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佐藤 達彦; 古田 琢哉; 佐々木 秀隆*; 渡部 直史*
EJNMMI Physics (Internet), 12, p.28_1 - 28_16, 2025/03
被引用回数：0The RadioTherapy package based on PHITS (RT-PHITS) is one of the individual dosimetry systems applicable to both targeted radionuclide therapy (TRT) and external radiotherapy. This study aims to establish a practical methodology for evaluating both absorbed doses and equieffective doses (EQDX) by improving RT-PHITS.
清水 翔太*; 佐藤 達彦; 遠藤 章; 他5名*
Radiation Research, 203(3), p.155 - 162, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Biology)We calculate the mean quality factor based on LET distributions for representative organs and exposure scenarios of A-bomb survivors using PHITS simulations and the Q(L) relationship defined by ICRP, as well as the QF function defined by NASA. We also investigate the depth dependence of the mean quality factors in the ICRU sphere irradiated by mono-energetic neutrons. Both the results from the human phantom and from the ICRU sphere phantom suggest that the mean quality factors are largely independent of the organ type, and independent of depth, city and ground range when the contributions from the secondary gamma-rays are excluded from the neutron doses.
Schaar, K.*; Spiegl, T.*; 佐藤 達彦; Langematz, U.*
Journal of Environmental Radioactivity, 282, p.107592_1 - 107592_14, 2025/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Environmental Sciences)The concentration of near-surface Beryllium-7 contains valuable information about the atmosphere, e.g., the tropospheric circulation, precipitation pattern or specific atmospheric phenomena, like the El Nino southern oscillation. Here, we modelled the transport and deposition of Beryllium-7 from galactic cosmic rays for 1850-2100, using the ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry climate model, and analyzed the variability of near-surface Beryllium-7 due to the El Nino southern oscillation. We find that our simulated Beryllium-7 time series agree well with Beryllium-7 measurements from the international monitoring system of the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization.
Ulanowski, A.*; 佐藤 達彦; Petoussi-Henss, N.*; Balonov, M.*
Radiation and Environmental Biophysics, 11 Pages, 2025/02
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Biology)Protection and operational dosimetric quantities for human external exposure have been compared for situations of outdoor exposure to natural background radiation represented by gamma radiation of primordial and cosmogenic radionuclides and by radiations produced by the galactic cosmic rays in the earth atmosphere. Calculations were performed using the data from publications of ICRU and ICRP for global geographical grid of marine and terrestrial locations. Using modelled fluence spectra of natural cosmogenic and terrestrial background radiation, the ratios of the protection to operational quantities were calculated, demonstrating the effect of high-LET neutron component on the ratios of effective dose to absorbed dose or kerma in air. The influence of the neutron component was found to be stronger for high-altitude terrestrial locations and for terrestrial and marine locations at higher geographic latitudes. The computed ratios can be used for interpretation of the measured ambient dose rate data and calculation of effective doses in radiological protection tasks or assessment of public exposure to natural and anthropogenic sources of radiation.
佐藤 達彦; 橋本 慎太郎; M
rquez Damin, J. I.*; 仁井田 浩二*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 557, p.165535_1 - 165535_8, 2024/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)Appropriate use of the variance reduction techniques such as weight-windows are indispensable for effectively designing the radiation shielding based on the Monte Carlo simulation. In this study, we developed a new algorithm of weight-window generator (WWG) relying solely on forward Monte Carlo simulation and implemented it into the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). Our new algorithm leverages a PHITS-specific function called the "history counter", which serves as an event logger that can be arbitrarily defined by users. The performance of the new WWG was investigated by conducting benchmark simulations for both idealized and practical shielding calculations. The results of the benchmark simulations suggested that our new algorithm can reduce the computational time by up to an order of magnitude, though it becomes less beneficial when no apparent pathway for particles arriving in the tally regions is observed in generating the weight window values. With this new feature, PHITS has become further suitable for the shielding calculations against high-energy radiations even when their evaluated cross-section data are unavailable.
小川 達彦; 平田 悠歩; 松谷 悠佑; 甲斐 健師; 佐藤 達彦; 岩元 洋介; 橋本 慎太郎; 古田 琢哉; 安部 晋一郎; 松田 規宏; et al.
EPJ Nuclear Sciences & Technologies (Internet), 10, p.13_1 - 13_8, 2024/11
放射線挙動解析コードPHITSは、モンテカルロ法に基づいてほぼ全ての放射線の挙動を解析することができる放射線挙動解析計算コードである。その最新版であるPHITS version 3.34の、飛跡構造解析機能に焦点を置いて説明する。飛跡構造解析とは、荷電粒子が物質中を運動する挙動を計算する手法の一つで、個々の原子反応を識別することにより原子スケールでの追跡を可能にするものである。従来の飛跡構造解析モデルは生体を模擬する水だけにしか適用できず、遺伝子への放射線損傷を解析するツールとして使われてきた飛跡構造解析であるが、PHITSにおいてはPHITS-ETS、PHITS-ETS for Si、PHITS-KURBUC、ETSART、ITSARという飛跡構造解析モデルが補い合うことにより、生体の放射線影響だけでなく、半導体や材料物質など任意物質に対する適用が可能になっている。実際にこれらのモデルを使って、放射線によるDNA損傷予測、半導体のキャリア生成エネルギー計算、DPAの空間配置予測など、新しい解析研究も発表されており、飛跡構造解析を基礎とするボトムアップ型の放射線影響研究の推進に重要な役割を果たすことが期待できる。
佐藤 達彦
建築防災, (562), p.16 - 19, 2024/11
巨大な太陽フレアが発生すると、太陽風のみならず高いエネルギーを持つ陽子などの宇宙放射線が発生し、宇宙飛行士や航空機乗務員の被ばくを引き起こす。本稿では、この宇宙放射線被ばく問題に関して、その基礎知識や将来的な防災対策について解説する。
松谷 悠佑; 甲斐 健師; 佐藤 達彦
しょうとつ, 21(3), p.R008_1 - R008_8, 2024/11
粒子・重イオン輸送計算コードPHITSは、放射線の挙動をコンピュータで模擬するモンテカルロコードであり、2018年以降、生体の主成分である水中において個々の原子との反応を模擬できる飛跡構造解析モードが開発された。この開発により、DNAスケールにおける高空間分解能な放射線の飛跡構造解析が可能となった。一方、飛跡構造解析モードで計算される原子衝突の空間情報を活用し、様々なタイプのDNA損傷数を効率的かつ高精度に推定する解析コードの開発にも成功している。本稿では、最新版PHITSに搭載されている飛跡構造解析モード及びDNA損傷推定手法について概説し、PHITSの生命科学分野への応用例を紹介する。
Parisi, A.*; Furutani, K. M.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*
Medical Physics, 51(10), p.7589 - 7605, 2024/10
被引用回数：1 パーセンタイル：57.45(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)本研究では、陽子線治療における生物学的相対有効性(RBE)モデルの課題に対処するため、LET(線量平均線エネルギー伝達)に基づく近似的なMKM(マイクロドシメトリックキネティックモデル)を開発した。これは、炭素イオン治療で使用されるメカニズムに基づくアプローチを陽子線に適用する試みでる。このLETベースのMKMは、線量平均LETと微生物学的指標の相関を確立し、複数の細胞株に対する生存率のモデリングに成功した。これにより、陽子線治療計画システムで容易に利用可能な物理量に基づくRBEの数学的記述が実現された。
H to 
UParisi, A.*; Furutani, K. M.*; 佐藤 達彦; Beltran, C. J.*
Quantum Beam Science (Internet), 8(3), p.18_1 - 18_16, 2024/09
The analytical microdosimetric function (AMF) implemented in the Monte Carlo code PHITS is a unique tool that bridges the gap between macro- and microscopic scales of radiation interactions, enabling accurate microdosimetric calculations over macroscopic bodies. This study compares the older and newer AMFs in computing microdosimetric probability distributions, mean values, and the relative biological effectiveness (RBE). The newer AMF was found to offer superior performance, particularly for very heavy ions, producing results that align more closely with published in vitro clonogenic survival experiments. These findings suggest that the updated AMF provides a more reliable tool for microdosimetric calculations and RBE modeling, essential for ion radiation therapy and space radiation protection.
佐藤 達彦; 松谷 悠佑; 浜田 信行*
Journal of Radiation Research (Internet), 65(4), p.500 - 506, 2024/07
被引用回数：2 パーセンタイル：78.29(Biology)組織反応に対する生物学的効果比(RBE)の評価は、次期ICRP(国際放射線防護委員会)勧告に向けて不可欠となっている。本研究では、新たに組織応答として定義された循環器疾患に対するRBEをマイクロドジメトリモデルで評価した。その結果、循環器疾患に対するRBEは皮膚反応に対するRBEよりもやや低いことが分かった。また、人体内に対して計算した場合、その差は広がることが分かった。これらの知見は、ICRPによるRBE加重係数評価に有用となる。
松谷 悠佑; 佐藤 達彦; 楠本 多聞*; 谷内 淑恵*; 清野 良輔*; 三輪 美沙子*; 石川 正純*; 松山 成男*; 福永 久典*
Scientific Reports (Internet), 14, p.16696_1 - 16696_14, 2024/07
被引用回数：3 パーセンタイル：78.29(Multidisciplinary Sciences)ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)は、細胞レベルで不均一に取り込まれるホウ素化合物(例: 4-ボロノ-L-フェニルアラニン[BPA])を使用して腫瘍細胞を選択的に治療するユニークな放射線療法である。一方で、ホウ素化合物の時間空間的不均一性が細胞殺傷効果に与える影響は依然として不明である。そこで本研究では、放射線追跡検出器、細胞周期解析、生物物理学的シミュレーションの技術を組合わせた研究手法により、Fucci細胞周期可視化システムを発現するHeLa細胞における細胞周期依存的BPA取り込み不均一性と
B(n, 
)
Li反応の生物学的影響、さらにはポリビニルアルコール(PVA)の修飾効果を定量的に評価した。その結果、S/G2/M期の細胞内BPA濃度がG1/S期よりも高く、PVAが細胞周期依存性を修飾することを明らかにした。また、BPA-PVA実測値を使用することでBNCT治療効果を予測する新たなモデルを開発に成功した。本成果は、BNCTとPVAおよび/または細胞周期特異的抗がん剤を組み合わせた治療が、治療効果の精度向上に寄与する可能性を示している。
Be for the detectability of solar proton eventsSchaar, K.*; Spiegl, T.*; Langematz, U.*; 佐藤 達彦; Mekhaldi, F.*; Kunze, M.*; 三宅 芙沙*; 余田 成男*
Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 129(11), p.e2023JD040463_1 - e2023JD040463_28, 2024/06
被引用回数：1 パーセンタイル：46.64(Meteorology & Atmospheric Sciences)Using a climate model, the impact of Beryllium-10 from galactic cosmic rays on the detectability of solar proton events in ice cores was simulated. We show that sedimentation can be a major deposition mechanism for Beryllium-10, especially at high latitudes. We found that the season of the solar proton event and the phase of the 11-year solar cycle during the event have an impact on its detectability.
石川 諒尚; 古場 裕介*; 古田 琢哉; Chang, W.*; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 橋本 慎太郎; 平井 悠大*; 佐藤 達彦
Radiological Physics and Technology, 17(2), p.553 - 560, 2024/06
At the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC), a series of retrospective studies are ongoing in patients treated with carbon ion radiotherapy (CIRT) to obtain the knowledge to improve tumor control and reveal the mechanism of the low risk of secondary cancer after CIRT. Dose-averaged linear energy transfer (LET
) is generally used as a measure of treatment effectiveness or biological effects in such retrospective studies; however, it is conventionally evaluated from the relative biological effectiveness (RBE)-LET fitted function used in the treatment planning system. In this study, we calculated the physical doses and their linear energy transfer (LET) distributions for a series of treatment plans for a homogeneous rectangular phantom and a human body phantom with typical CIRT beams using Monte Carlo (MC) simulation. The LET was then deduced from the MC simulation and compared with the corresponding data obtained using the conventional method. The comparison suggested that the two types of LET agreed well with each other, except around the distal end of the spread-out Bragg peak, where the MC simulation yielded significantly higher LET values than that of the conventional method. This is because the RBE-LET fitted function adopted in the conventional method ignores the contribution of the high-LET components, causing an overkill effect. Furthermore, an MC simulation was conducted to determine the material composition of water and realistic materials from the CT number in the planned image. The profiles of physical dose and LET were in good agreement for both techniques. These results indicate the possibility of enhancing the efficiency of retrospective studies of CIRT using MC simulations in the future.
Be and 
Al under direct muon-induced spallation in granite quartz and its implications for past high-energy cosmic ray fluxes櫻井 敬久*; 紅林 泰*; 鈴木 颯一郎*; 堀内 一穂*; 高橋 唯*; 堂下 典弘*; 菊地 聡*; 門叶 冬樹*; 岩田 尚能*; 田島 靖*; et al.
Physical Review D, 109(10), p.102005_1 - 102005_18, 2024/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Astronomy & Astrophysics)銀河宇宙線の永年変化は銀河の活動に密接に関係しており、局所的な銀河磁場・星間雲・超新星残骸の近くの環境が反映される。高エネルギー銀河宇宙線によって大気中で生成される高エネルギーミューオンは、深い地層まで透過し、岩石中に放射性同位体を生成する。BeやAlのような長寿命の放射性核種は岩石中に蓄積されるため、高エネルギーミューオンの収量の長期変動、ひいては数百万年間の高エネルギー銀河宇宙線(GCR)の長期変動の調査に利用できる。本研究では、CERN SPSのCOMPASS実験ラインにて、160GeV/cの正ミューオンを合成石英プレートと花崗岩コアに照射して、岩石中のBeとAlの生成断面積を測定した。更に、ミューオンが直接起こす核破砕反応とミューオンが生成した二次粒子が引き起こす反応が、岩石中での長寿命核種の生成にそれぞれどの程度寄与するかを明らかにした。
佐藤 達彦; 久保 勇樹*
プラズマ・核融合学会誌, 100(5), p.218 - 223, 2024/05
宇宙天気災害の一つとして、巨大な太陽フレアに伴って突発的に発生する高エネルギー陽子による宇宙線被ばくがある。本稿では、航空機乗務員の宇宙線被ばくに焦点を絞って、そのメカニズムや規制の現状を解説するとともに、近年日本で開発された航空機被ばく警報システムWASAVIESの概要について紹介する。
松谷 悠佑; 佐藤 達彦; 谷内 淑恵*; 伊達 広行*; 浜田 信行*
Scientific Reports (Internet), 14, p.12160_1 - 12160_14, 2024/05
被引用回数：2 パーセンタイル：78.29(Multidisciplinary Sciences)電離放射線による被ばく後のヒト水晶体上皮細胞(HLEC)の反応に関する知識は、放射線防護や治療分野で懸念される放射線白内障の発生メカニズムを理解するために重要である。しかし、長期にわたる放射線被ばく後のHLECにおける生物学的影響は未だ十分に研究されていない。本研究では、様々な線量率を用いて光子線を照射した後のHLECのDNA二本鎖切断(DSB)の時間変化と細胞生存率を測定し、ヒト肺線維芽細胞(WI-38)と比較するとともに、照射中や照射後のDSB修復動態を考慮した細胞応答を予測可能モデルにより解析した。その結果、HLECの修復率はWI-38より低いことが明らかになった。また、0.033
1.82Gy/minの線量率の範囲では、両細胞の生存率に対して線量率の有意な影響は認められなかった。一方、修復後に残存するDSBは、モデル予測と比較して逆線量率効果を示し、水晶体に対する放射線の影響を評価する際の逆線量率効果の重要性を浮き彫りにした。
佐藤 達彦
日本原子力学会誌ATOMO
, 66(3), p.143 - 145, 2024/03
PHITSは、任意物質中における様々な放射線の振る舞いをコンピュータ内で再現するモンテカルロ放射線挙動解析計算コードであり、現在、そのユーザー数は8,000名を超え世界68カ国で利用されている。その主な利用目的は、放射線施設設計、医学物理、放射線防護、宇宙線研究などである。PHITSのような汎用放射線挙動解析コードは、荷電粒子による物質へのエネルギー付与量を計算する際、阻止能に基づく連続エネルギー損失近似を採用するのが一般的である。しかし、DNAのようなナノスケールの放射線影響を解明するためには、荷電粒子の飛跡周辺に発生する個々の電離や励起の位置(飛跡構造)を正確に再現する必要があり、連続エネルギー損失近似では不十分である。本報告では、近年、PHITSに導入した飛跡構造解析モード及びそれを応用したDNA損傷計算結果について紹介する。
C ions based on first-principles calculations関川 卓也; 松谷 悠佑; Hwang, B.*; 石坂 優人*; 川井 弘之*; 大野 義章*; 佐藤 達彦; 甲斐 健師
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 548, p.165231_1 - 165231_6, 2024/03
被引用回数：1 パーセンタイル：63.95(Instruments & Instrumentation)放射線の人体に与える影響の主な原因として、遺伝情報を担うDNAの損傷が考えられている。しかし、DNAが放射線損傷によりどのような分子構造変化を示すかは十分理解されていない。DNAに放射線を照射すると様々な種類のDNA損傷が形成されることが報告されていることから、我々のグループではDNAが受ける損傷と放射線によって引き起こされる様々なパターンのイオン化の関係を調べてきた。これまでDNAを模した剛体モデルを用いた簡易な体系における解析を行っていたが、人体への影響を考える上で重要と考えられるDNAの分子構造変化を解析するためにはより詳細な計算を必要とする。そこで、本研究では分子構造に基づいて電子状態を議論できる第一原理計算ソフトウェアOpenMXを用いてDNAの分子構造変化を明らかにすることを試みた。具体的には、放射線により1電子及び2電子が電離した状況のDNAを仮定し、最安定構造、バンド分散、及び波動関数を計算した。発表では、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて計算した放射線の線種及びエネルギーとDNAの分子構造変化の関係とともに議論する。また、放射線物理・固体物理の双方の観点から、放射線がもたらすDNAの基礎物性変化(DNA損傷の最初期過程に相当)について議論する。
R
hm, W.*; 伴 信彦*; Chen, J.*; Li, C.*; Dobynde, M.*; Durante, M.*; El-Jaby, S.*; 込山 立人*; 小笹 晃太郎*; 佐藤 達彦; et al.
Journal of Medical Physics - Zeitschrift fr medizinische Physik -, 34(1), p.4 - 13, 2024/02
国際放射線防護委員会(ICRP)は、過去90年間に渡って世界各国や国際的な放射線防護の枠組み作りに貢献してきた。2019年、ICRPは宇宙飛行士の放射線防護に関わる様々な問題に対応したタスクグループ(TG115)を立ち上げ、地上の放射線防護体系と宇宙の放射線防護体系との共通の枠組み作りに取り組んでいる。本論文では、現時点でICRPが定めている宇宙放射線防護体系についてとりまとめて報告する。
