量子ビームで生成するトラックポテンシャルの階層構造と飛跡構造の関係を探る

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K11935
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分80040:量子ビーム科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 森林 健悟 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 上席研究員 (70354975)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: イオン照射 / 二次電子の運動 / トラックポテンシャル / 熱平衡化 / プラズマ / シミュレーション / クラスターイオン

研究成果の概要

本課題では、トラックポテンシャル(量子ビーム照射で生成する電場)と飛跡構造(エネルギー付与の空間分布)との関係、及び、この照射によるプラズマ生成過程の解明を目指したシミュレーション研究を行った。この解明は重イオンビーム癌治療が高い治療効果を持つ理由の理解に繋がることが期待できる。
この研究では、重イオン、クラスターイオン照射を取り扱った。上述の関係等の解明を目指して、(i)トラックポテンシャルから脱出する二次電子(イオン衝突電離で生じる電子）の確率、(ii)二次電子の熱平衡化、(iii)動径線量(入射イオンの軌道からの距離の関数で表した局所領域の線量）を計算した。

自由記述の分野

量子ビーム、原子分子物理、プラズマ物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界で初めて重イオン及びクラスターイオン照射で生じる二次電子がトラックポテンシャルに捕獲されるシミュレーションモデルを開発し、二次電子の熱平衡化、及びプラズマを生成過程をシミュレートすることに成功した。このプラズマが生成することは、理論的には、予測されており、理論で求めたプラズマがもたらす生物効果は重粒子線癌治療の治療計画に導入されているが、不明な点も多かった。この研究でこの生成過程等を詳細に解明した。