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JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構

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4-31<br />

Stabilization of Measurement System of the Heavy Ion<br />

Beam Pulse Radiolysis Using Scintillator<br />

T. Kondoh a) , J. Yang a) , K. Kan a) , Y. Yoshida a) , H. Shibata b) ,<br />

S. Kurashima c) and M. Taguchi d)<br />

a) ISIR, Osaka University, b) Faculty of Engineering, Kyoto University,<br />

c) Department of Advanced Radiation Technology, TARRI, <strong>JAEA</strong>,<br />

d) Eenvironment and Industrial Materials Research Division, QuBS, <strong>JAEA</strong><br />

An ion-beam pulse radiolysis system with scintillators is being developed at TIARA facility to measure the initial process<br />

of ion-beam induced reactions in the microscopic tracks. This ion pulse radiolysis system had some problems that the<br />

measured light intensity was very unstable and the fluctuation could not be compensated by the reference. Therefore, the<br />

intensity of signal light was stabilized and the optimization of measuring the reference was carried out in last year.<br />

イオンビームを用いたがん治療など応用技術が、近<br />

年発展し、注目されている。これらは、高LET放射線<br />

である重イオンビームが、物質に入射した時の局所的<br />

高密度励起の効果を応用したものであり、今後の発展<br />

には、局所的高密度励起と後続の反応過程を解明する<br />

必要がある。パルスラジオリシスは、パルス的に照射<br />

した放射線により物質中に生成した活性種を光吸収な<br />

どで観測する手法であるが、イオンビームの場合、エ<br />

ネルギー付与の空間構造の特異性などから測定システ<br />

ムの構築は非常に困難である。さらに、高密度励起に<br />

より生成した活性種は、高速に反応するため、これを<br />

解明するにはナノ秒程度の時間分解能が必要である。<br />

我々は、シンチレータをビーム軸上の試料直前に置き、<br />

イオンビームによるシンチレータの発光を分析光とし<br />

て、試料中の高密度励起による活性種の光吸収を測定<br />

する方法を開発している。この手法では、分析光源と<br />

励起場所がイオンビームの飛跡上なので、トラック内<br />

の活性種測定と高時間分解能を同時に実現できる。サ<br />

イクロトロンの重イオンビームは、通常数10ナノ秒の<br />

パルス間隔のため化学反応の観測は困難であるが、P<br />

チョッパーとSチョッパーを同時に高度に制御するこ<br />

とにより、220 MeV C 5+ イオンビームのシングルパル<br />

ス化に成功した。<br />

HYポートに輸送されたビームは、サンプルセル上<br />

に設置されたシンチレータを通過した後、試料に入射<br />

して停止する。シンチレータ発光のうち試料を通過し<br />

た光がフィルターで分光され光電子増倍管で検出され<br />

る。光吸収測定には、それぞれの試料について光源光<br />

強度、照射時信号光強度、ビームノイズ、バックグラ<br />

ウンドの四つのデータが必要である。これまで、試料<br />

Fig. 1 New stabilized measurement system of the<br />

heavy ion beam pulse radiolysis using scintillator<br />

with reference measurement.<br />

<strong>JAEA</strong>-<strong>Review</strong> <strong>2010</strong>-065<br />

- 155 -<br />

を変更する毎、更に一つのデータ取得中でも信号光強<br />

度が変動する問題があった。平均強度と位置の安定性<br />

が高いサイクロトロンのビームであるが、シングルパ<br />

ルス切り出し条件下では、ビーム強度や位置の変動が<br />

信号光に影響していると考え、試料を通過しないシン<br />

チレータ発光を測定し、光源光強度のリファレンスと<br />

して補正を試みたが、成功しなかった。この原因は、<br />

試料液面、サンプルセル、シンチレータの配置に独立<br />

性と再現性が低く、リファレンスが光源変動を反映し<br />

ていない事が原因と考えられる。<br />

この問題を解決するために、今年度は測定体系の安<br />

定化対策を行った。改良した測定装置体系をFig. 1に示<br />

した。従来の体系における測定の再現性の欠如は、縦<br />

型セルとシンチレータの非独立積層型配置が原因と考<br />

えられる。各素子の直線的配置はそのままに、石英サ<br />

ンプルセルを横向きに使用し、フリッパーマウントに<br />

固定することにより光路長は正確に一定となり、独立<br />

かつ再現性の高い配置に変更した。また、シンチレー<br />

タはコリメーター下に固定し、フリッパーマウントに<br />

より独立かつ再現性高く設置した。コリメーター下流<br />

に設置することによりコリメーターを通過したイオン<br />

ビームのみがシンチレータを発光させるのでリファレ<br />

ンスは正確に信号光を反映する。安定化対策の後、光<br />

源変動補正のために、リファレンス測定配置の最適化<br />

を行った。CaF 2(Eu)シンチレータを用い、信号光強<br />

度とリファレンス光強度の間の相関をFig. 2に示した。<br />

信号光強度とリファレンス光強度には比例関係があり、<br />

最適化した配置ではリファレンスによる光源光強度の<br />

補正が可能となった。<br />

Fig. 2 Correlation between the signal (vertical axis)<br />

and the reference (horizontal axis).

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