Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

https://doi.org/10.3390/qubs1030009

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

Ion-species dependent bystander mutagenic effect on locus in normal human fibroblasts induced by C-, Ne- and Ar-ion microbeams

鈴木 雅雄*; 舟山 知夫; 横田 裕一郎; 武藤 泰子*; 鈴木 芳代; 池田 裕子; 服部 佑哉; 小林 泰彦

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 78, 2015/03

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2014-050

これまでに、バイスタンダー効果で誘発される細胞死や染色体変異における照射イオン種依存性の解析を進めてきた。2015年度の研究では、バイスタンダー効果による遺伝子の変異誘発におけるイオン種依存性を、ヒト正常線維芽細胞を用いて解析した。コンフルエントに培養した細胞試料に対し、1616マトリックス照射法で、異なる核種(炭素,ネオン,アルゴン)のマイクロビーム照射を行った。遺伝子の変異誘発頻度は、6-チオグアニン耐性コロニーの頻度で測定した。炭素イオンマイクロビーム照射した試料では、非照射試料およびギャップジャンクション経由の細胞間情報伝達に特異的な阻害剤で処理した試料と較べ、変異頻度が6倍高くなった。一方、ネオン及びアルゴンマイクロビームで照射した試料では、このような変異頻度の上昇が認められなかった。この結果は、ギャップジャンクションを介したバイスタンダー効果による突然変異誘発において、イオン種依存性が存在すること意味する。

Dependence of the yields of AP sites and AP clusters produced in plasmid DNA on scavenging capacity and LET

椎名 卓也*; 渡辺 立子; 鈴木 雅雄*; 横谷 明徳

Journal of Radiation Research, 55(Suppl.1), p.i15 - i16, 2014/03

BB2013-0476.pdf:0.21MB

https://doi.org/10.1093/jrr/rrt160

The object of the study is to reveal whether the induction process of an abasic site (AP site) and the clustered DNA damage which contain AP sites (AP cluster) depends on ionizing density of radiation. In order to clarify the relation between track structure of C ions and the induction processes of an AP site or AP cluster, we measure the yield of AP using Nfo protein as an enzymatic probe, which converts an AP site to detectable single strand break. Several scavenging capacities in the samples are tested to estimate the effect of OH radicals. We compare those experimental yields with theoretical ones that are obtained from Monte Carlo track simulation to develop a model of AP site induction by irradiation. The yields of AP sites analyzed by the simulation are in good agreement with experimental ones. As a result, we newly determined the branching ratio of induction of the AP the site in the simulation.

Radiation-quality-dependent bystander effects induced by the microbeams with different radiation sources

鈴木 雅雄*; Autsavapromporn, N.*; 宇佐美 徳子*; 舟山 知夫; Plante, I.*; 横田 裕一郎; 武藤 泰子*; 鈴木 芳代; 池田 裕子; 服部 佑哉; et al.

Journal of Radiation Research, 55(Suppl.1), P. i54, 2014/03

https://doi.org/10.1093/jrr/rrt219

It is essentially important for evaluating risk such a low-dose-rate exposure as the accident of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants to examine bystander effects induced by low-LET electromagnetic radiations, such as X or rays. We have been studying the cellular responses in normal human fibroblasts by targeted cell nucleus irradiations with monochromatic X-ray microbeams (5.35 keV) produced by Photon Factory in High Energy Accelerator Research Organization. The results indicated that the bystander effect in cell- killing effect was observed in the targeted cell nucleus irradiation, not in the random irradiation containing both cell nucleus and cytoplasm by Poisson distribution. The results suggest that energy deposition in cytoplasm is an important role of inducing bystander effects in case of low-LET radiations. We have also been investigating high-LET-radiation induced bystander effects using the heavy-ion microbeams at Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application in Japan Atomic Energy Agency. Only 0.04% of the total numbers of normal human fibroblasts were irradiated with C-ion (220 MeV), Ne-ion (260 MeV) and Ar-ion (460 MeV) microbeams collimated at 20 micro meter in diameter. Cell-killing effect and gene mutation at HPRT locus in the cells irradiated with C ions were higher beyond our expectations and returned the estimated values that only 0.04% of the total cells were irradiated when using the specific inhibitor of gap junctions. On the other hand, no induced biological effects were observed in Ne and Ar ions whether the inhibitor was applied or not. The result suggested that the C-ion microbeam was capable of inducing bystander cellular effects via gap junction mediated cell-cell communication. There is clear evidence that bystander cellular effects are dependent on radiation quality.

Transformation strain and texture evolution during diffusional phase transformation of low alloy steels studied by neutron diffraction

徐 平光; 友田 陽*; Vogel, S. C.*; 鈴木 徹也*; 米村 雅雄*; 神山 崇*

Reviews on Advanced Materials Science, 33(5), p.389 - 395, 2013/08

http://www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_53313/02_533_xu.html

The ferrite-to-austenite transformation during heating and the austenite-to-ferrite transformation during cooling were investigated by KEK/SIRIUS and LANSCE/HIPPO neutron diffractometers under the stress-free condition. The deviation of ferrite lattice parameter from the linear thermal expansion and contraction during heating and cooling suggested the compressive strain occurred in ferrite phase. The texture memory effect between the cold compression texture of initial martensite and the final texture of ferrite after -- phase transformation was interrupted by the static recrystallization of martensite during step-by-step heating, revealing that the occurrence of texture memory effect was not directly related to the deformation stored energy but related to the transformation strain and the strong variant selection for nucleation.

Yield of single- and double-strand breaks and nucleobase lesions in fully hydrated plasmid DNA films irradiated with high-LET charged particles

牛込 剛史*; 鹿園 直哉; 藤井 健太郎; 渡辺 立子; 鈴木 雅雄*; 鶴岡 千鶴*; 田内 広*; 横谷 明徳

Radiation Research, 177(5), p.614 - 627, 2012/05

https://doi.org/10.1667/RR2701.1

イオンビーム照射したDNA損傷のLET依存性を明らかにするため、水和DNAフィルム中に誘発されるDNA損傷収率を調べた。1本鎖切断収率はHe, C及びNeイオンのLETの増加とともに減少したのに対して、2本鎖切断収率は増加した。照射DNAフィルムを塩基除去修復酵素で処理すると、酵素の作用により鎖切断が生じたことから照射により水和DNAフィルム中にも塩基損傷が生じることがわかった。しかしその収率はLETの増加とともに顕著に現象したことから、高LETほど難修復性の複雑なDNA損傷を誘発することが推測された。

Unrepairable DNA damage site composed of clustered lesions along ion particle tracks

横谷 明徳; 鹿園 直哉; 藤井 健太郎; 牛込 剛史*; 鈴木 雅雄*; 漆原 あゆみ; 渡辺 立子

Proceedings of the 27th Symposium on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology Hosei University, 8 Pages, 2008/12

イオンビームが誘発する突然変異誘発などの生物影響は、DNA上の数ナノメートル程度の局所に生じるクラスター損傷であることが指摘されている。われわれは、クラスター損傷の修復阻害を調べるため、高水和状態のプラスミドDNAにイオンビーム(LET=20-500keV/m)を照射し、生じた1本鎖切断(SSB)と2本鎖切断(DSB)を定量するとともに、照射試料に対して実際の損傷塩基除去修復酵素を反応させ、損傷塩基の除去活性の阻害の程度を調べた。さらに、クラスター部位で多重に生じたSSBを検出するためにDNAの変性を利用する新しいアッセイ法を開発し、TIARAから得られるHeイオンを照射したDNAについて調べた。その結果、SSB収率はほとんどビームの性質に依存しなかったのに対してDSBはビームのLETに複雑に依存し、さらに塩基除去修復酵素の活性はLETの増大とともに劇的に減少した。一方、多重SSBはほとんど生じていないことがわかった。これらの結果は、クラスター損傷部位にはDSBが生成する場合を除き、SSBは多重には生成せず、一つのSSBと複数の塩基損傷あるいは塩基損傷のみで構成されていることが示唆された。

Single- and double-strand breaks in pBR322 plasmid DNA by monochromatic X-rays on and off the K-absorption peak of phosphorus

檜枝 光太郎*; 広野 泰亮*; 浅見 彰*; 鈴木 雅雄*; 古澤 佳也*; 前澤 博*; 宇佐美 徳子*; 横谷 明徳; 小林 克己*

International Journal of Radiation Biology, 70(4), p.437 - 445, 1996/10

https://doi.org/10.1080/095530096144914

単色化したシンクロトロン軟X線を用い、DNAの単鎖切断及び二重鎖切断の量子効率を調べた。試料には二鎖のプラスミド(pBR-322)環状DNAの乾燥試料を用いた。単色光源として、高エネルギー物理学研究所・フォトンファクトリーのBL-27を用いた。単鎖切断も二重鎖切断も、リンのK殻共鳴ピークで一番効率良く起こることがわかった。試料に対する吸収線量を、試料吸収スペクトルから計算し、フォトン吸収あたりの鎖切断効率を求めたところ、単鎖切断はエネルギー依存性がそれほど顕著でなかったのに対して、二重鎖切断はピーク波長で効良くおこることがわかった。細胞レベルでの致死・突然変異効率の増感は、この二重鎖切断によることが、これらの結果より推測された。

In situ crystallographic observation of dynamic ferrite transformation evolution during hot deformation of low alloy steels

徐 平光; 友田 陽*; Koo, M.*; 米村 雅雄*; 鈴木 徹也*; Paradowska, A.*; Zhang, S. Y.*; 足立 吉隆*

no journal, , 

動的フェライト変態は鋼組織の超微細化を図る上で重要な手法として注目されている。変態前の母相を加工して格子欠陥密度を増加させ、核生成の優先サイトを増大させると、核生成速度が大きくなり、変態生成物が微細化されることは既に知られている。しかし、加工が変態中に行われる場合、不均一変形が顕著となるためフェライト変態に及ぼす影響が複雑化し、未だ微細化のメカニズムについては不明な点が残されている。本研究は、試料中の特定部位における複数の相の量や内部応力変化を同時にしかも連続的に観察が可能な飛行時間法中性子回折により、低合金鋼の熱間加工中における動的フェライト変態挙動を調査、検討した。

J-PARC/MLFの実験装置計算環境の現状

中谷 健; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳; 梶本 亮一; Harjo, S.; 大原 高志; 大友 季哉*; 鈴木 次郎*; 武藤 豪*; 安 芳次*; et al.

no journal, , 

大強度陽子加速器施設(J-PARC)、物質・生命科学実験施設(MLF)では2008年5月に中性子、9月にミュオンの発生に成功し、12月からユーザーへの供用が始まった。陽子ビームパワーは供用開始時の4.3kWから120kWに増強され、稼働実験装置も8台から14台になり、新たな実験装置の建設も今年度から開始している。現在、各装置において多数のユーザーが実験を開始し、データを取得し始めている。また、上に述べたような施設の性能向上や各実験装置の改良・増設もあり、計算環境に求められる要求も徐々に増大しつつある。今年度われわれはMLF計算環境検討会議のもと、ソフトウェア開発情報共有のためのプロジェクト管理サーバー構築,高速データ処理環境の検討,基幹ネットワークのギガビットイーサ化,実験に用いる試料の申請から持ち出しまでの試料の管理を行う試料管理データベースの構築,実験データベースの導入を実施してきた。本発表では、J-PARC/MLFの実験装置計算環境の整備状況の詳細と今後の予定についての報告を行う。