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論文

原子力機構-東海タンデム加速器の現状

松田 誠; 長 明彦; 石崎 暢洋; 田山 豪一; 仲野谷 孝充; 株本 裕史; 中村 暢彦; 沓掛 健一; 乙川 義憲; 遊津 拓洋

Proceedings of 13th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1413 - 1417, 2016/11

原子力機構-東海タンデム加速器施設における2015年度の加速器の運転日数は141日であった。最高運転電圧は18MVで、10日間の利用があった。11月に加速器の放電により一部の加速管に不調が生じ、運転電圧を低く抑えて運転を継続せざるを得なくなり、年度末には最高運転電圧は13MVまで下がった。利用されたイオン種は15元素(18核種、22のイオン種)である。利用分野は核物理36%、核化学26%、原子物理・材料照射33%となっている。主な整備事項として、加速管の高エネルギー側にあるビームアパーチャーおよびファラデーカップ位置の再アライメントを行った。また、年度途中から不調となった加速管8本の交換作業を実施した。2015年度の加速器の運転・開発状況およびビーム利用開発について報告する。

報告書

多重極磁場を用いた裾無し小径イオンビーム形成の研究(共同研究)

横田 渉; 百合 庸介; 渡邊 伸一*; 大城 幸光*; 久保野 茂*

JAEA-Technology 2016-005, 21 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2016-005.pdf:2.24MB

理化学研究所のAVFサイクロトロンに設置された低エネルギー不安定核ビーム分離器(CRIB)を用いて原子核物理学研究を実施している東京大学原子核科学研究センター(CNS)と、同様規模のAVFサイクロトロンを有し、材料開発研究のために八極磁場を用いた大面積均一ビーム形成技術を開発している原子力機構高崎量子応用研究所は、サイクロトロンで加速したビームのターゲットにおける強度を高める技術開発を共同研究の下に行った。具体的には、通常大きな裾のあるビーム強度分布を持つサイクロトロンのビームを、CRIBのガスターゲットの直径6mmのオリフィスを損失無く通過させるために、裾無しの小径ビームに形成する技術を検討した。計測したエミッタンスに基づく粒子トラッキングシミュレーションの結果、裾を折畳むには八極磁場が有効で、現在のビームラインに八極電磁石を入れて約10mm径のビームが形成できることがわかった。しかし目標の6mm径に近づけるためには、更に電磁石を導入するとともにビームのエミッタンスを小さくする必要があることが明らかになった。また、ターゲットまでのビームパスレングスとレンズ系の組合せが自由に選べれば目標を達成できる可能性があることもわかった。

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

The Bystander cell-killing effect mediated by nitric oxide in normal human fibroblasts varies with irradiation dose but not with radiation quality

横田 裕一郎; 舟山 知夫; 武藤 泰子*; 池田 裕子; 小林 泰彦

International Journal of Radiation Biology, 91(5), p.383 - 388, 2015/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:34.97(Biology)

本研究ではバイスタンダー効果の線量及び線質依存性と関連する分子メカニズムを調べるため、$$gamma$$線あるいは炭素イオンビームで照射したヒト線維芽細胞を非照射細胞と共培養した。その結果、照射細胞に曝露する線量の増加につれて非照射細胞の生存率は低下し、一酸化窒素(NO)ラジカルが酸化して生じる培養液中の亜硝酸イオン濃度は上昇した。それらの線量応答は$$gamma$$線と炭素イオンの間で類似していた。また、NOラジカルの特異的消去剤で処理することで非照射細胞の生存率低下は抑制された。さらに、非照射細胞の生存率と培養液中の亜硝酸イオン濃度は負に相関した。以上の結果から、ヒト線維芽細胞においてNOラジカルが媒介するバイスタンダー効果は放射線の線量に依存するが線質には依存しないことが明らかになった。NOラジカルの産生は$$gamma$$線及び炭素イオンが誘発するバイスタンダー効果の重要な決定因子の一つかもしれない。

論文

Analysis of bystander effect induced by cell membrane response in glioma cells

和田 成一*; 安藤 達彦*; 渡辺 彩*; 柿崎 竹彦*; 夏堀 雅宏*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 横田 裕一郎; 小林 泰彦

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 79, 2015/03

これまでのマイクロビームを用いた細胞の局部照射実験でバイスタンダー効果の誘導には細胞核の損傷応答だけでなく細胞膜応答も重要であり、細胞膜応答分子であるスフィンゴミエリナーゼがその応答に関与することが明らかになってきた。しかし、スフィンゴミエリナーゼがどのようにして細胞間情報伝達に関与しているかはまだ明らかになっていない。そこで本研究では、照射後に細胞外に分泌されるスフィンゴミエリナーゼが、細胞から放出され、細胞間情報伝達に関与する膜小胞であるエクソソーム内に含有されているかを解析した。照射したグリオーマ細胞をから細胞外に放出されたエクソソーム中にスフィンゴミエリナーゼが含まれるか解析するため、培養上清からExo Quickによるエクソソームの精製を行い、抗スフィンゴミエリナーゼ抗体を用いたウエスタンブロットを行った。その結果、照射によって細胞外に分泌されたスフィンゴミエリナーゼは主にエクソソームの形態で細胞外に分泌されることが明らかになった。この結果からバイスタンダー効果においてスフィンゴミエリナーゼ自身がバイスタンダー因子としてシグナル伝達に関与することが示唆された。

論文

カイコ初期発生卵における重イオンビーム照射の影響

上田 大介*; 白井 孝司*; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; 横田 裕一郎; 小林 泰彦

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 84, 2015/03

これまで産下2時間後のカイコ初期発生卵に10Gyの炭素イオンを照射すると短時間の発生停止の後に発生を再開するものの、傷害の修復は不完全であり、多くの卵が、産下12-13時間後に傷害核がアポトーシスにより排除されることで孵化することなく致死することを報告した。そこで、本研究では、カイコ初期発生卵における放射線に対する応答の詳細をさらに明らかにすべく、受精直前と受精後卵黄内核分裂期に照射を行うことでその影響を調査した。最初に、産下1.5時間の受精直前の卵に炭素イオン照射を行った。その結果、照射卵では受精直後に発生が停止し、非照射卵と比較すると平均して約2時間の発生遅延が認められた。この結果は、照射によって前核に生じたDNA損傷は受精を阻害しないことを意味する。次に、卵黄内核分裂期である産下6時間後の卵に炭素イオン照射を行い、その後の発生を調査した。その結果、非照射卵と比較して明らかな発生遅延が認められ、発生再開に要する時間は、産下1.5時間の卵の場合と較べ約2倍必要となることが明らかになった。

論文

LET dependency of human normal dermal cells survival in carbon ion irradiation

吉田 由香里*; 溝端 健亮*; 松村 彰彦*; 磯野 真由*; 八高 知子*; 中野 隆史*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 金井 達明*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 81, 2015/03

日本の炭素線治療において臨床線量を決定するために用いられているclinical RBE (cRBE)はexperimental RBE (eRBE)にscaling factorをかけたものである。eRBEはhuman salivary gland(HSG)細胞を用いたコロニー形成法によりlinear-quadratic(LQ)モデルで得られた$$alpha$$値および$$beta$$値から求められた各LETにおけるRBEが採用されており、これが全ての患者(すなわちすべての細胞および組織)における炭素線治療計画に反映されている。しかしながら、RBEは線量,線量率,細胞や組織の種類、エンドポイント、酸素化の程度などにより異なる。そこで、群馬大学重粒子線照射施設(GHMC)のLET 13$$sim$$80keV/$$mu$$m、および原子力機構TIARAのLET 108$$sim$$158keV/$$mu$$mの炭素線を用い、その線量分布を評価すると共に、ヒト正常皮膚細胞への照射を行い、得られたRBE値について過去のHSG細胞の結果と比較・解析した。

論文

NHEJ repair rather than HR repair is the primary function to target to enhance radiosensitization at high LET values

高橋 昭久*; 久保 誠*; 五十嵐 千恵*; 吉田 由香里*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 中野 隆史*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 82, 2015/03

放射線によるDNA二本鎖切断(DSB)は致命的であるが、相同組換え(HR)および非相同末端結合(NHEJ)によって修復される。そこで、我々は殺細胞効果におよぼすDNA二本鎖切断修復のLET依存性を明らかにすることを目的に、DNA二本鎖切断修復の異なる細胞における高LET放射線感受性をコロニー形成法で評価した。その結果、NHEJがはたらく野生型細胞とHR欠損細胞は108keV/$$mu$$mの炭素線で高いRBE値を示した。SER値はHR修復欠損ではLETの違いによらず約2と一定だったのに対して、NHEJ修復欠損ではX線に比べて、HR修復欠損よりも高い値を示した。

論文

Increase in cell motility by carbon ion irradiation via the Rho signaling pathway and its inhibition by the ROCK inhibitor Y-27632 in lung adenocarcinoma A549 cells

村田 和俊*; 野田 真永*; 尾池 貴洋*; 高橋 昭久*; 吉田 由香里*; 鈴木 義行*; 大野 達也*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 高橋 健夫*; et al.

Journal of Radiation Research, 55(4), p.658 - 664, 2014/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:39.32(Biology)

ヒト肺がん細胞A549株のRhoシグナル伝達経路を介した遊走能に対し、炭素線照射が及ぼす影響を解析した。照射48時間経過後、炭素線照射したA549細胞の遊走能は大きくなり、遊走突起の形成も増加した。この遊走能の炭素線照射による増加は、X線照射後のそれと類似していた。ウェスタンブロット解析の結果は、照射した細胞がP-MLC2-S19タンパク質発現を増加させている一方で、MLC2タンパク質ファミリー全体の発現量に変化がないことを示した。ROCKタンパク質阻害剤であるY-27632の細胞への投与は、このP-MLC2-S19タンパク質の発現増加を抑制し、遊走能を低下させた。これらの結果より、ヒト肺がん細胞A549細胞への炭素線照射は、細胞遊走能をRhoシグナル伝達経路経由で増加させており、それはROCKタンパク質阻害剤で抑制されることが明らかとなった。

論文

原研・高崎研の重イオンマイクロビームの現状

小林 泰彦; 舟山 知夫; 和田 成一; 坂下 哲哉; 柿崎 竹彦; 浜田 信行*; 横田 裕一郎; 古澤 佳也*

KEK Proceedings 2005-5, p.6 - 8, 2005/10

環境ラドン被曝や銀河宇宙線など極低フルエンス率の高LET重イオンによる生物影響を明らかにするためには、マイクロビームを用いた細胞照射実験が有効な手段となる。そこで、原研・高崎研では、個別の培養細胞に照準して正確な個数の重イオンを照射し、その影響を経時的に観察する実験システムを開発している。今回、照射前に試料を自動スキャンして細胞を検出するオフライン顕微鏡及び取得した座標データに従ってビーム位置に標的細胞を移動するオンライン顕微鏡の各々の試料ステージを更新し、従来は$$pm$$10$$mu$$m以上の誤差があった試料移動の位置再現精度が$$pm$$1$$mu$$mに向上した。これによって、多数の標的細胞を次々に自動照準して連続的にシングルイオン照射することが可能になった。併せて、最近の細胞照射実験の結果についても報告する。

論文

Effects of heavy-ion radiosurgery on the hemopoietic function of the silkworm ${it bombyx mori}$

Tu, Z.; 小林 泰彦; 木口 憲爾*; 渡辺 宏; 山本 和生*

Journal of Radiation Research, 43(3), p.269 - 275, 2002/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:65.24(Biology)

原研高崎研イオン照射研究施設(TIARA) に設置された生物用重イオン照射装置を利用し、重イオンビームの局部照射によるラジオサージャリー技術を用いてカイコの造血器官の機能解析を試みた。カイコ幼虫における血液中の血球密度の変動を調べた結果、非照射の対照蚕の5齢0日目から5齢3日目まで血液中の血球密度が発育に伴い徐々に上昇し、それ以降熟蚕期にかけて急上昇した。一方、4齢催眠期幼虫の造血器官に致死的線量の重イオンを局部照射した場合は、造血器官の機能のみが障害をうけ、5齢0日目から5齢3日目まで血球密度は変化しなかった。5齢4日目以降になって、血球密度の上昇が認められたが、対照蚕と比較すると低いレベルに留まった。一方の造血器官にのみ照射した場合、もう一方の造血器官による血球密度の補償作用は見られなかった。

論文

A New diagnostic method for electromagnetic field patterns of fast waves during FWCD experiments in JFT-2M

三枝 幹雄*; 金澤 貞善*; 小川 俊英; 川島 寿人; 菊池 一夫; 井戸 毅*; 福山 淳*

Nuclear Fusion, 42(4), p.412 - 417, 2002/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:96.25(Physics, Fluids & Plasmas)

トロイダルプラズマ中での速波電磁界分布の新しい診断法を開発した。JFT-2Mの速波電流駆動(FWCD)実験において、2つの近接した周波数を持つ速波を入射し、そのビート波周波数のポテンシャル揺動分布を重イオンビームプローブ(HIBP)計測によって検出できた。ポテンシャル揺動の強度は電子温度の減少とともに増大した。これは、電子ランダウ減衰による波の吸収が電子温度に依存することを示す。測定したポテンシャル揺動は理論計算による予測とおおむね一致することを確認した。

論文

Radiofrequency experiments in JFT-2M; Demonstration of innovative applications of a travelling wave antenna

小川 俊英; 星野 克道; 金澤 貞善*; 三枝 幹雄*; 井戸 毅*; 川島 寿人; 糟谷 直宏*; 高瀬 雄一*; 木村 晴行; 三浦 幸俊; et al.

Nuclear Fusion, 41(12), p.1767 - 1775, 2001/12

 被引用回数:20 パーセンタイル:40.42(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mでは、世界で初めて速波電流駆動用に進行波型(コムライン)アンテナを用いた実験を行い、新しい応用の実証を行っている。電子サイクロトロン加熱中のプラズマで、方向性の高い速波入射により少なくとも10keV以上の高エネルギー電子がプラズマ中心に生成されることを確認した。電流駆動方向を変えた放電を比較したが、ループ電圧、軟X線スペクトルに顕著な差は見られず、駆動電流の評価には至っていない。2周波数同時入射によって励起されるビート波が作るPonderomotiveポテンシャルを重イオンビームプローブ計測を用いて測定することに成功した。0.4$$<$$r/a$$<$$1.0の範囲でポテンシャルの空間分布が測定でき、速波の電磁界分布の直接測定法として使える可能性を示した。コムライン・アンテナが作る高周波電界により、広いトロイダル磁場範囲でプラズマが生成できることを実証した。

論文

Direct measurement of electromagnetic field pattern of fast wave in FWCD experiments using ponderomotive potential produced by beat wave in JFT-2M

三枝 幹雄*; 金澤 貞善; 小川 俊英; 井戸 毅*; 川島 寿人; 菊池 一夫; 福山 淳*; 神谷 健作; JFT-2Mチーム

Proceedings of 2000 International Congress on Plasma Physics (ICPP 2000), Vol.3, p.844 - 847, 2000/00

トロイダルプラズマ電流駆動方式として有望な速波電流駆動方式の物理的研究をJFT-2Mにおいて行った。従来は電流が駆動されたか否かをマクロにループ電圧の減少、モーショナルシュタルク効果による電流分布解析を用いて行っていたが、より詳細な波動物理の研究を可能とするため、直接トカマクプラズマ中の高周波電界分布を測定する新しい方法を提案し、実験,理論及び数値計算により実証を行った。具体的な方法としては2つの周波数の速波を同じアンテナから励起し、そのビート波により生じるポンデロモーティブポテンシャルの振幅分布を、重イオンビームプローブで測定した結果、Full waveコードの計算結果とほぼ一致することを確認した。

論文

重イオンビームの全体及び局部照射が家蚕の成長と形態形成に及ぼす影響

Tu, Z. L.*; 山崎 修平*; 白井 孝治*; 金勝 廉介*; 木口 憲爾*; 小林 泰彦; 田口 光正; 渡辺 宏

日本蚕糸学雑誌, 68(6), p.443 - 453, 1999/00

重イオンビームの家蚕に及ぼす生物影響とその利用法を開発する目的で、家蚕の4・5齢幼虫に重イオンを全体あるいは局部照射し、その後の成長及び形態形成に及ぼす影響を調べた。Cイオン及びHeイオンの全体照射実験から、両イオンの照射効果はほぼ同様であり、4齢幼虫は5齢幼虫よりも感受性が高いこと、蛹化率及び羽化率は照射線量が増大するにつれて低下することがわかった。4齢催眠期幼虫及び熟蚕に局部照射した場合は、その後の生存に大きな影響は見られないが、照射部位に線量に応じて卵形成阻害や翅・鱗毛の欠失などの局部的な影響が誘導された。局部照射により熟蚕の組織・器官の重イオン感受性を調べたところ、生殖巣が最も感受性で(部分障害を誘導する表面線量=10~40Gy)、次いで外部生殖器、複眼、触角及び翅の原基等で高く(20~70Gy)、皮膚組織(150~175Gy)や神経系(500~900Gy)で低いことが明らかになった。これらの結果から、重イオンの局部照射によってラジオサージャリが可能であり、各種の生体機能解析研究に有用であることが示唆された。

論文

JAERI recoil mass separator

池添 博; 永目 諭一郎; 生田 智彦*; 濱田 真悟; 西中 一朗; 大槻 勤*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 376, p.420 - 427, 1996/00

 被引用回数:36 パーセンタイル:6.01

反跳生成核分離装置がタンデム加速器の実験装置として建設され、その性能テストが、重イオンビーム$$^{127}$$Iと$$^{28}$$Siを使って行われた。設計値どおりの性能が確認された。特にこの装置は、バックグランドを低減するため、装置に工夫がなされており、これによってバックグランドを大きく減少でき、断面積の極小さな反応生成物も検出できるようになった。ここでは装置の仕様とビームテストの結果を報告する。主な結果は、ゼロ度方向(ビームの入射方向)でのバックグランドはビーム量約10$$^{12}$$に1個の割合であった。又生成核の質量分解能はA/$$Delta$$A~300であった。

論文

重イオンビームのマイクロドシメトリー

南波 秀樹; 青木 康; 古川 勝敏; 大野 新一; 古牧 睦英

第4回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.131 - 134, 1991/07

東海研究所のタンデム加速器を用いて、気体アルゴンに高エネルギー重イオンビームを照射し、生成する電荷量(W値)を測定するとともに、小型の可動式電離箱を用い、イオンビームの径方向でのイオン化の空間分布を測定した。

論文

JAERI tandem superconducting booster

竹内 末広

Proc. of the 2nd Int. Symp. on Advanced Nuclear Energy Research; Evolution by Accelerators, p.357 - 361, 1990/00

原研物理部ではタンデム加速器からの重イオンビームのエネルギーを更に加速する超電導ブースターの開発を行っている。ブースターは40個のNb製1/4波長型超電導空洞からなるリニアックである。既に4個の超電導空洞をバンチャー、デバンチャー用に製作し、テストの結果どれも5~6MV/mという高い加速電界をわずか4ワットの高周波入力で得ることができた。この5MV/mは加速電圧として0.75MVに相当する。したがって30MV相当のリニアックを実現することができる。リニアックは既に製作が行われており1992年3月に完了する予定である。バンチャーは、130MHzと260MHzの超電導空洞から成りタンデムからのビームを約60%バンチする予定であり、リニアックで加速後デバンチャーでエネルギーを揃えて90゜偏向電磁石でエネルギー分析しCWビームを実験室へ導く予定である。建家・冷凍機等は1992年3月まで完成し、1993年初頭にはビームテストを行う予定である。

論文

Preriminary operation results of JAERI ECR ion source octopus

横田 渉; 荒川 和夫; 立川 敏樹*; 佐藤 岳実*; C.Dupont*; Y.Jongen*

Proc. of the 7th Symp. on Accelerator Science and Technology, p.68 - 70, 1989/00

原研AVFサイクロトロンの外部イオン源であるECRイオン源(OCTOPUS)がベルギーのI.B.A.社にて製作され、試験運転が行われた。重イオンビームの生成試験と、イオン源から発生するX線の測定結果について報告する。

口頭

ヒト正常皮膚細胞における炭素線照射による生物学的効果のLET依存性の解析

溝端 健亮*; 吉田 由香里*; 松村 彰彦*; 磯野 真由*; 八高 知子*; 安藤 興一*; 舟山 知夫; 大野 達也*; 中野 隆史*; 金井 達明*

no journal, , 

日本の炭素線治療において臨床線量を決定するために用いられているclinical RBE(cRBE)はexperimental RBE(eRBE)にscaling factorをかけたものである。eRBEは過去にHSG細胞を用いたコロニー形成法により求められたRBEが採用されており、これが全ての患者および組織における炭素線治療計画に反映されている。本研究では異なる組織・異なる細胞種において従来のeRBEを用いることが妥当かどうかを検討した。NHDF細胞にX線または炭素線を照射しコロニーアッセイを行った。細胞生残率はLQモデルでフィットさせ、D10を求めてRBEを算出した。得られたそれぞれの値についてHSG細胞の結果と比較・解析した。その結果、NHDF細胞から得られたRBEはLET依存的に増加した。この傾向はHSG細胞の結果と一致しているが、それぞれのRBE値を比較するとNHDF細胞はHSG細胞よりも高かった。このことから、様々な組織に対する効果の評価にはそれぞれの組織毎にscaling factorを変える必要がある可能性が示唆された。

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