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μ-TPC の 重イオン照射に対する応答

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 、 KEK b 、 JAXA c 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. 線量当量 [Sv] = 線質係数 (QF) × 吸収線量 [Gy]. 宇宙放射線計測.

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μ-TPC の 重イオン照射に対する応答

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 線量当量[Sv] = 線質係数(QF)×吸収線量[Gy] 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 LET (Linear Energy Transfer, dE/dXと同じ)のみの関数 宇宙線（陽子・重粒子・電子・中性子等）のLETは様々 イベントごとの測定が必要

  4. 球形TEPC これまでの線量計 • 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

  5. 100mm 10cm Micro Pixel Chamber (m-PIC)の利用 • 微細構造電極比例計数管 • 400m pitch • ガス利得(max) > 104Uniformity (s) ~ 4% 位置分解能　~120μm 長期安定性　～数百時間（ガス利得～6000） 400μm Detection area = 100cm2

  6. μ－TPC（Time Projection Chamber） • m-PICを読み出しにもちいたTime Projection Chamber (TPC) • 二次元情報 + 時間情報 粒子の飛跡 • 飛跡とエネルギーの同時測定 dE/dXの測定 μ-TPCで得られた反跳陽子や 反跳電子の飛跡およびエネルギー 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 Digital 256本 Analogsum Flash ADC

  7. Plastic scintilator m-TPC容器 Plastic scintilator 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 二つのシンチレータのコインシデンスでトリガー μ-PIC検出面

  8. 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)

  9. Ar-based gas Ar-based gas Z [cm] Z [cm] ビーム方向 ビーム方向 Anode [cm] Anode [cm] Cathode [cm] Cathode [cm] 実験結果（Siビーム800MeV /n） • Ar/C2H6 (90/10)混合ガス • ガス増幅率 200 飛跡取得成功!!

  10. 2 4 6 10 8 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 （0.2MeV/cm） dE/dX [MeV/cm] Fe エネルギー損失 Si （0.49MeV/cm） 0 5 10 15 20 25 30 Fe (2.5MeV/cm） [MeV] a Si C 00.5　　１　　　 　23 飛跡長さ Fe [MeV/cm] SRIMの計算では a C（400MeV/n） 0.26MeV/cm Si(800MeV/n) 0.59MeV/cm Fe(500MeV/n) 2.42MeV/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]

  11. 生体組織等価ガス Z [cm] Anode [cm] Cathode [cm] 実験結果2 　　生体組織等価ガス • Siビーム (800MeV/n) • ドリフト電場 0.8kV/cm • ガス増幅率 ~ 100 a 全Energy損失 alpha Si Si Fe Fe 0 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]

  12. Front-endDAQ VME Memory & CPU PS-TEPC計画 2004年度 スタート PS-TEPC • 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 m-PIC

  13. 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

  14. おわり

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