Development of a radiation field with variable neutron energy spectrum

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K18374
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Medical Physics and Radiological Technology; Nuclear engineering
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: Yonai Shunsuke 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 物理工学部, グループリーダー(定常) (00415431)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: neutron / radiation field / secondary neutron / Monte Carlo / Bonner sphere system / WENDI-II

Outline of Final Research Achievements

This study focused on the secondary neutrons that cause medical exposure of patients received carbon ion radiotherapy. In particular, in order to realize biological experiments that are essential for establishing a model for predicting secondary cancer risk, we aimed to perform conceptual design including the feasibility study and its experimental verification of a radiation field with a variable neutron energy spectrum.
Our simulation study showed that it is feasible to construct a radiation field that simulates different energy spectra depending on the position in the treatment room for carbon ion radiotherapy without using large-scale and complicated irradiation devices. Moreover, the validity of the simulations was shown by the experimental verification.

Free Research Field

医学物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中性子による生物影響は中性子エネルギーに大きく依存するため非常に複雑である。本研究成果により今後、炭素線治療における二次中性子による生物影響を明らかにするための実験を実現する照射場を構築できることが明らかになった。本研究では炭素線治療をターゲットとして研究を進めたが、同じ手法を用いることで他への応用も期待できる。
また、国内では、MeVからGeVオーダーに及ぶエネルギーの高い中性子について照射場や校正場が整備されておらず、この研究成果を用いて高エネルギー中性子に対する照射場、校正場を構築することにより、検出器開発研究等の様々な物理研究の発展を促進することが期待できる。