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固体線量計は、普段我々が放射線を取り扱う管理区域内での作業時に義務付けられている、個人被ばく線量測定に用いられるごく身近なものである。放射線が通った飛跡を記録するプラスチック飛跡検出器（CR-39）と放射線量に応じた蛍光を呈するルミネッセンス線量計（熱蛍光TL、光刺激ルミネッセンスOSL、ラジオフォトルミネッセンスRPLを基本原理）を組み合わせた個人線量計が一般的に用いられている。近年、放射線が通った跡を蛍光飛跡として記録する蛍光飛跡検出器（FNTD：Fluorescent Nuclear Track Detector）1 の開発研究が進んでいる。FNTDは化学処理を要さず光学測定のみで、あらゆる種類の放射線の線量評価が可能である。これは現在のCR-39とルミネッセンス線量計の組み合わせ手法に置き換わるものと期待されている。FNTDは、法令上の個人被ばく線量測定だけでなく、放射線治療場や宇宙環境などの複雑な放射線混成場での活用や、生物学・医学に資する応用研究に広がっている。本稿では固体線量計の中でも比較的新しいFNTDについて紹介する。

蛍光飛跡検出器（FNTD：Fluorescent Nuclear Track Detector）は，何らの化学的処理を要さず光学測定系のみで，放射線の飛跡をイメージングし，被ばく線量を定量評価することができる．近年ではFNTD を活用した生物学や医学などへの応用研究が盛んに進められている．本稿では次世代の個人被ばく線量計として期待されているだけでなく，さまざまな応用の可能性を秘めているFNTD の現状と展望について紹介する．

ペタワットクラスの高強度レーザーと水素クラスターターゲットを用いたレーザー駆動陽子線加速では、衝撃波加速をベースとした数百MeV級の準単色陽子線発生が示唆されている。本研究では、その実証実験のために原子核乾板と散乱体を交互に積層したEmulsion cloud chamber(ECC)を用いたレーザー加速陽子線計測器開発を行った。計測データ解析にサポートベクトル回帰を利用することで、厚さ2 cmのコンパクトなECC内での多重クーロン散乱量から300 MeVまでの陽子線のエネルギーをΔE/E = 10%の精度で測定可能であることを示した。, 第34回固体飛跡検出器研究会

高強度レーザーを用いたイオン加速手法は、粒子線がん治療やRI製造、原子核物理実験などへの応用が検討されている。このためには、加速された粒子の正確で精度のよいエネルギー測定が必須である。本研究では、FNTDの高強度レーザーを用いて加速された陽子線のエネルギー計測への適用可能性を検討した。FNTD内に記録された陽子線の飛跡を共焦点顕微鏡の焦点深度を変えながら観察した。得られた飛跡の長さから、陽子線のエネルギーを決定することに成功した。, 第34回固体飛跡検出器研究会

ラジオフォトルミネッセンス（RPL）を原理とした線量計として知られる銀活性リン酸塩ガラスを用いて、蛍光イオントラック計測に関する特性を評価した。HIMACにおいて照射した重粒子線の蛍光イオントラックを共焦点顕微鏡により測定した。LET（線エネルギー付与）の下限は5 keV/µm（水換算）程度であり、閾値型の高LET粒子検出器として動作する可能性があり、例えば宇宙放射線計測への応用が考えられる。, 第34回固体飛跡検出器研究会

蛍光飛跡検出器（FNTD）は、高い感度と優れた電荷分解能を有する受動型の固体飛跡検出器である。FNTDの応用分野は広がる一方で、素子間での感度の差異（着色効果と呼ぶ）が課題として指摘されている。本研究では、着色が異なるFNTDを用意し、α線照射を行うことで着色効果の補正方法を検討した。着色効果の補正により、着色の異なる素子であっても応答特性の統一的な記述が可能となる。詳細は発表で述べる。, 第34回固体飛跡検出器研究会

宇宙における有人活動の場は、現在の国際宇宙ステーション（ISS）から月へと展開しつつある。また民間人の宇宙旅行も現実化しつつある。人類の宇宙進出は拡大の一途をたどっているとともに、我々に大変身近なものになってきている。宇宙は我々が暮らしている地球上と比べてはるかに多くの被ばくを受ける環境である。宇宙放射線と呼ばれる放射線は、陽子から鉄に至る様々な荷電粒子で構成されており地球上のそれとは大きく異なる。特にヘリウムより重い重粒子線は大きな線エネルギー付与（LET）を持つので、人体に大きな影響を及ぼす。更に宇宙放射線が宇宙機の構造体や人体等の構成元素と衝突して中性子等の様々な二次粒子が発生する。宇宙放射線の線量当量を求めるためには、個々の重粒子線のLETを実測する必要がある。標準的な線量評価法として、固体飛跡検出器とルミネッセンス線量計を組み合わせた受動型線量計がISS内で利用されている。宇宙放射線の遮へい方法として物質中で減衰させる方法が考えられる。その遮へい性能を決定する物理量は阻止能と二次粒子生成断面積である。前者は物質の質量と電荷の比に比例するので水素を多く含むような物質が減衰させやすい。後者は宇宙放射線の原子核を物質中で核破砕させ、LETの小さい粒子に変換し線量を低減するもので、材料の平均質量が小さいほど断面積は大きくなり破砕しやすい。この指標に基づくと、従来の宇宙機材料であるアルミニウムよりも、炭素や炭化ケイ素を含む複合材料が適していると考えられる。本発表ではISSで現在までに得られている宇宙放射線計測の観測結果と新たな遮へい材料を用いた防護技術の開発の取り組みについて紹介する。, 日本量子医科学会第1回学術大会

1980年代にレーザーに応用されたチャープパルス増幅法(Gérard A. Mourou ,2018 年ノーベル物理学賞)を皮切りとした近年のレーザー技術の発展は目覚ましく, 国内 では最高強度1PW出力のJ-KAREN-Pレーザが稼働しており,海外では10PW出力のEL-NPが 現在建設中である. このような超高強度レ ーザーをターゲット物質に照射することで, 物質は瞬時にイオン化し,加速される.現在,相対論的イオン,特にGeV級の高エネ ルギーを持つイオンの加速原理に関する研究が行われている.しかし,既存の計測技術 である固体飛跡検出器やトムソンパラボラ計測器を用いて, GeV領域にまで加速され たイオンを計測することは困難である.我々は,宇宙線計測や加速器などの核物理 研究の領域では普遍的に用いられているシンチレーション検出器を用いた単一粒子計数法に基づくイオン計測に着目し,これを レーザー粒子加速実験に応用するための計測器開発を行っている., 第38回 プラズマ・核融合学会 年会

【はじめに】 標的アイソトープ治療は播種性のがんに対する有効な治療法として知られている。特にオージェ電子はLETが高く、飛程が短いことから正常組織への影響を抑えながら高い治療効果が見込める。オージェ電子放出核種の中でも、Cu-64はオージェ電子に加えて陽電子も放出するため、治療と診断を同時におこなう（セラノスティクス）ことが可能である。そのため、標的アイソトープ治療に使用する核種の中でも大きな注目を集めているが、オージェ電子の線量評価手法が確立されておらず、他の放射線がん治療法との効果の比較が困難であることが課題の1つである。本研究では、極めて高い感度を持つ蛍光飛跡検出器（FNTD）を使用し、オージェ電子の線量評価手法の確立に取り組んだ。 【結果と考察】 実験はFNTD上にCu-64標識した塩化銅水溶液を滴下して行った。液滴内でオージェ電子の飛程が終端を迎えてしまう事を避けるために、塩化銅水溶液滴下後にカバーガラスを被せ、液滴の厚みを可能な限り薄くした。滴下より約1ヵ月経過後、共焦点顕微鏡を用いてFNTD内に記録された飛跡の情報を読みだした。 【図1】に蛍光強度と深さの関係を示す。共焦点顕微鏡の焦点深度を調整することで、オージェ電子及び競合過程で放出されるベータ粒子（β線及び陽電子）の減衰過程を追跡することが可能である。FNTDの表面付近ではオージェ電子の寄与による高い蛍光強度が確認できる。その後の蛍光はベータ粒子の寄与によるものだと考えられる。ベータ粒子の蛍光強度の深さ依存性を外挿することで、ベータ粒子の寄与とオージェ電子の寄与を切り分けて評価することに成功した。その結果、Cu-64の線源付近ではオージェ電子の寄与とベータ粒子のそれが約1：1であることを明らかにした。オージェ電子の線量を正確に評価するためには、FNTDの蛍光強度のエネルギー依存性およびFNTDの着色効果を明らかにする必要がある。発表では最近の取り組みについても述べる。, 第2回標的アイソトープ治療線量評価研究会

放射性同位元素（RI）を用いた標的アイソトープ治療は、根治が難しい転移がんや播種がんの治療法として期待されている。211Atや225Ac等から放出されるアルファ線は、高いLET（線エネルギー付与）を持つために生物効果が大きく優れたがん殺傷能力を有するとともに、細胞内での飛程が短いために周辺正常細胞への副作用が少ない利点がある。一方で、RI標識薬剤の投与量に対してどれくらいの線量ががん細胞に投与されたのか、またがん細胞や正常細胞へのRIの集積分布がどうなっているのか、に関する実験データは少ない。本研究では、単一細胞レベルでアルファ線の局所線量や集積率を定量評価するために、イオントラック計測技術を活用して、サブミクロンの位置精度でアルファ線一つ一つを計測し、ミクロな細胞サイズからセンチメートルの組織全体にわたる線量分布をイメージングした。イオントラック計測技術として、アルファ線の通過痕を化学エッチング処理でエッチピットとして可視化するCR-39プラスチック固体飛跡検出器を用いた。イオントラックの大きさは入射粒子のLETの関数となるためLET分布が得られるとともに、顕微鏡分解能でイオントラックの位置分布が得られる。211Atを標識したHER2抗体（トラスツズマブ）をヒト胃がん細胞（NCI-N87）に結合させる系において、細胞ならびに肝転移モデルマウスの肝臓組織切片をCR-39上に載せ、それらの顕微鏡画像と放出されたアルファ線のイオントラック情報を対応付けた。単一細胞から放出されるアルファ線の放出数分布を求めた結果、211Atトラツズマブのヒト胃がん細胞への結合効率を80%と評価した。マウス実験では肝臓切片内の腫瘍部にアルファ線が局在しており、その正常組織に対する線量比は約12倍に達していることが分かった。, 第2回標的アイソトープ治療線量評価研究会

放射性同位元素（RI）を用いた標的アイソトープ治療は、根治が難しい転移がんや播種がんの治療法として期待されている。211Atや225Ac等から放出されるアルファ線は、高いLET（線エネルギー付与）を持つために生物効果が大きく優れたがん殺傷能力を有するとともに、細胞内での飛程が短いために周辺正常細胞への副作用が少ない利点がある。一方で、RI標識薬剤の投与量に対してどれくらいの線量ががん細胞（腫瘍）へ実際に投与されたのか、またがん細胞や正常細胞へのRIの集積分布がどうなっているのか、に関する実験データは少なく、またその測定手法についても確立されていないのが現状である。そこで本研究では、単一細胞レベルでアルファ線の局所線量や集積率を定量評価するために、サブミクロンの位置精度でアルファ線一つ一つを計測し、細胞レベル（µm）から腫瘍全体（cm）にわたる線量分布をイメージングする計測技術の開発を目的とした。 2. 方法 アルファ線の通過痕をイオントラックとして検出するCR-39固体飛跡検出器を用いた。イオントラックの大きさは入射粒子のLETの関数となるためLET分布が得られるとともに、顕微鏡分解能でイオントラックの位置分布が得られる。211Atを標識したHER2抗体（トラスツズマブ）をヒト胃がん細胞（NCI-N87）に結合させる系において、細胞ならびに肝転移モデルマウスの肝臓組織切片をCR-39上に載せ、それらの顕微鏡画像と放出されたアルファ線のイオントラック情報を対応付けた。 3. 結果および考察 単一細胞から放出されるアルファ線の放出数分布を求めた結果、211Atトラツズマブのヒト胃がん細胞への結合効率を80%と評価した。モデルマウス実験では、腫瘍組織内にアルファ線トラックが集中していることが分かった。正常組織に対するがん組織のアルファ線トラックのフルエンス比は6.0±0.2であり、細胞レベルでの線量分布は非常に不均一であることが分かった。肝転移モデルマウスの治療効果の実証実験においては、組織切片内での腫瘍組織の吸収線量は正常組織のそれと比べて約12倍の線量集中性を確認した。これは従来のマクロな臓器レベルで評価される放射能平均値では評価しきれていない線量の不均一性によるものと考えられる。 4. 結論 マイクロドシメトリ的なアプローチによるイオントラック計測技術と生物試料を融合した系を確立したことによって、アルファ線局在集積によるがん殺傷効果の直接的なエビデンスを提示できるようになった。, 第58回アイソトープ・放射線研究発表会

1. 緒言 標的アイソトープ治療は播種性のがんに対する有効な治療法として知られている。特にオージェ電子はLETが高く、飛程が短いことから正常組織への影響を抑制しつつ高い治療効果が見込める。しかしながら、オージェ電子の線量評価技術は確立されておらず、他の放射線がん治療法との効果の比較が困難である。本研究は実験及びシミュレーションにより、Cu-64から放出される核種の線量を評価し、得られている生存率曲線よりRBEを評価する。得られたRBEをガンマ線や粒子線によるそれと比較し、有効性を議論した。 2. 方法 Geant4を使ったシミュレーションにより、Cu-64から放出される核種の線量を評価した。シミュレーションの妥当性の検証はOHラジカルの捕捉剤として知られており、化学線量計としても利用可能なクマリン-3-カルボン酸を用いて実施した。Geant4を用いたシミュレーションより得られた線量より、既に評価されているxrs5細胞及びCHO細胞の生存率曲線（先行研究ではX軸が細胞１つ当たりの放射能で表されていた）を再評価し、RBEを求めた。 3. 結果と考察 Cu-64から放出される核種に暴露後のxrs5細胞のRBEはガンマ線、陽子線、ガンマ線ほぼ一定の値をとることが分かった。一方で、Cu-64に暴露後のCHO細胞のRBEは2.23となり、LETが13 keV/umの炭素線とほぼ同様の値であった。これは、DNA二本鎖切断が、オージェ電子（低エネルギー電子）によって、効率よく起こされていることを示唆する結果であった。 4. まとめ シミュレーションとC3CAを用いた線量評価により、Cu-64放出核種の線量を評価することに成功した。これにより、Cu-64を用いた標的アイソトープ治療のRBEを推定することができるようになった。, 第58回アイソトープ・放射線研究発表会

原子核乾板と散乱体を組み合わせたEmulsion Cloud Chamber(ECC)内での多重クーロン散乱過程を利用したサブGeV級レーザー加速陽子線計測について発表を行う。具体的には、原子核乾板により個々の陽子線の飛跡をミリradの精度でトラッキングし、その散乱角度データを説明変数とした回帰分析手法について説明する。, 光・量子ビーム科学合同シンポジウム2021

高解像度の原子核乾板に記録された放射線飛跡は微小な現像銀微粒子からなり，これらは光学顕微鏡の分解能より小さくなると検出困難である．この現像銀粒子が落射光学系の光学顕微鏡では，局在表面プラズモン共鳴（Localized Surface Plasmon Resonance; LSPR）による輝点として観察できることから，ここでは電子顕微鏡と光学顕微鏡で同じエリアを観察して，検出しうる粒子サイズと間隔を解析した．単独では50 nm サイズの粒子も輝点として検出できた．さらに偏光照射により輝点の輝度や色が偏光の回転角に応じて変化することから，接近した粒子も区別しうることが示唆された．さらに光学的手法の改良による解像度，コントラストの向上も探った．LSPR を用いた飛跡検出法は，高い分解能とともに，偏光情報･色情報など多くの情報を与え，今後の放射線飛跡解析への有力な手段となりうる．

原子核乾板と散乱体を組み合わせたEmulsion Cloud Chamberを用いたサブGeV級レーザー加速陽子線計測について発表を行う。具体的には、ECCに記録された多重クーロン散乱量から入射エネルギーを逆推定する手法について、その説明変数の取り方や機械学習を利用した回帰分析手法について説明する。, 第81回応用物理学会秋季学術講演会

宇宙空間は地球上や地球低軌道と比較して銀河宇宙線や大量粒子線に直接さらされる過酷な放射線環境である。将来、宇宙空間や月面における人類の長期滞在を考えたとき、これらの宇宙放射線の防護は不可欠である。それに伴い、宇宙放射線環境の事前の見積もりと計測は実施すべき重要な課題である。本研究では月面における放射線環境を数値計算によって見積もり、それらの防護について検討を行った。放射線防護は防護材を用いた場合と月面の地形を利用した場合について検討し、月面の縦孔を利用することで内部では月面の10%程度まで放射線線量を低減できる可能性が高いことが明らかになった。, 第63回宇宙科学技術連合講演会

月面における放射線環境は、銀河宇宙線や太陽粒子線に直接さらされる過酷な環境である。これらの宇宙放射線は地球上では大気や磁場によって遮蔽されている。将来の有人による月探査を見据えたとき、月面の放射線線量とそれらの防護は探査期間を制約する重要な要素の一つである。本研究では、数値計算によって月面の放射線線量を見積もるとともに、月面の地形を利用した放射線防護について検討を行った。, 日本宇宙生物科学会第33回大会

原子核乾板を用いてMeV級のレーザー加速陽子線計測に成功した。現在は100 MeV級のレーザー加速陽子線計測体系の開発を目指しており、ここではHIMACにおける校正実験の現状報告を行う。, 第14回先進原子力科学技術に関する連携重点研究討論会及び 日本原子力研究開発機構・量子科学技術研究開発機構 施設利用一般共同研究成果報告会

固体飛跡検出器CR-39を用いて、水素クラスターターゲットと高強度レーザーの相互作用によって加速される陽子線の特性評価を行った。また、原子核乾板と蛍光飛跡検出器がレーザー加速イオン計測に適用可能であることを明らかにした。, 第14回先進原⼦⼒科学技術に関する連携重点研究討論会及び ⽇本原⼦⼒研究開発機構・量⼦科学技術研究開発機構 施設 利⽤⼀般共同研究成果報告会

モンテカルロ粒子輸送計算コードPHITSによるシミュレーションと放医研HIMACにおける校正実験データから、~10 MeVのレーザー加速陽子線のエネルギースペクトルの高精度化を行った。, 第14回先進原⼦⼒科学技術に関する連携重点研究討論会及び ⽇本原⼦⼒研究開発機構・量⼦科学技術研究開発機構 施設 利⽤⼀般共同研究成果報告会

The goal of this project is to evaluate the role of deficiencies in DNA repair pathways on particle therapy (PT) response. We have exposed five cell lines (M059J, M059K, H1299, H460 and BxPC-3) to 6 MV x-rays, protons (100 MeV: 1.1, 2.5 and 7.8 keV/µm), He-ions (150 MeV/u: 2.2, 6.9 and 13.4 keV/µm) and C-ions (290 MeV/u: 13.5, 28.1 and 61.4 keV/µm) for clonogenic cell survival assessment. The response of the cell lines were then characterized in terms of the relative biological effectiveness (RBE). Here we presented updated values of the RBE of these cell lines, which ranged from 0.90-1.70 for protons, 0.87-1.30 for He-ions, and 1.11-1.97 for C-ions. Our data on RBE indicated that different cell lines respond widely differently to PT beams. We further demonstrated that DNA repair deficiencies play a major role in the response of cell lines to PT beams. Particularly, our data suggest that non-homologous end joining repair has a major role in repairing radiation induced DNA lesions.