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21 Mar. 2006 @ 放射線医学総合研究所
第21回 固体飛跡検出器研究会
エマルションによる重粒子線破砕反応の研究
Study on fragment reaction of heavy ion by
nuclear emulsion
歳藤利行
名古屋大学
Carbon fragmentation in nuclear emulsion
12C
180MeV/u
150μm
4π Tracking detector with 3 dimensional spatial resolution of ~1μm.
Possible to detect, identify and measure all charged secondary particles.
Non bias data taking.
⇒ used to study fragment reaction in ~1970
NIRS HIMAC P152 experiment
1)エマルションを用いて個々の反応を検出、再構成する。
2次粒子(主にビームのフラグメント)を同定、物理量を測定する。
2)ターゲットとして人体の構成成分(水など)を使い、重粒子線治療に
おける体内の線量分布を精密に評価するための基礎データとする。
3)破砕反応のkinematicsの特徴をとらえ汎用モンテカルロシミュレータ
であるGeant4の結果と比較
そのための基礎研究、データ収集を行う。
NIRS HIMAC P152 experiment
Organization:
12 institutes from HEP, medical and space domains
Emulsion
Geant4
Medical
Space












Nagoya Univ.
Toho Univ.
Aichi Univ. of Educaiton
Kobe Univ.
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
Ritsumeikan Univ.
Naruto Univ. of Education
SLAC
National Institute of Radiological Science (NIRS)
Gunma Univ., Faculty of Medicine
Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
Univ. of Tokyo
Experiment started in 2003 (On-going)
飛跡の高速自動読み取り
1cm2/hour
重イオンビームに対して
位置精度～1μm
角度精度～5mrad
44μm
16層の断層映像 3次元画像解析
タウニュートリノ反応の検出に成功(1998年,FNAL E872 DONUT実験)
R&D for Charge identification
Apr. and May.04
Charge identification(3≦Z ≦ 6)
by refreshing method
35 grains/100μm
～8 grains/100μm
30℃,R.H.98%,3days
ビーム照射後のエマルションフィルムを
高温、高湿下にさらし潜像核を消滅。
感度をコントロール
Z=1
Z=2
Z=6
δray～5tracks/44μm
45℃ 38℃ 30℃
Apr.May.2004
Secondary beam from Z=2 to 6 produced
by 290MeV/u 12C
β~0.65
3He
average
Be
7Li
Li
9Be
B
11B
12C
45℃ 38℃ 30℃ Reference
Volume pulse height
Not refreshed
Z=1から6までの電荷の区別が可能
NIM A 556(2006)482
C-Water interaction data taking
Dec. 2004
12.5cm
Thickness
293μm
10cm
Opera film
Water tank 87Layer
40cm
21cm
Emulsion chamber to study C-Water interactions
Dec.04 @HIMAC 400MeV/u 12C
lexan(1mm)
Water
Water
65layers
Water
1/10 sensitivity
・Water(H2O) and lexan hybrid target
・Emulsion film with reduced sensitivity for charge identification
Pulse height
・Reduced sensitivity by 1/5 and 1/10
are combined
C
B
Be
Li
He
1/5 sensitivity
Reduced sensitivity by 1/5
2mm
Reduced sensitivity by 1/10
防水、遮光用フィルム
Emulsion with normal sensitivity
Dec.04 exposure@HIMAC
65layer
Stopping point of Carbon beam
12C
400MeV/u
30cm
C 400MeV/u
2.5cm
25cm
Charge changing cross section (>150MeV/u)
A.N.Golovchenko et al.,
Phys.Rev.C 66 014609(2002)
I.Schall et al.,
NIM B 117 221(1996)
Our results(total)
Charge changing cross section (>150MeV/u)
A.N.Golovchenko et al.,
Phys.Rev.C 66 014609(2002)
C→B
C→B
C→B
Our results(partial)
I.Schall et al.,
NIM B 117 221(1996)
C→Li+He+H
H
C 400MeV/u
220MeV/u
Li
He
25cm
C→3He
C 400MeV/u
150MeV/u
He
He
He
25cm
電荷ごとの放出角度分布
H
He
Be Li
B
Emission angle with respect to the beam(tanθ)
Low energy (<200MeV/u)
data taking
Sep. and Dec.05
CR-39
Gold development
2005年12月照射@HIMAC
100MeV/u 12C
B600
アクリル窓1000μm
4185μm
紙
B591
CR-39
800μm
エマルションフィルムは3枚1組
最上流はリフレッシュしない。
2枚目と3枚目を異なる条件で
現像する。
パッキング材128μm
水2000μm
エマルションフィルム293μm
=44(乳剤)+205(ベース）+44(乳剤)
C→B+H
H
C 100MeV/u
B
~80MeV/u
3cm
B
C
Be
エッチピットの半径
In future
Scanning speed:1→10cm2/hour
More statistics to study interaction in more detail
Pure Ca,P target
Target fragment
Conclusion
Precise data of fragment interaction are required in the
field of medical recently.
We have performed many kind of basic study.
Ready to contribute to these demands.