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μ-TPC の 重イオン照射に対する応答 PowerPoint PPT Presentation


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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


Tpc

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


Contents

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


Tpc

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


Tpc

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


Micro pixel chamber m pic

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


Tpc time projection chamber

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


Himac

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


Tpc

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)


Si 800mev n

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!!


Tpc

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]


Tpc

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]


Ps tepc

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


Summary

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


Tpc

おわり


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