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論文

Measurement of lineal energy distributions for ion beams using a wall-less tissue equivalent proportional counter

津田 修一; 佐藤 達彦; 小川 達彦

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 141, 2016/09

イオンビームに対する生物学的効果を評価する上で、生体中でのイオンビームの飛跡およびその近傍における詳細なエネルギー付与分布は重要なデータである。本研究では、PHITSに組み込まれている最新の生物学的線量評価モデルのエネルギー付与分布計算の精度検証を行うため、高崎量子応用研究所TIARAで 壁なし型組織等価比例計数管にペンシル状のビームを照射し、径方向の線エネルギー($$y$$)分布データおよび$$y$$の線量平均値($$overline{y}$$$$_{D}$$)を取得した。その結果、PHITSによる計算結果は測定した$$y$$分布をよく再現することがわかった。また30MeV陽子は、陽子より重いイオンの場合と異なり、ビーム軸上で$$overline{y}$$$$_{D}$$値は最小となり、ビーム軸に対する垂直面の径方向の距離とともに緩やかに増加した。これは陽子ビームと二次的に生成されるデルタ線の阻止能がほぼ等しいことに起因するためであり、約30MeV以上の陽子ビームでは飛跡構造がほぼ一様であることを実験的に示した。

論文

Corrosion rate of carbon steel in NaCl solution with various chloride ion concentration under $$gamma$$-ray irradiation

本岡 隆文

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 23, 2016/02

低線量率条件での塩化物水溶液中の炭素鋼の腐食速度について、塩化物イオン濃度の異なる水溶液を用いて腐食試験により調べた。500Gy/hの線量率では、炭素鋼の腐食速度はある濃度で極大となった。塩化物水溶液中の放射線分解で生成した酸化性物質が炭素鋼の腐食を加速した。腐食速度と塩化物濃度の対応と酸化性物質濃度と塩化物濃度の対応との間に相関性が認められた。

論文

The Role of nitric oxide in radiation-induced bystander cell-killing effect

横田 裕一郎; 舟山 知夫; 池田 裕子; 坂下 哲哉; 鈴木 芳代; 小林 泰彦

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 67, 2016/02

本研究ではバイスタンダー効果における一酸化窒素(NO)の役割を調べた。ヒト正常線維芽細胞に$$gamma$$線(LETは0.2keV/$$mu$$m)あるいは炭素イオンビーム(108keV/$$mu$$m)を照射した後、非照射細胞と共培養した。24時間の共培養後に非照射細胞の生存率と培養液に含まれるNOの酸化物である亜硝酸イオンの濃度を測定した。非照射細胞の生存率低下は照射細胞に曝露する線量に依存したが線質には依存しなかった。非照射細胞の生存率と亜硝酸イオン濃度には負の相関関係が認められた。一方で、NO発生剤であるNOC12を培養液に加えるだけでは、細胞の生存率は低下しなかった。以上の結果から、細胞内で生成されるNOの量がバイスタンダー効果の決定因子の一つであるが、細胞間情報伝達因子ではない可能性が示された。

論文

Utilization status of the electron accelerator and the $$gamma$$-ray irradiation facilities

上松 敬; 宇野 定則; 花屋 博秋; 山縣 諒平; 清藤 一; 長尾 悠人; 山崎 翔太; 川島 郁男*; 八木 紀彦*; 高木 雅英*; et al.

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 173, 2016/02

高崎量子応用研究所の電子加速器及び$$gamma$$線照射施設を2014年度年間計画に基づいて照射利用に供した。利用件数は、2013年度に比べ、電子加速器では故障のため減少し、$$gamma$$線ではわずかに増加し、それぞれ205件及び857件だった。東京電力福島第一原子力発電所の事故に対する復興対応関連の課題については、電子加速器では35件、$$gamma$$線照射施設においては172件の利用があった。

論文

Degradation behavior of LED by $$gamma$$ irradiation

武内 伴照; 柴田 裕司; 大塚 紀彰; 上原 聡明; 熊原 肇*; 土谷 邦彦

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 29, 2016/02

水中でも伝送可能かつ耐放射線性をもつ可視光無線伝送システムの構築を目指して、発光波長がほぼ同じで比較的光量の大きい異なった2種類のLEDを選定し、その$$gamma$$線照射効果を調べた。照射劣化を評価するため、照射前後におけるLEDの電流電圧特性や全光束を測定した結果、照射後に全光束が減少するとともに樹脂レンズ部が着色したが、電流電圧特性はほとんど変化は無かった。このことから、両素子の特性劣化の主因は半導体部分の劣化ではなく、樹脂の着色によるものであることが示唆された。一方、試験した内の1種類のLEDについて、照射量に対する全光束の減少速度が小さかったことから、開発中の無線伝送システムの発光素子に適すると考えられることが分かった。

論文

Operation of the electron accelerator and the $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray irradiation facilities

宇野 定則; 花屋 博秋; 山縣 諒平; 清藤 一; 長尾 悠人; 山崎 翔太; 上松 敬; 川島 郁男*; 八木 紀彦*; 高木 雅英*; et al.

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 172, 2016/02

平成26年度の高崎量子応用研究所の$$gamma$$線照射施設及び電子加速器の運転状況を報告する。$$gamma$$線照射施設はおおむね順調に稼働したが、電子加速器は34年間にわたる稼働による経年劣化のために、主に放電による故障が頻発し、約5ヶ月間停止した。$$gamma$$線照射施設第1棟,第2棟及び食品照射棟の年間運転時間は、各19,907時間、13,831時間及び7,293時間で、電子加速器では746時間であった。$$gamma$$線照射施設では2.22PBqの新線源を5本補充し、20本の古い線源を処分した。電子加速器では、前述の故障に対してその都度適切に対処をしたが、完全な修復には至っていない。

論文

ESR dosimetric study on $$gamma$$-ray irradiation induced radicals in binder materials of alanine dosimeter components

清藤 一; 佐伯 誠一; 小日向 基史夫*; 小嶋 拓治*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 147, 2016/02

In order to develop the alanine dosimeter for practical applications, we tried to apply certain polymers as the binders. The three different binder materials and alanine dosimeter (Aminogray) were irradiated with $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray pencil source in the Takasaki Advanced Radiation Research Institute, Japan Atomic Energy Agency. The concentration of free radicals trapped in the binder materials was measured with electron spin resonance (ESR). These spectra were observed with amplification of the ESR signal, since the spectral intensity of sucrose fatty acid ester at a given dose was considerably lower than that of Aminogray. Normalizing the sample weight and dose, the ratio of peak height of ESR spectra from maltitol radicals and crystalline cellulose radicals to that from alanine radicals was negligibly small. These results suggest maltitol, crystalline cellulose and sucrose fatty acid ester can be applicable as binder of alanine dosimeter components.

論文

$$gamma$$線照射されたアミノ酸中の照射誘導ラジカルの緩和時間

永田 夏樹*; 菰田 聖一*; 菊地 正博; 中村 秀夫*; 小林 泰彦; 鵜飼 光子*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 103, 2016/02

照射食品に誘導されたフリーラジカル中の不対電子の緩和時間は、ラジカル間の相互作用の程度を示す指標のひとつとなる。緩和時間は、パルスESR装置で直接測定可能であるが装置が高価で普及していない。そのため、連続波ESR装置の測定結果を用いたシミュレーション解析により算出する手法も用いられ、Lund法は1本線信号の緩和時間の算出に適用される。照射アミノ酸の複数ピークをそのままシミュレーション解析した時、緩和時間はパルスESRの直接測定値とは大きく異なった。そこで3種類の照射アミノ酸で得られる複数ピークについてガウスピーク近似により分離して、それぞれのピークパラメータを用いてLund法のシミュレーション解析に適用した。その結果、算出されたT$$_{2}$$値はパルスESRの値とよく一致した。このことは、ピーク分離法が、複数ピークをもつESRスペクトルに対してLund法を適用する際に、緩和時間の計算精度を高める手法として有効であることを示している。

論文

Non-invasive imaging of sodium dynamics in common reed using positron-emitting tracer imaging system

鈴井 伸郎; 丸山 哲平*; 河地 有木; 三輪 睿太郎*; 樋口 恭子*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 95, 2016/02

Common reed, which is classified to the same family as rice, is a salt-tolerant plant. In this study, we conducted non-invasive imaging of Na$$^{+}$$ dynamics in intact common reed plants by using $$^{22}$$Na tracer and a positron-emitting tracer imaging system (PETIS) in order to understand the salt-tolerant mechanism in common reed. Common reeds and rice plants were cultivated in a nutrient solution containing 50 mM NaCl. After $$^{22}$$Na was fed into the solution, we observed the $$^{22}$$Na movement from the solution to the shoot for 24 h using PETIS. As a result, $$^{22}$$Na was strongly accumulated in the shoot base but not transported to the upper shoot in common reed, whereas $$^{22}$$Na was continuously transported to the upper shoot in rice plant. Furthermore, we replaced the original solution with a fresh nutrient solution without $$^{22}$$Na and traced the $$^{22}$$Na movement inside the plants for 18 h. Detailed quantitative analysis of the image data revealed that $$^{22}$$Na migrated downward from the shoot base to the root tip in common reed. These results indicate that common reed has constitutive ability of Na$$^{+}$$ exclusion only in the direction of root tips, and consequently keeps low Na$$^{+}$$ concentration in the upper shoot.

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

Screening of cesium-accumulating mutant of radioresistant bacterium ${it Deinococcus radiodurans}$ by ion beam breeding technology

佐藤 勝也; 上田 涼史郎*; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 大野 豊

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 100, 2016/02

Bioremediation uses biological organisms to solve an environmental problem. However, microorganisms are sometimes not enough effective to achieve efficient recovery. Therefore, enhancing the functionality of microorganisms is needed to promote the active use of bioremediation. This study began with the purpose of development of Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. Previously, we suggested that ${it Deinococcus radiodurans}$ is the most suitable species for the development of high Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. Candidates of Cs-accumulating mutant were screened from the mutagenized cells by ion beam breeding technology on the basis of the luminescent intensity and the cell area as indicators of intracellular Cs level and cell growth, respectively. As a result, we obtained 33 candidates, whose Cs-accumulating abilities were over 2-fold higher than that of the wild-type, from the population of mutagenized cells.

論文

Improvement of symbiotic performance of ${it Sinorhizobium}$ with ${it Vigna marina}$ under high salt conditions using the ion beam mutation breeding

丸山 雄大*; 武田 喜代子*; 友岡 憲彦*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 横山 正*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 99, 2016/02

${it Vigna marina}$ is one of wild legumes, which called as Hamaazuki, are distributed at the vicinity of the coast from tropical to sub-tropical regions and have high salt tolerance among terrestrial plants. ${it V. marina}$ can grow at 400 mM NaCl condition. Furthermore, the root nodules on ${it V. marina}$ have a symbiotic relationship with rhizobia that related to the genus ${it Sinorhizobium}$ having high stress tolerance (500 mM NaCl, 45 $$^{circ}$$C, pH 10.5). Above both symbiotic partners showed extremely high salt tolerance, however, ${it V. marina}$ cannot develop root nodules with ${it Sinorhizobium}$ at over 80 mM NaCl conditions. To improve symbiotic performance of ${it V. marina}$ with ${it Sinorhizobium}$ under high salt conditions, ${it Sinorhizobium}$ bacterial cells were irradiated by carbon ion-beam at TIARA. However, so far, we could not obtain promising mutants having good symbiotic performance with Vigna marina under high salt conditions, yet.

論文

Breeding of high ethanol producing yeast by screening from mutant library

荻野 千秋*; Kahar, P.*; Lee, J. M.*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 近藤 昭彦*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 105, 2016/02

Ethanol fermentation from hydrolyzed lignocellulosic biomass with yeast is very important. However, in common sense, there are several chemical inhibitors for yeast from hydrolyzed biomass. Therefore, screening of yeast strain, possessing the tolerance properties against these chemical inhibitors, should be found from nature resources or mutant libraries. To overcome the problem, we have screened yeast strains tolerant to many chemical inhibitors contained in bagasse sugar lysate (BSL) at high temperature (35 $$^{circ}$$C) from 1500 strains out of national bio-resource center yeast collection. We found that F118 strain could grow and ferment BSL and produce ethanol. For increasing of the yield and ethanol fermentation efficiency of F118 strain, the adaptation of F118 strain to high temperature was conducted, followed by carbon ion beam irradiation. Consequently, we have successfully obtained F118S88 strain as a good candidate for ethanol production from BSL at high temperature.

論文

Accumulation of cesium and its association with intracellular polyphosphate in ${it Deinococcus radiodurans}$

上田 涼史郎*; 佐藤 勝也; 林 秀謙*; 鳴海 一成*; 大野 豊

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 101, 2016/02

It is suggesting a possibility that the polyphosphate granules in cells could accumulate harmful metal ions such as radiocesium to protect the cells from cytotoxicity. In this study, we investigated the accumulation of cesium and its association with intracellular polyphosphate in ${it Deinococcus radiodurans}$ using the gene disruptant and overexpressing strains. The cesium accumulation level in the disruptant and overexpressing strains was compared with that of the wild-type strain. The cesium accumulations in the ${it ppk}$ disruptant and overexpressing strains were slightly decreased and almost same, respectively. Like the intracellular polyphosphate level, the cesium accumulation level was significantly increased in the ${it ppx}$ disruptant strain. These results suggested that the intracellular polyphosphate level was positively correlated with the cesium accumulation level in ${it D. radiodurans}$.

論文

イオンビーム育種により得られた高カプロン酸エチル生産清酒酵母のゲノム配列解析,2

増渕 隆*; 渡口 和樹*; 林 秀謙*; 池永 裕*; 佐藤 勝也; 大野 豊

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 106, 2016/02

We conducted the gene function analysis of the high ethyl caproate producing sake yeast mutant (No.227) generated by ion beam breeding in order to develop a new method for sake yeast screening and find factors contributing the reduced ability to alcohol fermentation. The genome sequences of the No.227 and Kyokai 901 (its parental strain) were determined by a whole-genome shotgun strategy using pyrosequencing method. And the determined sequences were compared with that of the sake yeast strain Kyokai 7, which is characterized by the fermentation properties. Consequently, the No.227 carried mutations in the ${it FAS2}$ and ${it ERR2}$ genes as heterozygous state. It was suggested that these mutations in the ${it FAS2}$ and ${it ERR2}$ genes in the No.227 might be attributed to the high ethyl caproate production and the low alcohol fermentation ability, respectively.

論文

Evaluation of the effect of elevated concentrations of CO$$_{2}$$ in a greenhouse for tomato cultivation

石井 里美; 山崎 治明*; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 河地 有木; 島田 浩章*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 93, 2016/02

Tomato is popularly grown in environmentally controlled system such as a greenhouse for improvement of bioproduction. It is important to control the condition in the greenhouse for increasing the translocation of fixed carbon from the leaves to the growing fruits. Elevation of CO$$_{2}$$concentration is widely employed for that purpose; however, it is difficult to estimate its effect quantitatively because tomato plants have too large inter-individual variations with developing fruits. In this study, we employed a PETIS which is a live-imaging system of nutrients in plant body using short-lived radioisotopes including $$^{11}$$C. We also established a closed cultivation system to feed a test plant with CO$$_{2}$$ at set concentrations of 400, 1,500 and 3,000 ppm and a pulse of $$^{11}$$CO$$_{2}$$.

論文

Ion beam breeding of rice for the mutation breeding project of the Forum for Nuclear Cooperation in Asia (FNCA)

田中 淳; 長谷 純宏; 大野 豊; 石川 秀高*; 小池 亜紀*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 96, 2016/02

アジア原子力協力フォーラム(FNCA)は、内閣府/文部科学省が主導する原子力平和利用協力の枠組みであり、その1つの活動として放射線育種プロジェクトがある。イネの突然変異育種の第二期プロジェクト(2013$$sim$$2017)として、バングラデシュ, 中国, インドネシア, 韓国, マレーシア, モンゴル, フィリピン, タイ, ベトナム及び日本の10ヶ国が参加して、「持続的農業のためのイネの品種改良(環境耐性、少肥料多収等)」が実施されている。バングラデシュでは、イオンビームを用いて高収量の新品種が数系統確立され、その内の1品種BINAdhan-14は2013年に品種登録され、実用栽培が開始されている。マレーシアでは、品種MR219への照射に由来する、渇水耐性や病害抵抗性の強い変異系統の選抜に成功し、実用化を予定している。ベトナムでは品種Khang danへの照射により、高収量で耐倒伏性の高い系統を獲得した。

論文

スプレーギク"サザンチェルシー"におけるイオンビーム照射による黄色変異体の効率的な育種

田之頭 優樹*; 永吉 実孝*; 渡辺 剛史*; 長谷 純宏

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 98, 2016/02

これまでの夏秋スプレーギク品種「サザンチェルシー(桃色)」へのイオンビーム照射による花色変異体作出では、白色、赤樺色の変異体は出現するものの、黄色変異体は出現しなかった。そこで、得られた花色変異体の出現率や色素分析結果を踏まえ、目的とする花色変異体の出現率を想定した。原品種(桃色)への照射による赤樺色変異体の出現率、すなわちカロテノイド含量の増加が生じる頻度は1.4%と想定された。一方、白色変異体の出現率、すなわちアントシアニンの消失が生じる頻度は0.6%と想定された。カロテノイド及びアントシアニン含量の変化は、それぞれの生合成経路が異なることから独立の変異によって生じると考えられる。したがって、1回の変異誘発でアントシアニン消失とカロテノイド含量増加の2つの変化を併せ持つ黄色変異体が作出される頻度は極めて低く、0.0084%と推定される。この結果から、黄色変異体を得るためには、白色変異体への再照射によってカロテノイド含量の増加を引き起こすことが最も効率的であると考えられた。このことは、複数の形質を対象とした突然変異育種においては段階的に変異を誘発する方法が効率的であることを示唆する。

論文

佐系69(${it Citrus hanayu}$ $$times$$ ${it C. depressa}$)の植物体再生率に対する炭素イオンの照射効果

納富 麻子*; 長谷 純宏; 田中 義樹*; 竹下 大樹*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 102, 2016/02

佐賀県で選抜されたノビレチン高含有香酸カンキツ「佐系69」を材料として、さらにノビレチンを高含有する系統などの作出を目的としてイオンビームの適性照射線量を検討した。実生胚軸上のカルスにイオンビームを照射し、植物体の再分化率に及ぼす影響を調査した。非照射区の再分化率は97.7%であった。2, 4及び8Gy照射区では非照射区に比べて再分化率が低下したが、線量反応は明確ではなかった。4Gy照射区においても約8割の個体が再分化したことから、「佐系69」の放射線感受性は、これまで試験したカンキツ類のなかでは最も放射線感受性が低かった川野ナツダイダイと同等と考えられた。

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