医療用重粒子線入射軽イオン生成反応測定とハイブリッド型測定システムの開発

医用重离子束入射轻离子产生反应测量及混合测量系统的开发

基本信息

批准号：
09J01771
负责人：
古場裕介
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J01771/
关键词：
核反応データシンチレータ飛行時間測定中高エネルギー

项目摘要

医療用重粒子線入射軽イオン生成反応の測定に用いる検出器体系の最適化と新たな検出器の開発とその基礎特性調査を行った。医療用重粒子線入射の核反応では広い角度・広いエネルギー範囲で粒子が生成され飛び出すため、その測定にはその粒子の位置とエネルギーを正確に求めることができる測定体系が必要となる。まず、医療用重粒子線入射軽イオン生成反応から得られる粒子のエネルギーと角度を見積もるため、検出器シミュレーションコードGEANT4と汎用粒子輸送計算コードPHITSを用いてシミュレーションを行い、必要な検出器の配置と大きさ等の最適化を行った。本測定では高エネルギー粒子の測定であるため、従来の核反応測定法である無機シンチレータ積層型スペクトロメータを用いた方法では検出器中で測定粒子が核反応を起こしてしまい、効率良く測定できないことが分かった。そこで、飛行時間測定法と無機シンチレータ発光量測定法を組み合わせた測定法を開発し、この方法を用いると高エネルギーの粒子ほど高効率で測定できることが分かった。この測定法の基礎実験を放射線医学総合研究所の医療用重粒子加速器施設HIMCで行い、従来の方法では数%の測定効率であった400MeV以上の高エネルギー粒子を10～40%程度で測定できるという結果を得た。この測定法により高効率に医療用重粒子線入射軽イオン生成反応の測定が行うことができると期待できる。さらに、粒子の位置測定を安価なプラスチックシンチレータを用いて容易に行うことができる三角型シンチレータ位置検出器の開発を行った。この測定法の基礎実験をHIMACで行い高エネルギー陽子に対して3mm以下、炭素に対して1mm以下の位置分解能を得た。この三角型シンチレータ位置検出器を重粒子線入射軽イオン生成反応の測定体系の最前方に配置することにより、容易に粒子の位置を測定できると期待できる。

我们优化了用于测量医用重离子束入射引起的轻离子产生反应的探测器系统，开发了新型探测器，并研究了其基本特性。在医用重离子束注入引起的核反应中，粒子以大角度和宽能量范围产生和喷射，因此测量它们需要一个能够准确确定粒子位置和能量的测量系统。首先，为了估计医用重离子束入射轻离子产生反应所获得的粒子的能量和角度，我们使用探测器模拟代码GEANT4和通用粒子输运计算代码PHITS进行了模拟，并确定了必要的我们优化了探测器的布置等。据了解，由于该测量涉及高能粒子的测量，因此使用无机闪烁体堆叠光谱仪的传统核反应测量方法会导致在检测器中测量粒子中的核反应，从而无法进行有效的测量。因此，我们开发了一种将飞行时间测量和无机闪烁体发光测量相结合的测量方法，并发现使用这种方法可以以更高的效率测量具有更高能量的粒子。该测量方法的基础实验是在国立放射线科学研究所的医用重粒子加速器HIMC进行的，现在可以测量400MeV以上的高能粒子，测量效率约为10%~40% ，这仅是传统方法的百分之几的结果。预计这种测量方法将能够高效测量医用重离子束注入的轻离子产生反应。此外，我们开发了一种三角形闪烁体位置探测器，可以使用廉价的塑料闪烁体轻松测量粒子的位置。该测量方法的基础实验是使用HIMAC进行的，我们获得了高能质子小于3毫米的位置分辨率和碳小于1毫米的位置分辨率。通过将该三角形闪烁体位置检测器放置在重离子束注入的轻离子产生反应的测量系统的最前端，预计可以轻松测量粒子的位置。