Transcript 炭素ビーム - 名古屋大学理学研究科 F研

2004年4月5日@放射線医学総合研究所
宇宙・医療分野へのエマルション技術の
応用のための研究
重粒子線がん治療装置等共同利用研究 15P152
歳藤利行（名古屋大学）
名古屋大学、放射線医学総合研究所、GEANT4日本グループ（ＫＥＫ，ＳＬＡＣ）、
宇宙科学研究所、東邦大学など
名大理，放医研A，高エ研B，宇宙研C，東大理D，神戸大発達E，東邦大理F，愛知教育大教育G，鳴門教育大H，群馬大医I，
SLACJ，立命館大理工K 歳藤利行，丹羽公雄，中野敏行，中村琢，伴尊行，高橋覚，兼松伸幸A，遊佐顕I，小森雅孝A，
村上晃一B，佐々木節B，尼子勝哉B，吉田肇H，田中覚K，小井辰巳A，浅井慎J，尾崎正伸C，国分紀秀D，青木茂樹E，
渋谷寛F，児玉康一G
飛跡の高速自動読み取り
44μm
16層の断層映像
3次元画像解析
~120μm
3視野/秒
タウ・ニュートリノの検出に貢献
FNAL E872(DONUT)(1998)
中野敏行:三次元素粒子飛跡の並列画像処理
日本物理学会誌2001年6月号
S.Aoki, et al. NIM B 51(1990)466
重イオンビームに対して
位置精度～1μm
角度精度～5mrad
目的
入射角破砕反応
ビーム 標的(人体ではH,C,N,O,Ca,Pなど)
炭素ビーム
180MeV/u
zの小さな複数個の核に破砕
すべての荷電2次粒子を検出・測定
個々の事象ごとに反応を再構成
150μm
原子核の多重度、角度、運動量などを測定。データベース化
モンテカルロシミュレーション(GEANT4)の重粒子線治療応用を
確立させるのに必要な調整用・検証用データとして利用
2003年度の経過
12Cビームを使った基礎研究
2003年4月135MeV/u 飛跡読み取りテスト・電荷測定
6月180MeV/u 電荷測定・同位体分離
飛程のゆらぎ
9月430MeV/u 水ターゲットチェンバー
2004年1月430MeV/u 水ターゲットチェンバー
水ターゲットチェンバー
人体の主要構成物質
430MeV/u β=0.72
12Cビーム
12000本/2cm×2cm
30cm
2004年1月照射
87層
水中飛程~30cm
ビームが静止するまでの
エネルギー領域をカバー
87層
水
3mm
遮光防水フィルム
厚さ~80μm
エマルションフィルム
44μm両面塗り200μmTACベース
430MeV/u 12C
3840事象
~12000本
2cm
22cm
3840事象
NTK≧2
NTK=1
上流側から66層(22cm）を解析
Ekine=430～200MeV/u
123456
2次粒子の本数(NTK)
20
20
インパクトパラメータ(μm)
ビーム:白,青:Z=1,緑:Z=2赤:Z≧3
Z=6
入射粒子
Z=2
Z=1
Z=1
Z=2
2次粒子
Z≧3
ピクセル数
0.1
0.3
0.5
入射粒子との角度差(tanθ)
ビーム:白,青:Z=1,緑:Z=2赤:Z≧3
永久磁石を用いたエマルションスペクトロメーター
ビームと破砕粒子のβはほぼ同じ
2003年6月照射
破砕粒子のｚ（電荷）と運動量（ｐ）を測定することで、同位体分離が可能
エマルション10枚とAirex（ポリエーテルイミド発泡体）のサンドイッチ構造
5mmアクリル
ターゲット
y
z
x
ρ[g/cm3]
X0[cm]
Airex
OPERA film
0．08
2．4
515
248mm
B
5.5
NbFeB永久磁石
エマルションチェンバー挿入部
中心磁束密度 １テスラ サイズ ６５×６５×２００mm3
磁場による飛跡の曲がり
磁場の影響を受けた炭素ビーム
磁場なし
磁場あり
18．3cm
分布の拡がり:18%
z
3．0cm
x
まとめと今後の展開
2003年度:12Cビームを使用
炭素・水反応を約4000事象検出
水ターゲットチェンバー 事象毎に電荷・放出角を測定
データから断面積などさまざまな物理量を導出
QMDに基づく核破砕反応ルーチンを組み込んだGEANT4との比較
電荷測定
Z=1,2,Z≧3の区別は可能
リフレッシュ処理による減感など→Z=3,4,5,6の区別
同位体分離 磁場による12Cビームの曲がりを測定(18%error)
組み立て精度の改良、物質量を減らす→3He,4Heの区別
2004年度前期マシンタイムでは2次ビーム(He,Li,Be,B)を使用し
電荷測定、同位体分離に重点をおいた研究を行う。
2004年度後期以降
様々な種類のターゲット、ビームによるデータ集収
リフレッシュ処理による電荷の分離
Z=1
Z=2
Z=6
180MeV/u
12Cビーム
リファレンス
ピクセル数
δ線～5本/44μm
ビーム照射後のフィルムを高温・高湿下に
さらすことにより、主にデルタ線が生成した
潜像核を消去する。
現像後の飛跡が細くなる
リファレンス リフレッシュ処理
38℃ R.H.98% 3日
Z=6
Z=2
Z=1
リフレッシュ処理後 ピクセル数
Range struggling の測定
2003年6月照射
C12ストラグリング分布
厚型フィルムチェンバー
厚型フィルム8枚を積層
標準タイプ
11 6 枚 を 積
層
ビーム
FWHM:240μm
z（電荷）/ｐ（運動量）の測定
方法１：
角度差法
各プレートのトラックセグメント
Θ最上流
p/z =
300B(T)R(m)
R ≒LΔθ
Θ最下流
ΔΘ＝Θ最下流－Θ最上流
相対誤差 １
２％
方法２：
サジッタ法
最上流プレート
中間プレート
実際の粒子の軌跡
S≒ＬΔθ/4 3
相対誤差 １
１％
最下流プレート
S
飛跡の始点と終点を
結んだ直線
L/２
L/２
L
z（電荷）/ｐ（運動量）の測定
炭素ビーム
4Heまたは2H候補のｚ/ｐ分
布
磁場なし
2H
4He
z＝1,2
z≧3
飛跡読み取り装置の信号強度
z＝1or2
z≧3
実際のエマルション中の映像
z（電荷）/ｐ（運動量）の測定
1H候補の再構成
炭素ビームの曲がり量
磁場なし
1H候補のｚ/ｐ分布
1H
Very preliminary
z＝1,2
z≧3
1H候補と2H候補のｚ/ｐ分布
1H
飛跡読み取り装置の信号強度
2H
1Hと2Hで違いあり
エマルションフィルム 12.5cm
10cm
厚さ
288μm
OPERA実験用に大量生産中
水槽
87層
40cm
21cm