超伝導転移端センサによる治療用炭素重粒子線の超精密線質評価

使用超导过渡边缘传感器对治疗性碳重离子束进行超精确辐射质量评估

基本信息

批准号：
22KJ0980
负责人：
スミスライアン
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0980/
关键词：
超伝導転移端センサ炭素重粒子線

项目摘要

炭素重粒子線はがんを治癒する能力に繋がる生物学的効果比(RBE)が高く、体内の深いところで線量付与のピークを見せる線量集中性があることから、体内深部のがん細胞を、周辺の組織を傷つけることなく治療することができるという特徴がある。炭素重粒子線は体内に入射すると、相互作用により高密度の二次電子を発生させ、これががん細胞のDNAを自己修復できなくなるほど破壊するため、高い治療効果が現れると考えられている。極小のTESアレイにより、二次電子のエネルギーや分布をDNAの大きさのスケールで検出することで、炭素重粒子線のRBEの高さの解明に貢献することを目指す。TESは原理的に熱容量が小さいほどエネルギー分解能が向上するため、極小ピクセルのTESから構成されるアレイを開発することにより、二次電子のエネルギーと分布を評価できる。そこで、一辺が1μmのイリジウム製TESの開発を行った。Geant4を用いたシミュレーション評価により、TESの超伝導薄膜に電子が入射した時の影響を調べたが、無視できるほど小さいことがわかった。ところが、1um程度の大きさのTESでは検出器が超伝導に転移しないという状況が続いた。転移しない原因として、ニオブ電極と超伝導薄膜との接触の悪さや、検出器の制作過程におけるフォトレジストなどの不純物の混入などが考えられるが、原因の解明には至っていない。これまでの極小ピクセルの開発状況について、国内・国外において学会発表を行い、IEEE論文誌に論文が採択された。

碳重离子束具有高生物有效性比（RBE），具有治愈癌症的能力，并且具有在体内达到峰值的剂量浓度，并且能够在不损害周围组织的情况下进行治疗。当碳重粒子束进入体内时，它们相互作用产生高密度二次电子，将癌细胞的DNA破坏到无法自我修复的程度，这被认为具有很高的治疗效果。通过使用极小的 TES 阵列检测 DNA 尺度上二次电子的能量和分布，我们的目标是为阐明碳重离子束的 RBE 高度做出贡献。原则上，TES的能量分辨率随着热容量的降低而提高，因此通过开发由具有极小像素的TES组成的阵列，可以评估二次电子的能量和分布。因此，我们开发了边长为1μm的铱TES。我们通过Geant4进行模拟评估，研究了电子入射对TES超导薄膜的影响，发现其影响很小，可以忽略不计。然而，当使用尺寸约为1um的TES时，探测器没有转变为超导性的情况仍然存在。无法转移的可能原因包括铌电极与超导薄膜接触不良，以及探测器制造过程中掺入光刻胶等杂质，但原因尚未阐明。目前我们已经在国内外学术会议上做了关于超小像素发展现状的演讲，并有一篇论文被IEEE期刊接收。