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古田 琢哉
Isotope News, (787), p.20 - 23, 2023/06
炭素線治療は従来の放射線治療よりも腫瘍部への線量が集中する優位性を持つが、正常組織での二次的ながんの発生原因となり得る照射を完全に無くすことは困難である。現状の線量評価では治療効果と周辺重要臓器の急性障害の回避を目的に治療部位近傍に限定した評価が行われており、2次発がんなどの副作用に影響する低線量の領域まで評価が行われていない。そこで、重粒子線治療の計画データを基に、重粒子ビーム照射体系を再構築し、PHITSによって、2次粒子の挙動も含めて重粒子線治療を正確に再現するシステムRT-PHITS for CIRTを開発した。このシステムを用いることで、過去に実施された重粒子線治療の患者全身における線量評価が可能で、評価結果を治療後の2次がん発生等の疫学データと組み合わせることで、放射線治療後の副作用と被ばく線量の相関関係を明らかにすることができる。
古田 琢哉; 古場 裕介*; 橋本 慎太郎; Chang, W.*; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 石川 諒尚*; 佐藤 達彦
Physics in Medicine & Biology, 67(14), p.145002_1 - 145002_15, 2022/07
被引用回数：2 パーセンタイル：47.19(Engineering, Biomedical)炭素線治療は従来の放射線治療よりも腫瘍部への線量集中性に関する優位性を持つが、二次的ながんの発生原因となり得る正常組織への照射を完全に無くすことは困難である。そのため、発がんリスクを照射炭素ビームの核反応によって生成される二次粒子による線量まで含めて評価するには、計算シミュレーション解析が有効となる。本研究では、PHITSコードを中核とした炭素線治療の線量再構築システムを開発した。このシステムでは、治療計画を記録したDICOMデータから自動でPHITSの入力ファイルを作成し、PHITSシミュレーションの実行によって腫瘍および周辺正常組織での線量分布を計算する。PHITSの様々な機能を利用することで、粒子毎の線量寄与や二次粒子の発生場所の特定など、詳細な解析が実施可能である。開発したシステムの妥当性は、水中での線量分布の実験結果や人体等価ファントムへの治療計画との比較により確認した。今後、本システムは量子科学技術研究開発機構において、過去の治療データを用いたシミュレーション解析による遡及的研究に利用される予定である。
Chang, W.*; 古場 裕介*; 古田 琢哉; 米内 俊祐*; 橋本 慎太郎; 松本 真之介*; 佐藤 達彦
Journal of Radiation Research (Internet), 62(5), p.846 - 855, 2021/09
被引用回数：2 パーセンタイル：26.61(Biology)炭素線治療の治療計画をモンテカルロシミュレーションによって再評価するためのツール開発の一環として二つの重要な手法を考案した。一つは治療計画装置に含まれる校正済みのCT-水阻止能表を反映しつつ、患者CT画像から物質識別を行う手法である。もう一つの手法は、粒子およびエネルギー毎に生体物質と水との阻止能比を考慮し、水等価線量を導出することを目的としたものである。これらの手法の有効性を確認するため、生体物質および水で構成される均質および不均質ファントムに対し、SOBPサイズ8cmの炭素線を400MeV/uで照射するシミュレーションをPHITSで計算し、得られた線量深さ分布を従来の治療計画装置による結果と比較した。その結果、従来の治療計画装置で採用されている生体物質を全て水に置換する手法では、異なる物質において二次粒子の発生率が一次粒子の阻止能に単純に比例するため、二次粒子による線量寄与を評価する上で不適切であることが分かった。一方、各物質の二次粒子の発生率を適切に考慮した新しい手法は炭素線治療の再評価において、重要な役割を果たすことが期待できることが分かった。
奥村 啓介
シビアアクシデント時の核分裂生成物挙動, p.116 - 121, 2021/05
事故進展解析,内部調査結果(カメラ映像や断片的な線量率実測値),サンプリング分析値などの情報と、燃焼・放射化計算及び放射線輸送計算等の理論計算を組み合わせ、破損および汚染された仮想的な福島第一原子力発電所の3次元プラントモデルを計算機上に構築し、格納容器内の最も確からしい線源・線量率分布を推定するための手法開発を行った。また、格納容器内モデルに配置した放射線検出器の応答計算に基づき、セシウムに汚染された格納容器内で、燃料デブリを探査するために有効な手法を提言した。
Malins, A.; 町田 昌彦; Vu, TheDang; 相澤 一也; 石田 武和*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 953, p.163130_1 - 163130_7, 2020/02
被引用回数：6 パーセンタイル：60.71(Instruments & Instrumentation)Radiation transport simulations were used to analyse neutron imaging with the current-biased kinetic inductance detector (CB-KID). The PHITS Monte Carlo code was applied for simulating neutron, 
He, 
Li, photon and electron transport, 
B(n,
)Li reactions, and energy deposition by particles within CB-KID. Slight blurring in simulated CB-KID images originated He and Li ions spreading out in random directions from the B conversion layer in the detector prior to causing signals in the 
and 
superconducting Nb nanowire meander lines. 478 keV prompt gamma rays emitted by Li nuclei from neutron-B reactions had negligible contribution to the simulated CB-KID images. Simulated neutron images of B dot arrays indicate that sub 10 
m resolution imaging should be feasible with the current CB-KID design. The effect of the geometrical structure of CB-KID on the intrinsic detection efficiency was calculated from the simulations. An analytical equation was then developed to approximate this contribution to the detection efficiency. Detection efficiencies calculated in this study are upper bounds for the reality as the effects of detector temperature, the bias current, signal processing and dead-time losses were not taken into account. The modelling strategies employed in this study could be used to evaluate modifications to the CB-KID design prior to actual fabrication and testing, conveying a time and cost saving.
Mohammadi, A.*; 木名瀬 栄; Safavi-Naeini, M.*
Computational Anatomical Animal Models; Methodological Developments and Research Applications, p.3_1 - 3_27, 2018/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.04(Anatomy & Morphology)The review summarizes the history of development of the computational models during the last 24 years with some provision about what to expect in the near future for their application in preclinical research, radiation dosimetry calculations and imaging physics research. Around 26 computational mouse models have been constructed for various researches in ionizing and nonionizing radiation dosimetry, preclinical imaging including multimodality imaging and instrumentation, image processing and analysis. The approach of using the computational mouse models and simulation tools are very useful comparing the experimental approach using physical phantoms or real mice due to high cost and complexity of organizing an experimental research.
大図 章; 米田 政夫; 呉田 昌俊; 中塚 嘉明; 中島 伸一
日本原子力学会誌ATOMO
, 59(12), p.700 - 704, 2017/12
ウラン廃棄物ドラム缶内のウラン量を定量する従来の非破壊測定法では、内容物の種類やウランの偏在に起因する測定誤差の大きさが問題となるケースや、さらに長時間の測定時間が必要となる測定上の問題がある。このような問題を解決する高速中性子直接問いかけ法というアクティブ中性子非破壊測定法を開発し、実廃棄物ドラム缶のウラン定量に実用化することができた。本報では、本測定法を概説するとともに今後の展望について解説する。
濱松 清隆; 滝塚 知典; 林 伸彦; 小関 隆久
Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00
ITER等の核燃焼プラズマでは、新古典テァリング・モード(NTM)の安定化が重要課題の一つとされ、電子サイクロトロン(EC)波による電流駆動(ECCD)の有効牲が注目されている。この安定化には、NTMによる磁気島内部での電流駆動が有効であるが、ECCDの数値解析は光線追跡法によってEC波の伝播・吸収を評価し、フォッカー・プランク(FP)方程式によって電子の速度分布関数の歪みを解析し駆動電流を評価する方法が一般的である。このFP方程式による解析では、磁場は軸対称であり磁気面が入れ子状であると仮定している。しかし、NTMによる磁気島が存在する場合には、上の仮定条件が破れ、通常の方法によるECCD解析の妥当性が疑問となる。このため、クーロン衝突並びにEC波の吸収過程をモンテカルロ法で模擬し、電子軌道を追跡する数値シミュレーションを行った。その結果、磁気島の無い場合の電流駆動効率と比較して磁気島内部での電流駆動効率は1桁以上大きいことを見いだした。
Malins, A.; 今村 直広*; 新里 忠史; Kim, M.; 佐久間 一幸; 篠宮 佳樹*; 三浦 覚*; 町田 昌彦
no journal, ,
About 72
of the 
Cs and 
Cs fallout in Fukushima Prefecture from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) deposited on forests. Future choices for the management of contaminated forests depend on estimates of radiation doses to workers and residents under different management scenarios. This talk describes research conducted with PHITS to understand the factors necessary for creating appropriate models for calculating ambient dose equivalent rates (
*(10)) in forests from inventories of s and Cs. The models herein were based measurements from FFPRI and JAEA surveys of forest sites in Fukushima and Ibaraki Prefectures. These surveys provided measurements of densities, dimensions, moisture contents and Cs and 
Cs inventories of crowns, trunks, organic layers and soil in the forests. Three geometry models were created for forests, varying from a simple model representing trees and the atmosphere as homogeneous layers of matter, to models with representations of individual tree trunks and crowns. A new PHITS function allows counter values to be set separately for source particles upon generation from each multi-source, meaning the contributions from radiation originating in different source regions to *(10) could be calculated easily. The counter function also allowed calculation of the contributions of scattered and unscattered photons to *(10) separately. Good correlation was obtained between simulated and measured *(10) values across nine sites for the 2011-17 period (Fig. 1). Despite the different levels of geometric detail, the results from all three geometry models were all within a few percent of each other. The elemental compositions chosen for materials had a negligible effect on the calculations.
甲斐 健師; 松谷 悠佑; 佐藤 達彦
no journal, ,
放射線照射により生じたDNA損傷は、数nm以内に複数誘発されると修復効率が極端に減少し、有害な生物影響をすると考えられている。しかしながら、そのような損傷を実験により検出することは非常に困難である。本研究では、放射線DNA損傷を推定するため、動的モンテカルロコード(DMCC)を開発している。本コードを利用した結果より、酸化DNA損傷と還元的DNA損傷から構成される複雑なDNA損傷形成が推定された。DMCCの一部は放射線輸送計算コードPHITSに実装された。従来PHITSはマクロな体系中における放射線挙動を解析することを得意としたが、これにより、ミクロなDNA損傷推定も可能になった。本講演では、DMCCについて説明し、DMCCやPHITSの飛跡構造解析コードを利用したDNA損傷形成や収量評価について議論する。
佐藤 哲也; 永目 諭一郎*; Eichler, R.*
no journal, ,
アクチノイド系列末端に位置する103番元素ローレンシウム(Lr)は、大きな原子番号に起因する強い相対論効果の影響によって、ランタノイド系列末端のルテチウム(Lu)に比べて、高い揮発性をもつ可能性が指摘されている。我々はこれまでに、新たに開発した表面電離法を用いてLrの第一イオン化エネルギー決定にはじめて成功するとともに、理論計算との比較からLr原子の電子構造を類推してきた。この手法では、高温のタンタル金属表面を用いて、Lr原子の表面電離イオン化をおこなう。金属表面温度が十分高い場合、イオン化効率はSaha-Langmuir式によって見積もることができるが、温度が低い場合には、金属表面への対象原子の吸着損失が避けられず、見た目のイオン化効率はS-L式からの予想値よりも小さくなる。本研究では、イオン源表面における対象原子の吸着損失を見積もるため、モンテカルロシミュレーションコードの開発をおこなった。本シミュレーションコードでは、熱イオン化過程と、固体表面における吸着-脱離過程を組み合わせることで、対象原子のイオン化挙動を記述した。
渡邊 裕貴; 細見 健二; 金子 順一*; 新井 知大*; 高田 千恵
no journal, ,
モンテカルロシミュレーションを用いた体外計測法の高度化の一環として肺モニタ(Ge検出器)及び校正用ファントムの計算モデル化を進めている。本発表では、人体の組織・臓器の形状及び組成を模擬したLLNL Torso Phantomについて、X線CT装置で撮像したCTデータからボクセルデータへ変換する方法にて計算モデル化し、ファントム中の肺形状線源(Am-241及びPu-239)による
・X線スペクトルについて、シミュレーション及び実測での結果を報告する。
山本 和喜; 徐 平光; 岩本 ちひろ*; 高村 正人*; 大竹 淑恵*; 菖蒲 敬久
no journal, ,
構造材の材料開発においては、材料の遅れ破壊,疲労破壊及び腐食の原因となる残留応力の低減並びに損傷破断の防止が求められており、これらのオンサイト評価が極めて重要とされている。こうしたことから、理研では小型加速器中性子源(RANS)を用いた回折計を開発しており、オンサイト評価を想定した中性子回折実験の材料開発及び工法開発の適用性を調査している。小型中性子源には測定精度の向上、測定時間の短縮等さまざまな課題があり、これまで実験的に最適な条件を模索してきたが、2021年度より中性子輸送シミュレーションによる評価を開始したところである。PHITS及びMVPを用いてMcStas用の線源コンポーネントを開発した。このコンポーネントを用いて2019年に実施したFe材の回折実験の再現を試みたところ、そのシミュレーション結果は実験で得られた回折線の特徴をよく捉えたものであった。今後、本手法を向上させ、小型加速器中性子源のオンサイト評価に係る課題解決のツールとして利用したい。
石川 諒尚*; 古場 裕介*; 古田 琢哉; Chang, W.*; 橋本 慎太郎; 米内 俊祐*; 松本 真之介*; 佐藤 達彦
no journal, ,
炭素線治療におけるがんの治療効果や局所制御率に、腫瘍領域での線量平均線エネルギー付与値(LETd)が密接に関係するとの報告がある。しかし、量子科学技術研究開発機構QST病院の炭素線治療データには、計画時の物理線量および生物線量しか登録されておらず、LETdを直接調べることができない。簡易的な手法として、LETdと生物学的効果比との関係性を利用してLETdを導出する方法が提案されているが、炭素線の終端付近で関数の一価性が崩れる問題等が知られている。一方、我々は治療計画データに従い、炭素線治療の照射体系を再構築し、治療を再現したモンテカルロシミュレーションを実行する手法を確立した。シミュレーション時にLETdも直接計算することができる。そこで、モンテカルロ計算によるLETdと簡易手法で治療計画システムから導出されるLETdを比較することで、簡易手法の有効性について検証した。予想通り炭素線の終端付近で、簡易手法によるLETdが過少評価になるものの、影響が局所的であることから、簡易手法はLETdを臓器スケールで計算する目的では十分有効であることを確認した。
渡邊 裕貴; 細見 健二; 川崎 晃平*; 江崎 巌*; 高田 千恵
no journal, ,
福島第一原子力発電所には、Csなどの
()核種に加え、
Amなどの核種、
Sr-Yなどの純核種等の多様な核種が存在しており、廃炉作業で万一内部被ばくした場合、同時に複数核種を摂取することになる。AmやPuの吸入摂取時に用いられる肺モニタは、低エネルギーの線や特性X線を測定対象としていることから、同時摂取により肺中に共存するCs及びSr-Yが妨害核種となり、Ge結晶内でのコンプトン散乱や線の制動放射によって測定対象核種の線スペクトルのベースライン(カウント数)が増加することが想定される。そこで本研究では、複数核種の同時摂取に対する肺モニタ測定の適用性を、ICRP Publ.110のボクセルファントム(以下、ICRPファントム)を用いたモンテカルロシミュレーションにより評価したので報告する。
