Effect of neutron beam properties on dose distributions in a water phantom for boron neutron capture therapy

石川 諒尚; 田中 浩基*; 中村 哲志*; 熊田 博明*; 櫻井 良憲*; 渡辺 賢一*; 吉橋 幸子*; 棚上 裕生*; 瓜谷 章*; 鬼柳 善明*

Journal of Radiation Research (Internet), 65(6), p.765 - 775, 2024/11

https://doi.org/10.1093/jrr/rrae076

From the viewpoints of the advantage depths (ADs), peak tumor dose, and skin dose, we evaluated the effect of neutron beam properties, namely, the ratio between thermal and epithermal neutron fluxes (thermal/epithermal ratio), fast neutron component, and -ray component on the dose distribution. Several parameter surveys were conducted with respect to the beam properties of neutron sources for boron neutron capture therapy assuming boronophenylalanine as the boron agent using our dose calculation tool, called SiDE. The ADs decreased by 3% at a thermal/epithermal ratio of 20% - 30% compared with the current recommendation of . The skin dose increased with the increasing thermal/epithermal ratio, reaching a restricted value of 14 Gy-eq at a thermal/epithermal ratio of . The fast neutron component was modified using two different models, namely, the "linear model," in which the fast neutron intensity decreases log-linearly with the increasing neutron energy, and the "moderator thickness (MT) model," in which the fast neutron component is varied by adjusting the moderator thickness in a virtual beam shaping assembly. Although a higher fast neutron component indicated a higher skin dose, the increment was at a fast neutron component of Gy cm for both models. Furthermore, in the MT model, the epithermal neutron intensity was higher at a fast neutron component of Gy cm compared with the current recommendation of Gy cm. The -ray component also caused no significant disadvantages up to several times larger compared with the current recommendation.

Nondestructive analysis of internal crystallographic structures of Japanese swords using neutron imaging

松本 吉弘*; 及川 健一; 渡辺 賢一*; 佐藤 博隆*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 鬼柳 善明*

Journal of Archaeological Science; Reports, 58, p.104729_1 - 104729_10, 2024/10

https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2024.104729

We investigated the internal crystallographic structures of Japanese swords using a nondestructive analysis method that combines neutron Bragg-edge transmission (BET) imaging and neutron tomography. BET provides insights into the crystalline structure of the steel, while the neutron tomography offers cross-sectional views of the sword. To systematically explore and understand the technical and historical transition of Japanese sword-making methods, it is important to analyze the internal crystalline structure of various swords, taking into account factors such as production period, region, and swordsmith. Our study examined three swords: Kashu Kiyomitsu, Nankaitaro Tomotaka, and Hosokawa Masanori. The results reveal distinct differences in the internal structures of these swords. This innovative nondestructive approach allowed us to gain detailed insights into the microstructures of these historical artifacts without causing any damage.

Difference in peripherality of the inclusive and reactions and its implications for a phenomenological reaction model

中田 響*; 中山 梓介; 吉田 数貴; 渡辺 幸信*; 緒方 一介*

Physical Review C, 110(1), p.014616_1 - 014616_8, 2024/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.110.014616

これまでの研究で、反応や反応の現象論的モデルに表面補正を導入することの重要性が明らかにされ、これらの知見は核データ評価の向上に大きく貢献してきた。しかし、反応における表面補正の必要性についてはほとんど研究されていない。本研究では、反応と反応のエネルギースペクトルとその動径方向分布を1ステップの半古典歪曲波モデルにより計算した。その結果、反応のエネルギースペクトルの動径方向分布は反応のものに比べて原子核の外側の領域にシフトしていることが分かった。この知見に基づき、反応の現象論的モデルに反応よりも大きな表面補正を考慮したところ、反応スペクトルの実験値をよく再現する計算値が得られた。この結果から、反応の表面性は反応よりも顕著であること、またそのために反応には反応よりも強い表面補正を導入すべきであることが分かった。

Evaluation of quenching characteristics of Li-containing scintillators

渡辺 賢一*; 大島 裕也*; 執行 信寛*; 平田 悠歩

Japanese Journal of Applied Physics, 63(5), p.056001_1 - 056001_5, 2024/05

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ad39bd

Liを含むシンチレータ材料は中性子検出に使用されている。Li含有シンチレータは中性子によって生成されたトリトンとアルファ線を検出しており、これらの粒子はガンマ線に比べて高いエネルギーを付与するため、Li含有シンチレータはガンマ線と中性子を分別して測定できる。しかし、シンチレータの発光効率は消光効果と呼ばれる現象により粒子線に対して低下する。正確に中性子とガンマ線を分別するためには消光効果の評価が必要となる。消光効果によるシンチレーション効率変化予測にはBirksの式が用いられるが、Birksの式に含まれる消光係数を決定する必要がある。そこで、本研究ではPHITSを使用し、消光係数をフリーパラメータとしたBirksの式に基づき消光効果を考慮したLi含有シンチレータの発光量を計算した。そして、シミュレーション結果と実験により得られた発光量を比較することで、Liガラス、Ce:LiCaAlF、Eu:LiCaAlFシンチレータの消光係数を決定した。

Comparison between neutron bragg dip and electron backscatter diffraction images of TlBr semiconductors

渡辺 賢一*; 須貝 優介*; 長谷川 創大*; 人見 啓太朗*; 野上 光博*; 篠原 武尚; Su, Y. H.; Parker, J. D.*; Kockelmann, W.*

Sensors and Materials, 36(1), p.149 - 154, 2024/01

https://doi.org/10.18494/SAM4629

Thallium bromide (TlBr) semiconductor detectors are promising candidates for high-detection-efficiency, high-energy-resolution, and room-temperature gamma-ray spectrometers. In this study, we conducted neutron Bragg dip and electron backscatter diffraction (EBSD) imaging of TlBr crystals to measure the crystal orientation distribution. We confirmed that crystal grains were continuous over a certain distance along the solidification direction for samples fabricated with the current growth procedure.

2021年度楢葉遠隔技術開発センター年報

秋山 陽一; 柴沼 蒼; 柳澤 憲一*; 山田 大地; 鈴木 健太; 吉田 萌夏; 大野 貴裕; 川端 邦明; 渡辺 夏帆; 森本 恭一; et al.

JAEA-Review 2023-015, 60 Pages, 2023/09

JAEA-Review-2023-015.pdf:4.78MB

楢葉遠隔技術開発センターは、東京電力ホールディングス株式会社が実施する福島第一原子力発電所の廃炉作業に資するため、遠隔操作機器・装置による廃炉作業の実証試験・要素試験が実施できる施設・設備を有している。2021年度は84件の施設利用を支援し、福島第一原子力発電所廃炉作業等に貢献した。また、福島第一原子力発電所の廃炉・除染に携わる事業者、災害対応分野においてロボット技術等を必要としている事業者との技術マッチングの機会として開催された廃炉・災害対応ロボット関連技術展示実演会に出展し、地域活性化・福島県の産業復興に協力した。さらに、第6回廃炉創造ロボコンや国際原子力人材育成イニシアチブ事業等の支援を通じて、長期にわたる福島第一原子力発電所の廃炉関連業務を担う次世代の人材育成に貢献した。新たな取組みとして、楢葉町教育委員会が実施している「ならはっ子こども教室」への協力として、楢葉町小学生を対象とした遠隔ロボット操作及びVRの体験会を実施し、地域教育活動に貢献した。本報告書は、2021年度における楢葉遠隔技術開発センターの施設・設備の整備・利用状況およびそれに係る取組み、遠隔基盤技術の開発状況、緊急時対応遠隔操作資機材の整備・訓練等の活動状況について取りまとめたものである。

A Terrestrial SER Estimation Methodology Based on Simulation Coupled With One-Time Neutron Irradiation Testing

安部 晋一郎; 橋本 昌宜*; Liao, W.*; 加藤 貴志*; 浅井 弘彰*; 新保 健一*; 松山 英也*; 佐藤 達彦; 小林 和淑*; 渡辺 幸信*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 70(8, Part 1), p.1652 - 1657, 2023/08

https://doi.org/10.1109/TNS.2023.3280190

中性子を起因とする半導体デバイスのシングルイベントアップセット(SEU: Single Event Upset)は、地上にある電子機器の動作の信頼性に関係する問題となる。白色中性子ビームを用いた加速器試験では、現実的な環境の中性子起因ソフトエラー率(SER: Soft Error rate)を測定できるが、世界的にも白色中性子ビームを供給できる施設の数は少ない。ここで、多様な中性子源に適用可能な単一線源照射を地上におけるSER評価に適用できる場合、ビームタイムの欠乏を解消できる。本研究では、これまでに得られた測定結果のうち任意の1つを抽出し、これとPHITSシミュレーションで得たSEU断面積を用いた地上環境におけるSERの評価の可能性を調査した。その結果、提案する推定法で得られたSERは、最悪の場合でも従来のWeibull関数を用いた評価値と2.7倍以内で一致することを明らかにした。また、SER評価におけるシミュレーションコストを低減する簡易化の影響も明らかにした。

Neutron production in the interaction of 200-MeV deuterons with Li, Be, C, Al, Cu, Nb, In, Ta, and Au

渡辺 幸信*; 定松 大樹*; 荒木 祥平; 中野 敬太; 川瀬 頌一郎*; 金 政浩*; 岩元 洋介; 佐藤 大樹; 萩原 雅之*; 八島 浩*; et al.

EPJ Web of Conferences, 284, p.01041_1 - 01041_4, 2023/05

https://doi.org/10.1051/epjconf/202328401041

医療用RIの製造や核融合材料の照射損傷、放射性廃棄物の核変換などの研究において重陽子加速器を用いた高強度中性子源が提案されている。そのような中性子源の設計には重陽子を様々な標的に照射した際の中性子生成データが必要である。しかし、重陽子入射中性子生成二重微分断面積などの実験データは十分でない。そこで本研究では、大阪大学核物理研究センター(RCNP)において幅広い原子番号の標的に対する200MeV重陽子入射中性子生成二重微分断面積の系統的な測定を実施した。200MeVの重陽子ビームをビームスウィンガーマグネット内の薄い標的に照射し、放出される中性子を大きさの異なるEJ301検出器(直径及び厚さが2inchと5inch)を7m、20mの位置にそれぞれ設置し、測定した。測定角度は0度から25度までの5角度とし、中性子エネルギーは飛行時間法で決定した。それぞれの測定データは入射エネルギーの半分あたりに特徴的な幅広なピークを示しており、ピークの収量は標的の質量数に従って単調に増加した。DEURACSとPHITSを用いた理論モデル計算との比較の結果、DEURACSの計算結果はPHITSのものよりも実験値に対してより良い一致を示した。加えて、得られたLi, Be, Cの結果を用いてJENDL/DEU-2020とTENDL-2017の核データライブラリのベンチマークを行った。

Development of nondestructive elemental analysis system for Hayabusa2 samples using muonic X-rays

大澤 崇人; 長澤 俊作*; 二宮 和彦*; 高橋 忠幸*; 中村 智樹*; 和田 大雅*; 谷口 秋洋*; 梅垣 いづみ*; 久保 謙哉*; 寺田 健太郎*; et al.

ACS Earth and Space Chemistry (Internet), 7(4), p.699 - 711, 2023/04

https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.2c00303

小惑星試料中の炭素をはじめとする主要元素の濃度は、地球上の生命の誕生や太陽系の進化について非常に重要な情報を与えてくれる。ミュオンX線を用いた元素分析は、固体物質の元素組成を決定する最も優れた分析方法の一つであり、特にバルク試料中の軽元素濃度を非破壊で測定できる唯一の方法である。我々は、探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから回収した貴重な微小試料中の炭素などの主要元素の濃度を測定するために、ミュオンX線を用いた新しい分析システムを開発した。この分析システムは、ステンレス製の分析チャンバー、クリーンな環境で小惑星サンプルを操作するためのアクリル製のグローブボックス、分析チャンバーを囲むように配置されたGe半導体検出器から構成されている。測定に重要なバックグラウンドレベルを含め、分析装置の性能は初期から後期まで大幅に向上した。フィージビリティスタディの結果、最新型のミュオンX線分析装置は、「はやぶさ2」のサンプルモデル中の炭素濃度を6日間の測定で10%以下の不確かさで決定できることがわかった。

Development of HCl-free solid phase extraction combined with ICP-MS/MS for rapid assessment of difficult-to-measure radionuclides, 2; Highly sensitive monitoring of Sn in concrete rubble

Do, V. K.; 古瀬 貴広; 太田 祐貴; 岩橋 弘之; 廣沢 孝志; 渡辺 将久; 佐藤 宗一

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 331(12), p.5631 - 5640, 2022/12

https://doi.org/10.1007/s10967-022-08612-7

Snは2011年の福島第一原子力発電所事故により環境中に放出された可能性のある長半減期核分裂生成物であり、こうした核種のモニタリングは周辺環境及び放射性廃棄物を適切に管理・処理していくために重要である。本研究では、TEVA resinによるHClフリーな固相抽出分離とICPタンデム質量分析計(ICP-MS/MS)を組み合わせた放射性ガレキ中のSn分析手法を提案した。TEVA resinによるコンクリートマトリクスからのSnの回収率は95%以上であった。同重体であるTe及び試料マトリクスに由来する多原子イオンによるスペクトル干渉は、固相抽出による化学分離とICP-MS/MSとの組み合わせにより効果的に低減することができ、Teの除染係数は10に達した。本手法でのコンクリートマトリクスにおけるSnの方法定量下限値は、12.1pg g(6.1mBq g)となり、コンクリートガレキ中のSnを分析する手法として十分な感度を有することを確認した。