2021 Fiscal Year Annual Research Report

Quantification of nitrogen oxide and free radicals of irradiated material by effective magnetic moment method

Research Project

Project/Area Number	21H01972
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	松本信洋国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30358048)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山口英俊国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (10783194)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	一次標準直接法 / 磁気分析法 / ラジカル / 一酸化窒素 / 高線量測定 / アラニン線量計 / SQUID / ESR
Outline of Annual Research Achievements	研究代表者は、電子スピン共鳴(ESR)測定用石英管に高純度一酸化窒素(NO)ガスを封入するための試料導入系を構築した。その後、ESR用試料管(石英管)にNOガスを大気圧未満で封入した。その試料管をXバンドESR装置にセッティングし、室温のESRスペクトルにおいて線幅が広いNOによる一次微分ピークが観測された。次に、そのNOピーク高さの温度依存性の測定を実施した。ESR装置の2種類の温度制御システムを用い、液体窒素～室温、および、室温～360 Kの2種類の温度範囲でスペクトル測定を実施した。その結果、磁気モーメントに比例するピーク高さがキャビティ内試料管底部付近の温度に逆比例することを確認し、純NOガスが室温付近でキュリー則に従う磁気的性質を示す事を明らかにした。一方で、次年度から製作予定の気体試料測定用磁気天秤の基本設計を行った。研究分担者は、0.3 kGy～100 kGyの放射線を照射したアラニンペレットの磁気モーメントを測定した。研究開始前に行ったフィージビリティ・スタディでは、アラニンペレットのSQUIDでの磁気モーメント測定の再現性が0.5%以上であった。より再現性を高めるために、アラニンペレット用のアルミニウムホルダーを作製し、繰り返し磁気モーメントを測定することで再現性を検証した結果、0.1%まで再現性を向上した。異なる線量が照射されたアラニン線量計の磁気モーメントをSQUIDで測定し、前述の線量範囲において、線量と磁気モーメントの検量線を得た。4.2 Kから300 Kまで温度を変化させて101 kGyの線量が照射されたアラニンの磁気モーメントを測定し、有効磁気モーメント法を用いてラジカル数を求めた。ラジカル数と照射された線量から求めたアラニンの放射線化学収量(G値)は、過去の複数の文献で報告されているESR装置を用いた相対定量分析に基づくG値と良く一致した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画通り、ESR用試料管に試料ガスを封入可能な試料導入ユニットを作成し、ESR装置により純NOガスが室温付近でキュリー則的な磁気的性質を示す事を明らかにできたことによって、研究を次の段階に進める事が可能になった。また、SQUIDで液体ヘリウム温度・強磁場下におけるペレットの磁気モーメントを測定したときの磁気モーメントと線量の関係（検量線）の導出、および、SQUIDによる磁気モーメント測定値の再現性向上の他、有効磁気モーメント法の原理に基づく高線量照射アラニンペレットの磁気モーメントの温度依存性測定によるラジカル数の定量に至ったので、研究は順調に進捗している。
Strategy for Future Research Activity	研究代表者は、石英管封入気体試料の磁気モーメントの絶対測定が可能な磁気天秤を、自作する。その製作に必要な複数の物品の調達、詳細設計、組み立て、および、室温での試測定を実施する。また、昨年度に引き続き、NOガスの電子スピン共鳴(ESR)測定を行う。昨年度は、液体窒素～室温、および、室温～360 Kで、ESRスペクトルにおけるNO分子による微分ピークの高さが大まかにキュリー則に従う温度依存性を示す事を明らかにした。この温度依存性測定では、測定中の試料管の上部と下部で温度差が生じるため、この温度差による影響を評価する。そして、その対策を検討することにより、より直線性に優れた微分ピーク高さの温度変化を得る事を目指す。また、参考データを得るために、高純度酸素を封入した試料管の測定も実施する。研究分担者は、引き続き、放射線照射されたアラニン線量計のSQUID測定を実施する。今年度の結果から、10 kGy以下の線量において検量線と測定値の残差が大きくなることが分かった。そのため、そのような比較的低い線量における磁気モーメント測定の高精度化を行い、低い線量においても検量線の残差が小さくなるような測定方法を確立する。また、101 kGy以下の線量においても有効磁気モーメント法を用いてラジカル数を定量し、線量とラジカル数の関係を明らかにする。なお、磁気天秤またはSQUIDの校正に使用している磁気モーメント標準物質について、必要に応じて可能な範囲で海外研究機関と連携する。