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武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*; Chiu, I.-H.; 二宮 和彦*; 新井 利彦*; 大西 光延*; 反保 元伸*; 下村 浩一郎*; et al.
Analytical Chemistry, 98(24), p.17618 - 17626, 2026/06
被引用回数：0Quantitative and non-destructive detection of metallic lithium (Li) deposition on Li-ion battery anodes is crucial for understanding degradation mechanisms and ensuring operational safety. Muonic X-ray spectroscopy (muXRS) is highly sensitive to light elements such as Li and enables probing of bulk materials; however, its application to practical devices has been limited by the lack of spatially resolved detection. In this study, we present an imaging system that extends muXRS by integrating a large-area silicon double-sided strip detector with a 3D-printed tungsten parallel-hole collimator. Using Li plate samples, we demonstrate quantitative two-dimensional imaging of metallic Li surface density with a spatial resolution of 5 mm. An image-processing method was developed to suppress crosstalk from carbon muonic X-rays and to correct beam non-uniformity, enabling reliable quantification. The system achieves a 1-sigma detection sensitivity of approximately 2.5 ug/mm
, sufficient to detect localized Li accumulation. This approach extends muXRS from bulk-averaged analysis to spatially resolved measurement and provides a non-destructive tool for battery diagnostics.
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人
波紋, 36(2), p.80 - 83, 2026/05
Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is based on the 10B reaction, which produces high energy secondary particles that selectively damage tumor cells. Therefore, accurate evaluation of boron reactions under neutron irradiation is important for dose assessment and treatment verification. Because the boron capture reactions produce a 478 keV prompt gamma-ray with sufficient penetration depth in tissue, detection of this gamma-ray provides spatial information on boron and allows evaluation of the delivered dose. In this study, we developed a prompt gamma-ray measurement system using a CdTe double-sided strip detector (CdTe-DSD) for in situ monitoring. Performance tests were conducted at the Japan Research Reactor-3 (JRR-3) using boron solution phantoms under neutron irradiation conditions. Prompt gamma-rays emitted from boron capture events were successfully detected, and two-dimensional visualization of boron-containing samples was demonstrated. These results indicate the feasibility of CdTe-DSD-based prompt gamma measurements for boron reaction monitoring in BNCT environments.
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 墨田 岳大*; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 高橋 忠幸*
Medical Physics, 52(10), p.e70062_1 - e70062_14, 2025/10
被引用回数：1 パーセンタイル：45.02(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)Boron neutron capture therapy (BNCT) is a cancer treatment that leverages the nuclear reaction between boron-10 (
B) and thermal neutrons to generate high-energy 
particles and 
Li nuclei that selectively destroy cancer cells while sparing healthy tissues. However, BNCT is limited by current dosimetry methods that are incapable of monitoring boron distribution during therapy. An imaging system capable of real-time dosimetry is essential for optimizing treatment efficacy and minimizing collateral damage. This study aimed to develop a high-resolution real-time boron dosimetry system for BNCT by employing a cadmium telluride double-sided strip detector (CdTe-DSD). The CdTe-DSD enables precise mapping of B distribution by detecting the 478 keV prompt 
-rays emitted during the B(n, )Li reaction. The imaging system was constructed by integrating a CdTe-DSD with a 2-mm diameter pinhole collimator. The CdTe-DSD, comprising a 2-mm-thick CdTe semiconductor, has a sensitive area of 32
32 mm
. Neutron irradiation experiments were performed at Japan Research Reactor No.3 using various boron-containing samples, including boric acid solutions, powders, and granular boron, with boron masses ranging from 0.02 to 2.00 mg. We implemented the neutron shields using a 5-mm-thick 
Li
CO
plate and LiF tiles to reduce the background from scattered neutrons during the measurement. The imaging system successfully detected the 478 keV -ray signal with an energy resolution of 7.3 keV at 511 keV. The reconstructed two-dimensional B images demonstrate the capability of the CdTe-DSD to accurately map the B distribution in the samples. Notably, we evaluated the important background contributions from the scattering neutrons in the development of the CdTe-DSD-based imaging system. When the scattering neutrons in a neutron experiment hit the CdTe-DSD, 558 keV -rays of 
Cd were produced. Under three experimental conditions with different neutron shielding configurations, we found that enhanced neutron shielding considerably reduced the background contribution created by the Cd background signal, thereby improving the contrast-to-noise ratio (CNR) in the image quality assessment. Upon comparing the condition with minimal neutron shielding to that with maximal shielding, a 14-fold enhancement in the CNR was observed. This study demonstrates that a CdTe-DSD-based gamma camera is a promising tool for real-time boron dosimetry in BNCT. The detector's high energy resolution and excellent spatial resolution enable precise detection of 478 keV prompt -rays, facilitating accurate mapping of boron distribution during neutron irradiation. These findings support the developed system's potential to enhance BNCT treatment planning and patient-specific dose monitoring. Future research will optimize neutron shielding and explore advanced collimator designs to improve sensitivity in clinical settings.
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 墨田 岳大*; 池田 瑞*; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 南 喬博*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*
Applied Radiation and Isotopes, 222, p.111845_1 - 111845_7, 2025/08
被引用回数：2 パーセンタイル：50.28(Chemistry, Inorganic & Nuclear)Boron neutron capture therapy (BNCT) is a neutron-based cancer treatment requiring a real-time B dose monitor to optimize effectiveness. We report the use of a cadmium telluride double-sided strip detector (CdTe-DSD), which has a full width at half maximum energy resolution of 7.3 keV at 511 keV and a spatial resolution of 250 
m for accurate boron imaging. Using the CdTe-DSD with a pinhole collimator, our experiment at Japan Research Reactor No. 3 (JRR-3) evaluated the B distribution in a solid sample containing a 0.3 mg B concentration during neutron exposure. Although measurement of the B signal was significantly affected by background gamma rays from 113 Cd, we successfully obtained a circular projection image with a diameter of 11.5 mm, revealing the precise location of B, with a counting rate of 0.115 cps and a signal-to-noise ratio of approximately 25.7 %. The results demonstrate the capability of the CdTe-DSD to enhance BNCT by providing high-fidelity insights into the B distribution within the sample.
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 高橋 忠幸*; 桂川 美穂*; 渡辺 伸*; 久保 謙哉*; 齋藤 努*; 水本 和美*; et al.
npj Heritage Science (Internet), 13, p.154_1 - 154_9, 2025/05
被引用回数：1 パーセンタイル：80.94(Humanities, Multidisciplinary)Cultural heritage artifacts often display complex, multi-layered structures. Therefore, an in situ noninvasive method is required for determining the elemental distribution of such materials. We present a nondestructive 3D elemental analysis approach for an Edo-period ceramic crucible using muonic X-ray measurements. The system employs four CdTe semiconductor imaging detectors to acquire 2D elemental distributions at 12 measurement angles, and 3D images were reconstructed based on computed tomography. We adjusted muon energy to penetrate the metallic layer covering the crucible bottom and analyze the interior of the crucible. Silicon(Si) and oxygen(O) signals were successfully identified, and these signals, originating from highly abundant silica (SiO
) within the crucible matrix, confirmed the ceramic composition. These findings demonstrated the capability of muonic X-ray imaging in achieving depth-resolved analysis by controlling the observation position of an object. The presented method is broadly valuable for the cultural heritage study.
墨田 岳大*; 大澤 崇人; Chiu, I.-H.; 池田 篤史
Analytica Chimica Acta, 1329, p.343256_1 - 343256_10, 2024/11
被引用回数：2 パーセンタイル：8.87(Chemistry, Analytical)The uncertainty including accuracy and precision is the most vital factor that determines the overall quality of quantitative analysis. The objectives of this study are (1) to investigate the analytical uncertainty of a prompt gamma-ray analysis (PGA), a chemical interference-free method in principle, on the quantitative analysis of boron and (2) to evaluate the applicability of inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), a common technique for quantitative elemental analysis including boron. PGA provided analytical quantity that is equivalent to the true quantity. The analytical uncertainty in both methods was adequately evaluated by comparing the results from PGA and ICP-OES for a series of boron-containing materials with different physical/chemical properties and the major sources of uncertainty in both methods are specified. The evaluation concept demonstrated in this study could be beneficial to a wide range of analytical chemistry.
二宮 和彦*; 大澤 崇人; 寺田 健太郎*; 和田 大雅*; 長澤 俊作*; Chiu, I.-H.; 中村 智樹*; 他40名*
Meteoritics & Planetary Science, 59(8), p.2044 - 2057, 2024/08
被引用回数：4 パーセンタイル：40.18(Geochemistry & Geophysics)小惑星探査機「はやぶさ」2が持ち帰った小惑星リュウグウのサンプルは、太陽系の起源と進化を調べる上で重要である。ここでは、非破壊ミュオン元素分析法を用いて測定した123mgのリュウグウ試料の元素組成を報告する。3種類の炭素質コンドライトを用いたミュオンX線スペクトルから、元素組成とミュオンX線強度の関係を各元素について求めた。検量線は直線性を示し、リュウグウの元素組成は定量的に決定された。リュウグウの元素組成は、サンプル数が多いため、小惑星リュウグウの平均的なバルク元素組成を反映している。リュウグウの元素組成はオルグイユ(CI1)と類似しており、CI1に分類されるべきである。しかし、リュウグウのO/Si比はオルグイユのO/Si比より25%低く、オルグイユが地球に落下した後、地球物質によって深刻に汚染された可能性を示している。これらの結果は、リュウグウ試料が太陽系の固体物質としてCIコンドライトよりも代表的であることを示している。
水野 るり恵*; 新倉 潤*; 齋藤 岳志*; 松崎 禎市郎*; 櫻井 博儀*; Amato, A.*; 浅利 駿介*; Biswas, S.*; Chiu, I.-H.; Gianluca, J.*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1060, p.169029_1 - 169029_14, 2024/03
被引用回数：3 パーセンタイル：41.70(Instruments & Instrumentation)We have developed a photon detection system for muonic X-ray spectroscopy. The detector system consists of high-purity germanium detectors with BGO Compton suppressors. The signals from the detectors are readout with a digital acquisition system. The absolute energy accuracy, energy and timing resolutions, photo-peak efficiency, the performance of the Compton suppressor, and high count rate durability are studied with standard -ray sources and in-beam experiment using 
Al(
)
Si resonance reaction. The detection system was demonstrated at Paul Scherrer Institute. A calibration method for a photon detector at a muon facility using muonic X-rays of 
Au and 
Bi is proposed.
二宮 和彦*; 久保 謙哉*; 稲垣 誠*; 吉田 剛*; Chiu, I.-H.; 工藤 拓人*; 浅利 駿介*; 千徳 佐和子*; 竹下 聡史*; 下村 浩一郎*; et al.
Scientific Reports (Internet), 14, p.1797_1 - 1797_8, 2024/01
被引用回数：1 パーセンタイル：18.83(Multidisciplinary Sciences)鋼の特性を決める上で重要な鋼中のC量は、鋼の生産技術に大きく左右される。このため、ミュオンを使って鋼のC含有量を非破壊で測定する新しい方法を提案する。この方法は、生産中の鋼の品質管理だけでなく、貴重な鋼製考古学的遺物の分析にも使えるかもしれない。負の電荷を持つミュオンは原子系を形成し、最終的には核に吸収されるか電子に崩壊する。ミュオンの寿命は、Fe原子かC原子に捕らわれるかによってかなり違い、ミュオン停止位置での元素含有量をミュオン寿命測定で特定できる。C/Feのミュオン捕獲確率とCの元素含有量の関係は直線的で、ミュオン寿命測定で鋼のC含有量を定量的に決められる。さらに、ミュオンの入射エネルギーを調整して、0.5mm厚の3種類の鋼板からなる積層サンプルの各層でミュオンを停止させ、0.20-1.03wt%の範囲でC含有量を深さ選択的に、サンプルを壊さずに決定することに成功した。
Chiu, I.-H.
めそん, (58), p.17 - 22, 2023/09
非破壊元素分析法は、試料を破壊せずに試料中の元素を分析できるため、隕石や考古資料など貴重なサンプルの分析において有用である。非破壊元素分析の一つとして、蛍光X線分析法(XRF)がよく知られている。XRFとは、試料の数十mの深さの元素を高精度で分析することができるが、試料内部の元素を検出できず、軽元素の定量も難しい。近年、負ミュオン粒子を利用する非破壊元素分析法が開発されている。負ミュオンを利用した元素分析では、試料数mm程度の深さを分析することも可能である。我々は、この分析法に天体観測用のテルル化カドミウム両面ストリップ型2次元イメージング検出器(CdTe-DSD)を適用することで、3次元元素イメージング分析法を開発した。本稿は、大強度陽子加速器施設(J-PARC)でのミュオン科学実験施設(MUSE)に行った3次元元素イメージング実験を紹介する。
Chiu, I.-H.; 寺田 健太郎*; 大澤 崇人; Park, C.*; 竹下 聡史*; 三宅 康博*; 二宮 和彦*
Meteoritics & Planetary Science, 58(9), p.1333 - 1344, 2023/09
被引用回数：1 パーセンタイル：7.45(Geochemistry & Geophysics)We report the result of a non-destructive elemental analysis of lunar meteorites using a negative muon beam at J-PARC. An experimental system of six Ge semiconductor detectors and a newly designed He analysis chamber (to enable quantitative analysis of Al) was used to provide a high signal-to-noise ratio for the detection of major elements from lunar rocks (Mg, Si, Fe, O, Ca, and Al). We performed a Monte Carlo simulation to determine the chemical compositions at two sides and the center of a sample (at depths of 0.33 and 0.96 mm below the sample surface, respectively) of the lunar meteorite DEW 12007. These results indicate that the three interior regions of DEW 12007 are likely to be 55.8:44.2, 51.4:48.6, and 54.4:45.6 wt% mixtures of anorthositic and basaltic clasts, respectively. This study is the first quantitative analysis of a heterogeneous meteorite interior using a negative muon beam. As elemental analysis using a muon beam is non- destructive and highly sensitive to light elements, including C, N, and O, the protocols established in this study are applicable to initial characterization of returned samples from the South Pole of the Moon.
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
被引用回数：9 パーセンタイル：65.21(Chemistry, Multidisciplinary)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。
Chiu, I.-H.; 寺田 健太郎*; 大澤 崇人; Park, C.*; 竹下 聡史*; 三宅 康博*; 二宮 和彦*
Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012004_1 - 012004_6, 2023/03
被引用回数：1 パーセンタイル：85.20(Physics, Applied)今までの10年間で、負のミュオンビームを使用した非破壊元素分析が進歩しつつある。この方法では、サンプルに損傷を与えることなく、バルク材料の元素組成を決定するために使用できる。本研究では、ステンレス製の分析チャンバーに設置されたNWA482隕石の負ミュオン照射実験を行った。分析チャンバーにはヘリウムガスが充填され、空気散乱ミュオンによるバックグラウンド信号が抑制された。試料中のAl, Fe, Ca, Mg, Si, OからのミュオンX線は、分析チャンバーの周囲に配置された6つのゲルマニウム半導体検出器を使用して検出された。サンプルのX線自己吸収効果を補正するために、さらにGeant4ツールキットによるモンテカルロシミュレーションを使用した。シミュレーションからの補正を導入し、ミュオンX線測定の定量分析を行った。その結果、NWA482データに基づいて隕石中の各元素の分析感度を調べることに成功した。
奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I.-H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31(5), p.2101704_1 - 2101704_4, 2021/08
被引用回数：4 パーセンタイル：22.02(Engineering, Electrical & Electronic)超伝導転移端センサー(TES)マイクロ熱量計は、優れたエネルギー分解能と高い効率を持った、加速器施設での実験に理想的なX線検出器である。高強度パルス荷電粒子ビームを用いたTES検出器の性能を研究するために、日本の陽子加速器研究施設(J-PARC)でパルスミュオンビームを用いてX線スペクトルを測定した。X線エネルギーの実質的な時間的シフトがパルスミュオンビームの到着時間と相関していることを発見した。これは、最初のパルスビームからのエネルギー粒子の入射によるパルスパイルアップによって合理的に説明された。
X rays奥村 拓馬*; 東 俊行*; Bennet, D. A.*; Caradonna, P.*; Chiu, I. H.*; Doriese, W. B.*; Durkin, M. S.*; Fowler, J. W.*; Gard, J. D.*; 橋本 直; et al.
Physical Review Letters, 127(5), p.053001_1 - 053001_7, 2021/07
被引用回数：23 パーセンタイル：79.49(Physics, Multidisciplinary)超伝導遷移エッジ型センサーマイクロカロリメーターを用いて、鉄のミュー原子から放出される電子X線を観測した。FWHMでの5.2eVのエネルギー分解能により、電子特性および
X線の非対称の広いプロファイルを約6keVの超衛星線線とともに観察することができた。このスペクトルは、電子のサイドフィードを伴う、負ミュオンと
殻電子による核電荷の時間依存スクリーニングを反映している。シミュレーションによると、このデータは電子殻および殻の正孔生成と、ミュオンカスケードプロセス中のそれらの時間発展を明確に示している。
collisions at 
= 200 GeVAdare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.
Physical Review D, 84(1), p.012006_1 - 012006_18, 2011/07
被引用回数：35 パーセンタイル：75.47(Astronomy & Astrophysics)重心エネルギー200GeVでの縦偏極陽子陽子衝突からのジェット生成のイベント構造と二重非対称(
)について報告する。光子と荷電粒子がPHENIX実験で測定され、イベント構造がPHYTIAイベント生成コードの結果と比較された。再構成されたジェットの生成率は2次までの摂動QCDの計算で十分再現される。測定されたは、一番低い横運動量で-0.0014
0.0037、一番高い横運動量で-0.01810.0282であった。このの結果を幾つかの
の分布を仮定した理論予想と比較する。
collisions at = 200 and 62.4 GeVAdare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.
Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06
被引用回数：199 パーセンタイル：99.34(Physics, Nuclear)200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からの
の横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。また
や
スケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。
and Au+Au collisions at 
= 200 GeVAdare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.
Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04
被引用回数：10 パーセンタイル：50.28(Physics, Nuclear)重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。
+ collisions at = 200 GeV and scaling properties of hadron productionAdare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.
Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03
被引用回数：189 パーセンタイル：98.28(Astronomy & Astrophysics)RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの
, 
, 
と
中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、
、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 墨田 岳大*; 池田 瑞*; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 高橋 忠幸*; 南 喬博*; 渡辺 伸*
no journal, ,
ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)は中性子を用いたがん治療法である。がん細胞に集まる性質を持つホウ素薬剤を人体に投与した後、患部に中性子を照射すると、生成したアルファ線ががん細胞を選択的に破壊する。治療効果を確認するため、ホウ素が中性子と反応している部分を正確に確認することが極めて重要である。そのため、我々はCdTe両面ストリップ型検出器を利用して、BNCT-SPECTへの応用の可能性を調査した。CdTe-DSDは、数百keVの範囲でFWHMが数keVの高エネルギー解像度と250mの空間解像度を併せ持つカンマ線2次元イメージング検出器である。高分解能の特徴を利用して、核反応を起こすホウ素由来の即発線を検出すれば、ホウ素の局在位置を精密に特定できる。本研究では、CdTe-DSDをピンホールコリメータと組み合わせて、原子力機構が所有する研究用原子炉JRR-3で固体サンプル内のホウ素分布を評価した。サンプルの重量は8.86mgで、0.3mgのホウ素が含まれている。図は本実験で測定したエネルギースペクトルとホウ素の信号領域でのイメージである。直径11.5mmの円形のホウ素の投影画像を成功に取得した。ホウ素のカウントレートが0.115cpsで、SN比は約0.25と得られた。これらの結果により、CdTe-DSDはBNCT-SPECTの開発に寄与する能力があることが示されている。
