高分子系エッチング型飛跡検出器の感度特性とトラック損傷構造の解明

• 研究課題/領域番号: 16K05002
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 山内 知也 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (40211619)
• 研究期間 (年度): 2016-10-21 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 固体飛跡検出器 / エッチング型飛跡検出器 / ポリアリルジグリコールカーボネート / ポリカーボネート / ポリエチレンテレフタレート / ポリイミド / 放射線化学収率 / イオントラック内径方向電子フルエンス / 検出閾値 / イオントラック構造分析 / イオントラック形成機構 / PADC / PET / PC / PI / イオントラック / ビスフェノールAポリカーボネート / 赤外線分光 / 潜在飛跡 / 高分子 / 放射線

研究成果の概要

高分子系エッチング型飛跡検出器中に形成されるイオントラック構造についての分析を行った。対象にはポリアリルジグリコールカーボネートPADCとポリカーボネートPC、ポリエチレンテレフタレートPET、ポイリミドPIが含まれている。定量的な分析を行っておりイオントラック長さの単位距離当たりの損傷数（損傷密度）や元の密度において内部の官能基が失われている半径（実効的トラックコア半径）、放射線化学収率（G値）を各官能基について求めた。1 eV/nmから12,000 eV/nmの広い阻止能域のデータを得た。低エネルギー電子の複数ヒットの重要性を明らかにし、イオントラック内径方向電子フルエンスを提唱した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

新しい検出器開発のために高分子系飛跡検出器中のイオントラック構造を研究し、種々の高分子材料中のイオントラックに関する他に類を見ないデータベースを確立した。イオントラックの化学構造データは、検出器としてのエッチングテスト結果と対をなしている。分析化学的な方法を利用した重イオンと低LET放射線実験による定量的データに基づいて、局所線量とは別に、２次電子のヒット数で議論することが可能であり、より現実的なトラック形成機構が議論できることを示した。PADCについて言えば、繰り返し構造に２個以上の電子がヒットすると損傷が生まれる。モンテカルロ法にてイオントラック内径方向電子フルエンスの最初の計算を行った。

研究成果

• [国際共同研究] University of Sherbrooke(カナダ)
• [国際共同研究] University of Strasbourg/University of Bourgogne-France-Comtte(フランス)
• [国際共同研究] ストラスブール大学/ブルゴーニュ・フランシュコンテ大学/国立重イオン加速器研究所(フランス)
• [国際共同研究] ストラスブール大学/ユーベルキュイア学際研究所/ブルゴーニュ・フランシュコンテ大学(フランス)
• [雑誌論文] Drastic decrease of carbonyl group after the loss of ether in PADC exposed to 222 nm UV photons (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Yutaka Mori, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Satoshi Kodaira, Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: 157 ページ: 60-64
  • DOI: 10.1016/j.radphyschem.2018.12.018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Role of intermediate species in the formation of an energetic ion latent track in PADC: A review (2019)
  • 著者名/発表者名: Michel Fromm, Satoshi Kodaira, Tamon Kusumoto, Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 161 ページ: 213-224
  • DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2019.01.028
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct step-like changes in G values for the losses of typical functional groups in poly(ethylene terephthalate) along boron ion tracks around the detection threshold (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Yamauchi, Tamon Kusumoto, Takuya Ueno, Yutaka Mori, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Satoshi Kodaira, Remi Barillon
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 116 ページ: 51-54
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2018.07.002
  • NAID: 120006522706
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Radial electron fluence around ion tracks as a new physical parameter for the detection threshold of PADC using Geant4-DNA toolkit (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Ziad EL Bitar, Shogo Okada, Pierre Gillet, Nicolas Arbor, Masato Kanasaki, Yutaka Mori, Keiji Oda, Abdel-Mjid Nourreddine, Hisaya Kurashige, Michel Fromm, Pierre Cloutier, Andrew D Bass, Leon Sanche, Satoshi Kodaira, Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 118 ページ: 50-53
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2018.08.015
  • NAID: 120006522711
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of the Two-Step Damage Formation Process of Latent Tracks in Poly(allyl Diglycol Carbonate), PADC: Role of Secondary Low-Energy Electrons (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Michel Fromm, Pierre Cloutier, Andrew D. Bass, Leon Sanche, Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 122 号: 36 ページ: 21056-21061
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b05341
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Radiolysis of phenylalanine in solution with Bragg-Peak energy protons (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Ludwig, Tamon Kusumoto, C. Galindo, P. Peaupardin, S. Pin, J.-P. Renault, D. Muller, TomoyaYamauchi, Satoshi Kodaira, Remi Barillon, Quentin Raffy
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 116 ページ: 55-59
  • DOI: 10.1016/j.radmeas.2018.07.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] PADC 飛跡検出器の放射線高感受性部に見られる段階的な損傷形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 楠本多聞、森豊、金崎真聡、小田啓二、山内知也、誉田義英、藤乗幸子、ミッシェルフロム、ジョンエマニュエルグロエ、小平聡、北村尚、レミバリオン
  • 雑誌名: 放射線化学 巻: 103 ページ: 41-45
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 高感度飛跡検出器PADC中に形成されるイオントラックの特徴 (2017)
  • 著者名/発表者名: 楠本多聞、寺下佳孝、森豊、金崎真聡、小田啓二、山内知也、小平聡、北村尚、誉田義英、藤乗幸子、ジアットELバイタ、ニコラアーバ、クアンタンラフィ、レミバリオン、ジョンエマニュエルグロエ、ミッシェルフロム
  • 雑誌名: 放射線 巻: 43, 3 ページ: 73-82
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] T Sudden increase of the radiation chemical yield for loss of carbonate ester in PADC detector where the track overlapping of 28 MeV electrons becomes significant (2016)
  • 著者名/発表者名: Tamon KUSUMOTO, Yutaka MORI, Masato KANASAKI, Keiji ODA, Satoshi KODAIRA, Yoshihide HONDA, Sachiko TOJO, Remi BARILLON, Tomoya Yamauchi
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings, Proceedings of International Symposium on Radiation Detectors and Their Uses (ISRD2016) 巻: 11
  • DOI: 10.7566/jpscp.11.010001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 重イオンを照射したポリカーボネート薄膜中放射線損傷の面分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 濵野拳、楠本多聞、東和樹、大谷拓也、酒井盛寿、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ESR法を用いたガンマ線照射によるPADC検出器中損傷評価(2) (2019)
  • 著者名/発表者名: 大谷拓也、千葉昌寛、濵野拳、金崎真聡、小田啓二、小林一雄、譽田義英、籐乗幸子、山内知也
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ポリカプロラクタムとポリヘキサメチレンアジパミド中カルボニル基に見られるイオン照射下の放射線感受性の相違 (2019)
  • 著者名/発表者名: 酒井盛寿、千葉晶寛、濵野拳、楠本多聞、小平聡、金崎真聡、小田啓二、山内知也
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 検出閾値周辺におけるポリエチレンテレフタレート中イオントラック構造の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 千葉晶寛、楠本多聞、東和樹、大谷拓也、酒井盛寿、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 赤外分光法とエッチング実験によるポリエチレンテレフタレートの検出閾値近傍の損傷評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 千葉昌寛、楠本多聞、大谷拓也、酒井盛寿、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第33回固体飛跡検出器研究会
• [学会発表] ヒドロキシル基生成密度によるPADC飛跡検出器応答特性の記述 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山内知也、楠本多聞、東和樹、小平聡、金崎真聡、小田啓二、蔵岡孝治、レミバリオン
  • 学会等名: 第33回固体飛跡検出器研究会
• [学会発表] PADC中に形成されるイオントラックの構造分析とエッチング特性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡田智暉、東和樹、大谷拓也、酒井盛寿、千葉昌寛、濵野拳、金崎真聡、小田啓二、小平聡、楠本多聞、山内知也
  • 学会等名: 第33回固体飛跡検出器研究会
• [学会発表] 重イオン照射によるポリカーボネート薄膜中放射線損傷の面分布特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 濵野拳、楠本多聞、東和樹、大谷拓也、酒井盛寿、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第33回固体飛跡検出器研究会.
• [学会発表] ポリイミド樹脂のウランイオンを含む重イオンに対する応答特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山内知也、楠本多聞、酒井盛寿、吉田敦、神原正、小平聡、金崎真聡、小田啓二、蔵岡孝治、レミバリオン
  • 学会等名: 第33回固体飛跡検出器研究会
• [学会発表] An up-to-date local dose distribution theory for describing the track registration property of Kapton film irradiated with heavy ions, including U ion (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Morikazu Sakai, A.Yoshida, T. Kambara, Y. Yanagisawa, Satoshi Kodaira, Keiji Oda, Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: 10th International symposium on Swift Heavy Ions in Matter and 28th International Conference on Atomic Collisions in Solids
  • 国際学会
• [学会発表] Drastic decrease of carbonyl group following the loss of ether in PADC exposed to 222 nm UV photons (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Yutaka Mori, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Satoshi Kodaira, , Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: The 13th meeting of the “Ionizing Radiation and Polymers” symposium
  • 国際学会
• [学会発表] ESR法を用いたガンマ線照射によるPADC検出器中の損傷評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大谷拓也、楠本多聞、金崎真聡、小田啓二、小林一雄、譽田義英、藤乗幸子、山内知也
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] イオントラックに沿ったヒドロキシル基密度によるPADC飛跡検出器の応答特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東和樹、楠本多聞、千葉昌寛、濵野拳、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ホウ素イオンを照射したポリカーボネート薄膜中放射線損傷の面分布 (2018)
  • 著者名/発表者名: 濵野拳、楠本多聞、東和樹、大谷拓也、酒井盛和、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] FT-IRを用いたナイロン６の水素イオン照射による吸光度変化と化学的損傷パラメータ (2018)
  • 著者名/発表者名: 酒井盛寿、楠本多聞、小平聡、千葉昌寛、濱野拳、金崎真聡、小田啓二、山内知也
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 検出閾値周辺におけるポリエチレンテレフタレート中イオントラック構造の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 千葉昌寛、楠本多聞、東和樹、大谷拓也、酒井盛寿、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Areal distribution of radiation damage in bisphenol A polycarbonate films caused by heavy ions (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken Hamano, Tamon Kusumoto, Kazuki Azuma, Takuya Otani, Morikazu Sakai, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: The 14th International Workshop on Ionizing Radiation Monitoring
  • 国際学会
• [学会発表] A study on latent track structure in polyethylene terephthalate around the detection threshold (2018)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Chiba, Tamon Kusumoto, Kazuki Azuma, Takuya Otani, Morikazu Sakai, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Satoshi Kodaira, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: The 14th International Workshop on Ionizing Radiation Monitoring
  • 国際学会
• [学会発表] 高分子系エッチング型飛跡検出器中イオントラックの研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 楠本多聞 、森豊、山内知也
  • 学会等名: 光・量子デバイス研究会、電気学会
  • 発表場所: 兵庫県民会館
  • 年月日: 2017-03-29
• [学会発表] 検出閾値近傍におけるPADC中イオントラックのステップ状構造変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺下佳孝、楠本多聞、小田啓二、金崎真聡、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 紫外線(222 nm)照射下で PADC 検出器中に形成される 損傷サイズ評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 楠本多聞、森豊、金崎真聡、小田啓二、レミバリオン、山内知也
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 高分子系エッチング型飛跡検出器中に形成されるイオントラックの検出閾値近傍における特徴 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山内知也、楠本多聞、寺下佳孝、金崎真聡、小田啓二、レミバリオン
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] PADC 検出器の閾値を記述する新しい物理概念としてのイオントラック内径方向電子フルエンス (2017)
  • 著者名/発表者名: 楠本多聞、ELバイタジアッド、岡田勝吾、ジレットピエール、アーバニコラ、森豊、金崎真聡、小田啓二、ヌレディンアブデル-ミジッド、藏重久弥、フロムミッシェル、クロウティエピエール、Dバスアンドリュ、小平聡、サンチェレオン、バリオンレミ、山内知也
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] PADC 中メチン基に着目したトラック構造分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺下佳孝、楠本多聞、小田啓二、金崎真聡、森豊、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] イオントラックに沿ったヒドロキシル基密度による PADC 飛跡検出器の応答特性の記述 (2017)
  • 著者名/発表者名: 東和樹、楠本多聞、寺下佳孝、金崎真聡、小田啓二、小平聡、山内知也
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] PADC 検出器中イオントラック内の段階的損傷形成過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大谷拓也、楠本多聞、寺下佳孝、金崎真聡、小田啓二、小林一雄、誉田義英、藤乗幸子、山内知也
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 局所線量分布の現代的更新と PET 検出器への活用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井盛寿、楠本多聞、寺下佳孝、金崎真聡、小田啓二、山内知也
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Applicability of polyimide films for idenification of ultra-heavy componets, including uranium ions in galactic cosmic ray (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Satoshi Kodaira, Keiji Oda,Tomoya Yamauchi, Remi Barillon, Atsushi Yoshida, Tadashi Kambara, Yoshiyuki Yanagisawa
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Radiation Detectors and Their Uses, ISRD2018
  • 国際学会
• [学会発表] 低エネルギー電子のカルボニル基又はエーテル基を含む単量体への影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 楠本多聞、ピエールクロウティエ、ミッシェルフロム、アンドリュー A バス、レオンサンチェ、山内知也
  • 学会等名: 第60回放射線化学討論会
• [学会発表] メチン基とメチレン基の赤外線吸収ピークに着目した PADC 中イオントラック構造の分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺下佳孝, 楠本多聞, 小田啓二, 金崎真聡, 森豊, 小平聡, 山内知也
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Distinct step-like changes in G values for the losses of typical functional groups in poly(ethylene terephthalate) along B ion tracks around the detection threshold (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Yamauchi, Tamon Kusumoto, Yutaka Mori, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Satoshi Kodaira, Remi Barillon
  • 学会等名: 27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements
  • 国際学会
• [学会発表] Anomalous increase of the contact angle of water droplets on the surface of PADC detector exposed to proton (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Koji Kuraoka, Yutaka Mori, Masato Kanasaki, Satoshi Kodaira, Yoshihide Honda, Sachiko Tojo, Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: 27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements
  • 国際学会
• [学会発表] An up-to-date local dose distribution theory for ion tracks and its applications to detection thresholds in PET and PI (2017)
  • 著者名/発表者名: Morikazu Sakai, Tamon Kusumoto, Yoshitaka Terashita, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: 27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements, The University of Strasbourg
  • 国際学会
• [学会発表] Dependence of G values for losses of typical functional groups along heavy ion tracks in bisphenol A polycarbonate on the surface density (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Yamauchi, Tamon Kusumoto, Kazuki Azuma, Takuya Otani, Morikazu Sakai, Yutaka Mori, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Remi Barillon
  • 学会等名: 27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements, The University of Strasbourg
  • 国際学会
• [学会発表] Dual stage damage formation process in radio-sensitive parts of PADC detectors exposed to gamma rays (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Otani, Tamon Kusumoto, Yoshitaka Terashita, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Yoshihide Honda, Sachiko Tojo, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: 27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements, The University of Strasbourg
  • 国際学会
• [学会発表] Quantitative analyses of hydroxyl group in poly(allyl diglycol carbonate) and poly(vinyl alcohol) (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Azuma, Tamon Kusumoto, Yoshitaka Terashita, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: 27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements, The University of Strasbourg
  • 国際学会
• [学会発表] Radial electron fluence around ion tracks as a new physical parameter for the detection threshold of PADC using Geant4-DNA toolkit (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamon Kusumoto, Ziad EL Bitar, Shogo Okada, Pierre Gillet, Nicolas Arbor, Masato Kanasaki, Keiji Oda, Abdel-Mijid Nourredine, Hisaya Kurashige, Remi Barillon, Tomoya Yamauchi
  • 学会等名: 27th International Conference on Nuclear Tracks and Radiation Measurements, The University of Strasbourg
  • 国際学会