生体組織等価ガス - 宇宙線研究室

μ-TPCの
重イオン照射に対する応答
京都大学宇宙線研究室西村広展
早稲田大学理工総研a、KEKb、JAXAc
道家忠義a 、谷森達、佐々木慎一b、寺沢和洋a 、俵裕子b、窪秀利、
身内賢太朗、永吉勉a 、松本晴久c、高田淳史、岡田葉子、服部香里、
上野一樹、藤田康信a
2006 年3月28日
Contents




目的位置敏感型線量計
μ-PIC、μ-TPC
μ-TPCの重イオンにたいする応答
Summary
宇宙放射線計測
有人宇宙開発
 常に宇宙放射線に曝される (高エネルギー陽子、重イオン)
 被曝線量は ~1mSv/day (2.4mSv/year @地上自然放射線)
 長期のミッションで飛行士の健康を管理するためには、
被曝線量を正確に測定する必要がある
線量当量[Sv] = 線質係数(QF)×吸収線量[Gy]
LET (Linear Energy Transfer, dE/dXと同じ)のみの関数
宇宙線（陽子・重粒子・
イベントごとの測定が
電子・中性子等）の
必要
LETは様々
これまでの線量計
球形TEPC
 球形生体等価比例計数管（TEPC）
中性子の評価が可能
飛跡長さが一定でない⇒LET測定不可。
 RRMD-III (3枚の位置有感Si検出器)
LET直接測定可能
生体組織等価でないので
中性子に対する評価ができない
RRMD-III
生体組織等価でLETを直接計測できる検出器はないか
位置有感なTEPC
KEK+早稲田理工総研が京都大学のμ-PICに着目
Micro Pixel Chamber (m-PIC)の利用
 微細構造電極比例計数管
 400mm pitch
 ガス利得(max) > 104
Uniformity (s) ~ 4%
400μm
100mm
位置分解能 ~120μm
長期安定性～数百時間
（ガス利得～6000）
10cm
Detection area = 100cm2
μ－TPC（Time Projection Chamber）
 m-PICを読み出しにもちいたTime Projection Chamber
(TPC)
μ-TPCで得られた反跳陽子や
 二次元情報 + 時間情報 粒子の飛跡反跳電子の飛跡およびエネルギー
 飛跡とエネルギーの
同時測定 dE/dXの測定
Digital 256本
Analog
sum
Flash ADC
電子やμ粒子
陽子(ビーム・中性子反跳)
など検出済み
重粒子線が測定できればOK
HIMAC重イオン照射実験
 宇宙線 = 陽子、重イオン（C、Si、Fe）
 μ-TPCの重イオンに対する応答の確認
LET (dE/dX)直接測定の原理検証
 2005年6月(C)、8月(Si、Fe)に放射線医学総合研究所
において重粒子線ビーム照射実験
ビームパイプ
Plastic scintilator
二つのシンチレータの
コインシデンスで
トリガー
m-TPC容器
μ-PIC検出面
Plastic scintilator
実験の概要
 使用したビーム
Cイオン (400MeV/n)
Siイオン (800MeV/n)
Feイオン (500MeV/n)
キャリブレーション線源としてa線源(5.4MeV)を封入
 ガス（封じ切り）
Ar/C2H6 (90/10)
W値 = 26eV, 電子ドリフト速度 = 4cm/msec (@0.2kV/cm)
生体組織等価ガス (C3H8 55%, CO2 39.6%, N2 5.4%)
W値 = 28eV, 電子ドリフト速度 = 0.9cm/msec (@0.8kV/cm)
ガス増幅率101-2で動作 (ビームごとに調整)
実験結果（Siビーム800MeV /n）
Ar-based gas
Z [cm]
Z [cm]
Ar-based gas
 Ar/C2H6 (90/10)混合ガス
 ガス増幅率 200
飛跡取得成功!!
Ar-based gasにおける各ビーム照射に対する
左上）全エネルギー損失（検出器内）
左下）飛跡長さ
右）単位長さあたりエネルギー損失
C
全エネルギー損失
Si
a
C
Fe
（0.2MeV/cm）
dE/dX [MeV/cm]
エネルギー損失
0
5
[MeV]
C
飛跡長さ
4
6
8
10
Fe
（0.49MeV/cm）
(2.5MeV/cm）
a
Si
Fe
a
2
Si
10 15 20 25 30
0
0.5
１
2
SRIMの計算では
C（400MeV/n） 0.26 MeV/cm
Si(800MeV/n) 0.59 MeV/cm
Fe(500MeV/n) 2.42 MeV/cm
最適化による精度向上と
正確なキャリブレーションが必要
[cm]
3
[MeV/cm]
実験結果2
生体組織等価ガス
Z [cm]
生体組織等価ガス
a
全Energy損失
alpha
Si
Si
FeFe
0
 Siビーム (800MeV/n)
 ドリフト電場 0.8kV/cm
 ガス増幅率 ~ 100
5
10
15
20 25
30
35
生体組織等価ガスにおいても
エネルギー損失測定可能
[MeV]
PS-TEPC計画
2004年度スタート
PS-TEPC
m-PIC
Front-end
DAQ
 2.5cm角程度の小型m-PIC
 密封容器に生体組織等価
物質を使用
 検出部とFront-end DAQの
設計・試作を開始
VME
Memory &
CPU
Summary
 Micro Pixel Chamber (m-PIC)
微細電極構造を持つガス検出器
新しい応用分野として、宇宙放射線計測
 宇宙線被曝の評価にはLET (dE/dX)の測定が必須
m-PICをLET測定可能な位置有感TEPCへ応用
 放医研重イオンビームラインにおいて照射実験
Arベースのガスおよび生体組織等価ガスで動作成功
ガス増幅率101-2で動作
C、Si、Feのビームを用いてdE/dX測定に成功
 Arベースのガスに関してはほぼ予測通り
 現在線量計モデルとして2cm角の製作・試験中
おわり

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