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論文

Measurement of neutron production double-differential cross-sections on carbon bombarded with 430 MeV/nucleon carbon ions

板敷 祐太朗*; 今林 洋一*; 執行 信寛*; 魚住 祐介*; 佐藤 大樹; 梶本 剛*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*

Journal of Radiation Protection and Research, 41(4), p.344 - 349, 2016/12

重粒子線治療は、根治性の高さや患者への身体的負担の小さなガン治療法として成果を上げているが、患者には術後の2次発ガンのリスクが伴う。このリスク評価では、体内の放射線挙動や核反応の理解が不可欠となり、放射線輸送計算コードが有用なツールとなる。計算コードの重イオン核反応に対する検証は十分でないため、放射線生成過程の実験データが必要となる。そこで、本研究では、新しいガン治療用のビームとして使用されている核子あたり430MeVの炭素ビームと人体構成物質との核反応から放出される中性子の二重微分断面積の実験データを整備した。実験は、放射線医学総合研究所のHIMAC加速器において実施した。核子当たり430MeVの炭素ビームを45$$^{circ}$$に傾けた5cm$${times}$$5cm$${times}$$1cmの固体炭素標的に入射し、生成される中性子を15$$^{circ}$$, 30$$^{circ}$$, 45$$^{circ}$$, 60$$^{circ}$$, 75$$^{circ}$$および90$$^{circ}$$方向に設置した中性子検出器で測定した。また、中性子の運動エネルギーは飛行時間法により決定した。取得した実験データとPHITSの計算値を比較したところ、PHITSはこのエネルギー領域における炭素からの中性子生成を適切に模擬できることが分かった。

論文

Distributions of neutron yields and doses around a water phantom bombarded with 290-MeV/nucleon and 430-MeV/nucleon carbon ions

佐藤 大樹; 梶本 剛*; 執行 信寛*; 板敷 祐太朗*; 今林 洋一*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*; 佐波 俊哉*; 中尾 徳晶*; 魚住 祐介*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 387, p.10 - 19, 2016/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:57.25(Instruments & Instrumentation)

重粒子線治療施設における治療室の合理的な遮蔽設計のためには、患者と重粒子線との核反応で生成される中性子の収量および線量分布を精度よく知る必要がある。本研究では、患者を模擬した水ファントムに治療で用いる核子当たり290MeVおよび430MeVの炭素イオンを入射して、生成される中性子を液体有機シンチレータからなる検出システムを用いて測定した。シンチレータは、ビーム軸に対して15$$^{circ}$$から90$$^{circ}$$方向に15$$^{circ}$$おきに配置した。また、測定した中性子生成二重微分収量にAP照射に対する実効線量への換算係数を乗じ、測定における検出下限エネルギーである2MeV以上で積分することで、水ファントム周りの実効線量分布を導出した。得られた実験値は、モンテカルロ計算コードPHITSの計算値と比較した。その結果、PHITSは水ファントムからの中性子収量をよく再現しており、治療室を含めた重粒子線治療施設の線量分布予測において有益な評価手段であることを示した。

論文

Measurement of neutron production cross sections from heavy ion induced reaction

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 今林 洋一*; 板敷 祐太朗*; 佐藤 大樹; 梶本 剛*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; 松藤 成弘*; et al.

JAEA-Conf 2014-002, p.81 - 87, 2015/02

高エネルギー加速器施設の遮蔽設計には、原子力機構を中心に開発されているPHITSや欧州原子核研究機構を中心に開発されているFLUKAなどのモンテカルロ法に基づく放射線輸送コードが利用されている。これら放射線輸送コードの予測精度を検証するには、核反応の素過程に関する二重微分断面積の実験データとの比較が必要である。しかし、重イオン入射反応に関する実験データは乏しく、荷電粒子生成に関するものはほとんど存在しない。そこで、放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用い290MeV/uのAr入射反応に対する炭素原子核からの陽子,重陽子及び三重陽子生成二重微分断面積を測定した。生成した荷電粒子は、ビーム軸に対して15, 30, 45, 60, 75及び90度方向に配置した液体有機シンチレータで検出した。各荷電粒子は、飛行時間と検出器でのエネルギー損失の情報から識別できる。実験データをPHITS及びFLUKAと比較したところ、陽子生成については実験データの傾向を再現するものの、重陽子及び三重陽子生成については、両コードで全く再現できず、各コードによる計算値の間にも大きな差があることが分かった。これは、既存の核反応模型では重陽子や三重陽子の放出に必要な核子の同伴および癒着過程を適切に取り扱えていないためと考えられる。本研究で得られる知見は、放射線輸送コードにおける核反応模型の改良に貢献することが期待できる。

論文

Measurement of proton, deuteron, and triton production double differential cross sections on carbon by 290 MeV/nucleon Ar ions

梶本 剛*; 橋口 太郎*; 執行 信寛*; 佐藤 大樹; 魚住 祐介*; Song, T. Y.*; Lee, C. W.*; Kim, J. W.*; Yang, S. C.*; 古場 裕介*; et al.

JAEA-Conf 2014-002, p.127 - 132, 2015/02

高エネルギー加速器施設の遮蔽設計には、原子力機構を中心に開発されているPHITSや欧州原子核研究機構を中心に開発されているFLUKAなどのモンテカルロ法に基づく放射線輸送コードが利用されている。これら放射線輸送コードの予測精度を検証するには、核反応の素過程に関する二重微分断面積の実験データとの比較が必要である。しかし、重イオン入射反応に関する実験データは乏しく、荷電粒子生成に関するものはほとんど存在しない。そこで、放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用い290MeV/uのAr入射反応に対する炭素原子核からの陽子,重陽子及び三重陽子生成二重微分断面積を測定した。生成した荷電粒子は、ビーム軸に対して15, 30, 45, 60, 75及び90度方向に配置した液体有機シンチレータで検出した。各荷電粒子は、飛行時間と検出器でのエネルギー損失の情報から識別できる。実験データをPHITS及びFLUKAと比較したところ、陽子生成については実験データの傾向を再現するものの、重陽子及び三重陽子生成については、両コードで全く再現できず、各コードによる計算値の間にも大きな差があることが分かった。これは、既存の核反応模型では重陽子や三重陽子の放出に必要な核子の同伴および癒着過程を適切に取り扱えていないためと考えられる。本研究で得られる知見は、放射線輸送コードにおける核反応模型の改良に貢献することが期待できる。

論文

Measurement of 100- and 290-MeV/A carbon incident neutron production cross sections for carbon, nitrogen and oxygen

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 上原 春彦*; 西澤 知也*; 水野 貴文*; 高宮 大義*; 橋口 太郎*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; et al.

Nuclear Data Sheets, 119, p.303 - 306, 2014/05

 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

重粒子線がん治療は、他の放射線治療に比べて正常部位への影響が小さいなどの利点により、近年注目を集めている。この治療では、患者の体内に入射した重イオンによる核反応で、中性子, $$gamma$$線等の二次放射線が生成される。治療施設の放射線安全設計のためには、二次放射線の生成量や角度分布を把握することが重要である。そこで、放射性医学総合研究所HIMAC加速器で、重粒子線がん治療に利用される290MeV/Aと体内での減速を想定した100MeV/Aの炭素ビームを用い、生体を構成する炭素,窒素及び酸素からの中性子生成断面積の実験データを15度から90度の角度領域で取得した。炭素ビームを入射するターゲットは、固体の炭素、アルミニウム化合物(窒化アルミニウム,酸化アルミニウム)及びアルミニウムで構成した。窒素及び酸素の断面積データは、アルミニウム化合物に対するデータから、アルミニウム単体によるデータを差し引き導出した。検出効率をSCINFUL-QMDコードで値づけた液体有機シンチレータ(NE213)を用いて中性子を検出し、運動エネルギーは飛行時間法(TOF)で求めた。取得した実験データと粒子・重イオン輸送計算コードPHITSの計算値との比較から、PHITSの核反応模型の精度を検証し、PHITSの重粒子線がん治療施設における放射線安全設計への応用についても議論する。

論文

Measurement of neutron yields from a water phantom bombarded by 290 MeV/u carbon ions

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 上原 春彦*; 西澤 知也*; 平林 慶一*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; 松藤 成弘*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 4, p.709 - 712, 2014/04

重粒子線治療では、患者体内に入射した重イオンビームによる核反応により、中性子をはじめとする2次放射線が生成される。重粒子線施設における治療室の遮へい設計のためには、患者を線源とした2次中性子の放出エネルギー及び角度分布を精度よく知る必要がある。これまでに測定された実験データは、独国GSIグループによる前方角度領域におけるもののみである。そこでわれわれは、放射線医学総合研究所HIMACにおいて、患者を模擬した水ファントムに治療に用いる290MeV/uの炭素ビームを入射し、15度から90度の広い角度領域で中性子生成量を測定した。水ファントムは厚さ20cmであり、入射炭素イオンはファントム内で完全に停止する。中性子検出器には、液体有機シンチレータNE213を採用し、その検出効率はSCINFUL-QMDコードを用いて求めた。中性子エネルギーは、飛行時間(TOF)法にて決定した。床散乱の寄与を評価するため、水ファントムとシンチレータの間に鉄製のシャドウバーを挿入した測定も行った。データ解析において、荷電粒子及び$$gamma$$線によるイベントを除去することにより、広い放出エネルギー、放出角度における中性子エネルギースペクトルの導出に成功した。また、取得した実験データとPHITSコードによる計算結果との比較を通して、PHITSコードの重粒子線治療施設の遮へい設計への応用についても議論した。

論文

Measurement of 100 MeV/u carbon incident neutron production cross sections on a carbon target

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 上原 春彦*; 西澤 知也*; 水野 貴文*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; 松藤 成弘*

JAEA-Conf 2013-002, p.137 - 142, 2013/10

重粒子線がん治療では、患者の体内に入射した重イオンによる核反応で中性子や$$gamma$$線等の二次放射線が発生する。これら二次放射線による患部外臓器への線量付与とそれに伴う二次発がんリスクを評価するためには、核反応で生成する放射線の生成断面積データが不可欠となる。平成23年度までに、治療に用いる290MeV/u炭素イオンと生体構成元素である炭素,窒素及び酸素との核反応による中性子生成断面積データを、広い生成エネルギーと角度領域において取得し、粒子・重イオン輸送コードシステムPHITSの核反応模型の精度検証を行った。平成24年度は、人体内で減速した炭素イオンが起こす核反応を調べるため、100MeV/u炭素イオンを炭素ターゲットに入射した際の断面積を測定した。実験は、放射線医学総合研究所HIMAC加速器にて実施した。6台のNE213液体有機シンチレータを、ビーム軸から15$$^{circ}$$, 30$$^{circ}$$, 45$$^{circ}$$, 60$$^{circ}$$, 75$$^{circ}$$及び90$$^{circ}$$方向に配置し、広い角度領域での測定を可能にした。中性子の運動エネルギーは飛行時間法によって決定し、入射エネルギーから約1MeVまでのエネルギー領域におけるデータ取得に成功した。NE213シンチレータの中性子検出効率は、機構が開発したSCINFUL-QMDコードにより求めている。取得した実験データはPHITSの計算値と比較し、核反応模型では再現の難しい低ネルギー重イオン入射反応の精度を検証した。

論文

生体元素からの中性子および$$gamma$$線生成断面積の測定

魚住 祐介*; 執行 信寛*; 上原 春彦*; 西沢 知也*; 水野 貴文*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; 松藤 成弘*; et al.

HIMAC-140, p.234 - 235, 2013/08

平成24年度に放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用いて行った研究の成果について報告する。重粒子線がん治療では、入射重イオンと生体構成元素との核反応から中性子及び$$gamma$$線が、患者体内で生成される。これら放射線による二次発がんリスクの推定には、重イオン核反応における生成断面積データが不可欠である。前年度までの研究により、広いエネルギー領域での断面積測定手法を確立し、治療に供される290MeV/u炭素イオンに対する炭素、窒素及び酸素原子核からの中性子生成断面積データを整備した。平成24年度は、患者体内にて減速した重イオンによる中性子及び$$gamma$$線の生成を調べるため、100MeV/u炭素イオンを炭素及び窒素ターゲットに入射する実験を行った。その結果、15$$^{circ}$$から90$$^{circ}$$までの6角度において、下限エネルギー0.6MeVまでの精度の良い断面積測定に成功した。今後は、本エネルギー領域における実験データの拡充とともに、粒子・重イオン輸送コードシステムPHITSとの比較から、二体衝突近似が成立する下限エネルギーでの理論模型の妥当性について考察する。

論文

Measurements of neutron- and photon-production cross sections from heavy-ion reactions on tissue equivalent elements

魚住 祐介*; 執行 信寛*; 梶本 剛*; 平林 慶一*; 上原 春彦*; 西澤 知也*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; et al.

HIMAC-138, p.237 - 238, 2012/08

本発表では、平成23年度に放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用いて行った研究の成果について報告する。重粒子線がん治療では、入射重イオンと生体組織を構成する元素との核反応から中性子及び$$gamma$$線が患者体内で生成される。これらの放射線による二次発がんリスクの評価には、重イオン核反応における生成断面積のデータが不可欠である。平成22年度までの研究では、炭素+炭素及び酸素+炭素反応における中性子生成二重微分断面積を測定し、そのデータを公表した。平成23年度は290MeV/u炭素ビームを窒素化合物ターゲットに入射し、炭素+窒素反応における二重微分断面積を測定した。その結果、下限エネルギー0.6MeVまでの中性子断面積データを精度よく導出することに成功した。この成果をもって、所期の技術目標であった低エネルギー領域までの高精度中性子測定手法の確立は達せられた。今後は、確立した手法を用いて、生体構成元素に対する系統的な断面積データを整備する。また、前年度までのデータから$$gamma$$線生成二重微分断面積の導出を行った。得られた実験データは、粒子・重イオン輸送コードシステムPHITSの計算結果と比較され、$$gamma$$線生成模型の検証・改良に応用される。

論文

生体元素からの中性子及び$$gamma$$線生成断面積の測定

魚住 祐介*; 執行 信寛*; 梶本 剛*; 森口 大輔*; 上山 正彦*; 吉岡 正勝*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; et al.

HIMAC-136, p.248 - 249, 2011/11

本発表では、平成22年度に放射線医学総合研究所のHIMAC加速器を用いて行った測定について報告する。重粒子線がん治療では、入射重イオンと生体組織を構成する元素との核反応により中性子及び$$gamma$$線が患者の体内にて生成される。これらの放射線による二次発がんリスクの評価には、重イオン核反応における生成二重微分断面積を広いエネルギー範囲で精度よく測定する必要がある。平成21年度は、既存の実験データのある炭素+炭素反応に対して測定を行い、最適な測定条件を検討した。平成22年度は、前年度までの検討を踏まえ、データの存在しない酸素+炭素反応の断面積を測定した。その結果、数百MeV領域から0.6MeVまでの極めて広いエネルギー範囲に渡って精度よく中性子生成二重微分断面積を取得できた。さらに、取得した実験データを利用してPHITSコードの精度検証を行った。PHITSは、前方角度領域において断面積をわずかに過小評価するものの、全体的に実験値をよく再現することがわかった。

論文

Measurement of neutron-production double-differential cross-sections on carbon bombarded with 290-MeV/nucleon carbon and oxygen ions

佐藤 大樹; 森口 大輔*; 梶本 剛*; 上原 春彦*; 執行 信寛*; 上山 正彦*; 吉岡 正勝*; 魚住 祐介*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 644(1), p.59 - 67, 2011/07

 被引用回数:11 パーセンタイル:24.46(Instruments & Instrumentation)

重粒子線がん治療の普及に伴い患者体内に入射した重イオンビームの核反応で生成される二次中性子の放射線影響に関心が集まっている。しかし、二次発がんの潜在的なリスク評価のために必要となる重イオンビームと生体構成元素との核反応に関する実験データは整備されておらず、放射線輸送コードの計算精度も十分に検証されていない。そこでわれわれは、放射線医学総合研究所HIMAC加速器を利用し、炭素+炭素反応及び酸素+炭素反応における中性子生成二重微分断面積(DDX)を測定した。論文では、有機シンチレータと飛行時間法を利用した測定手法の詳細を説明し、得られた結果を過去の実験データ及びPHITSコードの計算値と比較することで、測定手法の妥当性や放射線輸送コードの有用性について議論した。実験データは、数百MeVから0.6MeVまでの極めて広いエネルギー領域で精度よく取得されており、PHITSの結果は全エネルギー領域に渡りファクター2以内で実験値を再現した。

論文

Proton-production double-differential cross sections for 300-MeV and 392-MeV proton-induced reactions

岩元 大樹; 今村 稔*; 古場 裕介*; 福井 義則*; 若林 源一郎*; 魚住 祐介*; 金 政浩; 岩元 洋介; 芳原 新也*; 中野 正博*

Physical Review C, 82(3), p.034604_1 - 034604_8, 2010/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:42.32(Physics, Nuclear)

300MeV及び392MeV陽子入射反応におけるO, V, Tb, Ta, Au, Pb及びBiに対する陽子生成二重微分断面積を測定した。放出陽子のエネルギーを$$Delta$$$$E$$-$$E$$測定法によって積層型シンチレーション検出器を用いて測定した。測定結果を核内カスケードモデル及び量子分子動力学モデルと比較し、両モデルとも二重微分断面積スペクトルをよく再現するが、最前方及び後方で相違が生じることを示した。この相違は核ポテンシャルによる屈折によって説明できることを明らかにした。この知見に基づき、Kalbachの系統式と核内カスケードモデルの1ステップ計算を組合せることによって、角度分布を再現することに成功した。さらに、実験に基づく考察から、核内カスケードモデルの1ステップ計算における準弾性散乱の寄与は、標的核が軽くなるほど、また放出エネルギーが増加するほど大きくなることを示した。

口頭

重イオン入射反応における中性子生成断面積の研究,3; 290MeV/u炭素入射による酸素標的核からの中性子生成二重微分断面積

佐藤 大樹; 執行 信寛*; 魚住 祐介*; 森口 大輔*; 梶本 剛*; 吉岡 正勝*; 上山 正彦*; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*; et al.

no journal, , 

重粒子線がん治療の普及に伴い、患者体内に入射した重イオンビームの核反応で生成される二次中性子の放射線影響に関心が集まっている。しかし、二次発がんの潜在的なリスク評価のために必要となる重イオンビームと生体構成元素との核反応に関する実験データは整備されておらず、放射線輸送コードの計算精度も実験データの不備から検証されていない。そこで本研究では、放射線医学総合研究所HIMAC加速器を利用し、重イオン入射反応における中性子生成二重微分断面積(DDX)の測定を進めている。人体を構成する元素は、おもに水素,炭素,窒素及び酸素であるが、治療に利用されている炭素ビームを用いた炭素ターゲットに対するデータは既に取得している。今回は、酸素ターゲットに対するデータ取得を目指した。実験では、酸素イオンビームを固体の炭素ターゲットに入射する測定を行い、逆反応解析により酸素をターゲットとしたDDXを導出する。バックグラウンドイベントの低減と測定システムの改善により、リスク評価において重要となる約1MeVを含む幅広いエネルギー領域での中性子を測定した。また、放射線輸送コードPHITSが前方角度領域の実験データを全体的によく再現していることを示した。

口頭

炭素ターゲットに対する炭素イオン入射中性子生成二重微分断面積測定

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 梶本 剛*; 森口 大輔*; 上山 正彦*; 吉岡 正勝*; 古場 裕介*; 中村 泰博*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; et al.

no journal, , 

陽子や重イオンによるがん治療は、腫瘍への線量集中性の高さから注目を集めている。患者に陽子や重イオンを照射すると、患者体内の元素と原子核反応を起こしさまざまなエネルギーの中性子を生成するが、この中性子による患者への影響は十分に考慮されてこなかった。今後、治療の高精度化のためには、中性子に対する線量評価が重要となってくる。本研究では、重イオンがん治療で多く利用されている290MeV/uの炭素イオンを生体構成元素の一つである炭素ターゲットに入射し、原子核反応により生成される中性子の二重微分断面積(DDX)を測定した。実験は、放射線医学総合研究所HIMACにて行った。中性子検出器としてNE213シンチレータを採用し、測定角度は15$$^{circ}$$, 30$$^{circ}$$, 45$$^{circ}$$, 60$$^{circ}$$, 75$$^{circ}$$及び90$$^{circ}$$とした。中性子の運動エネルギーは飛行時間法に基づき決定した。データ解析の結果、2.8MeV以上のエネルギーの中性子についてDDXデータを導出することができた。これは既存の実験データの下限エネルギーに比べ約1/5であり、生物学的効果を考察するうえで重要となる低エネルギー領域の中性子をほぼ測定できている。取得したDDXデータは、汎用粒子輸送コードPHITSの計算結果と比較した。両者は全エネルギー領域において良い一致を示した。PHITSは重イオン入射の原子核反応を記述するために量子分子動力学(QMD)モデルを採用しているが、このエネルギー領域におけるQMDモデルの妥当性が確認できた。

口頭

水ファントムに対する290MeV/u炭素ビーム入射中性子収量の測定

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 上原 春彦*; 西澤 知也*; 平林 慶一*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 高田 真志*; 松藤 成弘*

no journal, , 

粒子線がん治療において照射時に患者体内で生成される中性子や$$gamma$$線などの二次放射線の放出エネルギーや角度分布を把握することは、施設の安全設計とそれによる運転員や公衆の放射線防護にとって重要である。本研究では、重粒子線がん治療に利用される290MeV/u炭素ビームを人体を模擬した水ファントムに入射し、生成される中性子の二重微分収量を測定した。実験は、放射線医学総合研究所HIMAC施設にて行った。ファントムは、奥行き20cm,高さ32cm,厚さ1cmのアクリル容器からなり、内部を純水で満たした。中性子検出器には、直径と長さがともに12.7cm及び5.08cmである2種類の液体有機シンチレータを採用した。中性子エネルギーは飛行時間法に基づき導出した。測定角度は15$${^circ}$$から90$${^circ}$$までの6点である。実験値と粒子・重イオン輸送コードシステムPHITSの計算値との比較において、PHITSは実験値をおおむね再現した。しかし、高エネルギー側で実験値を過小評価、低エネルギー側で過大評価することが明らかになった。

口頭

重粒子線治療に用いる炭素イオンビーム入射における水ファントム周囲の中性子収量および線量分布に関する研究

佐藤 大樹; 梶本 剛*; 執行 信寛*; 板敷 祐太朗*; 今林 洋一*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*; 佐波 俊哉*; 中尾 徳晶*; 魚住 祐介*

no journal, , 

重粒子線治療施設における合理的な遮蔽設計のためには、患者と重粒子線との核反応で生成される中性子の収量および線量分布を精度よく知る必要がある。本研究では、患者を模擬した水ファントムに治療で用いる核子当たり290MeVの炭素イオンを入射して、生成される中性子を液体有機シンチレータからなる中性子検出器を用いて測定した。検出器は、ビーム軸に対して15$${^circ}$$から90$${^circ}$$方向に15$${^circ}$$おきに配置した。また、測定した中性子生成二重微分収量にAP照射に対する実効線量への換算係数を乗じ、測定における検出下限エネルギーである2MeV以上で積分することで、水ファントム周りの実効線量分布を導出した。得られた実験値は、モンテカルロ計算コードPHITSの結果と比較した。PHITSは中性子生成二重微分収量の高エネルギー側のスペクトル形状をよく再現できるが、約10MeV以下の低エネルギー中性子を過大評価することが分かった。実効線量分布についても、同じエネルギー範囲で積分したPHITSの計算値は、二重微分収量同様に実験値よりも大きな値を示した。そこで、PHITSによる結果の絶対値を90$${^circ}$$における実験値と一致するように調整し、熱エネルギー以上の中性子に対して角度範囲0$${^circ}$$から180$${^circ}$$における実効線量を算出した。さらに、その実効線量分布を適切に再現可能な簡易式を構築した。本研究の成果を用いることで、遮蔽設計に必要な患者周りの線量分布を迅速に精度よく評価することが可能となり、重粒子線治療施設における遮蔽設計の高度化に大きく貢献することが期待される。

口頭

Measurement of 430-MeV/u carbon, nitrogen and oxygen incident neutron production cross sections for carbon

執行 信寛*; 魚住 祐介*; 板敷 祐太朗*; Lee, J. E.*; 今冨 宏祐*; 梶本 剛*; 佐藤 大樹; 佐波 俊哉*; 古場 裕介*; 松藤 成弘*

no journal, , 

重粒子線ガン治療では、治療に用いる430MeV/uの炭素原子核と患者体内に存在する炭素、窒素、酸素原子核との核反応により、様々な2次放射線が生成される。この2次放射線によってもたらされる術後の発ガンリスクを検討するため、1MeV以上の中性子生成に関する精度の良い断面積データが求められている。そこで、放射線医学総合研究所HIMACにおいて430MeV/uまで加速した炭素, 窒素, 酸素原子核と炭素原子核との核反応により生成される中性子の二重微分断面積を測定した。実験では、430MeV/uの炭素, 窒素, 酸素ビームを炭素の固体標的に照射した。標的の厚さは、入射原子核の標的内でのエネルギー損失が運動エネルギーの約10%になるように設定した。SCINFUL-QMDにより検出効率を得たNE213シンチレータを用いて、15, 30, 45, 60, 75, 90度の方向で生成中性子を検出し、運動エネルギーは飛行時間法により決定した。これにより、中性子エネルギー1MeVから600MeVの二重微分断面積の導出に成功した。炭素入射の測定値と原子力機構が開発を進めているPHITSコードによる計算値との比較から、PHITSは100MeV以下のエネルギー領域で実験データをよく再現するが、それ以上のエネルギーではわずかに中性子生成断面積を過大評価することが分かった。これは、核反応の直接過程を記述する量子分子動力学模型に問題のある可能性を示唆する。本研究の成果は、核反応模型の改良によるPHITSの精度向上に貢献する。

口頭

数百MeV/u$$alpha$$粒子入射における分解反応の研究

山口 雄司*; 荒木 優佑*; 藤井 基晴*; 渡邉 岳*; 佐波 俊哉*; 松藤 成弘*; 古場 裕介*; 岩元 洋介; 魚住 祐介*

no journal, , 

炭素を用いた重粒子線がん治療において、重粒子入射反応で生じる二次粒子による低線量被ばくが問題となっている。われわれは、これまで改良を進めてきた陽子入射に対する核内カスケード(INC)の入射粒子の適用範囲を$$alpha$$線、炭素入射反応へ拡張する計画である。拡張後のINCの精度検証に$$alpha$$粒子入射による複合粒子(陽子, 重陽子, 三重陽子, $$^{3}$$He, $$alpha$$粒子)生成二重微分断面積(DDX)の実験データが必要であるが、入射エネルギーが核子当たり35MeV以上において実験データは存在しない。そこで本研究では、量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所のHIMAC棟において、核子当たり100, 230MeVの$$alpha$$粒子を試料(C, Al, Co, Nb)に照射したときの複合粒子のDDXを測定した。Si半導体検出器、無機シンチレータGSOやPWOを散乱槽に設置して生成粒子のエネルギーを測定し、$$Delta$$E-E法を用いて粒子識別を行った。その結果、測定角度30度から90度において、最大300MeVの高エネルギー成分まで実験データを得ることができた。拡張後のINCの計算結果は30度において実験値と良く一致するが、測定角度が増えるにつれて実験値を過小評価することがわかった。

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