レーザー誘電体スイッチ型卓上マイクロビーム源の開発と応用

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01071
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 上坂 充 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30232739)
• 研究分担者: 池田 時浩 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (80301745) ; 吉田 光宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (60391710) ; 山下 真一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20511489) ; 坂本 文人 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 講師 (60504818) ; 岡 壽崇 東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (70339745)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 卓上マイクロイオンビーム源 / ガラスキャピラリー / 放射線誘起DNA損傷修復 / DNA損傷修復時間分解分析 / GFP-XRCC1 / γH2AX / Ac225α線がん治療

研究実績の概要

卓上マイクロイオン加速システムのメインのコンポーネントのイオン源、光伝導スイッチの開発を行い加速のための試験を行った。レーザー強度を上げるためレーザー増幅器を増強し1J近い出力が得られるようになった。これを利用してイオン源についても6価の炭素イオンでもさらに大電流が得られるようになった。また光伝導スイッチについてはGaAsでは耐久性に問題があったため、協力関係にある中国SICCASから供給されたSiCの光伝導スイッチの試験を行い、耐電圧に関しては20kV以上で安定に動作する事が確認でき、これによって高い加速電圧でイオンが加速可能となった。
マイクロイオンビーム源の改良については，当初光伝導スイッチを用いた加速スキームを想定していたが，加速部には同軸構造を有するスネーク型resonant ring構造を採用することを検討し，1周構造の同軸加速構造の基礎検討を行った．これにより，多段加速スキームをさらにコンパクトにするシステム設計ができた。
α線内用療法を念頭におき、既存の理化学研究所のペレトロン加速器とガラスキャピラリー（出口内径：10um, フタ厚：7.5um.）によるHe2+イオンマイクロビーム（4.5 MeV）照射にて、RPE細胞のDNA損傷修復可視化実験を行った。照射時の細胞の乾燥影響を防ぐために、ペリスタルティックポンプを用いて培養液をサンプルに滴下しながら照射できるようなセットアップを組み立てた。このセットアップで、ペレトロン加速器を用いたガラスキャピラリーマイクロビーム照射法により、自然損傷が比較的少ないRPE細胞で線状イオントラックの可視化実験を行なった。ガラスキャピラリーの出射口を細胞に押し付けるようにして照射を行い、蛍光免疫染色によりヒットポイントを可視化することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Profile measurements of MeV ion microbeams in atmosphere extracted from single tapered glass capillaries with an end window (2020)
  • 著者名/発表者名: Tokihiro Ikeda, Mayuka Ikekame, Yuka Hikima, Mitsumasa Mori, Shunya Kawamura, Tatsuya Minowa and Wei-Guo Jin
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Meth. B 巻: 470 ページ: 42-47
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2020.03.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmission Characteristic of Ultraviolet-laser Microbeam with Tapered Glass Capillary Optics (2020)
  • 著者名/発表者名: Shunya Kawamura, Tokihiro Ikeda, and Wei-Guo Jin
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] マイクロメートルスケール水素クラスター発生装置の開発とmulti-MeV高純度陽子線の高繰り返し発生 (2019)
  • 著者名/発表者名: 神野智史、金崎真聡、松井隆太郎、岸本泰明、小田啓二、山内知也、上坂 充、桐山博光、福田祐仁
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 95 ページ: 483-489
  • 査読あり
• [雑誌論文] Updated Applications of Advanced Compact Accelerators (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Uesaka
  • 雑誌名: Proceedings of 2019 North American Particle Accelerator Conference (NAPAC) 巻: － ページ: －
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of enriched 100Mo on Mo reaction yields (2019)
  • 著者名/発表者名: Jaewoong Jang and Mitsuru Uesaka
  • 雑誌名: Journal of Physics Communications 巻: 3 ページ: 055015-055015
  • DOI: 10.1088/2399-6528/ab1d6b
  • 査読あり
• [学会発表] α線治療のためのHeイオンマイクロビームDNA照射分析の基礎研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 酒井雅哉、池田時浩、柴田淳史、泉 雅子、竹本健人、上坂 充
  • 学会等名: 日本原子力学会2020年春の年会
• [学会発表] 細胞への放射線照射による遺伝子発現変動解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹本健人、柴田敦史、秋光信佳、酒井雅哉、上坂 充
  • 学会等名: 日本原子力学会2020年春の年会
• [学会発表] 熱による放射線増感作用における遺伝子発現変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 澤田 優
  • 学会等名: 日本原子力学会2020年春の年会
• [学会発表] 電子ライナックによるAc-225国内製造の検討 (1)電子ライナックの基礎設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾関政文、山本昌志、三好邦博、愛知昭人、上坂 充
  • 学会等名: 日本原子力学会2020年春の年会
• [学会発表] 電子ライナックによるAc-225国内製造の検討 (2)PHITSによる電子ライナックγ線源のRa-226照射条件の基礎検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 202知昭人、尾関政文、三好邦博、上坂 充
  • 学会等名: 日本原子力学会2020年春の年会
• [学会発表] ガラスキャピラリー光学系によるイオンマイクロビームの照射距離とスポットサイズの相関 (2020)
  • 著者名/発表者名: 引間宥花, 池田時浩, 浜垣学, 金衛国
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] Generation of Quasimonoenergetic Proton Bunch via Interaction of Micron-Scale Hydrogen Cluster Targets with PW-Class Laser Pulses", 11th International Conference on Inertial Fusion Science and Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Fukuda, Masato Kanasaki, Satoshi Jinno, Keita Sakamoto, Takafumi ASai, Kazuki Shimizu, Alexander S. Pirozhkov, Akito Sagisaka, Koichi Ogura, Yasuhiro Miyasaka, Kotaro Kondo, Ryutaro Matsui, Kunihiro Morishima, Satoshi Kodaira, Keiji Oda, Tomoya Yamauchi, Mitsuru Uesaka et al.
  • 学会等名: IFSA2019
  • 国際学会
• [学会発表] Updated Applications of Advanced Compact Accelerators (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Uesaka
  • 学会等名: 2019 North American Particle Accelerator Conference(NAPAC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 3D CT image prediction with optical flow for X ray lung radiotherapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Pohl Michel1, Mitsuru Uesaka, Kazuyuki Demachi, Chhatkuli Ritu Bhusal, Akihiro Haga
  • 学会等名: 第118回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] α線治療のためのHeイオンマイクロビームDNA照射分析の基礎研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 酒井雅哉、池田時浩、柴田淳史、竹本健人、上坂 充
  • 学会等名: 日本原子力学会2019年の秋の大会
• [学会発表] 実用99Mo/99mTc製造用35MeV/35kW小型Sバンド電子ライナックγ線源の設計 (2019)
  • 著者名/発表者名: 尾関政文、上坂 充、ジャン ジェウン、山本 昌志
  • 学会等名: 第16回日本加速器学会年会
• [学会発表] α線治療のためのHeイオンビームDNA照射分析の基礎研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 酒井雅哉、池田時浩、柴田淳史、竹本 健人、上坂 充
  • 学会等名: 第16回日本加速器学会年会
• [学会発表] 東大ライナック・レーザー施設報告 2019 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本英子、山下真一、上田 徹、安見厚志、土橋克広、三津谷有貴、草野譲一、田辺英二、上坂 充
  • 学会等名: 第16回日本加速器学会年会
• [学会発表] 小型電子加速器応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上坂 充
  • 学会等名: 第1回応用超伝導加速器コンソーシアムセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Advanced Compact Linacs for Radiation Medicine and On-site Nondestructive Inspection (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Uesaka
  • 学会等名: Accelerator on a Chip 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] S-band linac for 99Mo/99mTc/225Ac production / X-band linacs Xray&neutron sources for bridge inspection and nuclear fuel debris analysis / Laser dielectric accelerators for radiation biology (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Uesaka
  • 学会等名: Seminar at SLAC National Accelerator Laboratory
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Profile measurement of MeV ion microbeam in atmosphere extracted from single tapered glass capillary with an end window (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokihiro IKEDA
  • 学会等名: 13th European Conference on Accelerators in Applied Research and Technology (ECAART13)
  • 国際学会
• [学会発表] 理化学研究所におけるタンデム加速器の現状（2018－2019年度） (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田 時浩, 浜垣 学, 佐藤 広海,
  • 学会等名: 第32回「タンデム加速器及びその周辺技術の研究会」
• [学会発表] フタ付ガラスキャピラリーによるMeVイオンマイクロビーム照射で生じた細胞核内イオントラックの解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田時浩
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] タンデム加速器によるキャピラリーマイクロビームの生成と応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田時浩, 佐藤広海
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] フタ付ガラスキャピラリーで生成されたMeVイオンマイクロビームのCR-39によるスポット構造評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田時浩, 引間宥花, 森光正, 河村俊哉, 金衛国
  • 学会等名: 日本放射線化学会
• [学会発表] ガラスキャピラリーで生成されたイオンマイクロビームによるRPE細胞のDNA損傷誘発実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田時浩, 酒井雅哉, 竹本健人, 柴田淳史, 泉雅子, 上坂充
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会, 2020年
• [学会発表] Development of UV-laser microbeam cell irradiation system by glass capillary optics : Estimation of density enhancement (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunya Kawamura, Tokihiro Ikeda, Mitsumasa Mori and Wei-Guo Jin
  • 学会等名: 16th International Congress of Radiation Research (ICRR2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement of proton microbeam profiles in atmosphere produced by single tapered glass capillary optics with an end window (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokihiro Ikeda, Mayuka Ikekame, Yuka Hikima, Mitsumasa Mori, Shunya Kawamura, Tatsuya Minowa and Wei-Guo Jin
  • 学会等名: 30th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Profile Measurement of Laser Microbeam Produced by Glass Capillaries:Tilting Dependence (2019)
  • 著者名/発表者名: Mitsumasa Mori, Shunya Kawamura, Tokihiro Ikeda, Tatsuya Minowa and Wei-Guo Jin
  • 学会等名: 24th OptoElectronics and Communications Conference /International Conference on Photonics in Switching and Computing 2019 (OECC/PSC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Fine structure evaluation by pattern recognition for ion microbeam extracted from tapered glass capillary optics (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka Hikima, Tokihiro Ikeda, Mayuka Ikekame, Mitsumasa Mori, Shunya Kawamura and Wei-Guo Jin
  • 学会等名: 23rd International Workshop on Inelastic Ion-Surface Collisions (IISC-23)
  • 国際学会
• [備考] 上坂研究室ホームページ
  • URL: http://www2.tokai.t.u-tokyo.ac.jp/kiki/