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土田 秀次*; 間嶋 拓也*; 甲斐 健師
応用物理, 91(9), p.553 - 557, 2022/09
イオンビームを用いた粒子線がん治療のより効果的な治療に向けて、放射線によるDNAなどの生体分子の損傷過程を原子レベルで解明する研究が世界中で進められている。本稿では、イオンビームによる水中での生体分子損傷について、分子周辺で起こる素反応を研究した実験手法を紹介する。この実験では、細胞を模擬するため真空内液体分子線法および微小液滴法を利用し、生体分子水溶液の標的にイオンビームを照射し、標的から放出した生体分子の分解イオンを質量分析することで、分子の切断箇所を特定した。シミュレーションとして、PHITSを利用し水への炭素イオン照射の結果生じる二次電子の物理特性を解析した手法を紹介する。さらに、実験とシミュレーションの共同研究で明らかになった、高速イオンによる生体分子損傷の微視的描像を述べる。
土田 秀次*; 甲斐 健師; 北島 謙生*; 松谷 悠佑; 間嶋 拓也*; 斎藤 学*
European Physical Journal D, 74(10), p.212_1 - 212_7, 2020/10
被引用回数：3 パーセンタイル：17.64(Optics)水中における生体分子と重イオンの相互作用による基礎研究は、放射線生物影響の初期段階の解明へ向けて重要な知見を与えることが期待される。その中で、生体環境を模擬した真空中の液滴標的への重イオン照射実験が進められ、液滴から真空中に飛び出した生体分子グリシンの正イオン及び負イオンの生成収量が計測されているが、その生成メカニズムは未解明であった。そこで、PHITSのイオン飛跡構造解析モードを利用し、重イオンが真空から水に侵入した界面におけるエネルギー付与量を評価し、グリシンの正イオン及び負イオン分子が生成されるメカニズムを解析した。その結果、重イオン照射により発生した2次電子が関与する電離・励起、及び解離性電子付着の誘発量は、生成されたグリシンの正イオン及び負イオンの生成収量と相関があることを見出した。本成果は、放射線生物影響の初期段階の解明へ向けて、新たな科学的知見となるものである。
中嶋 享*; 寺本 高啓*; 赤木 浩; 藤川 高志*; 間嶋 拓也*; 峰本 紳一郎*; 小川 奏*; 酒井 広文*; 富樫 格*; 登野 健介*; et al.
Scientific Reports (Internet), 5, p.14065_1 - 14065_11, 2015/09
被引用回数：38 パーセンタイル：84.13(Multidisciplinary Sciences)X線自由電子レーザーを利用することで、レーザーによって整列したI
分子からのX線光電子回折(XPD)パターンを観測した。X線自由電子レーザーの偏光方向に整列したI分子のXPDは我々の理論計算とよく一致した。さらに、実験で得られるXPDを分子構造決定に利用する際の適応基準を提案した。
ions through micro- and nano-capillaries土田 秀次*; 間嶋 拓也*; 冨田 成夫*; 笹 公和*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 山田 圭介; 平田 浩一*; 柴田 裕実*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.336 - 340, 2013/11
被引用回数：3 パーセンタイル：26.71(Instruments & Instrumentation)Applying the beam-focusing method with capillaries to C projectiles in the velocity range between 0.14 and 0.2 a.u., transmission properties of C ions through two different types of capillaries are studied: (1) a borosilicate-glass single microcapillary with an outlet diameter of 5.5 
m, and (2) an AlO
multicapillary foil with approximatey 70-nm pores in diameter and a high aspect ratio of approximately 750. Transmitted-particle compositions are measured with the electrostatic-deflection method combined with a two-dimensional position-sensitive detector. In the experiments with the single microcapillary, the main transmitted component is found to be primary C ions, which are focused in the area equal to the capillary outlet diameter. The other components are charge-exchanged C ions and charged or neutral fragments (fullerene-like C
and small C
particles), and their fractions decrease with decreasing projectile velocity. Similar results are obtained in the experiments with the multicapillary foil. It is concluded from the relative transimission fractions of more than 80% that the C transmission fraction is considerably high for both types of the capillaries in the present velocity range.
齋藤 勇一; 中嶋 佳則; 鳴海 一雅; 柴田 裕実*; 伊藤 秋男*; 間嶋 拓也*; 大野 勝也ルイス*
JNC TN7200 2001-001, p.122 - 125, 2002/01
MeVエネルギークラスターイオンを照射実験に提供する場合、クラスターイオンビーム電流の標的上での正確な測定が求められる。単原子イオン照射の場合、入射イオンビーム電流は、試料からの2次電子を追い返すためのサプレッサー電極にマイナス数百ボルトの電圧をかけることにより、測定することができる。しかし、MeVクラスターイオンを照射すると、同じシステムを用いても、測定ビーム電流がターゲットの種類や照射時間により異なるという現象が観測された。これは、照射の際に、標的からの2次粒子の量などが非線形効果により単原子イオン照射の場合と大きく異なり、試料電流の正確な測定を妨げているためと予想される。そこで、炭素クラスターイオン(C1
C8, 0.5MeV/atom)を標的(銅)に照射して、標的電流及び標的からの2次荷電粒子による電流を、サプレッサー電圧を変えて測定した。その結果、クラスターイオンの構成原子数が大きい方が2次電子の放出率が小さくなることがわかった。また、2次イオンは逆にそれが大きくなった。
microbeams by single-microcapillary methods土田 秀次*; 間嶋 拓也*; 冨田 成夫*; 笹 公和*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 山田 圭介; 平田 浩一*; 柴田 裕実*; et al.
no journal, ,
Transmission properties of sub-MeV C ions through a capillary were investigated. A 360-keV C
or 720-keV C
primary ion beam obtained from a 400-kV ion implanter was introduced into a single capillary, whose outlet diameter was 5.5 or 14 m, mounted on a goniometer. Particles emerging from the outlet of the capillary were deflected with electrostatic parallel plates and detected by a microchannel plate with a phosphor screen to obtain information about their composition. Some interesting results have been obtained from this measurement: (1) a main component of transmitted particles is C beams, due to direct transmission, (2) the other components are unknown-size neutral particles, and large-size fragments of C
or C
ions produced via C-emission from C, and (3) small-sized carbon fragments of C
or C ions resulting from C-multifragmentation are not detected, which suggests that most of them are detected as neutral particles.
土田 秀次*; 中嶋 薫*; 横江 潤也*; 杉山 元彦*; 太田 優史*; 間嶋 拓也*; 柴田 裕実*; 冨田 成夫*; 笹 公和*; 平田 浩一*; et al.
no journal, ,
高速分子イオンを数十nmの孔径を持つナノキャピラリーを透過させて、出射する分子イオンの分子軸をキャピラリー内壁との相互作用により揃えるビーム配向制御に関する研究を行っている。分子軸配向の駆動力としては、キャピラリー内で解離した入射イオンのうち、先行するイオンの電荷でキャピラリー内壁表面に誘起された電子の動的遮蔽によって、その後方にできる電子粗密波に後続イオンが捕捉される効果(ウェイク効果)が有力と考えられる。そこで本研究ではウェイクによる解離イオンの捕捉効果を調べるため、1.0MeV HeHイオンをアルミナ製の平均孔径67nm、アスペクト比約750のキャピラリーに入射させ、出射する解離イオン(HおよびHe
)の運動エネルギーを高分解能磁場型分析器により測定した。この結果の一例として、ゼロ度方向に出射したHイオンのエネルギースペクトルでは、Heイオンの前方と後方に位置してクーロン爆発したHに相当するピークが204keVと196keV付近にそれぞれ観測された。各ピークの収量比からHeイオンの後方に捕捉されたHの成分は約75%であることが分かった。発表では、他の出射イオンの出射角依存性等についても言及する。
土田 秀次*; 間嶋 拓也*; 冨田 成夫*; 笹 公和*; 平田 浩一*; 柴田 裕実*; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 千葉 敦也; 山田 圭介; et al.
no journal, ,
本研究では、サブMeV領域のCイオンマイクロビーム形成を目的としてCイオンのガラスキャピラリーの透過特性を、また、多孔ナノキャピラリーを透過した際のウェイク効果による分子軸のそろった(配向された)イオンビーム形成を目的としてHeH分子イオンの透過特性をそれぞれ調べた。前者では、ガラスキャピラリーを透過したCイオンのビーム径がキャピラリー出口径とほぼ等しいことがわかった。また、キャピラリーを透過したイオンはCイオン、CイオンからC放出したCイオン(mは整数)及び中性粒子から構成されること、さらに解離せずにキャピラリーを透過するCイオンの割合が少なくとも75%以上であることが分かった。後者では、キャピラリーを透過したHeHイオン及びその解離イオンのエネルギースペクトルから、解離Heイオンの後方に位置するHの割合は前方に位置するものに比べて約3倍多いことがわかった。これは、解離Heイオンが誘起したウェイクによってHeイオンの後方にHイオンが捕捉されたことを示しており、したがって、少なくとも解離したイオン同士はウェイクによって配向することを示す。
小西 涼香*; 南川 英輝*; 間嶋 拓也*; 今井 誠*; 斉藤 学*; 平出 哲也; 土田 秀次*
no journal, ,
石英ガラスにおけるイオン照射下損傷挙動の解明を目的として、陽電子消滅寿命と消滅
線ドップラー広がりを同時測定するAMOC(Age-MOmentum Correlation)測定を、2MeVのプロトン照射下において行った。石英ガラスの空隙において陽電子消滅に関与する電子の運動量分布の変化から、損傷挙動のフラックス依存性を検出できることが明らかとなった。
