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論文

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

Large areas of agricultural fields were contaminated with radiocesium ($$^{134}$$Cs and $$^{137}$$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 $$^{137}$$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.

論文

Development of a gamma camera system for high-energy gamma photon for quantitative observation of $$^{137}$$Cs movement in a plant body

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

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 94, 2016/02

We developed an original gamma camera system to image radiocesium in a plant. The gamma camera was designed for high-energy gamma photons from $$^{137}$$Cs radiocesium (662 keV). We performed tests to evaluate the position resolution and quantitative linearity of the gamma camera. The best spatial resolution of this gamma camera was determined to be 19.1 mm in full width at half maximum at the center of the field-of-view. And a result shows a quantitative linearity of the image data with a correlation of ${it r$^{2}$}$ = 0.9985 between the source activity and the count rate. We conclude the gamma camera system has sufficiently high capability to obtain quantitative and dynamic images of $$^{137}$$Cs movement in intact plants.

論文

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

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.17(Environmental Sciences)

We developed a new gamma camera specifically for plant nutritional research and successfully performed live imaging of the uptake and partitioning of $$^{137}$$Cs in intact plants. The gamma camera was specially designed for high-energy $$gamma$$ photons from $$^{137}$$Cs (662 keV). To obtain reliable images, a pinhole collimator made of tungsten heavy alloy was used to reduce penetration and scattering of $$gamma$$ 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$$^{-1}$$ MBq$$^{-1}$$ for $$^{137}$$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 $$^{137}$$Cs for 6 days to visualize and investigate the transport dynamics in aerial plant parts. $$^{137}$$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.

論文

半導体型積算線量計による環境放射能の測定,1; 従来測定法との比較による可能性評価

吉原 利一*; 長尾 悠人; 橋田 慎之介*; 河地 有木; 藤巻 秀

電力中央研究所報告(O14002), 19 Pages, 2015/05

従来法に比べて非侵襲的で、かつ労力等において有利な積算線量計を用いた方法により、環境中での樹体等からの放射能測定・汚染度推定が可能か明らかにすることを目的とした。千葉県我孫子市と東京都狛江市で生育するサクラとスギの樹体を対象として積算線量計による線量率等の測定を行い、以下の点を明らかにした。低バックグラウンド放射線量下でサクラ切断枝の放射線量測定値を検証した結果、樹体の遮蔽効果を仮定した補正値において従来手法と同等のBGとの差分の有意性、および採取地区間の有意差が確認できた。また、放射性Cs濃度とも相関が認められた。さらに、実環境下に生育するスギ立木の放射線量測定値を検証した結果、樹体の遮蔽効果を仮定した補正値においてとBGとの差分の有意性が認められた。一方、樹体内汚染分布等の影響を受け放射性Cs濃度との相関は大きく低下した。以上の結果、樹体の遮蔽効果・樹体内汚染分布等の適切な測定値の補正を行えば、積算線量計による環境中での樹体等からの放射能測定・汚染度推定が可能と考えられた。今後、樹体の遮蔽効果や樹体内汚染分布に関する補正精度の向上や、信頼限界の明示などを進め、森林管理などへの利用を図る。

論文

A Kinetic analysis of cadmium accumulation in a Cd hyper-accumulator fern, ${it Athyrium yokoscense}$ and tobacco plants

吉原 利一*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 北崎 真由*; 山崎 治明*; 北崎 一義*; 河地 有木; 尹 永根; 七夕 小百合*; 橋田 慎之介*; et al.

Plant, Cell & Environment, 37(5), p.1086 - 1096, 2014/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:39.28(Plant Sciences)

Cadmium (Cd) accumulations in a Cd hyper-accumulator fern, ${it Athyrium yokoscense}$ ($$Ay$$), and tobacco, ${it Nicotiana tabacum}$ ($$Nt$$), were kinetically analysed using the positron-emitting tracer imaging system under two medium conditions (basal and no-nutrient). In $$Ay$$, maximumly 50% and 15% of the total Cd accumulated in the distal roots and the shoots under the basal condition, respectively. Interestingly, a portion of the Cd in the distal roots returned to the medium. In comparison with $$Ay$$, a little fewer Cd accumulations in the distal roots and clearly higher Cd migration to the shoots were observed in $$Nt$$ under the basal condition (maximumly 40% and 70% of the total Cd, respectively). The no-nutrient condition down-regulated the Cd migration in both species, although the regulation was highly stricter in $$Ay$$ than in $$Nt$$ (almost no migration in $$Ay$$ and around 20% migration in $$Nt$$). In addition, the present work enabled to estimate physical and physiological Cd accumulation capacities in the distal roots, and demonstrated condition-dependent changes especially in $$Ay$$. These results clearly suggested occurrences of species-/condition-specific regulations in each observed parts. It is probable that integration of these properties govern the specific Cd tolerance/accumulation in $$Ay$$ and $$Nt$$.

論文

Screening of higher astaxanthin producing mutants of a green unicellular alga ${it Haematococcus pluvialis}$ by ion beam irradiation

柿薗 俊英*; 杉浦 俊浩*; 吉原 亮平; 長谷 純宏; 鳴海 一成; 田中 淳

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 91, 2008/03

高抗酸化力を有するアスタキサンチンは、ほとんどの甲殻類,サーモンの肉色,タイの体表皮など海洋生物に広く分布するケトカロテノイドである。微細緑藻${it H. pluvialis}$の栄養細胞のカロテノイド色素は少量であるが、栄養条件の悪化とともにシスト細胞へ形態変化し、アスタキサンチンを細胞重量比で2から3パーセントの著量に生成する。本研究では、イオンビーム変異導入法により、緑藻ゲノムに染色体レベルの分断と再編成をもたらすことによって、従属栄養条件で旺盛に増殖し、アスタキサンチンを高生産する変異体を分離することを目的とした。本年度は、栄養細胞及びシスト細胞を照射試料として、イオンビームの適正線量を、変異致死率を指標として検討した。

口頭

Cd超耐性植物ヘビノネゴザにおけるCd吸収動態の解析,2; 必須金属の有無による吸収動態の変化

吉原 利一*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 橋田 慎之介*; 河地 有木; 山崎 治明; 島田 浩章*; 藤巻 秀

no journal, , 

Positron-emitting Tracer Imaging System(PETIS)を用いて、Cd超耐性/超蓄積シダ植物「ヘビノネゴザ」のCdの吸収動態を解析した。まず、1/4MSと0.5mMCaCl2の2種類の異なる培地をベースに、トレーサーとキャリアーを合わせて0.1$$mu$$MとなるようCdを混合し、ヘビノネゴザとタバコでCdの吸収・移行を比較した。その結果、ヘビノネゴザでは、0.5mMCaCl2をベースにした場合、1/4MSに比べて根への取り込み量が少なく、取り込まれたCdが地上部に移行する割合も小さかった。一方、タバコでも同様に0.5mMCaCl2をベースにした場合、1/4MSに比べて根への取り込み量が少なかったが、取り込まれたCdのかなりの割合が地上部に移行した。次にこれらの培地条件において、根を4$$^{circ}$$Cに冷やした場合の変化を観察した。その結果、ヘビノネゴザでは、0.5mMCaCl2をベースにした場合、1/4MSに比べて根への取り込み量がある程度増加したが、取り込まれたCdはほとんど地上部に移行しなかった。一方、タバコでは同様に0.5mMCaCl2をベースにした場合、1/4MSとほぼ同程度の根への取り込み量であったが地上部に移行する割合は若干多かった。これらの結果は、ヘビノネゴザとタバコにおけるCd吸収にかかわるトランスポーターの特性を明確に示している。

口頭

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

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

no journal, , 

We newly developed a gamma camera specific for plant nutritional research, and performed quantitative analyses on uptake and partitioning of radiocesium in intact plant bodies. A single-crystal scintillator, Ce-doped GAGG, was employed, which has a relatively high density, a large light output, no natural radioactivity and no hygroscopicity. A 44 $$times$$ 44 matrix of the Ce:GAGG pixels, with dimensions of 0.85 mm $$times$$ 0.85 mm $$times$$ 10 mm for each pixel, was coupled to a high-quantum efficiency position sensitive photomultiplier tube. By using this gamma camera, soybean plants, grown in hydroponic solutions and fed with 1-2 MBq of $$^{137}$$Cs, were imaged for 6.5 days in maximum to investigate and visualize the uptake dynamics into/within the aerial part. As a result, radiocesium gradually appeared in the shoot several hours after feeding of $$^{137}$$Cs, and then accumulated intensively in the maturing pods and seeds in a characteristic pattern. Our results also demonstrated that this gamma-camera method enables quantitative evaluation of plant ability to absorb, transport, and accumulate radiocesium under various experimental conditions.

口頭

A Simple presumption for radiocesium concentration in living woods using glass-badge based gamma radiation dose rate detection system

吉原 利一*; 橋田 慎之介*; 河地 有木; 長尾 悠人; 山口 充孝; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 藤巻 秀

no journal, , 

Radiocesium from the severe accident at the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant on 11 March 2011 contaminates large areas. After this, a doubt for forest products, especially of mushroom, is indelible at the areas. Pruned woody parts and litters are containing a considerable amount of radiocesium, and generates a problem at incineration and composting. These mean that more attentive survey for each subject is expected; however, the present survey system is highly laborious/expensive and/or non-effective for this purpose. On the other hand, we can see a glass-badge based $$gamma$$ radiation dose rate detection system. This system always utilized to detect a personal cumulative radiation dose, and thus, it is not suitable to separate a radiation from a specific object. However, if we can separate a radiation from a specific object and relate it with the own radiocesium concentration, it would enable us to presume the specific concentration with just an easy monitoring but without a destruction of the target nature and a complicated process including sampling, pre-treatment, and detection. Here, we present the concept of the measurement and results of the trials.

口頭

Design and performance of newly manufactured pinhole collimator of high-resolution gamma camera for imaging radiocesium

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

no journal, , 

We developed a gamma camera specifically for use in plant nutrition research. The collimator of the gamma camera was designed for imaging high-energy $$gamma$$ photons from $$^{137}$$Cs. However, the prototype pinhole collimator causes small artifacts in the acquired images; moreover, the imaging time is quite long with the use of this collimator. To improve the image quality and to increase the sensitivity of the gamma camera, we designed new collimators made of tungsten, which has one of the highest attenuation coefficients for imaging 662 keV $$gamma$$ photons. These collimators are manufactured using wire-cut electrical discharge machining. One collimator is similar to a collimator that undergoes edge treatment, and the other has a smaller acceptance angle (13$$^{circ}$$) than the collimator currently in use. We will use the latter collimator to make a clustered multi-pinhole collimator. Experiments for evaluating the collimators installed in the gamma camera were performed with point sources of $$^{137}$$Cs. The images obtained indicated an improvement in the FWHM to 7.5% with the new single-hole collimator; a slight cancelation of image artifacts was also observed. The latter pinhole collimator maintains the image quality and sensitivity despite the smaller acceptance angle.

口頭

ガンマカメラを用いた放射性セシウムの植物体内動態の可視化技術

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

no journal, , 

原子力発電所事故後の放射性セシウムによる作物への汚染を植物栄養学的な視点で研究するため、Cs-137が放出する高エネルギー$$gamma$$線に対応できるタングステン製ピンホールコリメータを備えたガンマカメラの開発を行った。この開発過程で明らかになった課題は、高エネルギー$$gamma$$線に対応するためのピンホールコリメータは孔径が小さいため、感度が低く、時間分解能に限界がある点であった。これを解決するためには、同じ孔径を持つピンホールコリメータを束ねる手法が有効であると考えられた。そこで、硬度の高いタングステン合金を精度よく掘削できる、ワイヤ放電加工技術でピンホールコリメータを製作した。Cs-137点線源を撮像する評価試験を行った結果、新しいピンホールコリメータで画質の改善が見られた。さらにピンホールコリメータを束ねる手法を採用した際にも、画質が劣化することなく感度を高められることが示された。

口頭

高エネルギー$$gamma$$線対応型ガンマカメラの性能評価と改良

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

no journal, , 

作物中の必須元素や環境汚染物質の動態を撮像する植物RIイメージング技術を用いて、原子力発電所事故後の放射性セシウムによる作物への汚染メカニズムを解明するため、これを撮像する放射線イメージング装置の開発を行ってきた。そこで、$$^{137}$$Csから放出された662keV高エネルギー$$gamma$$線に対応する、タングステン製ピンホールコリメータを備えたガンマカメラを開発した。これまで、このガンマカメラを用いた植物RIイメージング実験を行ったところ、その特徴的な$$^{137}$$Cs動態が明らかになり、この有用性が示された。本発表では、開発の過程で行ったガンマカメラの性能評価の詳細と、そこで明らかになってきた技術的な課題の克服に向けたピンホールコリメータの改良すべき点などについて議論する。

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