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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
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.
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：7 パーセンタイル：72.65(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。
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：3 パーセンタイル：18.03(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：18 パーセンタイル：75.85(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。
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 二宮 和彦*; 柳衛 宏宣*; 高橋 忠幸*
no journal, ,
We present the development of a real-time in situ dosimetry system for neutron capture therapy (NCT). NCT employs thermal neutrons to irradiate boron (BNCT) or gadolinium (Gd-NCT) agents that selectively accumulate in tumor cells, producing high-energy secondary particles that induce localized cell kill. To enable direct visualization and monitoring of these reactions, we integrated a cadmium-telluride double-sided strip detector (CdTe-DSD) with a 3D-printed tungsten parallel-hole collimator. The CdTe-DSD achieves an energy resolution of a few keV FWHM across 10-800 keV and a spatial resolution of 0.25 mm. This enables accurate measurement of the emission sites of 478 keV and 80 keV gamma-rays produced by the reactions of 
B and 
Gd with thermal neutrons. At the Japan Research Reactor-3 (JRR-3), we imaged a 0.2 mL solution containing 1000 ppm B and two 0.04 mm-thick rabbit liver tumor slices infused with Gd under neutron irradiation. Our imaging system reproduced the 8 mm circular projection of the B phantom and visualized heterogeneous Gd distribution in the tumor slices. These results demonstrate the CdTe-DSD's potential for real-time dosimetry assessment and adaptive treatment planning in BNCT and Gd-NCT.
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 二宮 和彦*; 柳衛 宏宣*
no journal, ,
中性子捕捉療法(NCT)は、がん細胞に選択的に集積したBおよびGdを含む薬剤に熱中性子を照射し、がん細胞を選択的に破壊する治療法である。ただし、現在は中性子照射中にリアルタイムで治療効果を確認する手法が存在しない。本研究では、CdTe両面ストリップイメージング検出器とタングステン平行コリメーターを組み合わせたリアルタイム計測システムを構築した。JRR-3においてホウ素標準溶液およびGd薬剤を投与したウサギ肝腫瘍切片を用いた照射実験を行い、その性能を評価した。B由来の478keVおよびGd由来の80keVのガンマ線画像から、
8mmのホウ素円形像や切片内のGdの不均一分布を可視化することに成功した。本提案手法は、NCTにおけるリアルタイム薬剤評価や治療計画への応用に貢献できることを示した。
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*; 久保 謙哉*; 水本 和美*; 齋藤 努*; 梅垣 いづみ*; et al.
no journal, ,
物質に負ミュオンを捕捉させたのちに放出される、高いエネルギーのミュオン特性X線を用いた物質内部の非破壊元素分析法の開発が行われている。我々は天文学に使われている二次元テルル化カドミウム硬X線検出器(CdTe-DSD)を活用し、4台CdTe-DSDを使用する3Dイメージングシステムを開発した。J-PARC/MUSEで負ミュオンビームを用いて考古資料の3D元素イメージングを行い、ケイ素と酸素の三次元分布を確認できた。本発表はこれまでの研究進捗を紹介する。
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*; 久保 謙哉*; 齋藤 努*; 水本 和美*; et al.
no journal, ,
We developed a non-destructive 3D elemental analysis technique with CdTe double-sided strip detectors (CdTe-DSD) at J-PARC for an archaeological sample. The sample, a melting pot from the Edo period, was excavated at the Yotsuya 1-chome site. The muon analysis allowed us to investigate the chemical reactions that occurred in the pot. A 3D image of silicon in the 72-78 keV range was reconstructed using an iterative algorithm, demonstrating that this method is effective for analyzing artifacts without damage.
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 二宮 和彦*; 柳衛 宏宣*
no journal, ,
中性子捕捉療法(NCT)は、がん細胞に選択的に集積するホウ素薬剤(BNCT)およびガドリニウム薬剤(Gd-NCT)に熱中性子を照射し、生成される高エネルギー二次粒子を利用して腫瘍細胞を選択的に破壊するがん治療法である。BNCTではB(
)
Li反応から生じる高エネルギーの荷電粒子により腫瘍細胞を殺傷し、GdNCTではガドリニウムの内殻放出電子(Auger電子)を用いて腫瘍細胞死を誘導する。しかし、治療効果を評価するには、薬剤と中性子反応位置を可視化し、リアルタイムでモニタリングできる計測装置の開発が不可欠である。本研究の目的は、CdTe両面ストリップイメージング検出器(CdTeDSD)と3Dプリンタ製のタングステン多孔平行コリメーターを組み合わせて、NCTにおけるリアルタイム計測システムを構築した。CdTeDSDは10keVのエネルギー領域で数keV FWHMの高いエネルギー分解能を用いて、B由来478keVのgamma線およびGd由来80keVのgamma線を高精度に測定する。さらに、CdTeDSDの高い空間分解能(250um)により、生成されたgamma線の位置を直接に測定し、リアルタイムで薬剤分布のイメージングができる。本発表では、200uLの1000ppmホウ素標準溶液(200ugのB)とGd含む薬剤を投与したウサギ肝腫瘍の切片(2枚)を利用して、JRR3研究用原子炉で中性子照射イメージング実験結果を紹介する。CdTeDSDの測定結果について、ホウ素標準溶液試料では8mmの円形投影像を再現し、ウサギ肝腫瘍切片試料では組織内の非均一なGd分布を可視化できた。これらの成果は、開発しているシステムがBNCTおよびGdNCTにおける薬剤動態評価や治療計画支援に貢献できることを示唆しており、今後は生体試験を通じてリアルタイム計測システムの有効性の検証を進め、さらなる展開を目指している。
Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 武田 伸一郎*; 桂川 美穂*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*; 水本 和美*; 齋藤 務*; 久保 謙哉*; 梅垣 いづみ*; et al.
no journal, ,
文化財には、素材の外観を変えずに非破壊で分析する手法が望まれている。文化財にはさまざまな形状やサイズがあり、金属の溶解状態や内部の化学変化を調べるには3次元(3D)元素イメージングが重要と思われる。近年、32
32mmという大面積の二次元イメージング検出器(CdTe-DSD)を開発され、軽元素の3D可視化をすることが可能となった。本研究では、4台CdTe-DSDを統合した新型CTスキャンシステムを用いて、四谷一丁目跡から出土した小型るつぼの元素3次元イメージングを行った。本報告は、これまでの研究成果とこれからの計画を紹介する。
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.
no journal, ,
本研究では、カドミウムテルライド両面ストリップ検出器(CdTe-DSD)を用いたミューニックX線計測に基づく、非破壊三次元(3D)元素イメージング手法を提示する。従来の蛍光X線分析では、試料内部での自己吸収により表面の元素情報に限定されるという制約がある。一方、負ミュオンは試料内部へ深く侵入し、ミュオン原子を形成して高エネルギーのミューニックX線を放出するため、自己吸収の影響が小さく、内部情報の取得が可能となる。本システムでは、ピンホールコリメータを備えた4台のCdTe-DSDを組み合わせ、12方向から投影像を取得し、3Dボリュームデータとして再構成した。J-PARCにおける実験では、江戸時代の坩堝(crucible)を対象として本手法の有効性を検証した。特に、江戸期陶器内部のケイ素および酸素分布を三次元的に可視化することに成功した。以上の結果は、CdTe-DSDを用いたミューニックX線イメージングが、文化財および材料科学分野における非破壊元素分析手法として有望であることを示している。
