エマルションによる重粒子線破砕反応の研究 Study on fragment reaction of heavy ion by nuclear emulsion 歳藤利行 名古屋大学 21 Mar. 放射線医学総合研究所 第 21 回 固体飛跡検出器研究会

12 C 180MeV/u 150μm 4π Tracking detector with 3 dimensional spatial resolution of ~1μm. Possible to detect, identify and measure all charged secondary particles. Non bias data taking. ⇒ used to study fragment reaction in ~1970 Carbon fragmentation in nuclear emulsion

1) エマルションを用いて個々の反応を検出、再構成する。 2 次粒子 ( 主にビームのフラグメント ) を同定、物理量を測定する。 2) ターゲットとして人体の構成成分 ( 水など ) を使い、重粒子線治療に おける体内の線量分布を精密に評価するための基礎データとする。 3) 破砕反応の kinematics の特徴をとらえ汎用モンテカルロシミュレータ である Geant4 の結果と比較 そのための基礎研究、データ収集を行う。 NIRS HIMAC P152 experiment

Organization: 12 institutes from HEP, medical and space domains Nagoya Univ. Toho Univ. Aichi Univ. of Educaiton Kobe Univ. High Energy Accelerator Research Organization (KEK) Ritsumeikan Univ. Naruto Univ. of Education SLAC National Institute of Radiological Science (NIRS) Gunma Univ., Faculty of Medicine Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Univ. of Tokyo Experiment started in 2003 (On-going) NIRS HIMAC P152 experiment Medical Space Emulsion Geant4

飛跡の高速自動読み取り 1cm 2 /hour 重イオンビームに対して 位置精度～ 1μm 角度精度～ 5mrad 44μm 16 層の断層映像 3 次元画像解析 タウニュートリノ反応の検出に成功 (1998 年,FNAL E872 DONUT 実験 )

R&D for Charge identification Apr. and May.04

Charge identification(3 ≦ Z ≦ 6) by refreshing method 35 grains/100μm ～ 8 grains/100μm 30 ℃,R.H.98%,3days δray ～ 5tracks/44μm Z=1 Z=2 Z=6 ビーム照射後のエマルションフィルムを 高温、高湿下にさらし潜像核を消滅。 感度をコントロール 30 ℃ 38 ℃ 45 ℃

3 He 7 Li 11 B 9 Be 12 C Reference Not refreshed 30 ℃ 38 ℃ 45 ℃ Volume pulse height Secondary beam from Z=2 to 6 produced by 290MeV/u 12 C Apr.May.2004 Be Li B Z=1 から 6 までの電荷の区別が可能 β~0.65 average NIM A 556(2006)482

C-Water interaction data taking Dec. 2004

Water tank Opera film 12.5cm 10cm 87Layer 40cm21cm Thickness 293μm

・ Water(H 2 O) and lexan hybrid target ・ Emulsion film with reduced sensitivity for charge identification ・ Reduced sensitivity by 1/5 and 1/10 are combined Emulsion with normal sensitivity Reduced sensitivity by 1/5 Water 2mm Reduced sensitivity by 1/10 lexan(1mm) 400MeV/u 12 C 1/10 sensitivity 1/5 sensitivity B C Be Li He Pulse height 65layers Emulsion chamber to study C-Water interactions 防水、遮光用フィルム

Stopping point of Carbon beam 30cm Dec C 400MeV/u 65layer

25cm 2.5cm C400MeV/u

A.N.Golovchenko et al., Phys.Rev.C (2002) I.Schall et al., NIM B (1996) Our results(total) Charge changing cross section (>150MeV/u)

A.N.Golovchenko et al., Phys.Rev.C (2002) I.Schall et al., NIM B (1996) C→BC→B C→BC→B C→BC→B Charge changing cross section (>150MeV/u) Our results(partial)

H Li He C400MeV/u 220MeV/u 25cm C→Li+He+H

He C 150MeV/u 400MeV/u 25cm C→3He

B BeLi He H Emission angle with respect to the beam(tanθ) 電荷ごとの放出角度分布

Low energy (<200MeV/u) data taking Sep. and Dec.05 CR-39 Gold development

100MeV/u 12 C アクリル窓 1000μm パッキング材 128μm エマルションフィルム 293μm =44( 乳剤 )+205( ベース） +44( 乳剤 ) 水 2000μm CR μm 紙 4185μm B600B591 エマルションフィルムは 3 枚 1 組 最上流はリフレッシュしない。 2 枚目と 3 枚目を異なる条件で 現像する。 2005 年 12

~80MeV/u C100MeV/u C→B+H B H 3cm Be B C エッチピットの半径

In future More statistics to study interaction in more detail Pure Ca,P target Target fragment Scanning speed:1→10cm 2 /hour

Conclusion Precise data of fragment interaction are required in the field of medical recently. We have performed many kind of basic study. Ready to contribute to these demands.