Non-invasive imaging of radiocesium dynamics in a living animal using a positron-emitting Cs tracer

鈴井 伸郎*; 柴田 卓弥; 尹 永根*; 船木 善仁*; 栗田 圭輔; 保科 宏行*; 山口 充孝*; 藤巻 秀*; 瀬古 典明*; 渡部 浩司*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10, p.16155_1 - 16155_9, 2020/10

https://doi.org/10.1038/s41598-020-73351-2

Visualizing the dynamics of cesium (Cs) is desirable to understand the impact of radiocesium when accidentally ingested or inhaled by humans. The positron-emitting nuclide Cs was produced using the I (, 4n) Cs reaction, which was induced by irradiation of sodium iodide with a He beam from a cyclotron. We excluded sodium ions by using a material that specifically adsorbs Cs as a purification column and successfully eluted Cs by flowing a solution of ammonium sulfate into the column. We injected the purified Cs tracer solution into living rats and the dynamics of Cs were visualized using positron emission tomography; the distributional images showed the same tendency as the results of previous studies using disruptive methods. Thus, this method is useful for the non-invasive investigation of radiocesium in a living animal.

Imaging of radiocesium dynamics in soybean by using a high-resolution gamma camera

尹 永根; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 吉原 利一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 112, 2016/02

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2015-022

Large areas of agricultural fields were contaminated with radiocesium (Cs and Cs) in Japan by the accident of The Tokyo Electric Power Company Fukushima Daiichi Nuclear Power Station in March 2011. Many agricultural studies, such as fertilizer management and plant breeding, are undertaken for reducing radiocesium uptake in crops or enhancing of uptake and transportation via phytoremediation. These studies examine the control of radiocesium transport into/within plant bodies from the viewpoint of plant physiology. Radiotracer imaging is one of the few methods that enable the observation of the movement of substances in a living plant, like a video camera, without sampling of the plant tissues. In this study, we performed the imaging of Cs uptake and transport from root to aerial part by using a new gamma camera in intact soybean plants because contamination of soybean by radiocesium has currently become a major problem in agriculture in Fukushima.

Imaging of radiocesium uptake dynamics in a plant body by using a newly developed high-resolution gamma camera

河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 吉原 利一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀

Journal of Environmental Radioactivity, 151(Part 2), p.461 - 467, 2016/01

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2015.04.009

We developed a new gamma camera specifically for plant nutritional research and successfully performed live imaging of the uptake and partitioning of Cs in intact plants. The gamma camera was specially designed for high-energy photons from Cs (662 keV). To obtain reliable images, a pinhole collimator made of tungsten heavy alloy was used to reduce penetration and scattering of photons. The array block of the GAGG scintillator was coupled to a high-quantum efficiency position sensitive photomultiplier tube to obtain accurate images. The completed gamma camera had a sensitivity of 0.83 count s MBq for Cs, and a spatial resolution of 23.5 mm. We used this gamma camera to study soybean plants that were hydroponically grown and fed with 2.0 MBq of Cs for 6 days to visualize and investigate the transport dynamics in aerial plant parts. Cs gradually appeared in the shoot several hours after feeding, and then accumulated preferentially and intensively in growing pods and seeds; very little accumulation was observed in mature leaves. Our results also suggested that this gamma-camera method may serve as a practical analyzing tool for breeding crops and improving cultivation techniques resulting in low accumulation of radiocesium into the consumable parts of plants.

RI imaging method to analyze a process of radiocesium contamination of plants and to develop phytoremediation techniques

河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 100, 2014/03

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2013-059.pdf

Because of the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant of the Tokyo Electric Power Company, Inc., an extensive area of agricultural fields was contaminated with radioactive materials. Cs-137 is the most of soil contaminant, which was reported to have a 16 - 18 years half-life in agricultural fields affected by physical decay and soil erosion. Therefore, further research is required on the behavior of radiocesium and its transfer from contaminated soil to agricultural products. In this study, we have developed a gamma camera for ray imaging of Cs-137 emitting at 662 keV. A pinhole collimator was fabricated with heavy metal of tungsten to avoid the penetration and scattering of rays, since high-energy incident ray originates from Cs-137 tracer inside a test plant. A gadolinium oxyorthosilicate (GSO) scintillator and a flat panel position sensitive photomultiplier tube were adapted to the gamma camera to obtain adequate high sensitivity. Giant knotweed, which has potential as a cleanup plant with high uptake capacity for cesium, was grown in hydroponic solutions. After exposed to approximately 400 kBq of Cs-137, images were taken for 15 h. Sequential images reveal the changing distribution of cesium into the plant from the hydroponic solutions via the root system. We have indicated real-time visualization of uptake of radiocesium within an intact plant in the first time successfully.

Imaging of carbon translocation to fruit using carbon-11-labeled carbon dioxide and positron emission tomography

河地 有木; 菊地 郁*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 藤巻 秀; 石岡 典子; 渡部 浩司*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 58(2), p.395 - 399, 2011/04

https://doi.org/10.1109/TNS.2011.2113192

Carbon kinetics into the fruit is an agricultural issue on the growth and development of the sink organs to be harvested. Particularly, photoassimilate translocation and distribution are important topics for understanding the mechanism. In the present work, carbon-11 (C) labeled photoassimilate translocation into fruits of tomato has been imaged using carbon-11-labeled carbon dioxide and the positron emission tomography (PET). Dynamic PET data of gradual increasing of C activity and its distribution is acquired quantitatively in intact plant body. This indicates that the three dimensional photoassimilate translocation into the fruits is imaged successfully and carbon kinetics is analyzable to understand the plant physiology and nutrition.

Imaging for carbon translocation to a fruit of tomato with carbon-11-labeled carbon dioxide and positron emission tomography

河地 有木; 菊地 郁*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 藤巻 秀; 石岡 典子; 渡部 浩司*

Proceedings of 1st International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA 2009) (USB Flash Drive), 5 Pages, 2009/06

Carbon-11-labeled carbon dioxide (CO) has a potential candidate for imaging photosynthesis and photosynthate translocation and estimating the physiological parameters in a sink-source relation ship. In order to validate the present technique, we performed positron emission tomography (PET) studies on a plant with a fruit, a "sink organ". As a result, we have successfully obtained serial 3D images of the carbon translocation to a fruit and analyzed the velocities of the carbon dynamics in the phloem. This experimental method will be useful in not only investigating plant physiology, such as the mechanism of fruit growth, but also in solving certain environmental and food problems.

原子力施設における廃止措置の費用評価手法

富居 博行; 松尾 浄*; 白石 邦生; 渡部 晃三; 斉木 秀男*; 川妻 伸二*; 林道 寛*; 財津 知久*

デコミッショニング技報, (31), p.11 - 20, 2005/03

http://www.randec.or.jp/publish/documents/gihou/Decommissioning%20gihou_31.pdf

原研とサイクル機構では、統合準備会議の検討の一環として、二法人における原子力施設の廃止措置と廃棄物処理処分の費用を試算し、総費用は約2兆円、実施に要する期間は約80年間との評価結果を報告した。その後、平成15年4月1日、二法人統合後のバックエンド対策の推進に向けた活動を共同で実施するため、二法人によるバックエンド対策推進会議とバックエンド対策合同推進室が設置された。バックエンド対策合同推進室に設置された廃止措置対策グループでは、新法人における原子力施設の廃止措置計画を立案するため、二法人の施設を網羅した廃止措置費用の評価手法を作成して費用試算を行った。本評価手法では、二法人が蓄積している施設解体や改修工事の実績データに基づき、多様な原子力施設の廃止措置にかかわる解体工数等を効率的に算出する評価式を設定した。本評価手法により、原子炉施設,核燃料サイクル施設,研究施設等の約230施設について、共通条件の下で効率的に評価することができた。

第一原理分子動力学法プログラムの並列化

渡部 弘*; 小林 一昭*; 新井 正男*

JAERI-Data/Code 2000-019, p.33 - 0, 2000/03

JAERI-Data-Code-2000-019.pdf:1.54MB

第一原理分子動力学法プログラムの並列化について報告する。並列化したプログラムは2本である。1つは伝統的な第一原理分子動力学法プログラム、もう1つは、近年、高速化という観点から注目されている実空間分子動力学法プログラムである。ターゲットマシンはSX-4であり、並列化手法としては共有メモリ型並列化手法を採用した。並列化の結果、第一原理分子動力学法プログラムで3.7倍の高速化を、実空間分子動力学法プログラムで3.9倍の高速化を達成した。

深部地下水調査(DH-5号孔)追加採水分析

濱 博也*; 山田 毅*; 井出 光良*; 高橋 英一郎*; 山本 勝也*; 中嶋 敏秀*; 渡部 武雄*

JNC TJ7440 2005-074, 270 Pages, 1995/05

JNC-TJ7440-2005-074.PDF:17.59MB
JNC-TJ7440-2005-074(errata).pdf:0.08MB

1997年、岐阜県土岐市泉町定林寺の動力炉・核燃料開発事業団(現、核燃料サイクル開発機構)東濃地科学センター土岐分室敷地内において、孔長502.3mのDH-5号孔が深部地下水調査を目的として、土岐花崗岩中に掘削された。本報告書は、地表から地下深部までの地質構造、地質環境の有する水理学的・地球化学的特性を把握するため、このDH-5号孔の深度323.8330.8mの深層地下水を対象とした調査結果をまとめたものである。調査項目は以下のとおりである。(1)地下水の採水、(2)原位置における物理化学パラメータ測定、(3)連続地上採水中の主要化学成分分析、(4)地下水の化学分析以上の調査を行った結果、以下のことが明らかとなった。・物理化学パラメータ測定によると、地下水は、アルカリ性で、低還元性かつイオン溶解物の少ない低緩衝性である。また、硫化物イオンはほとんど含まれていない。・同位体分析によると、地下水は、太平洋側の天水を起源とし、数十年程度の比較的新しい年代のものであると推測される。・トリリニヤーダイヤグラムによる水質区分では、アルカリ土類重炭酸塩型に、水質化学相では、陽イオン相がCa-Na、陰イオン相がHCO-Cl-SOに分類される。・微生物分析では、地下水中に亜硝酸酸化菌・亜硝酸還元菌・硝酸還元菌が検出された。

ポジトロン断層法とC-11標識二酸化炭素を用いた果実への炭素動態の三次元PETイメージング

河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 藤巻 秀; 菊地 郁*; 渡部 浩司*

no journal, , 

近年のRIイメージング技術の革新は、生体内のさまざまな分子動態の可視化を可能にし、研究者はより容易に対象となる生体の機能を明らかにし、生命を理解できるようになったと言える。発表者らはPETISを用いて、植物体の葉から果実内部へ移行するC-光合成産物を可視化することで、果実へ移行したC-光合成産物を定量的に解析する方法を開発した。しかしながらPETISが撮像可能な次元が2次元であるため、3次元的な構造を持つ果実内の炭素動態の撮像には不向きである。そこで、医療分野でトレーサの3次元撮像に実績のある小動物用PETを用いた炭素動態の撮像を試みた。実証実験では大小二つの果実が付いたトマトを用いた。約100MBqのCOを、ポンプと二酸化炭素吸収セルからなる簡易ガスコントロールシステムを用いて、十分な光量を与えた果実直下葉に吸収させ、2時間の撮像を行った。CO投与後、約30分頃から果実にC-光合成産物が到達し始め、約1.5時間後には果実内部への移行様式が可視化されるなど、PETによる果実内炭素動態の撮像に初めて成功した。大小二つの果実に流入する炭素動態を解析したところ、果実(小)には新鮮重あたりで86倍のC-光合成産物が移行しており、トマト果実の成長期におけるシンク能の高さが示されている。PETISと同様に、PETを用いた植物研究、特に3次元的な構造を持った対象におけるRIイメージング植物実験の有用性が示された。