病院設置型中性子ホウ素捕捉療法用リアルタイム中性子ビームモニターの研究開発

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03611
• 研究機関: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• 研究代表者: 高田 真志 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 教授 (50291109)
• 研究分担者: 遠藤 暁 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (90243609) ; 梶本 剛 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (70633759) ; 田中 浩基 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (70391274) ; 中村 哲志 国立研究開発法人国立がん研究センター, 中央病院, 医学物理専門職 (20638374) ; 松本 哲郎 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 (70415793) ; 増田 明彦 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 (70549899)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 中性子 / シリコンダイオード / リアルタイム / ガンマ線 / がん治療 / ビームモニタリング

研究実績の概要

放射線がん治療法の一つであるホウ素中性子捕捉療法（BNCT)は、加速器中性子源から照射される大強度中性子ビームの計測が必要とされている。現在、患者に照射される中性子量は金放射化法を用いたオフラインで計測評価されているが、このオフライン手法は加速陽子ビーム強度の変動や中性子発生ターゲット損耗による中性子発生量の変化を追随して計測できない。この中性子ビームをリアルタイムに計測することが要望されているが、実現にはがん治療用中性子ビームに混在する大強度ガンマ線も確実に識別することも課題となっている。
この中性子発生量の変動をリアルタイムに計測可能な薄型シリコン半導体素子を用いた中性子モニターを開発した。この測定器の中性子に対する検出効率や大強度中性子やガンマ線に対する特性評価を実験とシミュレーションで実施した。
熱中性子に対する応答特性を産業技術総合研究所の黒鉛パイル場内で実測し、モンテカルロ法を用いたシミュレーション結果と比較検討することでリアルタイム中性子検出器の特性を明らかにした。がん治療中も常時中性子ビーム照射量をリアルタイムにモニターできるように、中性子測定器をターゲットそばに設置した。BNCT中性子照射時、中性子ビームの変動をリアルタイムに計測できることを見出した。シリコン半導体素子は中性子損傷の影響を受けやすいため、実運用可能な日数を事前に調べた。
長期間にわたる計測量の変化を実中性子ビームを用いて調査した結果、中性子発生ターゲットの十分な運用期間において中性子ビームを計測できることと、モニタリング精度も５％以内を実現可能であることを見出した。これらの研究成果より、がん治療中性子ビームをリアルタイムにモニターできることが分かった。中性子コンバーターの厚みにより中性子検出感度を任意に調整できることを見出し、中性子強度に応じたリアルタイム中性子検出器を供給できるようになった。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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] Response Function of Active Thermal Neutron Detector For Boron Neutron Capture Therapy Using Back-Illuminated Thin Si PIN Diode (2023)
  • 著者名/発表者名: Takada Masashi, Masuda Akihiko, Narita Masataka, Matsumoto Tetsuro, Nunomiya Tomoya, Aoyama Kei, Abe Yohei, Nakamura Takashi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science 巻: 70 ページ: 737 745
  • DOI: 10.1109/TNS.2023.3249823
  • 査読あり
• [学会発表] ホウ素中性子捕捉療法用リアルタイム中性子ビームモニターの開発 (1)ビームモニターの特性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高田 真志, 八木 茄津未, 中村 哲志, 島田 健司, 中村 勝, 藤井 亮, 伊丹 純, 井垣 浩, 青山 敬, 布宮智也, 成田政隆, 中村尚司
  • 学会等名: 日本原子力学会 2022年秋の大会
• [学会発表] ホウ素中性子捕捉療法用リアルタイム中性子ビームモニターの開発(2) 中性子ビームモニター運用に向けた試験 (2022)
  • 著者名/発表者名: 八木 茄津未, 高田 真志, 藤井 亮, 中村 勝, 島田 健司
  • 学会等名: 日本原子力学会 2022年秋の大会
• [学会発表] 中性子ホウ素捕捉療法時に発生中性子リアルタイムモニター可能な検出器の特性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 八木 茄津未
  • 学会等名: 第18回日本中性子捕捉療法学会学術大会
• [学会発表] BNCT中性子照射ビームのリアルタイムモニタリング実現に向けて (2022)
  • 著者名/発表者名: 高田 真志
  • 学会等名: 第18回日本中性子捕捉療法学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Real-time neutron beam monitoring for p-Li BNCT target (2022)
  • 著者名/発表者名: Masashi Takada
  • 学会等名: 国際原子力機関（IAEA）WORK SHOP, Academic information exchange for BNCT physics