| 研究課題/領域番号 |
20K05378
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
平賀 富士夫 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00228777)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ホウ素中性子捕捉療法 / 加速器中性子源 / 電子線形加速器 / 制動放射Ｘ線 / 光中性子 / ビーム成形装置 / 放射化 / 誘導放射能の光子線量率 |
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| 研究実績の概要 |
加速器利用のホウ素中性子捕捉療法を促進するために、加速器の運転によりビーム成形装置（BSA）の中性子源や中性子減速材などのコンポーネントに誘導される放射能のγ線のレベルが低いことが強く望まれる。電子線形加速器の光中性子源に基づくBSAの場合、数MeV以上のエネルギーの中性子の生成が少ないため、様々なコンポーネントにおいて(n,p)反応などの高次の核反応が生じにくいという特徴がある。そこで、実用化されている30MeVの陽子加速器中性子源のBSAと、それと同等の強度と線質の中性子ビームを生成する42.5MeVの電子加速器中性子源のBSAをモンテカルロシミュレーションによって設計し、1日に2時間の運転を1年間だけ行う際に中性子源に誘導される放射線核種と放射能を評価した。
陽子または電子の加速器中性子源として、15×15cmのベリリウム（厚さ0.55cm）またはタングステン（厚さ3.36cm）のターゲットと、鉄製のターゲット容器（厚さ0.2cm）からなる計算モデルを用いた。運転停止から10日後の主要なγ線放出核種は、鉄製のターゲット容器においては54Mnと59Feと51Cr、タングステンのターゲットにおいては181Wであり、10日後におけるγ線放出率は、陽子加速器中性子源が電子加速器中性子源に比べて10.3倍だけ大きな値となった。このγ線放出率の陽子加速器中性子源と電子加速器中性子源の差異は、主に54Fe (n,p) 54Mn反応の閾エネルギー（約5MeV）を超える中性子の強度の差異に起因することが分かった。また、運転停止から10日における中性子源の周辺のγ線の空間線量率は、電子加速器中性子源では22.6μSv/h、陽子加速器中性子源では689μSv/hと評価された。よって、中性子源のメンテナンス性に関して、電子加速器中性子源は陽子加速器中性子源に比べて優れていると結論された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2020年度は、電子線形加速器の光中性子源に基づくビーム成形装置（BSA）の実用上の利点を明確にすることを目的として、実用化されている30MeVの陽子加速器中性子源のBSAと、それと同等の強度と線質の中性子ビームを生成する42.5MeVの電子加速器中性子源のBSAをモンテカルロシミュレーションによって設計し、1日に2時間の運転を1年間だけ行う際に中性子源に誘導される放射線核種と放射能を評価し、比較した。この研究の成果は「研究実績の概要」に記載したものと一致しており、日本原子力学会秋の大会（2020. 9. 17）において口頭発表され（2L12）、電子加速器中性子源を利用するBSAの実用上の利点のひとつを明らかにした。
また、北大の電子線形加速器の電子ビームを利用する光中性子源を含む小型の模擬のBSAと、そのBSAの中性子ビームを照射されるファントム内の熱中性子束の測定手法の設計を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
光中性子源を含む小型の模擬のBSAと、そのBSAの中性子ビームを照射されるファントム内の熱中性子束の測定装置を試作する。北大の電子線形加速器の100Wのビームパワーの電子を光中性子源に照射し、模擬のBSAの中性子ビームを軽水のファントムに照射し、箔放射化法によりファントム内の熱中性子束を測定する。その際に、入射電子のエネルギーを20MeVから35MeVの範囲でパラメーターとして変化させて調べる。熱中性子束の測定結果とシミュレーション計算の結果を照合することにより、ホウ素中性子捕捉療法において要求される熱外中性子ビームの強度の観点から、電子線形加速器を利用するBSAが可能なのかを検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年度は実験装置の設計を実施し、実験装置の試作には至らなかった。2021年度は実験装置の試作のために物品費を使用する。
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