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論文

Ion-species dependent bystander mutagenic effect on ${it HPRT}$ locus in normal human fibroblasts induced by C-, Ne- and Ar-ion microbeams

鈴木 雅雄*; 舟山 知夫; 横田 裕一郎; 武藤 泰子*; 鈴木 芳代; 池田 裕子; 服部 佑哉; 小林 泰彦

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 78, 2015/03

これまでに、バイスタンダー効果で誘発される細胞死や染色体変異における照射イオン種依存性の解析を進めてきた。2015年度の研究では、バイスタンダー効果による${it HPRT}$遺伝子の変異誘発におけるイオン種依存性を、ヒト正常線維芽細胞を用いて解析した。コンフルエントに培養した細胞試料に対し、16$$times$$16マトリックス照射法で、異なる核種(炭素,ネオン,アルゴン)のマイクロビーム照射を行った。${it HPRT}$遺伝子の変異誘発頻度は、6-チオグアニン耐性コロニーの頻度で測定した。炭素イオンマイクロビーム照射した試料では、非照射試料およびギャップジャンクション経由の細胞間情報伝達に特異的な阻害剤で処理した試料と較べ、変異頻度が6倍高くなった。一方、ネオン及びアルゴンマイクロビームで照射した試料では、このような変異頻度の上昇が認められなかった。この結果は、ギャップジャンクションを介したバイスタンダー効果による突然変異誘発において、イオン種依存性が存在すること意味する。

論文

Genetic changes in progeny of bystander human fibroblasts after microbeam irradiation with X-rays, protons or carbon ions; The Relevance to cancer risk

Autsavapromporn, N.*; Plante, I.*; Liu, C.*; 小西 輝昭*; 宇佐美 徳子*; 舟山 知夫; Azzam, E.*; 村上 健*; 鈴木 雅雄*

International Journal of Radiation Biology, 91(1), p.62 - 70, 2015/01

 被引用回数:15 パーセンタイル:5.53(Biology)

放射線がん治療の実施にあたり、放射線誘発バイスタンダー効果が治療域周辺の正常細胞に健康影響リスクを及ぼすかどうかは重要な問題である。そこで、本研究では、バイスタンダー効果が誘導された細胞の子孫細胞における有害影響の伝播に、照射した放射線の線質と、ギャップジャンクションを介した細胞間情報伝達機構が果たす役割について解析を行った。実験では、コンフルエントに培養したヒト正常線維芽細胞試料に対し、LETの異なるマイクロビームで、その全体の0.036$$sim$$0.4%の細胞のみに照射を行い、バイスタンダー効果を誘導した。この細胞を照射後20世代にわたって培養し回収した後に、微小核形成、${it HPRT}$遺伝子への変異誘発、及びタンパク質酸化を指標に解析を行った。その結果、バイスタンダー細胞の子孫細胞における有害影響の伝播は、照射した放射線のLETによって違いがあることが明らかになった。

論文

Air shower simulation for WASAVIES; Warning system for aviation exposure to solar energetic particles

佐藤 達彦; 片岡 龍峰*; 保田 浩志*; 八代 誠司*; 桑原 孝夫*; 塩田 大幸*; 久保 勇樹*

Radiation Protection Dosimetry, 161(1-4), p.274 - 278, 2014/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:9.29(Environmental Sciences)

航空機乗務員は、銀河宇宙線(GCR)に恒常的に被ばくするのみならず、巨大な太陽フレアが発生した場合、それに伴って放出される太陽高エネルギー粒子(SEP)にも被ばくする。そのSEPによる被ばく線量を評価するため、われわれは、放射線挙動解析コードPHITSをベースに構築したGCRが引き起こす空気シャワーシミュレーション技術をSEPに応用し、単色のSEPが大気に入射したときの各高度における放射線フラックスを計算するデータベースを作成した。そして、そのデータベースを開発中の航空機被ばく警報システム(WASAVIES)に組み込み、過去における巨大太陽フレア時の被ばく線量を推定した。本稿では、WASAVIESの概要について説明するとともに、空気シャワーシミュレーションの詳細について解説する。

論文

Radiation-quality-dependent bystander effects induced by the microbeams with different radiation sources

鈴木 雅雄*; Autsavapromporn, N.*; 宇佐美 徳子*; 舟山 知夫; Plante, I.*; 横田 裕一郎; 武藤 泰子*; 鈴木 芳代; 池田 裕子; 服部 佑哉; et al.

Journal of Radiation Research, 55(Suppl_1), P. i54, 2014/03

It is essentially important for evaluating risk such a low-dose-rate exposure as the accident of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants to examine bystander effects induced by low-LET electromagnetic radiations, such as X or $$gamma$$ rays. We have been studying the cellular responses in normal human fibroblasts by targeted cell nucleus irradiations with monochromatic X-ray microbeams (5.35 keV) produced by Photon Factory in High Energy Accelerator Research Organization. The results indicated that the bystander effect in cell- killing effect was observed in the targeted cell nucleus irradiation, not in the random irradiation containing both cell nucleus and cytoplasm by Poisson distribution. The results suggest that energy deposition in cytoplasm is an important role of inducing bystander effects in case of low-LET radiations. We have also been investigating high-LET-radiation induced bystander effects using the heavy-ion microbeams at Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application in Japan Atomic Energy Agency. Only 0.04% of the total numbers of normal human fibroblasts were irradiated with C-ion (220 MeV), Ne-ion (260 MeV) and Ar-ion (460 MeV) microbeams collimated at 20 micro meter in diameter. Cell-killing effect and gene mutation at HPRT locus in the cells irradiated with C ions were higher beyond our expectations and returned the estimated values that only 0.04% of the total cells were irradiated when using the specific inhibitor of gap junctions. On the other hand, no induced biological effects were observed in Ne and Ar ions whether the inhibitor was applied or not. The result suggested that the C-ion microbeam was capable of inducing bystander cellular effects via gap junction mediated cell-cell communication. There is clear evidence that bystander cellular effects are dependent on radiation quality.

論文

被ばく線量評価のための大気拡散シミュレーション; 福島第一原子力発電所事故初期段階における大気中放射性物質濃度分布の再構築

永井 晴康

日本原子力学会誌, 55(12), p.712 - 717, 2013/12

東京電力福島第一原子力発電所の事故に伴い、環境中に放出された放射性物質のうち、ヨウ素等の短半減期核種による事故初期段階における内部被ばく線量を評価するために、線量推計に必要となる大気中放射性物質濃度の時空間分布を大気拡散シミュレーションにより再構築した。計算対象核種は、内部被ばく線量への寄与率を考慮して、$$^{131}$$I, $$^{133}$$I, $$^{132}$$Te, $$^{137}$$Csとし、原子力機構の$$^{131}$$Iと$$^{137}$$Csの放出源推定結果をもとに、数少ない環境モニタリングデータと、減衰係数や推定インベントリから放射能比の時間変化を求めることで、$$^{133}$$Iと$$^{132}$$Teの放出率を設定した。この放出源条件を用いたWSPEEDIの拡散シミュレーションによる地上付近の水平方向3km間隔、毎時刻の計算出力から、濃度時空間分布データベースを作成した。

論文

Gap junction communication and the propagation of bystander effects induced by microbeam irradiation in human fibroblast cultures; The Impact of radiation quality

Autsavapromporn, N.*; 鈴木 雅雄*; 舟山 知夫; 宇佐美 徳子*; Plante, I.*; 横田 裕一郎; 武藤 泰子*; 池田 裕子; 小林 克己*; 小林 泰彦; et al.

Radiation Research, 180(4), p.367 - 375, 2013/10

 被引用回数:39 パーセンタイル:6.65(Biology)

ヒト正常培養細胞集団のごく一部に照射を行い、照射シグナルの伝達に細胞間ギャップ結合が果たす役割を解析した。コンフルエント培養した細胞に、X線および重イオンビーム(炭素、ネオン、アルゴン)のマイクロビームを用いて照射を行い、培地へのギャップ結合阻害剤添加の有無によるバイスタンダー効果誘導の違いを比較した。X線と重イオンの双方のマイクロビーム照射によって、線量に応じた微小核形成のバイスタンダー効果誘導が認められた。ギャップ結合阻害剤の添加によって、重イオンマイクロビームによって誘導されたバイスタンダー効果は抑制されたが、X線マイクロビームによるバイスタンダー効果は抑制されなかった。この結果は、バイスタンダー効果の誘導には線質が重要であることを示す。

論文

Visualization of $$gamma$$H2AX foci caused by heavy ion particle traversal; Distribution between core track versus non-track damage

中島 菜花子*; Brunton, H.*; 渡辺 立子; Shrikhande, A.*; 平山 亮一*; 松藤 成弘*; 藤森 亮*; 村上 健*; 岡安 隆一*; Jeggo, P.*; et al.

PLoS ONE (Internet), 8(8), p.e70107_1 - e70107_14, 2013/08

 被引用回数:37 パーセンタイル:8.67(Multidisciplinary Sciences)

重イオン照射による生物影響のメカニズム研究は、適切な治療計画や線質係数の評価のためには重要である。本研究は、重イオンのトラック内におけるDNA損傷の分布と質を、生物学的及び物理学的見地から解析し、重イオンによるDNA損傷の特徴を理解することを目的とした。このため、鉄イオンをヒトの正常細胞に照射し、DNA2本鎖切断(DSB)のマーカーとなる$$gamma$$H2AXフォーカスの分布とイオンのトラック構造の関係を調べた。この結果、トラックの軌跡(コア)に沿ってDSBの多重生成とみなせる巨大なフォーカスが密に、2次電子(デルタ線)に沿って単独のDSBに対応するフォーカスがまばらに形成されることが観測された。これはDSBの分布をトラックシミュレーションにより計算した結果と一致した。また、それぞれのDSBは修復されるが、コアでは細胞周期のチェックポイントにおける停止時間が長くなり、デルタ線タイプの損傷の場合よりも修復に時間を要した。しかし、コアで密にDSBが生じた状態でも細胞周期は進行し、分裂期に入ることができることを確認した。本研究により、トラック構造と対比した形で同一トラック内の損傷の分布と質の違いを明らかにすることができた。

論文

Predicting radiation dose aircraft from solar energetic particles

片岡 龍峰*; 佐藤 達彦; 保田 浩志*

Space Weather, 9(8), p.S08004_1 - S08004_2, 2011/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:54.07(Astronomy & Astrophysics)

太陽フレアにより放出される高エネルギー放射線(SEP)は、航空機高度や地表面における被ばく線量を増大させる可能性があるため、その予測は宇宙天気研究や放射線防護において極めて重要な課題となっている。われわれは、2015年頃と言われる次期太陽活動極大期を前にその被ばく線量予測モデルを完成させるため、2011年の日本地球惑星科学連合大会において、モデル開発に必要となる学術的課題について議論する特別セッションを開催した。セッションには、太陽物理学者,地球物理学者,放射線防護学者,航空機乗務員などさまざまな分野の研究者や技術者が参加した。本稿では、大気圏内の宇宙線挙動解析の現状など、セッションで発表された日本で行われているSEP被ばく線量予測モデル開発研究の最新情報について解説する。

論文

Management of cosmic radiation exposure for aircraft crew in Japan

保田 浩志*; 佐藤 達彦; 米原 英典*; 小佐古 敏荘*; 藤高 和信*; 佐々木 康人*

Radiation Protection Dosimetry, 146(1-3), p.123 - 125, 2011/07

 被引用回数:10 パーセンタイル:27.41(Environmental Sciences)

我が国における航空機乗務員の被ばく管理は、文部科学省放射線審議会が2006年に策定したガイドラインに基づき、2007年度より開始されている。放射線医学総合研究所では、その被ばく管理のため、原子力機構が開発した宇宙線スペクトル計算モデルPARMAに基づいて航路線量を計算するプログラムJISCARD-EXを開発し、その結果を航空会社に提供している。発表では、JISCARD-EXを用いて計算した2007年度の航空機乗務員被ばく線量について報告する。

論文

Fluence-to-dose conversion coefficients for aircrew dosimetry based on the new ICRP recommendations

佐藤 達彦; 遠藤 章; Zankl, M.*; Petoussi-Henss, N.*; 保田 浩志*; 仁井田 浩二*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 1, p.134 - 137, 2011/02

航空機乗務員の被ばく線量を精度よく評価するためには、その被ばく状況に合わせた照射体系に対するフルエンスから実効線量への換算係数が必要となる。そこで、われわれは、航空機高度の被ばく状況を模擬した2種類の照射体系(上半球からの等方照射、及び放射線輸送計算コードPHITSを用いて計算した航空機高度における放射線場)に対する中性子及び陽子フルエンスから実効線量への換算係数を計算した。その計算は、国際放射線防護委員会(ICRP)の新基本勧告に基づき、PHITSとICRP/ICRU標準人体模型を組合せて実施した。発表では、その計算方法及び結果について詳しく説明するとともに、照射体系の違いによる航空機乗務員の被ばく線量の差について検討した結果を紹介する。

論文

Development of Cosmic Radiation and Energetic Particle Analyzing System: CREPAS

保田 浩志*; 矢島 千秋*; 高田 真志*; 佐藤 達彦; 中村 尚司*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 1, p.356 - 359, 2011/02

航空機乗務員の宇宙線被ばく線量計算モデルの精度を検証するためには、航空機高度に混在する高エネルギー中性子と陽子を的確に弁別し、それぞれのエネルギースペクトルを精度よく導出可能な測定システムを開発する必要がある。そこで、本研究では、複合型シンチレータ検出器と高計数率デジタル波形解析装置を組合せ、高エネルギー宇宙線スペクトル測定専用システムCREPASを開発した。そして、その性能を加速器実験や航空機搭載実験で検証したところ、CREPASは、10MeV以上の高エネルギー中性子を他の放射線と的確に弁別して測定可能であることがわかった。今後、エネルギースペクトル導出の精度を向上させることにより、システムの実用化を目指す。

論文

Neutron, photon and proton energy spectra at high altitude measured using a phoswich-type neutron detector

高田 真志*; 矢島 千秋*; 保田 浩志*; 佐藤 達彦; 中村 尚司*

Radiation Measurements, 45(10), p.1297 - 1300, 2010/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.11(Nuclear Science & Technology)

航空機乗務員の被ばく線量を実測により評価するためには、1MeV以上の高エネルギー中性子スペクトルを測定することが重要となる。そのために、液体シンチレータとプラスチックシンチレータを組合せ、中性子による信号とそれ以外の放射線による信号を弁別可能なフォスウィッチ型検出器を製作した。また、その検出器からの信号を解析するため、12bit$$cdot$$500MHzのフラッシュADCを搭載したDAQシステムを開発した。開発したDAQシステムの最大適応計数率は約350/秒であり、航空機高度における中性子を測定するためには十分な性能を有する。この測定システムを航空機に搭載し、日本上空(北緯42度,高度11km付近)の中性子スペクトルを測定した。その結果、開発したシステムは、陽子と中性子による信号を明確に弁別できるものの、高エネルギー電子による信号と中性子による信号を的確に弁別できないことがわかった。現在、この問題の対処法を検討中であり、会議では、日本上空の中性子スペクトルを報告する予定である。

論文

Measurement of atmospheric neutron and photon energy spectra at aviation altitudes using a phoswich-type neutron detector

高田 真志*; 矢島 千秋*; 保田 浩志*; 佐藤 達彦; 中村 尚司*

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(10), p.932 - 944, 2010/10

放射線医学総合研究所が開発したホスウィッチ型検出器を用いて、日本上空高度10.8kmにおける宇宙線中性子及び光子スペクトルを測定した。測定した中性子及び光子のエネルギー範囲は、それぞれ、7$$sim$$180MeV及び3.5$$sim$$42MeVである。得られた測定値を、ボナーボール中性子検出器による測定値や、LUIN2000, EXPACS及びRMCコードによる計算値と比較した。その結果、本研究による測定値は、過去における測定値と比較して、絶対値は一致するがスペクトルの形状が違うことがわかった。

論文

Response functions of Phoswich-type neutron detector for high-energy cosmic ray neutron measurement

高田 真志*; 矢島 千秋*; 保田 浩志*; 中村 尚司*; 馬場 護*; 本間 壽廣*; 遠藤 章; 谷村 嘉彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(10), p.917 - 931, 2010/10

航空機高度における高エネルギー宇宙線由来の中性子スペクトルの測定に用いるために、Phoswich型中性子検出器を開発した。開発した検出器は、直径及び高さが121.7mmの円柱形のEJ309型有機液体シンチレータを、15mm厚のEJ299-13型プラスチックシンチレータで囲う構造を有している。この検出器を用いて、アンフォールディング法により中性子スペクトルを得るために必要となる応答関数を、35から78MeVの準単色中性子源を用いた測定、MCNPXを用いた計算から評価した。シンチレータの発光量は、陽子,重陽子及びヘリウムイオンビームに対して測定した。実験により測定した中性子に対する応答関数は、MCNPXによる計算値とよく一致することを確認した。以上の結果に基づき、航空機実験で必要となる広範なエネルギーの中性子を測定するために、300MeVまでの中性子に対する応答関数を、MCNPXを用いて評価した。

論文

治療用重粒子イオンビームの放射線化学反応

山下 真一

放射線化学(インターネット), (90), p.11 - 16, 2010/09

放射線医学総合研究所のHIMAC(Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba)から供給される高エネルギー重粒子線による水の放射線分解について、生成物収率とトラック構造・ダイナミクスとの相関という観点から調べてきた。捕捉剤による転換を利用することで、広い範囲のLETのイオンビームに対して水和電子・OHラジカル・過酸化水素といった主要生成物の収率を測定してきた。メチルビオローゲン(MV)-ギ酸水溶液系では、近似的に水分解ラジカルの収率の総和と見なせるMVカチオンラジカルの収率を測り、その時間挙動からトラック内ダイナミクスについても検討した。また、モンテカルロ計算による測定結果の再現や、蛍光プローブを利用した高感度OHラジカル検出手法の開発についても簡潔に触れる。

論文

Measured and simulated transport of 1.9 MeV laser-accelerated proton bunches through an integrated test beam line at 1 Hz

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; 森 道昭; 織茂 聡; Pirozhkov, A. S.; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 13(7), p.071304_1 - 071304_7, 2010/07

 被引用回数:24 パーセンタイル:15.39(Physics, Nuclear)

1.9MeVレーザー駆動陽子線のビームライン中に伝送した。ビームラインは、PMQ, RF cavity,monochrometerからなり、伝送の様子をPARMILAのシミュレーションによって再現した。このような試みは世界初のことである。ビームラインの最終端において、6nsのバンチ幅を道、5%のエネルギースプレッドを持つビームが10%の効率で検出された。この様子はPARMILAにより再現でき、PARMILAコードがレーザー駆動陽子線のビームラインの構築に使用できることを証明した。

論文

Laser-driven proton accelerator for medical application

西内 満美子; 榊 泰直; 堀 利彦; Bolton, P.; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 余語 覚文; 森 道昭; 織茂 聡; Pirozhkov, A. S.; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.88 - 90, 2010/05

レーザー駆動陽子線の研究の発展により、加速器の小型化が期待されるようになってきている。ここでは、日本原子力研究開発機構、関西光科学研究所内のPMRCセンターにおけるレーザー駆動陽子線加速器開発の現状について述べる。われわれは、医療用のレーザー駆動陽子線加速器開発の一環として、レーザー駆動陽子線のトランスポートラインを構築し、伝送実験を行った。

論文

Measurements of cosmic-ray neutron energy spectra from thermal to 15 MeV with Bonner Ball Neutron Detector in aircraft

矢島 千秋*; 保田 浩志*; 高田 真志*; 佐藤 達彦; 五家 建夫*; 松本 晴久*; 中村 尚司*

Journal of Nuclear Science and Technology, 47(1), p.31 - 39, 2010/01

多層減速材型スペクトロメータ(通称、ボナーボール中性子検出器,BBND)を用いて、航空機高度(9$$sim$$11km)における熱エネルギーから15MeVまでの宇宙線由来中性子スペクトルを測定した。測定は、名古屋空港付近の上空で4回実施した。得られたスペクトルを原子力機構で開発した宇宙線スペクトル予測モデルPARMAと比較した結果、両者は、よく一致することがわかった。これにより、モデルの信頼性が証明された。

論文

Responses of selected neutron monitors to cosmic radiation at aviation altitudes

保田 浩志*; 矢島 千秋*; 佐藤 達彦; 高田 真志*; 中村 尚司*

Health Physics, 96(6), p.655 - 660, 2009/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:41.28(Environmental Sciences)

航空機乗務員の被ばく線量を評価するためには、宇宙線由来の中性子による被ばく線量を精度よく測定する必要がある。しかし、市販の中性子モニタは、電源や安全性の問題から民間の航空機に搭載できず、それらの航空機高度における応答特性は調査されていなかった。そこで、われわれは、3種類の市販中性子モニタ(汎用レムカウンタNCN1,タングステン入り高エネルギー中性子用レムカウンタWENDI-II及び反跳陽子測定型レムカウンタPrescila)を実験用のビジネスジェット機に搭載し、それぞれを用いて、航空機高度における中性子被ばく線量率を測定した。その結果、WENDI-IIによる測定値は、原子力機構で開発した宇宙線被ばく線量計算モデルPARMAによる計算値と極めてよく一致することが判明した。一方、NCN1による測定値は、高エネルギー中性子に対する応答特性が十分でないため、PARMAによる計算値の約半分となった。また、Prescilaによる測定値は、1次宇宙線の大半を占める陽子による信号を検出してしまうため、PARMAによる計算値よりも遙かに高い値となった。これらの結果から、航空機高度における中性子被ばく線量率の測定には、現在のところ、WENDI-IIが最も適していることがわかった。

論文

Determination of the time-dependent OH-yield by using a fluorescent probe; Application to heavy ion irradiation

Baldacchino, G.*; 前山 拓哉*; 山下 真一; 田口 光正; 木村 敦; 勝村 庸介; 村上 健*

Chemical Physics Letters, 468(4-6), p.275 - 279, 2009/01

 被引用回数:25 パーセンタイル:25.79(Chemistry, Physical)

高エネルギー重粒子線による水の放射線分解で生成される$$^{bullet}$$OHをHPLC-ケイ光測定により検出した。$$^{bullet}$$OHのプローブとしてクマリン-3-カルボキシル酸(3CCA)を用いた。このCCAは$$^{bullet}$$OHとの反応の後、ケイ光物質7-hydroxy-coumarin-3-carboxylic-acid (7OH-3CCA)を生成する。7OH-CCAの検出下限は1nMよりも低いため、放射線分解収量が2$$times$$10$$^{-9}$$mol/Jという高い感度で測定できた。4.8-GeV-$$^{12}$$C$$^{6+}$$及び20-GeV-$$^{40}$$Ar$$^{18+}$$照射時の$$^{bullet}$$OH収量をnsから$$mu$$sの間で測定し、$$^{bullet}$$OH収量はそれぞれ2.8$$times$$10$$^{-7}$$から1.3$$times$$10$$^{-7}$$mol/J(LET 11eV/nmの$$^{12}$$C$$^{6+}$$)と1.5$$times$$10$$^{-7}$$から0.9$$times$$10$$^{-7}$$mol/J(LET 90eV/nmの$$^{40}$$Ar$$^{18+}$$)と推移した。これらの結果は文献値とよく一致した。

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