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余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也*; 榊 泰直; 堀 利彦*; 小倉 浩一; 西内 満美子; 手島 昭樹*; 西村 博明*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, 50(10), p.106401_1 - 106401_7, 2011/10
被引用回数：8 パーセンタイル：34.67(Physics, Applied)To investigate the radiobiological effects of high dose rates that are attributed to high current, short bunch beam generation with laser-dreven ion acceleration, we have developed an experimental setup that uses laser-accelerated protons. 
human lung cancer cells: A549 pulmonary adenocarcinoma are irradiated with a laser-accelerated proton bunches with a duration of 
s and flux of 
cm
s
, amounting to single bunch absorbed dose at the 1 Gy level. The double-strand break (DSB) yield in cell DNA is analyzed for the laser-accelerated proton beam at an average LET of 41 keV/
m.
余語 覚文; 前田 拓也; 堀 利彦; 榊 泰直; 小倉 浩一; 西内 満美子; 匂坂 明人; Bolton, P.; 村上 昌雄*; 河西 俊一; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 653(1), p.189 - 192, 2011/10
被引用回数：9 パーセンタイル：57.01(Instruments & Instrumentation)We report on the development of quasi-monoenergetic proton irradiation system driven by laser and its application to radiobiological studies. Protons accelerated by 
W/cm
laser pulses are energy-selected by quadruple-dipole magnets (QDM) and delivered with an energy peak at 2.25 MeV and energy spread of 0.66 MeV on the full width at half maximum (FWHM). Cell survival ratio is measured with a colony formation assay for 
cell samples from human salivary grand tumor (HSG cells) after the proton irradiation up to 8 Gy with successive bunches having a dose rate of 
Gy/s. We report on the results of RBE (relative biological effectiveness) measurement, which is the first one for laser-accelerated ions.
西内 満美子; 小倉 浩一; Pirozhkov, A. S.; 谷本 壮; 余語 覚文; 榊 泰直; 堀 利彦; 福田 祐仁; 金崎 真聡; 匂坂 明人; et al.
Proceedings of SPIE Europe Optics + Optoelectronics 2011, Vol.8079, 7 Pages, 2011/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Optics)レーザー駆動陽子線の特異な性質により、多くの応用の可能性がうたわれている。その中には、医療用の小型加速器がある。われわれの最終ゴールはここにある。そのために、レーザーを薄膜個体ターゲットに照射してイオン加速実験を行った。われわれのレーザーは、非常にコントラストが高い、短パルスの小型テーブルトップレーザーである。レーザーは800nm, 40fs, 4J, 10
のコントラスト、ピーク強度
10
Wcmのパラメータを持ち、ターゲットとしては、100umからsub-umの厚みの固体ターゲットを用いた。その結果として、最高エネルギー14MeVの陽子線で、10MeV付近の個数が10Hzで10分間に、マウスの皮膚に2Gy照射するに十分なドーズ量を持つ陽子線の発生に成功した。
余語 覚文; 前田 拓也*; 堀 利彦*; 榊 泰直; 小倉 浩一; 西内 満美子; 匂坂 明人; Bolton, P.; 村上 昌雄*; 河西 俊一*; et al.
Proceedings of SPIE Europe Optics + Optoelectronics 2011, Vol.8079, 8 Pages, 2011/04
Human cancer cells are irradiated by laser-driven quasi-monoenergetic protons. Laser pulse intensities at the 
W/cm level provide the source and acceleration field for protons that are subsequently transported by four energy-selective dipole magnets. The transport line delivers 2.25 MeV protons with an energy spread of 0.66 MeV and a bunch duration of 20 ns. The survival fraction of in-vitro cells from a human salivary gland tumor is measured with a colony formation assay following proton irradiation at dose levels up to 8 Gy, for which the single bunch does rate is 
Gy/s and the effective dose rate is 0.2 Gy/s for 1-Hz repetition of irradiation. Relative biological effectiveness at the 10% survival fraction is measured to be 
using protons with a linear energy transfer of 
keV/m.
余語 覚文; 前田 拓也; 堀 利彦; 榊 泰直; 小倉 浩一; 西内 満美子; 匂坂 明人; 桐山 博光; 岡田 大; 金沢 修平; et al.
Applied Physics Letters, 98(5), p.053701_1 - 053701_3, 2011/02
被引用回数：97 パーセンタイル：94.23(Physics, Applied)Human cancer cells are irradiated by laser-driven quasi-monoenergetic protons. Laser pulse intensities at the W/cm level provide the source and acceleration field for protons that are subsequently transported by four energy-selective dipole magnets. The transport line delivers 2.25 MeV protons with an energy spread of 0.66 MeV and a bunch duration of 20 ns. The survival fraction of in-vitro cells from a human salivary gland tumor is measured with a colony formation assay following proton irradiation at dose levels up to 8 Gy, for which the single bunch does rate is Gy/s and the effective dose rate is 0.2 Gy/s for 1-Hz repetition of irradiation. Relative biological effectiveness at the 10% survival fraction is measured to be using protons with a linear energy transfer of 17.1 keV/m.
clusters studied by R2PI and IR Dip spectroscopies佐伯 盛久; 石内 俊一*; 酒井 誠*; 橋本 健朗*; 藤井 正明*
Journal of Physical Chemistry A, 114(42), p.11210 - 11215, 2010/10
被引用回数：10 パーセンタイル：31.95(Chemistry, Physical)A large-size 1-naphthol cluster, (1-NpOH), with n=30 was prepared by using a high-pressure pulsed valve. The electronic and vibrational transitions of (1-NpOH) with n=3-9 were measured by resonant two photon ionization (R2PI) and ion-detected IR dip spectroscopies. The (1-NpOH)
and the (1-NpOH)
clusters show relatively sharp origin bands. The structure of (1-NpOH) was determined by comparison of the IR dip spectrum with the simulated one by DFT calculation, while those of (1-NpOH) (n
4) were discussed in terms of topological geometries of a hydrogen-bonded network. Those analyses suggest that (1) the (1-NpOH) cluster has the cyclic structure where three 1-NpOH monomers are linked by both the hydrogen-bonding and the 
...C-H interaction between naphthyl rings and (2) the (1-NpOH) cluster with n4 is built up by attaching the 1-NpOH monomers to the (1-NpOH) core.
榊 泰直; 西内 満美子; 堀 利彦; Bolton, P.; 反保 元伸; 余語 覚文; 近藤 公伯; 河西 俊一; 岩瀬 宏*; 仁井田 浩二*
Plasma and Fusion Research (Internet), 5, p.009_1 - 009_2, 2010/03
モンテカルロ型重イオン輸送コード(PHITS)は、永久4極磁石トリプレット配置を用いたレーザー駆動型陽子線の収束・発散の計測の診断ために使われた。そして、固体飛程検出器CR-39で計測されたレーザー駆動型陽子ビーム形状と比較し、PHITSの計算結果がこの検出器の振る舞いを再現し、現実的な予測をするためのツールとしてこの計算コードが使われて問題ないことがわかった。
榊 泰直; 堀 利彦; 西内 満美子; Bolton, P.; 大道 博行; 河西 俊一; Sutherland, K.*; 想田 光*; 野田 章*; 井関 康*; et al.
Proceedings of 2009 Particle Accelerator Conference (PAC '09) (DVD-ROM), p.1309 - 1311, 2009/05
レーザー駆動型イオン加速の研究が進むにつれて、レーザー駆動型小型粒子線治療器の現実性が出てきた。そこで、日本原子力研究開発機構の光医療研究連携センター(PMRC)では、レーザー駆動型イオン治療器の開発を挑戦的に行うために創立された。PMRCは、最近のレーザー加速の現状を踏まえた治療器の設計を進めている。今回は、汎用粒子線加速器設計コードPARMILAを用いた粒子線治療用ガントリーを設計したので報告する。
- interaction and the hydrogen bonding佐伯 盛久; 石内 俊一*; 酒井 誠*; 藤井 正明*
Journal of Physical Chemistry A, 111(6), p.1001 - 1005, 2007/02
被引用回数：25 パーセンタイル：65.48(Chemistry, Physical)水素結合及び-相互作用はどちらも重要な分子間相互作用であり、生体分子結晶の構造を形成するうえで重要な役割を果たしている。例えば、Watson-Crickの二重らせん構造では水素結合により結合した鎖状構造のDNAが平行に配列し、さらにそれらが-相互作用により結合して立体構造を形成することが知られている。このような生体分子結晶の構造を微視的な観点から理解するため、近年では生体分子クラスターの構造研究が盛んに行われている。しかし、今まで調べられてきた生体分子クラスターでは水素結合又は-相互作用のどちらか一方のみで構造が決定されており、2つの相互作用が協奏的に構造形成に寄与している系は見つかっていなかった。本研究では水酸基と大きな芳香族環を持つ1-ナフトール2量体を生体分子結晶の微視的モデルとしてとりあげ、その構造をIR-Dip二重共鳴分光法及びab initio MO計算により調べた。その結果、この系では水素結合と-相互作用が同程度の大きさをもち、2つの相互作用が協奏的に働いて1-ナフトール2量体の立体構造を決めていることを発見した。
桐山 博光; 森 道昭; 中井 善基; 下村 拓也; 田上 学*; 岡田 大; 近藤 修司; 金沢 修平; 匂坂 明人; 大東 出; et al.
no journal, ,
原子力機構において、開発を進めている高強度チタンサファイアレーザー(J-KARENレーザー)の開発の現状に関する報告である。60TWのピーク出力で動作するJ-KARENレーザーのさらなる高強度化のために、最近大口径チタンサファイア結晶を新たに付加した。100J級のNd:ガラスレーザーの第二高調波光の空間パターンを回折光学素子により制御し、増幅される高強度レーザー光のビーム品質を向上させている。また、時間制御技術として独自に光パラメトリックチャープパルス増幅器を改良・導入することにより、主パルスに付随するノイズ成分を著しく低減することに成功している。本システムにより、500TWを超えるピーク出力で、高い空間一様性,低いノイズ成分を有するレーザーパルスがポテンシャルとして生成可能であることが明らかとなった。本会議の招待講演では、これまでのJ-KARENレーザーと最近新たに付加した大口径増幅器の動作特性について報告する。
森 道昭; 小倉 浩一; 余語 覚文; 西内 満美子; 桐山 博光; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 反保 元伸; 大東 出; et al.
no journal, ,
JAEAにおける、J-KARENチタンサファイアレーザーを用いて、陽子線がん治療のためのレーザー駆動イオン加速研究を行った。最近の結果では、厚み2.5mのステンレスターゲットに38fs/1.8J,コントラスト10
のレーザー光を集光・照射することで、7MeVのカットオフエネルギーを持つ陽子ビームの生成を観測している。この結果は、レーザー駆動陽子線がん治療装置開発に関連したスケーリングを明らかにするうえで重要な成果である。講演では、この成果を中心に研究開発の近況について報告する。
西内 満美子; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; 森 道昭; 桐山 博光; 織茂 聡; 反保 元伸; 大東 出; et al.
no journal, ,
光医療バレープロジェクトにおいて開発中のレーザー駆動陽子線加速器の陽子線加速部分の研究の進捗状況を発表する。原子力機構関西光科学研究所のup-gradeされたJ-KARENレーザーを薄膜ターゲットに照射して、14MeVの最高エネルギーを持つ陽子線を確認した。up-gradeされたJ-KARENレーザーの特徴は、短パルス(45fs)、かつ極高コントラスト(10)であり、コントラストに関しては、世界最高レベルに達するものである。J-KARENレーザーを薄膜ターゲットにノーマル方向より照射することにより、陽子線の最大エネルギーの膜厚依存性(100nm-1m)を計測した。その結果Al2mを使用した場合に最高エネルギー14MeVを記録した(TOF及びCR-39による計測)。加速された陽子線の出射方向はターゲットノーマル方向であり、TNSAメカニズムによって加速されていると思われる。Al2mよりも薄い薄膜を使った場合の陽子線の最高エネルギーは低くなっており、レーザーパルスに先行する背景光成分によって、薄膜がblow outされていることをあらわしていると思われる。さらなる陽子線の高エネルギー加速のためには、プラズマミラー等の背景光カットの手段の導入をする必要がある。
西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 余語 覚文; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 森 道昭; et al.
no journal, ,
医療用レーザー駆動陽子線加速器の実現には、(1)レーザー,(2)陽子線源,(3)ビーム伝送・照射系の開発が必要である。本講演では、(3)「ビーム伝送・照射系の開発」の項目における現状報告を行う。レーザー駆動陽子線は、既存加速器におけるビームとは全く異なる特徴:短パルス・超高電流・低エミッタンスを持つ。これらの類稀なパラメータを活かした加速器を設計するには、既存の加速器において使用されている伝送・照射系をそのまま適応するのではなく、固有の設計をする必要がある。設計のためには信頼のおける粒子線伝送コードが必要不可欠であるが、レーザー駆動陽子線に対するベンチマーク済みの粒子線伝送コードは存在しない。そこでわれわれは、J-PARCの設計にも用いられている汎用粒子コードPARMILAを選択、ベンチマーク実験のためのテストビームラインを設計、ベンチマーク実験を行った。原子力機構関西光科学研究所におけるJ-KARENレーザーを用いて2.0MeVのレーザー駆動陽子線を1Hzで安定に発生させ、テストビームラインに導いた。陽子源において100%のエネルギー広がりを持ち半角10度以上の広がり角を持って発生する陽子線を永久四重極磁石からなる収束系で空間的に収束、さらに位相回転空洞と偏向電磁石によって2.0MeV付近にバンチングさせ単色化を行い収束点へ導き、空間分布と時間波形を計測した。結果はPARMILAによるシミュレーションと非常によく一致し、PARMILAコードがレーザー駆動陽子線に対しても適応可能であり、実機の設計に使用可能であることを示す。
森 道昭; 小倉 浩一; 余語 覚文; 西内 満美子; 桐山 博光; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 反保 元伸; 大東 出; et al.
no journal, ,
J-KARENチタンサファイアレーザーを用いて、陽子線がん治療のためのレーザーイオン加速研究を行っている。その中でも特にレーザー装置の高コントラスト・高エネルギー化によって7MeVを超える陽子線の発生が可能になったのでこれを中心に報告する。具体的には、コントラストを一桁改善し、レーザーエネルギーを従来の2倍以上に増強したJ-KARENレーザーシステムで発生した波長800nm・パルス幅40fs・レーザーエネルギー1.8J・ピーク出力45TWのレーザー光を、f/2.5(f=320mm)の軸外し放物面鏡を用いて厚み2.5ミクロンのステンレス薄膜上に入射角45度の配置で強度5
10
W/cm
で集光・照射し、カットオフ7MeVのエネルギーのプロトンビームが発生していることを明らかにした。一方、エネルギースペクトルの計測結果とCR-39を用いたイオンビームの空間分布計測からレーザー光からイオンビームへの変換効率は1MeV以上で約0.6%であることもわかった。講演では、本実験結果を交え今後の展開について報告する。
余語 覚文; 西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也; 森 道昭; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.
no journal, ,
高強度・短パルスのレーザーを用いたイオン加速は、1MV/mに及ぶ急峻な電場勾配を発生するため、従来のイオン加速器を大幅に小型化する技術として注目されている。レーザー駆動イオン加速装置の特徴の1つとして、シンクロトロンなど通常のがん治療に使われている加速器と比較して、高電流・短時間幅のイオンビームを発生することが挙げられる。将来的に、レーザー駆動加速装置が治療に用いられることを想定して、前述のような特徴を持つレーザー駆動陽子線の生物学的効果を、実験的に究明する必要がある。この目的のために、レーザー駆動による陽子線の細胞照射装置を開発し、生物学的影響を評価する実験を開始した。照射装置の開発の現状と、ヒト由来のがん細胞に対して照射実験を行った結果について報告する。
余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也; 西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; 森 道昭; 小倉 浩一; 織茂 聡; et al.
no journal, ,
レーザー駆動加速装置が治療に用いられることを想定して、レーザー駆動による陽子線を用いた細胞生物学実験を実施した。実験では、機構のJ-KAREN装置からの超短パルスレーザー(パルス幅:40fs,エネルギー:1.8J,中心波長:800nm)を510W/cmの集光強度で厚さ12.5mのポリイミド薄膜に照射し、最大エネルギー4MeVの連続スペクトルを持つ陽子線を発生させ、磁場分析器でエネルギーを選別した後、薄膜窓を介して培養状態のヒト肺腺がん細胞株に照射した。陽子線バンチの時間幅は20ns、ビームフラックスは10
cms、1バンチによる吸収線量は約1Gyであった。この結果、吸収線量あたりの2本鎖切断収量を測定して、生物効果を示す指標である、生物学的効果比(RBE: Relative Biological Effectiveness)を、レーザー駆動粒子線として初めて評価することができた。
Bolton, P.; 阿部 光幸*; 赤城 卓*; Nuesslin, F.*; 堀 利彦; 岩下 芳久*; 河西 俊一; 近藤 公伯; 前田 拓也; Molls, M.*; et al.
no journal, ,
The rapid advancement of high power laser technology combined with laser-accelerated ion yields from intense laser-plasma interactions sustains a strong interest in the development of integrated laser-driven ion accelerator systems (ILDIAS) that can be used for laser-driven ion beam radiotherapy (L-IBRT). A prime motivation is the promise of significantly reduced size and cost that would afford much greater patient access. Bunch duration of several nanoseconds and high peak current (with a low duty factor) make laser-driven ion irradiation unique. En route to a compact laser-driven "clinical" radiotherapeutic facility it is essential to develop multipurpose "preclinical" or test beamlines that can be used for (1) testing suitable transport optics, diagnostics and control instrumentation, (2) medical and radiobiological studies at the cellular level and in tissue to validate the radiobiological effectiveness of laser-driven ion beam radiotherapy and (3) applications to nonmedical science and technology. Preclinical and clinical beamline development calls for delivering proton energies near 50 MeV and at least 80 MeV respectively with beam energy spread and dose accuracy at one to few percent levels. Control instrumentation and diagnostics capable of single bunch resolution at required repetition rates will be essential to verify and optimize ILDIAS machine performance and capability. In the context of L-IBRT we will discuss the ILDIAS concept as well as beam delivery and instrumentation requirements.
谷本 壮; 西内 満美子; 金崎 真聡; Pirozhkov, A. S.; 反保 元伸; 余語 覚文; 小倉 浩一; 堀 利彦; 匂坂 明人; 福田 祐仁; et al.
no journal, ,
原子力機構では、J-KARENレーザーを用い、膜厚の薄い薄膜ターゲットなどの相互作用によって発生する高速電子や高エネルギーイオン等の量子線の計測が行われている。高エネルギー量子線の中でも高エネルギーイオンにおいては、高繰り返しのレーザーで大型のレーザー装置を用いた世界トップレベルの成果と同等な14[MeV]の高エネルギーなイオンが観測されている。現在、これまで以上に集光強度を上げるためにJ-KARENレーザーの高度化が行われている。この高度化による集光強度(既存の集光光学系を用いた場合の集光強度)は、
[W
]に達すると考えられる。このレーザー強度において、高速電子の電子温度は10[MeV](ポンデロモーティブスケーリングより)に達し、数十[MeV]の高エネルギーイオンが期待される。今回、高度化されたJ-KARENレーザーを用い、膜厚の薄い薄膜との相互作用によって発生する高速電子や高エネルギーイオン等の高エネルギー量子線の計測を行う。
谷本 壮; 西内 満美子; 金崎 真聡; Pirozhkov, A. S.; 反保 元伸; 余語 覚文; 小倉 浩一; 堀 利彦; 匂坂 明人; 福田 祐仁; et al.
no journal, ,
高エネルギーイオンの生成には、さまざまな工夫が考えられており、その手法の一つとしてターゲットに照射するレーザーの照射強度の向上がある。それは、高エネルギーイオンの生成をTarget Normal Sheath Accelerationで仮定した場合、イオンの最大エネルギーは、電子温度の上昇とともに大きくなり、電子温度はレーザー強度が高くなるにつれて上昇する。このことから、レーザー強度の高強度化は、電子温度を上げて、高エネルギーイオンの生成へとつながる。原子力機構では、これまでに行われた実験における集光強度を大幅に引き上げるためにJ-KARENレーザーの高強度化が行われている。この高度化による集光強度(既存の集光光学系を用いた場合の集光強度)は、[W ]に達すると期待している。このレーザー強度において、高速電子の電子温度はポンデロモーティブスケーリングで電子温度を仮定した場合、10[MeV]に達し、数十[MeV]の高エネルギーイオンが期待される。今回、高度化されたJ-KARENレーザーを用い、薄膜ターゲットとの相互作用によって発生する高速電子の計測を行ったのでそれについて報告する。
桐山 博光; 永島 圭介; 越智 義浩; 森 道昭; 田中 桃子; 笹尾 文崇; 小菅 淳; 岡田 大; 近藤 公伯; 匂坂 明人; et al.
no journal, ,
高いピーク強度を有する超高強度レーザーの小型化に伴い、これらを利用した高エネルギー電子,イオン,陽子線発生といった高強度光利用研究が世界各国で活発に展開されている。これらの利用研究を推進するうえで重要な時間・空間制御技術開発について招待講演として報告する。ここでは、高強度レーザー光の時間制御技術として非線形増幅方式を用いた背景光の抑制技術,空間制御技術として回折光学素子を用いたビームの空間均質化技術、及び安定性向上のためのレーザー光路の自動制御化技術を行い、原子力機構保有の高強度レーザーに適用した結果について報告する。また、背景光の原因について考察した結果についても併せて発表する。また、高効率・高繰り返し動作が可能な次世代型のレーザー技術などについても紹介を行う。
桐山 博光; 森 道昭; 下村 拓也; 中井 善基*; 田上 学*; 笹尾 一*; 近藤 修司; 金沢 修平; 越智 義浩; 田中 桃子; et al.
no journal, ,
原子力機構で開発している高強度レーザーについて、招待講演として報告する。まず、フェムト秒超高強度OPCPA/Ti:sapphireハイブリッドレーザーシステムについて報告する。本レーザーシステムにおける構成、及びペタワット(PW)級へのエネルギー増幅特性について紹介する。高い時間・空間エネルギー集中性を得るための光パラメトリックチャープパルス増幅技術や低温冷却技術,空間回折光学素子技術などの新規技術開発についても詳細に発表する。併せて、高強度レーザーの小型化,高繰り返し化を目指し、開発を進めているYb:YAGレーザーシステムについても同様に詳しい動作特性を報告する。
