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Tsai, P.-E.; 岩元 洋介; 萩原 雅之*; 佐藤 達彦; 小川 達彦; 佐藤 大樹; 安部 晋一郎; 伊藤 正俊*; 渡部 浩司*
Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11
一次はじき出し原子(PKA)のエネルギースペクトルは、モンテカロル放射線輸送コードを用いた加速器施設設計の放射線損傷評価において重要である。しかし、計算コードに組み込まれている物理モデルは、PKAスペクトル について実験値の不足から十分に検証されていない。これまで、従来の固体検出器を用いた原子核物理実験の測定体系において、劣った質量分解能や核子あたり数MeV以上と高い測定下限エネルギーのため、実験値は限られていた。そこで本研究では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて、PKAスペクトルを測定するための2つの時間検出器と1つのdE-Eガス検出器からなる新しい測定体系を設計した。その結果、本測定体系は、質量数20から30のPKAにおいて、核子当たり0.3MeV以上のエネルギーを持つPKA同位体を区別できる。一方で、質量数20以下のPKAにおいては、PKAの質量数を識別できる下限エネルギーは核子当たり0.1MeV以下に減少する。今後、原子力機構のタンデム施設、及び東北大学のサイクロトロン・ラジオアイソトープセンターにおいて、設計した測定体系の動作テストを行う予定である。
尹 永根; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 吉原 利一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 112, 2016/02
Large areas of agricultural fields were contaminated with radiocesium (
Cs and 
Cs) in Japan by the accident of The Tokyo Electric Power Company Fukushima Daiichi Nuclear Power Station in March 2011. Many agricultural studies, such as fertilizer management and plant breeding, are undertaken for reducing radiocesium uptake in crops or enhancing of uptake and transportation via phytoremediation. These studies examine the control of radiocesium transport into/within plant bodies from the viewpoint of plant physiology. Radiotracer imaging is one of the few methods that enable the observation of the movement of substances in a living plant, like a video camera, without sampling of the plant tissues. In this study, we performed the imaging of Cs uptake and transport from root to aerial part by using a new gamma camera in intact soybean plants because contamination of soybean by radiocesium has currently become a major problem in agriculture in Fukushima.
Cs movement in a plant body河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 吉原 利一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 94, 2016/02
We developed an original gamma camera system to image radiocesium in a plant. The gamma camera was designed for high-energy gamma photons from Cs radiocesium (662 keV). We performed tests to evaluate the position resolution and quantitative linearity of the gamma camera. The best spatial resolution of this gamma camera was determined to be 19.1 mm in full width at half maximum at the center of the field-of-view. And a result shows a quantitative linearity of the image data with a correlation of 
= 0.9985 between the source activity and the count rate. We conclude the gamma camera system has sufficiently high capability to obtain quantitative and dynamic images of Cs movement in intact plants.
河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 吉原 利一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
Journal of Environmental Radioactivity, 151(Part 2), p.461 - 467, 2016/01
被引用回数：5 パーセンタイル：55.17(Environmental Sciences)We developed a new gamma camera specifically for plant nutritional research and successfully performed live imaging of the uptake and partitioning of Cs in intact plants. The gamma camera was specially designed for high-energy 
photons from Cs (662 keV). To obtain reliable images, a pinhole collimator made of tungsten heavy alloy was used to reduce penetration and scattering of photons. The array block of the GAGG scintillator was coupled to a high-quantum efficiency position sensitive photomultiplier tube to obtain accurate images. The completed gamma camera had a sensitivity of 0.83 count s
MBq for Cs, and a spatial resolution of 23.5 mm. We used this gamma camera to study soybean plants that were hydroponically grown and fed with 2.0 MBq of Cs for 6 days to visualize and investigate the transport dynamics in aerial plant parts. Cs gradually appeared in the shoot several hours after feeding, and then accumulated preferentially and intensively in growing pods and seeds; very little accumulation was observed in mature leaves. Our results also suggested that this gamma-camera method may serve as a practical analyzing tool for breeding crops and improving cultivation techniques resulting in low accumulation of radiocesium into the consumable parts of plants.
山本 誠一*; 渡部 浩司*; 河地 有木; 藤巻 秀; 加藤 克彦*; 畑澤 順*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 743, p.124 - 129, 2014/04
被引用回数：8 パーセンタイル：25.95(Instruments & Instrumentation)Using Ce-doped GSO of different Ce concentrations, three-layer depth-of-interaction (DOI) block detectors were developed to reduce the parallax error at the edges of a pinhole gamma camera for high-energy photons. GSOs with Ce concentrations of 1.5 mol%, 0.5 mol% crystal, 0.4 mol% were selected for the DOI detectors. These three types of GSOs were optically coupled in the depth direction, arranged in a 22 
22 matrix and coupled to a flat panel photomultiplier tube. With these combinations of GSOs, all spots corresponding to GSO cells were clearly resolved in the position histogram. Pulse shape spectra showed three peaks for these three decay times of GSOs. The block detector was contained in a tungsten shield, and a pinhole collimator was mounted. With pulse shape discrimination, we separated the point source images of the Cs-137 for each DOI layer. The point source image of the lower layer was detected at the most central part of the field-of-view (FOV), and the distribution was the smallest. The point source image of the higher layer was detected at the most peripheral part of the FOV, and the distribution was widest. With this information, the spatial resolution of the pinhole gamma camera can be improved. We conclude that DOI detection is effective for pinhole gamma cameras for high energy photons.
河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 100, 2014/03
Because of the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant of the Tokyo Electric Power Company, Inc., an extensive area of agricultural fields was contaminated with radioactive materials. Cs-137 is the most of soil contaminant, which was reported to have a 16 - 18 years half-life in agricultural fields affected by physical decay and soil erosion. Therefore, further research is required on the behavior of radiocesium and its transfer from contaminated soil to agricultural products. In this study, we have developed a gamma camera for ray imaging of Cs-137 emitting at 662 keV. A pinhole collimator was fabricated with heavy metal of tungsten to avoid the penetration and scattering of rays, since high-energy incident ray originates from Cs-137 tracer inside a test plant. A gadolinium oxyorthosilicate (GSO) scintillator and a flat panel position sensitive photomultiplier tube were adapted to the gamma camera to obtain adequate high sensitivity. Giant knotweed, which has potential as a cleanup plant with high uptake capacity for cesium, was grown in hydroponic solutions. After exposed to approximately 400 kBq of Cs-137, images were taken for 15 h. Sequential images reveal the changing distribution of cesium into the plant from the hydroponic solutions via the root system. We have indicated real-time visualization of uptake of radiocesium within an intact plant in the first time successfully.
尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 山口 充孝; 田野井 慶太朗*; 石井 里美; 中西 友子*; 茅野 充男*; 中村 進一*; 渡部 浩司*; et al.
放射線と産業, (133), p.45 - 48, 2012/12
東京電力福島第一原子力発電所事故から飛散した放射性セシウム(Cs-134, Cs-137)による農地の汚染が深刻な問題となっている。生産者, 消費者双方からの極めて強い関心に伴い、土壌や肥料, 農産物などの放射性セシウムの計測や、農作物における放射性セシウムの追跡と、その動態解明といった研究の取り組みが必要である。そこで本稿では、(1)タリウムヨウ化ナトリウムシンチレーションスペクトロメーター(NaI(Tl) spectrometer)を利用した試料中のCs-134及びCs-137の弁別と定量分析の手法の開発や、(2)Cs-137のイメージングが可能なガンマカメラの開発について、われわれが取り組んできた研究やその成果の内容を紹介する。
河地 有木; 菊地 郁*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 藤巻 秀; 石岡 典子; 渡部 浩司*
IEEE Transactions on Nuclear Science, 58(2), p.395 - 399, 2011/04
被引用回数：7 パーセンタイル：39.29(Engineering, Electrical & Electronic)Carbon kinetics into the fruit is an agricultural issue on the growth and development of the sink organs to be harvested. Particularly, photoassimilate translocation and distribution are important topics for understanding the mechanism. In the present work, carbon-11 (
C) labeled photoassimilate translocation into fruits of tomato has been imaged using carbon-11-labeled carbon dioxide and the positron emission tomography (PET). Dynamic PET data of gradual increasing of C activity and its distribution is acquired quantitatively in intact plant body. This indicates that the three dimensional photoassimilate translocation into the fruits is imaged successfully and carbon kinetics is analyzable to understand the plant physiology and nutrition.
CO
and positron emission tomography河地 有木; 菊地 郁*; 渡部 浩司*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 石岡 典子; 藤巻 秀
JAEA-Review 2009-041, JAEA Takasaki Annual Report 2008, P. 101, 2009/12
Photoassimilate translocation and distribution are important topics for understanding the mechanism of the growth and development of the organ to be harvested. Carbon-11 (C) labeled photoassimilate translocation into fruits of tomato has been imaged using carbon-11-labeled carbon dioxide and the positron emission tomography (PET). Dynamic PET data of gradual increasing of C activity and its distribution is acquired quantitatively in intact plant body. This indicates that the three dimensional photoassimilate translocation into the fruits is imaged successfully and carbon kinetics is analyzed to understand the plant physiology and nutrition.
河地 有木; 菊地 郁*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 藤巻 秀; 石岡 典子; 渡部 浩司*
Proceedings of 1st International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA 2009) (USB Flash Drive), 5 Pages, 2009/06
Carbon-11-labeled carbon dioxide (CO) has a potential candidate for imaging photosynthesis and photosynthate translocation and estimating the physiological parameters in a sink-source relation ship. In order to validate the present technique, we performed positron emission tomography (PET) studies on a plant with a fruit, a "sink organ". As a result, we have successfully obtained serial 3D images of the carbon translocation to a fruit and analyzed the velocities of the carbon dynamics in the phloem. This experimental method will be useful in not only investigating plant physiology, such as the mechanism of fruit growth, but also in solving certain environmental and food problems.
河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 藤巻 秀; 菊地 郁*; 渡部 浩司*
no journal, ,
近年のRIイメージング技術の革新が生体内のさまざまな分子動態の可視化を可能にした。これによって、研究者はより容易に対象となる生体の機能を明らかにし、生命を理解できるようになったと言える。発表者らはポジトロンイメージング装置(PETIS)を用いて、植物体の葉から果実内部へ移行するC-光合成産物を計測し、果実へ移行する炭素動態を定量的に解析する方法を報告した。しかしながらPETISが撮像可能な次元は2次元であるため、3次元的な構造を持つ果実内の炭素動態を可視化するには不向きである。そこで、3次元撮像に実績のあるポジトロン断層法(PET)装置を用いた実証実験を試みた。PET装置はmicroPET Focus 120を使用し、視野内に大小二つの果実が付いたトマトを供試した。約100MBqのCOを果実直下葉に吸収させたところ、30分で果実にC-光合成産物が到達し始め、1.5から2時間後には果実内部への移行様式が可視化されるなど、PETによる果実内炭素動態の撮像に初めて成功した。大小二つの果実に流入する炭素動態を解析したところ、ほぼ同量のCが同時に移行している。つまり、果実(小)には新鮮重あたりで86倍のC-光合成産物が移行しており、トマト果実の成長期におけるシンク能の高さが示されている。PETISと同様に、PETを用いた植物研究、特に3次元的な構造を持った対象におけるRIイメージング植物実験の有用性が示された。
河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 藤巻 秀; 菊地 郁*; 渡部 浩司*
no journal, ,
近年のRIイメージング技術の革新は、生体内のさまざまな分子動態の可視化を可能にし、研究者はより容易に対象となる生体の機能を明らかにし、生命を理解できるようになったと言える。発表者らはPETISを用いて、植物体の葉から果実内部へ移行するC-光合成産物を可視化することで、果実へ移行したC-光合成産物を定量的に解析する方法を開発した。しかしながらPETISが撮像可能な次元が2次元であるため、3次元的な構造を持つ果実内の炭素動態の撮像には不向きである。そこで、医療分野でトレーサの3次元撮像に実績のある小動物用PETを用いた炭素動態の撮像を試みた。実証実験では大小二つの果実が付いたトマトを用いた。約100MBqのCOを、ポンプと二酸化炭素吸収セルからなる簡易ガスコントロールシステムを用いて、十分な光量を与えた果実直下葉に吸収させ、2時間の撮像を行った。CO投与後、約30分頃から果実にC-光合成産物が到達し始め、約1.5時間後には果実内部への移行様式が可視化されるなど、PETによる果実内炭素動態の撮像に初めて成功した。大小二つの果実に流入する炭素動態を解析したところ、果実(小)には新鮮重あたりで86倍のC-光合成産物が移行しており、トマト果実の成長期におけるシンク能の高さが示されている。PETISと同様に、PETを用いた植物研究、特に3次元的な構造を持った対象におけるRIイメージング植物実験の有用性が示された。
河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
no journal, ,
放射性セシウム(Cs-137: 662keV)を対象としたイメージング装置には、これまで数多くの物理工学的知見が蓄積されているカメラを選択した。イメージング対象からの入射線エネルギーが高いため、コリメータ中の透過や散乱を極力抑えられるタングステン製ピンホール型コリメータを製作した。また、十分な感度が得られるよう、15mm厚のGSOシンチレータとフラットパネル位置弁別型光電子増倍管を採用した。セシウム高吸収候補植物であるオオイタドリの水耕液に約400kBqのCs-137を投与し、15時間の撮像を行った結果、根系を含む水耕液中のセシウムが経時的に吸収されていく様子が撮像できた。これは、初めて生きたままの植物で、Cs-137の吸収・移行動態の経時的な可視化に成功したことを意味し、今後の放射性物質による汚染に対応する研究への貢献が大いに期待できる。
camera imaging and analysis of the dynamics of radiocesium in plants caused by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
no journal, ,
We chose a camera for ray imaging of Cs-137 emitting at 662 keV. Since incident ray energy is high, a tungsten pinhole collimator was fabricated to avoid the penetration and scattering of rays inside the collimator. A GSO scintillator with a thickness of 15 mm and a flat panel PS-PMT were adapted to the camera to obtain adequately high sensitivity. Giant knotweed (
), a potential cleanup plant with high uptake capacity for cesium, was grown in hydroponic solutions and exposed to approximately 400 kBq of Cs-137, after which images were taken for 15 h to reveal the changing distribution of cesium into the plant from the hydroponic solutions via the root system.
camera山本 誠一*; 渡部 浩司*; 河地 有木; 藤巻 秀; 加藤 克彦*; 畑澤 順*
no journal, ,
Using GSOs of different Ce concentration, three layers DOI blcok detectors were developed to reduce the parallax error at the edges of the pinhole caemra for high energy photons. GSOs with Ce concentrations of 1.5 mol% (decay time 
40 ns), 0.5 mol% crystal ( 60 ns), 0.4 mol% ( 80 ns) were selected for the depth of interaction (DOI) detectors. These three types of GSOs were optically coupled in depth direction, arranged in 22 22 matrix and coupled to plat panel photomultiplier tube (FP-PMT, Hamamatsu H8500). Sizes of these GSO cells were 1.9 mm 1.9 mm 4 mm, 1.9 mm 1.9 mm 5 mm, and 1.9 mm 1.9 mm 6 mm for 1.5 mol%, 0.5 mol%, and 0.4 mol%, respectively. With these combinations of GSOs, all spots corresponds to GSO cells were clearly resolved in position histogram. Pulse shape spectra showed three peaks for these three decay times of GSOs. The block detector was contained in a 2cm thick tungsten shield and pinhole collimator with 0.5 mm aperture was mounted. With using the pulse shape discrimination, energy resolution as well as spatial resolution for Cs-137 photons was improved at the edge of the detector where the photons entered with angle. The DOI detection was effective for pinhole camera for high energy photons.
カメラを駆使した農地汚染問題への取り組み尹 永根; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 山口 充孝; 田野井 慶太朗*; 中西 友子*; 茅野 充男*; 中村 進一*; 渡部 浩司*; et al.
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所事故から飛散した放射性セシウムにより、広い範囲に及ぶ地域が汚染された。その後、放射性セシウムの定量分析の需要が急激に増加し、4月から食品に対する新基準値の適用に伴い、その分析の負担はさらに増えると予測される。このような状況に対応するには、安価な計測機器を用いた平易な定量分析の方法を開発し、あらゆる現場へ広く普及させる必要がある。それに加え、Cs-137は水田土壌中で物理的減衰と降雨による溶脱を合わせて、半減するまで17年かかると推定した報告があり、長期化する汚染問題の解決に直結した「安全な農作物の作出」や「ファイトレメディエーション」といった、セシウムの動態を人為的に制御しようとする研究がこれから加速すると予想される。そのためには、放射性セシウムの動態を非破壊的かつ連続的に捉える計測技術が必要不可欠である。そこで本研究では、(1)NaI(Tl) spectrometerでは困難だった、試料中のCs-134及びCs-137の弁別と定量解析の手法の開発を行うと同時に、(2)Cs-137のイメージングが可能なカメラの開発に着手した。
尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 山口 充孝; 田野井 慶太朗*; 中西 友子*; 茅野 充男*; 中村 進一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; et al.
no journal, ,
農作物などの放射性セシウム(Cs-134及びCs-137)による汚染、あるいはそのリスクに対して、生産者,消費者の双方から極めて強い関心が寄せられている。そのため、食品や土壌,肥料など、膨大な数の試料に対する放射性セシウムの定量分析が求められている。このことから、一般的なNaI(Tl)スペクトロメーターを用いて試料中のCs-134及びCs-137を定量解析する、簡便で追加コストのかからない手法の開発を行った。また、土壌から植物への放射性セシウムの移行性は、土壌の組成、植物の種類、施肥などの諸条件によって桁違いに変わるばかりか、鉱物への固定や有機質の分解などによって時間とともに変化することが示されている。したがって、ある特定の条件下の土壌と植物における放射性セシウムの動態を詳細に解明できる計測系が必要である。そこで、放射性セシウムの土壌-植物系における動態を画像として定量解析するRIイメージング技術の開発研究を進めてきた。本発表では開発に成功した放射性セシウムの簡易分析法と、現在開発を進めている2つの画像化技術を用いた予備的実験結果について報告を行う予定である。
カメラを用いた植物中放射性セシウムイメージングの試み河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
no journal, ,
土壌と植物中のセシウム分布を非侵襲的に可視化し、土壌-植物系における放射性セシウムの動態解析や応用技術開発といった研究基盤の構築を目的としたRIイメージング技術の開発を行った。放射性セシウム(Cs-137: 662keV)を対象としたイメージング装置にはカメラを選択した。広く普及している医療用のガンマカメラは100keV前後の線を可視化するものが主流であるため、本研究ではコリメータ中の透過や散乱を極力抑えられるタングステン製ピンホール型コリメータを製作した。また、十分な感度を確保するため、高エネルギー線を高感度で検出できる15mm厚のシンチレータとフラットパネル位置弁別型光電子増倍管を用いた。評価試験として、セシウム高吸収候補植物であるオオイタドリの水耕液にCs-137溶液を投与後、15時間の撮像を実施した。この結果、根系を含む水耕液中のセシウムが経時的に吸収されて行く連続画像が得られ、本手法を用いることで植物中Cs-137の吸収・移行動態を非侵襲的に可視化できることが示された。今後の放射性物質による汚染に対応する研究への貢献が大いに期待できる。
藤巻 秀; 河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡部 浩司*; 山本 誠一*
no journal, ,
A variety of agricultural studies, such as fertilizer management and plant breeding, are undertaken intensively for reduction of radiocesium uptake in crops, or, enhancement of uptake in phytoremediation in Japan. Now we are going to introduce a new "eye" to this exploration. That is a potential method to observe the movement of radiocesium in a living plant like a video camera without sampling of the plant tissues. We have ever established a live-imaging method for studies on cadmium by using the positron-emitting tracer imaging system (PETIS), and successfully revealed cadmium dynamics in various plants. However, PETIS is applicable to neither Cs-134 nor Cs-137 because they do not emit positrons. In this study, we are establishing another new system especially designed for plant studies on radiocesium based on the principle of the "gamma camera", and have already obtained some results with intact crops.
河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 小柳 淳; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
no journal, ,
植物体内を移行する放射性セシウム動態について、詳細な解析を進めるため、供試植物の器官ごとのCs-137を可視化できる撮像能が必要である。そこで、ガンマカメラに高分解能化を目的とした改良を施した。取得画像のノイズを低減するための新たなピンホールコリメータ、20mm以上の厚さを持つタングステン高比重合金で製作した遮蔽体、より細分化したGAGGシンチレータアレイ、最新の位置弁別型光電子増倍管等を採用し、ガンマカメラを構築した。Cs-137点線源を用いて性能評価を実施した結果、視野範囲,感度を十分に確保しつつも、空間分解能の改善が認められた。これら評価試験の結果をもとに、Cs-137溶液を用いた植物実験においては、ダイズ子実に流入するセシウムの動態を捉えることに成功し、開発したピンホール型ガンマカメラの有用性が示された。
