11Cイオン生成のための11CH4分子生成/濃縮装置の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25790090
• Research Institution: National Institute of Radiological Sciences
• Principal Investigator: 片桐 健 国立研究開発法人放射線医学総合研究所, 物理工学部, 研究員 (90510868)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 不安定核ビーム / イオン源 / 重粒子線がん治療 / 真空技術

Outline of Annual Research Achievements

重粒子線治療におけるPET装置を用いた照射野のリアルタイムイメージング技術の実現のために陽電子放出核である10/11C核種を一次ビームとして治療室へ供給する方法を検討している．この方法ではイオン源にて10/11Cイオンを生成し，後段のシンクロトロン加速器によって治療に必要なエネルギーまでそれらのイオンを加速する．この方法を実現する為には高純度の10/11CH4分子を1013個程度生成しなければならない．本研究の目的は，そのガスの生成を行う10/11CH4分子生成/濃縮装置を開発する事である．
この装置は，蒸気圧の温度依存性が分子種ごとに異なることを利用して，冷却分子トラップによりメタン分子と不純物分子の分離を行う．この冷却トラップは，クライオクーラーとヒーターにより50—70 K程度の温度域において温度の調整が行われることで，メタン分子，或は不純物を気化させて選択的に取り出す事ができる．26年度には，10/11CH4分子生成/濃縮装置の性能評価実験をさらに進め，~10-100倍の窒素ガスを分離出来ること，CH4ガスと蒸気圧の近い酸素に関しても分離が十分に可能であることを明らかにした． さらに，11CH4分子の輸送，及び同位体(12C)分離の際に必要となる一価イオン生成用電子衝撃型イオン源の設計を行った．27年度には，この一価イオン源の性能評価実験を進めると共に， 新たに開発したPIC法による粒子計算コードによってイオン化効率の向上を狙った内部電極構造の最適化を進めた．さらに，10/11CH4分子生成/濃縮装置に関しても，気化の高速化・取出し分子流のパルス化が可能となるゲルマニウム製分子トラップを新たに考案し，実用化に向けた基礎実験を行った．今後，これらの開発した機器の統合試験を行うことで，システムの性能評価を行う．

Research Products

• [Int'l Joint Research] JINR(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: JINR
• [Journal Article] A singly charged ion source for radioactive 11C ion acceleration (2016)
  • Author(s): K. Katagiri, A. Noda, K. Nagatsu, M. Nakao, S. Hojo, M. Muramatsu, K. Suzuki, T. Wakui, and K. Noda
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum. Volume: 87 Pages: 02B509-1-4
  • DOI: 10.1063/1.4935899
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cryogenic molecular separation system for radioactive 11C ion acceleration (2015)
  • Author(s): K. Katagiri, A. Noda, K. Suzuki, K. Nagatsu, A. Yu. Boytsov, D. E. Donets, E. D. Donets, E. E. Donets, A. Yu. Ramzdorf, M. Nakao, S. Hojo, T. Wakui, and K. Noda
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum. Volume: 86 Pages: 123303-1-7
  • DOI: 10.1063/1.4937593
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ISOL ION SOURCE FOR HEAVY ION CANCER RADIOTHERAPY (2015)
  • Author(s): Ken Katagiri, Akira Noda, Masao Nakao, Hojo Satoru, Kotaro Nagatsu, Kazutoshi Suzuki, Takashi Wakui, Koji Noda
  • Journal Title: Proceedings of Particle Accelerator Society Volume: Tsuruga, Japan Pages: 75
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Radioactive C-11 ion production/acceleration for heavy-ion cancer therapy (2016)
  • Author(s): K. Katagiri, A. Noda, K. Nagatsu, K. Suzuki,T. Wakui, K. Noda
  • Organizer: [49]7th Asian Forum for Accelerators and Detectors (AFAD2016)
  • Place of Presentation: Uji Campus, Kyoto University, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-02-01 – 2016-02-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Research and developments toward radioactive 11C ion acceleration (2015)
  • Author(s): K. Katagiri, A. Noda, K. Nagatsu, S. Hojo, M. Nakao, K. Suzuki, M. Muramatsu, T. Hattori, T. Wakui, K. Noda.
  • Organizer: 13th International Conference on Heavy Ion Accelerator Technology (HIAT 2015)
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 重粒子線治療のためのISOLシステムに用いる1価イオン源の開発 (2015)
  • Author(s): 片桐 健，他
  • Organizer: 日本加速器学会年会
  • Place of Presentation: 敦賀，福井
  • Year and Date: 2015-08-05 – 2015-08-07
  • Int'l Joint Research