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論文

Depth profiles of radioactive cesium in soil using a scraper plate over a wide area surrounding the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant, Japan

松田 規宏; 三上 智; 下浦 享*; 高橋 純子*; 中野 雅和; 島田 清貴*; 宇野 騎一郎; 萩原 成朝; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 139, p.427 - 434, 2015/01

 被引用回数:42 パーセンタイル:4.57(Environmental Sciences)

Depth profiles of radioactive cesium from the Fukushima accident in soils was obtained using a scraper plate three times between December 2011 and December 2012. In most of the obtained depth profiles, it was possible to fit the concentration to a function of mass depth as either an exponential or sech function. By using those functions, following three parameters were estimated: (1) relaxation mass depth $$beta$$ (g cm$$^{-2}$$), (2) effective relaxation mass depth $$beta$$$$_{eff}$$ (g cm$$^{-2}$$), and (3) 1/10 depth L$$_{1/10}$$ (cm). It was observed that depth profiles at some study sites deviated from the typical exponential distributions over time. Downward migration rate V (kg m$$^{-2}$$ y$$^{-1}$$) estimated by the sech function were in good agreement with those found by a realistic approach using a diffusion and migration model.

論文

Degradation of charge collection efficiency obtained for 6H-SiC n$$^{+}$$p diodes irradiated with gold ions

大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 横山 琢郎*; 坂本 愛理*; 田中 礼三郎*; et al.

Materials Science Forum, 556-557, p.913 - 916, 2007/00

炭化ケイ素(SiC)を耐放射線性の粒子検出器へ応用する研究の一環として、六方晶SiC(6H-SiC)n$$^{+}$$pダイオード中に金(Au)イオンが入射したときの電荷収集効率(CCE)を調べた。試料には、p型エピタキシャル膜上にリン注入によりn$$^{+}$$層を作製したn$$^{+}$$pダイオードを用い、12MeV-Auイオン入射によるイオン誘起過渡電流(TIBIC)測定を行った。TIBICシグナルを時間積分することで収集電荷量を求めたところ0.10pCであった。一方、Auイオン入射により発生する電荷量を見積もったところ0.195pCと求められ、CCEが約50%であることが明らかとなった。イオン入射によりSiC中に発生する電子-正孔対の濃度を計算したところ、CCEが100%となる酸素やシリコンイオン入射の場合に比べ約二桁高濃度であることが見いだされた。このことより、Auイオン入射では非常に高濃度の電子-正孔対(プラズマ)が発生するためにプラズマ中で電子-正孔対が再結合してしまい、その結果、CCEが低下することが推測される。

論文

イオンマイクロサージェリー治療用ペンシルビーム形成システムの検討

荒川 和夫; 及川 将一*; 島田 博文*; 神谷 富裕; 中野 隆史*; 遊佐 顕*; 加藤 弘之*; 佐藤 隆博; 上松 敬; 柏木 啓次; et al.

Proceedings of 4th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and 32nd Linear Accelerator Meeting in Japan (CD-ROM), p.279 - 281, 2007/00

サブミリサイズに集束したイオンビームを用い、微小な病変部位を高精度で治療する技術はイオンマイクロサージェリー治療と呼ばれている。本研究では、脳下垂体腫瘍と眼疾患である加齢黄斑変性症を想定症例として、イオンマイクロサージェリー治療用ビーム形成システムを検討した。イオンマイクロサージェリー治療には、ビーム径0.1mmから1.0mmの平行度の高いペンシルビームの形成が要請されている。そこで、ペンシルビーム形成システムとして、ビームのエミッタンスを規定する2組のスリットシステム,エネルギー分析機能を有する2台の45$$^{circ}$$偏向電磁石,3連四重極電磁石等から構成され、アイソセンターにおいて1:1で結像するようなテレスコピックな系を検討した。TRANSPORTコードを用いてイオン光学計算を行い、ペンシルビーム形成に必要な電磁石等の必要数量とその最適配置を求めた。さらに、加齢黄斑変性症に対する照射位置決めシステムを検討するとともに、重イオンビーム照射実験により眼底造影剤からの誘起蛍光画像の観測とスペクトルの計測に成功した。

論文

Observation of charge collection efficiency of 6H-SiC n$$^{+}$$p diodes irradiated with Au-ions

岩本 直也; 大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 横山 琢郎*; 坂本 愛理*; et al.

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.185 - 188, 2006/10

六方晶炭化ケイ素(6H-SiC) n$$^{+}$$pダイオードに12MeVの金イオンを照射し、ダイオードの電荷収集効率をイオンビーム励起過渡電流(TIBIC)によって評価した。酸素(O)及びシリコン(Si)イオンの照射では電荷収集効率(CCE)は100%であったが、金イオンでは約50%であった。イオン入射によって6H-SiC n$$^{+}$$pダイオードで発生した電子-正孔対の濃度をKobetich & Katz(KK)モデルを使って評価すると、電子-正孔対の濃度は入射イオンの原子番号が大きくなると増加することが明らかとなった。したがって、金イオンを入射した6H-SiC n$$^{+}$$pダイオードにおけるCCEの減少は、高濃度の電子-正孔対内での電子と正孔の再結合に起因することが示唆される。

論文

Research of disease onset mechanism by determining the distribution of intracellular trace elements using an in-air micro-PIXE analyzer system

中野 隆史*; 荒川 和夫; 桜井 英幸*; 長谷川 正俊*; 湯浅 和久*; 斎藤 悦子*; 高木 均*; 長嶺 竹明*; 草壁 孝彦*; 高田 久嗣*; et al.

International Journal of PIXE, 16(1-2), p.69 - 76, 2006/00

高度な加速器及びイオンビーム技術を利用して放射線腫瘍学,核薬学の新しい医学の科学の一分野を創出する新しい研究プログラムが開始され、その中の重要なテーマの一つである大気マイクロPIXE分析システムでは、マイクロビーム走査の範囲で厚みに変動のあるサンプルの元素マッピングの精度を向上するための高度化を行った。他方、本プログラムでは、癌に関する重要な生物医学課題にアプローチするため、本システムを使用して病気の発展に伴う微量元素の細胞内挙動を調べた。この論文では、このプログラムについて概説し、システム高度化の内容、及び課題に関する予備的な研究結果を示す。

論文

Characterization of charge generated in silicon carbide n$$^{+}$$p diodes using transient ion beam-induced current

大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 山川 猛; 小野田 忍; 若狭 剛史; Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 伊藤 久義; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 541(1-2), p.236 - 240, 2005/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:40.18(Instruments & Instrumentation)

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた放射線粒子検出器開発の一環として、SiC pnダイオードにイオンが入射した時に発生する電荷の収集挙動を調べた。実験はTIARAのタンデム加速器に接続するマイクロビームラインにて、15MeV酸素イオンを用いて行った。シングルイオンヒットによるイオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)を測定したところ、SiC pnダイオードへの印加電圧の増加に従い過渡電流波形のピーク強度が大きくなること及び収集時間が短くなることが見いだされた。さらに、過渡電流を積算することで収集電荷を見積もった結果、印加電圧が低く空乏層がイオンの飛程より短い場合は、ファネリング効果によって空乏層より深い領域で発生した電荷が収集されることが判明した。また、空乏層長がイオンの飛程より長くなる印加電圧150Vでは、ほぼ100%の電荷収集効率となり、SiC pnダイオードが粒子検出器として応用可能であることが確認された。

論文

Analysis of transient current induced in silicon carbide diodes by oxygen-ion microbeams

大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 山川 猛; 小野田 忍; 若狭 剛史; Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 伊藤 久義; et al.

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.177 - 180, 2004/10

炭化ケイ素半導体(SiC)を用いた耐放射線性検出器開発のために、15MeV酸素マイクロビームが入射することでSiC pnダイオード中に誘起される過渡電流を調べた。SiC pnダイオードは、p型六方晶(6H)SiCエピタキシャル基板に高温(800$$^{circ}$$C)リンイオン注入後アルゴン中で1650$$^{circ}$$C,3分間の熱処理をすることでn$$^{+}$$層を形成し、作製した。過渡電流は原研高崎TIARAタンデム加速器に接続された単一イオン入射過渡イオンビーム誘起電流(TIBIC)システムにて評価を行った。その結果、印加電圧の増加とともに過渡電流シグナルのピークが高くなり、かつ収集時間が短くなることが観測された。この結果は、印加電圧の増加とともに電界強度が強く、空乏層長が伸びることで説明できる。過渡電流シグナルを積分することで収集電荷を見積もったところ、印加電圧の増加とともに収集効率が上昇し、100V以上では100%の収集効率であることが確認できた。

口頭

Design of the submillimeter-pencil beam transport system for carbon ion microsurgery therapy

柏木 啓次; 及川 将一*; 島田 博文*; 百合 庸介; 上松 敬; 石井 保行; 齋藤 勇一; 酒井 卓郎; 奥村 進; 倉島 俊; et al.

no journal, , 

加齢黄班変性症,脳下垂体腫瘍,動脈瘤の治療部位の大きさはそれぞれ1$$times$$1mm, 30$$times$$30mm, 3mm$$times$$3mmである。これらを手術することなく切らずに重粒子線によって治療するためには、ビームスポット径が100マイクロメートルでビーム径が深度にほとんど依存しないペンシルビームの形成が必要である。本研究では、21世紀COEプログラムの一環として、このペンシルビームを患部に3次元的にスポットスキャニングするための最適なビーム輸送システムについてビーム光学的検討に基づく設計を行った。なお、この設計においては、群馬大学に建設予定の粒子線治療施設のビーム輸送ラインをモデルとした。ビーム光学計算コードにより偏向電磁石及び四重極電磁石等で構成される光学系に関して、目的のビームを得るためにそれらのパラメータの最適化を行った。次に、拡大ブラッグピークを得るためのレンジシフターの挿入によるビームの散乱効果(エミッタンスの増大)を評価した。本報告では、システムの全体構成とビーム光学計算について、ポスターにして詳細に解説する。

口頭

マイクロイオンビームの生命科学応用

福田 光宏; 荒川 和夫; 佐藤 隆博; 奥村 進; 齋藤 勇一; 柏木 啓次; 宮脇 信正; 百合 庸介; 石井 保行; 小林 泰彦; et al.

no journal, , 

イオン照射施設TIARAでは、数百MeV級の重イオンを1個1個制御しながら1ミクロンの照準精度で細胞を狙い撃つマイクロイオンビーム形成技術及びシングルイオンヒット技術の開発を世界に先駆けて進めている。低線量放射線の生物影響の解明を目指し、マイクロイオンビームで細胞をピンポイントで狙い撃ちしてバイスタンダー効果等の放射線応答を実験的に初めて明らかにした。マイクロビーム形成技術をサブミリサイズのペンシルビーム形成に応用し、複雑な形状をした小さながんを治療する革新的なマイクロサージャリー技術について設計研究を行った。講演では、マイクロイオンビームの医学・医療・生物学応用を目指した研究開発の現状について報告する。

口頭

小さな癌を切らずに治すイオンマイクロサージェリー治療技術

荒川 和夫; 福田 光宏*; 島田 博文*; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 上松 敬; 柏木 啓次; 奥村 進; 倉島 俊; et al.

no journal, , 

脳下垂体腫瘍,脳動静脈瘤及び加齢黄班変性症を対象症例として、イオンマイクロサージェリー治療照射に必要なビームサイズ,体内患部位置(深さ),患部の大きさ,照射線量,照射回数などの検討、及び炭素イオンの必要エネルギー,粒子数,ビームスポットの体内での拡がり,エネルギー幅の拡がり等の物理的な検討を行った。さらに、マイクロサージェリー治療照射ビームラインのイオン光学計算を行い、ビーム径100$$mu$$m$$sim$$1mmの平行度の高い0.1$$sim$$1.0mmのペンシルビームを形成する解を得るとともに、四重極電磁石,偏向電磁石,レンジシフターなどの構成要素とその最適配置位置を得た。照射技術として、レンジシフターとビームスキャニング電磁石の組合せにより、脳下垂体腫瘍等頭頚部内の深部を精密に照射するためのディスクリートスポットスキャニングシステムと重イオンビーム誘起蛍光測定法を用いた加齢黄班変性症に対する照射位置決めシステムを検討した。

口頭

Auイオン入射における6H-SiC n$$^{+}$$pダイオードの収集電荷量効率の低下

岩本 直也; 大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 横山 琢郎*; 坂本 愛理*; et al.

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)のイオン照射効果を明らかにするため、SiCダイオードに金(Au)イオンが入射する際に発生する過渡電流計測を行った。実験には、p型エピタキシャル6H-SiC膜にリン(P)イオンを注入して作製したn$$^{+}$$pダイオードを用いた。10及び12MeV-Auイオン入射によるイオンビーム励起過渡電流(TIBIC)を測定し、TIBICシグナルを時間積分することで収集電荷量を求めた。その結果、得られた収集電荷量が、理想値の50%程度であることが判明した。これまで、酸素及びシリコンイオンでは、実験的に得られた収集電荷量は理想値とほぼ一致することを明らかにしているが、今回のAuイオン照射で得られた結果は、Auイオンのような重イオンが入射することで、SiC中に高密度の電子-正孔対が生成され、その一部が再結合により収集前に消滅するためであると考えられる。

口頭

12MeV-Auイオン照射による6H-SiC n$$^{+}$$pダイオードの電荷収集

岩本 直也; 大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 横山 拓郎*; 坂本 愛理*; et al.

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)を粒子検出器へ応用するために、六方晶(6H)SiCエピタキシャル基板上にn$$^{+}$$pダイオードを作製し、12MeV金(Au)イオン入射によりダイオード中に発生する電荷をイオン誘起過渡電流(TIBIC)計測システムにより評価した。n$$^{+}$$型領域は800$$^{circ}$$Cでの燐イオン注入及びアルゴン中1650$$^{circ}$$C、5分間の熱処理により形成した。TIARAタンデム加速器に接続された重イオンマイクロビームラインを用いてTIBIC測定を行った。得られたTIBICシグナルを積分することで収集電荷を見積もったところ、0.1pA程度の電荷収集が行われており、この値は理想値の50%程度であることが判明した。Katzらによって提案されたモデルを用いて発生電荷挙動のシミュレーションを試みたところ、Auの場合は、従来電荷収集効率100%が確認されている酸素やシリコンイオンの場合と比べ100倍の高濃度の電子-正孔対(プラズマ状態)が生成されており、高濃度プラズマ内での電子-正孔対の再結合が原因で電荷収集効率が低下することが示唆された。

口頭

大気マイクロPIXEを用いたヒト肺癌細胞内シスプラチンの可視化・定量化の試み

櫻井 英幸*; 岡本 雅彦*; 新 雅子*; 竹内 愛子*; 長谷川 正俊*; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 神谷 富裕; 荒川 和夫; 中野 隆史*

no journal, , 

シスプラチンは現在さまざまな種類の癌化学療法においてkey drugとなる薬剤である。癌細胞に取り込まれたシスプラチンを細胞内で可視化,定量化できれば、薬剤の取り込みや核への移行機構、また薬剤耐性などの研究に役立つものと思われる。大気マイクロPIXE(Particle Induced X-Ray Emission)は数MeVに加速したプロトンを試料に照射し、放出される特性X線を検出することにより、試料中に含まれる多くの元素を1$$mu$$mの分解能で解析できる技術である。この技術を用い、ヒト肺癌細胞内のシスプラチンの可視化・定量化を行った結果、標準試料を用いた解析では、試料内のシスプラチン濃度と測定されたPtカウント数の間に直線性が認められた。一方、培養細胞試料ではP, K, Clなどの細胞の局在を示す元素のほか、BrdUでラベルした核内Br及び細胞に取り込まれたPtの検出が可能で、シスプラチン接触時間の延長とともに細胞内Pt及び核内Ptのカウント数増加が観察された。これにより、同技術による細胞内におけるPtの可視化及び定量化が可能であることを確認できたが、生物・医学的に重要な意味を持つ極微量領域でのPt検出には、検出感度の向上が必要であることも明らかとなった。

口頭

酸素及びニッケルイオン照射における6H-SiC p$$^{+}$$nダイオードのTIBIC測定

岩本 直也; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 三島 健太; 大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 神谷 富裕; 坂本 愛理*; 中野 逸夫*; et al.

no journal, , 

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた粒子検出器開発の一環として、p型六方晶(6H)SiCエピタキシャル膜上に作製したn$$^{+}$$pダイオードに酸素及びニッケルイオンを入射し、誘起される過渡電流(TIBIC)を測定した。TIBICシグナルを時間積分することで電荷収集量を求め、空乏層中で発生する電荷量の計算値との比較を行った結果、9MeVのニッケルイオンを照射した際の電荷収集効率(CCE)は75%程度であることが判明した。一方、9MeVの酸素イオンの場合、CCEは90%程度であった。イオントラック構造を考慮して生成電荷密度を求め、さらにオージェ再結合を考慮し解析を行った結果、ニッケルのような重イオンでは高濃度電子-正孔対(プラズマ)が発生し、その結果としてプラズマ中でのオージェ再結合が生ずるためにCCEが低下することが判明した。

口頭

加齢黄斑変性症に対する重粒子線によるマイクロサージェリー治療技術の開発研究

島田 博文*; 及川 将一*; 佐藤 隆博; 田口 光正; 奥村 進; 加藤 弘之*; 遊佐 顕*; 酒井 卓郎; 福田 光宏*; 佐藤 拓*; et al.

no journal, , 

イオンマイクロサージェリー治療で狭小・微細領域にある患部を正確に3次元精密照射するためには、従来の粒子線治療よりも精密な照射位置決め法、すなわち照準法の開発が必要不可欠である。加齢黄斑変性症に対する照射位置決め法として、眼底蛍光造影剤を用いて、眼底カメラにより患部位置を観察する方法を検討した。この方法は、飛程をレンジシフターで微調しながら重粒子線を照射することにより、患部に投与された眼底蛍光造影剤であるインドシアニングリーン(Indocyanine Green: ICG)等からの発光画像を観測して照射位置を決めるというものである。本研究では、眼底カメラを用いた照射位置決めシステムの検討と、220MeV及び320MeV炭素イオンを用いたICGとフルオレセインの発光測定の基礎実験を行った。その結果、人体に投与した際のICGの最高血中濃度($$1.9times10^{-2}$$mg/mL, $$1.3times10^{-5}$$M)における発光画像を取得した。

口頭

大気マイクロPIXEを用いた肺組織内微量元素の解析

岡本 雅彦*; 櫻井 英幸*; 新 雅子*; 長谷川 正俊*; 及川 将一*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 荒川 和夫; 中野 隆史*

no journal, , 

炭化タングステンとコバルトを混合して焼結した超硬金属粉末の吸入による慢性間質性肺炎(超硬金属肺と呼ばれている)の診断を確定するために、大気マイクロPIXEで原発性肺癌患者の組織を調べた。その結果、Ti, Al, Fe, Ni, Cr, Wなどの吸入超硬金属由来の各種金属粉が肺内に残存している状況を元素の2次元分布として測定することに成功した。

口頭

大気マイクロPIXEによる腫瘍細胞死の検討

長谷川 正俊*; 櫻井 英幸*; 新 雅子*; 岡本 雅彦*; 石内 勝吾*; 浅川 勇雄*; 玉本 哲郎*; 大野 達也*; 及川 将一*; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

本研究は、組織レベルを基準にして、種々の方法による腫瘍細胞死の検索結果とPIXE法を比較したもので、ヌードマウスに移植した可移植性ヒト腫瘍とマウス正常細胞を用いて調べた。その結果、主要成分については、他の方法との優位性は認められなかったが、大気マイクロPIXE測定ではアポトーシスの高率な試料では元素分布が不均一になること、及び細胞の壊死に一致してP, K, Cl, Sなどの優位な低下を認めた。

口頭

Design of ion optical system for high-precision carbon ion microsurgery beam line

神谷 富裕; 及川 将一*; 佐藤 隆博; 柏木 啓次; 島田 博文*; 荒川 和夫; 遊佐 顕*; 中野 隆史*

no journal, , 

The high-precision carbon ion microsurgery is a technique to irradiate a minute tumor or a small part of disease deep inside of the body by a beam of high-energy carbon ion focused down to a width of 100 $$mu$$m to 5 mm and with a positional accuracy of less than 1 mm. This challenging technique had been planned to be introduced to one of the irradiation ports of heavy-ion irradiation facility of Gunma University Heavy Ion Medical Center (GHMC). The beam transport system of the (vertical) port for the development of this technique was designed based on an ion optical calculation code, TRANSPORT. Aiming at adjusting the system to range shift of the ion beam for therapy, basic concept of this ion optical system was telescopic, achromatic, and analyzable of the energy of ion beams. Details of the ion optical calculation for the system will be presented.

口頭

福島第一原子力発電所事故に伴う放射性物質の長期的影響把握手法の確立,2; 放射性物質の第3次分布調査結果

三上 智; 島田 清貴; 中野 雅和; 佐藤 哲朗; 佐藤 あかね; 宇野 騎一郎; 関 暁之; 松元 愼一郎; 斎藤 公明

no journal, , 

福島第一原子力発電所から80km圏内を対象に、第3期目となる放射性物質等の分布調査を行った。5kmメッシュごとに1箇所を選び約380箇所でin-situ核種分析測定を行うとともに、1kmメッシュごとに1箇所を選び約6500箇所でサーベイメータによる測定を行いより精緻な空間線量率分布マップを作成した。また、1次や2次調査結果との比較により、空間線量率の変化傾向を調べ、考察した。

口頭

東京電力(株)福島第一原子力発電所事故に伴う放射性物質の長期的影響把握手法の確立,2; 放射性セシウムの分布状況

三上 智; 中野 雅和; 佐藤 哲朗; 宇野 騎一郎; 佐藤 あかね; 松元 愼一郎; 斎藤 公明

no journal, , 

福島第一原子力発電所から80km圏内を対象として、第4次分布状況等調査として実施した${it in situ}$核種分析測定及びサーベイメータによる空間線量率測定の結果の一部を発表する。また、2次調査結果をもとに、Cs-134とCs-137の沈着量の比について地域別の傾向などを調べた結果を報告する。

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