Control on the response of radiation-induced phosphors for heavy charged particles

• Project/Area Number: 18H01911
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Asai Keisuke 東北大学, 工学研究科, 教授 (60231859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 越水 正典 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40374962)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2019: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2018: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: 重粒子線 / 線エネルギー付与 / シンチレータ / 熱蛍光体 / 励起状態間相互作用 / 輝尽蛍光 / 熱蛍光 / ラジオフォトルミネッセンス / 線量計 / エネルギー移動 / シンチレーション

Outline of Final Research Achievements

Unique energy deposition characteristics of heavy charged particles should be taken into account in the measurements of them. They deposit energy densely along their trajectories, and the energy density per unit length along the trajectory, i.e., linear energy tranfer (LET), is used to express the energy deposition characteristics. In this study, we revealed the basic processes responsible for the LET-dependent response of phosphors used for radiation detection. The LET-dependent of scintillators depends on the species of the excited states responsible for scintillation. On the contrary, in the case of thermally stimulated luminescence phosphors, the LET dependence can be controlled via the concentrations of the trap sites of electrons and holes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた知見は、学術的には、重粒子線計測に用いる放射線誘起蛍光体において、所望のLET依存性を実現するための実験指針となる。このことは、重粒子線計測における技術的基盤となる。本研究を通じた重粒子線計測の高度化により、主に重粒子線治療における線量およびその分布の計測、あるいは正確なエネルギー付与計測は、重粒子線を用いた医療の高度化に資するものである。

Research Products

• [Journal Article] "Neutron detection via thermoluminescence of Tb3+-doped Li2O-Al2O3-B2O3 glasses" (2021)
  • Author(s): Ichiro Kawamura, Hiroki Kawamoto, Yutaka Fujimoto, Masanori Koshimizu, Go Okada, Genichiro Wakabayashi, Mitsuhiro Nogami, Keitaro Hitomi, Kenichi Watanabe, Takayuki Yanagida, Keisuke Asai
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 60 Issue: 3 Pages: 036002-036002
  • DOI: 10.35848/1347-4065/abdf7d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermoluminescence efficiency and glow curves of Cr-doped Al2O3 ceramic TLD for a wide linear energy transfer range (2020)
  • Author(s): Shimomura Risa、Koba Yusuke、Chang Weishan、Koshimizu Masanori、Fujimoto Yutaka、Kawamoto Hiroki、Maruyama Daiki、Matsumoto Kazuki、Ushiba Hiroaki、Andoh Takayuki、Shinsho Kiyomitsu
  • Journal Title: Radiation Measurements Volume: 134 Pages: 106356-106356
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2020.106356
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Neutron detection via thermoluminescence of Ce3+-doped CaO-Al2O3-B2O3 glass" (2020)
  • Author(s): Ichiro Kawamura, Hiroki Kawamoto, Hiromi Kimura, Hajime Komiya, Yutaka Fujimoto, Masanori Koshimizu, Go Okada, Yusuke Koba, Ryo Ogawara, Mitsuru Suda, Genichiro Wakabayashi, Takayuki Yanagida, Keisuke Asai
  • Journal Title: Mater. Technol. Volume: 印刷中 Issue: 12 Pages: 2063-2072
  • DOI: 10.1080/10667857.2020.1859050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Thermoluminescence properties of Dy3+-doped CaO-Al2O3-B2O3 glasses for neutron detection" (2020)
  • Author(s): Ichiro Kawamura, Hiroki Kawamoto, Yutaka Fujimoto, Masanori Koshimizu, Go Okada, Yusuke Koba, Ryo Ogawara, Mitsuru Suda, Takayuki Yanagida, Keisuke Asai,
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B Volume: 468 Pages: 18-18
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2020.02.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Effect of Linear Energy Transfer on the Scintillation Properties of Ce-doped Ca3B2O6 crystals" (2020)
  • Author(s): Masanori Koshimizu, Atsushi Kimura, Satoshi Kurashima, Mitsumasa Taguchi, Takayuki Yanagida, Yutaka Fujimoto, Keisuke Asai,
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neutron-induced thermoluminescence properties of Tb³⁺-doped CaO–Al₂O₃–B₂O₃ glasses (2019)
  • Author(s): KAWAMURA Ichiro、KAWAMOTO Hiroki、FUJIMOTO Yutaka、KOSHIMIZU Masanori、OKADA Go、KOBA Yusuke、OGAWARA Ryo、YANAGIDA Takayuki、ASAI Keisuke
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 127 Issue: 10 Pages: 663-668
  • DOI: 10.2109/jcersj2.19071
  • NAID: 130007722527
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • Year and Date: 2019-10-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of linear energy transfer on the scintillation properties of Ce:Gd3Al2Ga3O12 (2019)
  • Author(s): M. Koshimizu, S. Kurashima, A. Kimura, M. Taguchi, T. Yanagida, H. Yagi, T. Yanagitani, Y. Fujimoto, K. Asai
  • Journal Title: Nucl. Instrtrum. Methods Phys. Res. B Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scintillation properties and alpha-ray detection capabilities of thin-film plastic scintillators (2019)
  • Author(s): Masanori Koshimizu, Takayuki Yanagida, Ryoji Kamishima, Yutaka Fujimoto, Keisuke Asai
  • Journal Title: Sensors and Mater. Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Dy3+添加Ca2B2O5焼結体におけるX線，粒子線，および熱中性子照射後の熱蛍光特性 (2021)
  • Author(s): 小宮基、河村一朗、川本弘樹、藤本裕、越水正典、岡田豪、古場裕介、若林源一郎、浅井圭介、
  • Organizer: 第35回 研究会「放射線検出器とその応用」
• [Presentation] 中性子計測素子開発を企図したCa2B2O5:Dy 焼結体の熱蛍光特性評価 (2021)
  • Author(s): 小宮基、河村一朗、川本弘樹、藤本裕、越水正典、浅井圭介、岡田豪、古場裕介、若林源一郎、
  • Organizer: 第 12 回日本セラミックス協会マテリアル・ファブリケーション・デザイン研究会ハイブリッドセミナー
• [Presentation] LiAlO2および LiGaO2のシンチレーションの LET依存性 (2021)
  • Author(s): 越水 正典、木村 敦、倉島 俊、田口 光正、柳田 健之、藤本 裕、浅井 圭介、
  • Organizer: 第 68 回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 2,3-ビス(2, 4, 5-トリメチル-3-チエニル)マレイミドの He粒子線照射によるフォトクロミズム (2021)
  • Author(s): 川本 弘樹、越水 正典、古場 裕介、藤本 裕、浅井 圭介、
  • Organizer: 第 68 回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 中性子線照射による Tb3+添加 Li2O- Al2O3- B2O3ガラスの熱蛍光 (2021)
  • Author(s): 河村 一朗、川本 弘樹、藤本 裕、越水 正典、岡田 豪、若林 源一郎、野上 光博、人見啓太朗、渡辺 賢一、柳田 健之、浅井 圭介、
  • Organizer: 第 68 回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] X 線，粒子線，および熱中性子照射による Ca2B2O5:Dy 焼結体の熱蛍光特性 (2021)
  • Author(s): 小宮 基、河村 一朗1川本 弘樹、藤本 裕、越水 正典、岡田 豪、古場 裕介、若林源一郎、浅井 圭介、
  • Organizer: 第 68 回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Tb3+添加Li2O-Al2O3-B2O3ガラスにおけるX線，重粒子線，および中性子照射後の熱蛍光 (2021)
  • Author(s): 河村 一朗、川本 弘樹、藤本 裕、越水 正典、野上 光博、人見 啓太朗、浅井 圭介、岡田 豪、若林 源一郎、渡辺 賢一、柳田 健之、
  • Organizer: セラミックス協会2021年年会
• [Presentation] Dy3+ドープ Ca2B2O5焼結体における X 線,粒子線,および熱中性子照射後の熱蛍光特性 (2021)
  • Author(s): 小宮基、河村一朗、川本弘樹・藤本 裕、越水 正典、浅井 圭介、 岡田 豪、古場 裕介、 若林 源一郎、
  • Organizer: セラミックス協会2021年年会
• [Presentation] Isomerization reaction of photochromic compounds induced by C ion beam irradiation (2020)
  • Author(s): Hiroki Kawamoto, Masanori Koshimizu, Yusuke Koba, Yutaka Fujimoto, Keisuke Asai,
  • Organizer: The 8th Asia Pacific Symposium on Radiation Chemistry (APSRC2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X 線およひ熱中性子照射によるCa2B2O5:C焼結体の熱蛍光特性 (2020)
  • Author(s): 小宮 基, 河村 一朗, 藤本 裕, 越水 正典, 若林 源 一郎, 浅井 圭介、
  • Organizer: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Tb3+添加 Li2O-Al2O3-B2O3ガラスの熱蛍光を利用した中性子検出 (2020)
  • Author(s): 河村一朗、川本弘樹、藤本裕、越水正典、岡田豪、野上光博、人見啓太郎、 渡辺賢一、柳田健之、浅井圭介、
  • Organizer: 第 40 回電子材料研究討論会
• [Presentation] X線，粒子線，および熱中性子照射後の Ca2B2O5:Ce焼結体の熱蛍光特性 (2020)
  • Author(s): 小宮基、河村一朗、川本弘樹、藤本裕、越水正典、岡田豪、古場裕介、 若林源一郎、浅井圭介、
  • Organizer: 第 40 回電子材料研究討論会
• [Presentation] He 粒子線照射による 2,3-ビス(2,4,5-トリメチル-3-チエニル)マレイミド の異性化反応誘起 (2020)
  • Author(s): 川本 弘樹、越水 正典、古 裕介、藤本 裕、浅井 圭介、
  • Organizer: 第 63 回放射線化学討論会
• [Presentation] "Excitation density effects on scintillation properties of Li-based scintillators for neutron detection" (2020)
  • Author(s): M. Koshimizu, A. Kimura, S. Kurashima, M. Taguchi, T. Yanagida, Y. Fujimoto, K. Asai,
  • Organizer: 44rd International Conference & Exposition on Advanced Ceramics & Composites
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] "Development of Novel Inorganic Scintillators and Analysis of the Excited States Dynamics Responsible for Scintillation" (2019)
  • Author(s): Masanori Koshimizu,
  • Organizer: The International Conference on Information Optics and Photonics 2019 (CIOP 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] "Effects of linear energy transfer on scintillation properties of Ce-doped Ca3B2O6 scintillator" (2019)
  • Author(s): Masanori Koshimizu, A. Kimura, S. Kurashima, M. Taguchi, T. Yanagida, Y. Fujimoto, K. Asai,
  • Organizer: 20th International conference on Radiation Effects in Insulators (REI-20)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] "Excitation density effects on scintillator properties of organic-inorganic layered perovscite-type compounds" (2019)
  • Author(s): Masanori Koshimizu, N. Kawano, A. Kimura, S. Kurashima, M. Taguchi, Y. Fujimoto, K. Asai,
  • Organizer: 20th International conference on Radiation Effects in Insulators (REI-20)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] " LET-dependent thermoluminescence of Y3Al5O12:Ce " (2019)
  • Author(s): Masanori Koshimizu, Go Okada, Yuho Hirata, Daisuke Nakauchi, Takumi Kato, Noriaki Kawaguchi, Kenichi Watanabe, Yusuke Koba, Yutaka Fujimoto, Takayuki Yanagida,Keisuke Asai,
  • Organizer: The 19th International Conference on Solid State Dosimetry (SSD19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] " Excitation density effects on the scintillation properties of CdWO4 " (2019)
  • Author(s): Masanori Koshimizu, Satoshi Kurashima, Atsushi Kimura, Mitsumasa Taguchi, Takayuki Yanagida, Yutaka Fujimoto, Keisuke Asai,
  • Organizer: The 19th International Conference on Solid State Dosimetry (SSD19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「有機無機ペロブスカイト型化合物のシンチレーションにおけるLET依存性」 (2019)
  • Author(s): 越水 正典、河野 直樹、木村 敦、倉島 俊、田口 光正、藤本 裕、浅井 圭介
  • Organizer: 2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会