; 佐藤 達彦
医学物理, 36(1), p.50 - 54, 2016/00
放射線輸送計算コードPHITSを医学物理計算に用いる一例として、放射線治療計画を目的としたシミュレーションがある。通常、治療計画シミュレーションでは、患者CTデータを読み込んでコンピュータ上の仮想空間に患者体系を構築し、外部から照射される治療ビームの輸送計算を実行することで患者体系内での線量分布を計算する。しかし、CTデータから患者位置やCT値の分布などの情報を取得して患者体系を構築すること、非常に複雑で医療用加速器メーカーが公開していない加速器部分をシミュレーションすることは容易ではない。そこで、患者CTデータを用いて患者体系をPHITS形式で構築するためのプログラムDICOM2PHITS、医療用加速器から放出される粒子プロファイルをまとめたIAEA phase-space fileをPHITSで使用可能とするプログラムPSFC4PHITSを開発した。本解説では、これら2つのプログラムについて解説するとともに、プログラムで構築した体系および変換した線源をPHITSコードに組み込み、放射線輸送計算により検証した結果を示す。
河地 有木
核医学物理学, p.280 - 284, 2015/03
本書「核医学物理学; 医学物理学教科書シリーズ」は、医学物理学を学ぶ大学院生を主な対象とし、核医学に関する物理学を学ぶための教科書である。著者は、第8章「その他の核医学イメージング装置と融合画像処理」、第2節「コンプトンイメージング」の執筆を担当した。まず、1970年頃から始まったコンプトンカメラの歴史を紹介し、続いて放射線と物質の相互作用であるコンプトン散乱を参照しつつ、コンプトンイメージングの原理について解説した。さらに、コンプトンカメラの画像再構成法、コンプトンカメラの性能評価法などについて、物理的な側面から解説した。
佐藤 達彦; 古田 琢哉; 橋本 慎太郎; 久峩 尚也*
医学物理, 35(2), p.180 - 187, 2015/00
原子力機構が中心となって開発を進めている粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、原子力分野で重要となる中性子や光子のみならず、医学物理分野や宇宙開発分野で重要となる陽子、重イオン、電子など様々な放射線に適用可能なため、工学・医学・理学の多様な分野で幅広く利用されている。本稿では、2015年3月に公開された最新版PHITS(version 2.76)の特徴として、EGS5,光核反応モデル,サムタリーなど、新しく追加した医学物理計算で有用となる計算機能の概要を紹介する。また、粒子線治療やホウ素中性子捕捉療法(BNCT)などの治療計画で重要となる生物学的効果比を考慮した線量評価モデルに関して、PHITSのマイクロドジメトリ機能を応用した新たな手法について解説する。
古田 琢哉; 佐藤 達彦
医学物理, 35(3), p.264 - 268, 2015/00
近年の目覚ましいコンピュータ計算処理性能の向上により、放射線治療のためのモンテカルロ法による線量計算等が現実的な時間で実行できるようになった。しかし、最近のコンピュータの発展はマルチコアプロセッサーの開発によるものであり、これを搭載したコンピュータの性能を最大限に活かし、ソフトウェアを高速に動作させるためには、並列化が鍵となる。PHITSはMPIを利用した分散メモリ型並列計算とOpenMP指示文を利用した共有メモリ型並列計算の二つの機能を含んでおり、ユーザーは目的に合わせてこれらの二つの並列機能を使い分けることができる。本解説では、この二つの並列機能について、利点や欠点を含めて説明する。また、種々の放射線を水ファントムに入射させる計算を典型的なマルチコアプロセッサー搭載の高性能ワークステーションで行った計算時間等を示すことでPHITSの並列計算の性能を示す。
坂井 徹
計算物理学; コンピューターで解く凝縮系の物理, 137 Pages, 2014/10
計算物理学の手法として、方程式の数値解法、数値積分、数値対角化、フーリエ解析、モンテカルロ・シミュレーションなどの解説をする。
橋本 慎太郎; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 岩元 洋介; 岩瀬 広*; 佐藤 達彦; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; 深堀 智生; et al.
医学物理, 33(2), p.88 - 95, 2013/10
粒子重イオン輸送計算コードPHITSは、任意の3次元空間における粒子の挙動を解析することができる汎用のモンテカルロ計算コードである。重イオンを含むほぼすべての粒子を非常に幅広いエネルギー範囲で取り扱うことができ、タリーと呼ばれる仮想の検出器を設定することで粒子フラックスやエネルギー付与などさまざまな物理量を導出することができる。さらに、最近、生体内の微視的領域のエネルギー付与を計算できるマイクロドジメトリタリー機能を開発し、医学物理分野における利用方法の幅が広がった。本稿では、2012年12月に公開した最新のPHITS2.52にある機能のうち、取り扱うことができる物理現象と核反応モデル、及びマイクロドジメトリタリー機能について解説する。加えて、医学物理分野においてPHITSを用いて得られた近年の成果として、マイクロドジメトリタリー機能を用いた新しい生物学的線量評価法の開発について紹介し、粒子線治療やX線治療、CT診断に関する研究への利用例も紹介する。
大道 博行
医学物理の理工学,上, p.219 - 230, 2012/08
1990年以降、粒子エネルギー200250MeV陽子線と回転ガントリーを有する医療専用装置が開発され、その有効性が多くの病院で実証され、粒子線治療は世界中に急速に普及しつつある。これに加え、日本では放射線医学総合研究所において、炭素イオン線治療のためのHIMAC装置が世界に先駆けて建設され、重イオン線の治療効果も系統的に調べられてきた。これまで33施設(日本の6施設,世界の27施設、2009年1月現在)において、延べ52,000名以上の患者が治療を受けている。欧米では眼球メラノーマや頭蓋底脊索腫などから発展してきたが、我が国では頭頸部,肺,肝,前立腺癌に対する治療が主体である。ブラッグピークを有するため、X線より線量集中性は良いという物理特性を有する。細胞実験をもとにしたRBE(生物学的効果の割合、X線を1とする)は1.1だが、X線抵抗性腫瘍にも効果的であり、臨床面では炭素線に近い効果を示す。このように患部に限定した治療が可能で治癒率が高くQOL(生活の質の高さを保つ度合い)も高い粒子線照射治療の有効性が大きく注目されるようになってきた。しかしその一方で、現状では粒子線治療器のサイズが巨大であるのに加えコストが高く、治療可能な患者数も限られているという現実にも直面している。これを保険医療の適用を受けているX線治療装置と同程度まで小型化し、コストもそれと同等まで下げることができれば、日本のがん治療に大きく貢献できる。このような中で将来抜本的な小型化が可能な方式として、高出力レーザーを用いた超小型陽子線発生が注目を浴びている。
岡嶋 成晃; 久語 輝彦; 森 貴正
原子力教科書; 原子炉物理学, 258 Pages, 2012/03
本書は、東京大学専門職大学院における、原子炉物理の講義資料をもとに作成した。第1章において、原子核の特徴と中性子と物質の相互作用について述べ、第2章では核分裂とその連鎖反応について述べた。また、臨界の概念についても、第2章において扱う。第3章からは拡散方程式を扱って中性子の空間的挙動を知る基礎について学ぶ。第4章では、炉心組成が均質である体系に対して拡散方程式を具体的に適用して、その特徴を調べる。第5章では、中性子が物質との衝突によってエネルギーを失う(これを減速という)様子について述べ、第6章では減速して炉内の物質と熱平衡状態になった状況での中性子の振る舞いについて述べる。第7章では、炉心組成を現実の非均質体系にした場合の臨界等への影響について述べる。また、核反応データについては、我が国における最新の評価済み核データライブラリ(JENDL-4.0)を可能な限り採用した。なお、従来の教科書では、中性子と原子核との核反応断面積データを数表等として掲載されているが、インターネットから最新データの入手が可能な昨今の状況を鑑みて、省いた。
上原 和也
大学の物理教育,3, p.9 - 13, 2000/11
本稿は、日本物理学会物理教育委員会からの依頼に基づき執筆されたものである。村岡範為馳は日本物理学会の前身である東京数学物理学会の初代委員長(現会長)で、明治の初期にドイツに留学して、日本人として初めて外国の学術誌に論文を発表した。物理学が窮理学と呼ばれていた頃からの日本の物理学の歴史を概観して、村岡がドイツで行った電気抵抗の研究や、日本での日本魔鏡やX線発生実験についての研究の跡を辿っている。また、日本初のX線発生実験遂行にあたって、村岡の恩師であるレントゲンとの交流や当時の島津製作所の模様、それに村岡が音響学者として深くかかわった東京音楽学校(現東京芸術大学音楽学部)と日本唱歌の誕生の背景が述べられている。
加藤 義章
丸善実験物理学講座9; レーザー測定, p.7 - 36, 2000/06
最近大きな進歩が見られるレーザーに重点をおいて、各種レーザー装置について概説した。内容は、レーザーの基本特性,半導体レーザー,固体レーザー,色素レーザー,気体レーザー,自由電子レーザー,X線レーザーである。
岩田 忠夫
計算物理学; コンピュータ支援による物理学の新しい展開, p.181 - 192, 1991/01
計算物理について、素粒子・原子核・分子動力学法・カオス・スピングラス・流れの可視化等の20テーマが選ばれたが、そのうちの一つとして分子動力学法による放射線損傷の計算のレビューを行なった。内容は、(1)はじめに、(2)計算法、(3)はじき出しのしきいエネルギー、(4)はじき出しのカスケードと熱スパイク、(5)格子間原子と空格子点、の5節より成る。
児玉 幸三; 新井 貴; 神永 敦嗣; 鈴木 道雄*; 笹島 唯之; 高崎 学*; 川辺 勝*; 山本 正弘; JT-60実験運転チーム
高エネルギー物理学研究所技術研究報告, p.1 - 4, 1989/00
JT-60は、昭和60年3月に完成し、同年4月から実験運転が開始された。JT-60の真空リークは、実験運転開始後から時々発生していたものの、その発生頻度は極めて少なかった。本報告は昭和61年7月から62年10月までの間に発生した78件の真空リークとその対策について行うものである。
岩田 忠夫
計算物理学と計算化学; 分子動力学法とモンテカルロ法, p.54 - 79, 1988/00
大型計算機による放射線損傷の分子動力学的計算に関する解説である。海文堂出版(株)発行の「計算物理学と計算化学」全15章(予定)のうちの1章として執筆した。
吉田 芳和
京都大学原子炉実験所・高エネルギー放射線の保健物理(高エネルギー放射線場で生成する誘導放射能について)研究会報告書, p.53 - 58, 1976/00
加速器における放射線管理の特徴を紹介するとともに、誘導放射能の管理に関しては、加速中の空気汚染モニタリングおよび加速停止期間中の残留放射能による外部および内部被曝において問題になる核種、測定評価法実測例を示して述べるとともに、発生量の低減と被曝防止対策をも紹介した。
