2021 Fiscal Year Annual Research Report
電子挙動解析を用いた蛍光体の放射線誘起発光メカニズムの解明とその実験による検証
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20K22340
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
平田 悠歩 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 博士研究員 (30881057)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 電子挙動解析 / モンテカルロシミュレーション / 放射線誘起発光 / 粒子線 / 消光現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では電子挙動解析を用いて放射線誘起発光の発光プロセスを解明するためのモデル開発を行っている。蛍光体に重荷電粒子を照射すると付与エネルギーと発光量の比で表される発光効率が低下する。発光効率低下は放射線の付与エネルギー密度が高くなったため蛍光体の発光中心が局所的に飽和したためであると考えられており、発光プロセスに依存する。粒子・重イオン輸送計算コード（PHITS）に実装されているミクロ線量関数は電子挙動解析を基に開発されており、粒子線から発生する二次電子の挙動を考慮したエネルギー付与密度を確率分布として計算できる。そこでPHITSのミクロ線量関数を用いて蛍光体の重荷電粒子に対する発光効率低下を再現するモデルを開発した。
発光効率低下の再現にはミクロ線量に対する蛍光体の応答関数が必要となるが、ミクロ線量は非常に微小な領域へのエネルギー付与であるため実験的な評価は困難である。γ線は粒子線と比べてエネルギー付与密度が小さく蛍光体に均一にエネルギーを付与しており、ミクロ線量と蛍光体全体の線量が同等である。そこで、γ線照射実験により測定できる蛍光体の線量と発光効率の関係をミクロ線量と発光効率の応答関数として利用した。
蛍光体であるBaFBr:Euの4He、12C、20Neに対する発光効率を重粒子治療装置（HIMAC）において測定し、ミクロ線量関数を用いた計算値と比較した。応答関数はコバルト60γ線源を用いたγ線照射実験から取得した。計算したBaFBr:Euの発光効率はミクロ線関数に用いる微小球の直径を30～50 nmと設定したとき実験値と一致した。この結果から電子挙動解析に基づいたミクロ線量関数を用いることで、発光プロセスに関連した発光効率低下を再現できることを示した。
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