陽子・中性子による低エネルギー軽イオン生成と物質・生体内輸送に関する研究

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01863
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 渡辺 幸信 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (30210959)
• 研究分担者: 川瀬 頌一郎 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (10817133) ; 中山 梓介 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (30758610)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 陽子・中性子核反応 / 軽イオン生成 / nTD-Si検出器 / パルス波形粒子識別 / 核反応モデル

研究実績の概要

(1)ΔE-Eカウンターテレスコープ検出器の性能評価
昨年度実施したSi検出器とCsI検出器を組み合わせたΔE-Eカウンターテレスコープ検出器の性能試験の結果に基づき、今年度はΔE検出器の厚さ非一様性が低エネルギー荷電粒子の粒子識別性能に与える影響を調査した。公称厚さ20μmの薄いSi 検出器に対して、コリメータしたα線を照射し検出器を透過したα線のエネルギーを別のSi検出器で計測して、そのエネルギー損失から照射位置毎の検出器厚さを推定した。現有のSi検出器に対して2.5μm程度の厚さのバラつきがあることが確認できた。この程度の厚さ非一様性がある場合、低エネルギーHe-3とHe-4の弁別が可能かどうかをPHITSシミュレーションで調査した。その結果、He-3とHe-4の生成粒子数の比が10 程度までであれば、粒子識別性能の劣化はなく、それぞれの粒子の生成量の推定が可能であることが分かった。
(2)理論モデル計算コードの予備解析
昨年度までに改良した離散準位の粒子崩壊を考慮できるCCONEコードを用いて、Al標的に対する20MeV以下の陽子入射反応からの放出陽子及びα粒子の生成断面積および放出粒子エネルギー分布を計算した。先行研究のα粒子生成断面積データを概ね再現できることがわかり、α粒子生成に着目したモデル解析を行った。特に3MeV以下の低放出エネルギー領域では、複合核Si-28からの２α放出成分が支配的であることを見出した。しかし、実測データは皆無なため、この成分の入射陽子エネルギー依存性の実験的な調査が必要である。
今後は、本研究課題で開発した検出器システムを用いて、炭素やアルミニウム標的等に対する14MeV以下の陽子入射実験を九州大学加速器・ビーム応用科学研究センターのタンデム加速器施設で実施し、放出軽イオンのエネルギー・角度分布を取得して、系統的な理論モデル解析を行い、含まれる各種物理パラメータの決定とその妥当性の検討を継続して行う予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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] Effect of large-angle incidence on particle identification performance for light-charged (Z<2) particles by pulse shape analysis with a pad-type nTD silicon detector (2024)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Kawase, Takuya Murota, Hiroya Fukuda, Masaya Oishi, Teppei Kawata, Kentaro Kitafuji, Seiya Manabe, Yukinobu Watanabe, Hiroki Nishibata, Shintaro Go, Tamito Kai, Yuto Nagata, Taiga Muto, Yuichi Ishibashi, Megumi Niikura, Daisuke Suzuki, Teiichiro Matsuzaki, Katsuhiko Ishida, Rurie Mizuno, Noritaka Kitamura
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1059 ページ: 168984
  • DOI: 10.1016/j.nima.2023.168984
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emissions of Hydrogen Isotopes from the Nuclear Muon Capture Reaction in natSi (2023)
  • 著者名/発表者名: Seiya Manabe, Yukinobu Watanabe, Megumi Niikura, Keita Nakano, Keita Nakano, Takeshi Y. Saito, Daisuke Suzuki, Yoshitaka Kawashima, Dai Tomono, Akira Sato, and Hideki Harano
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 284 ページ: 01029
  • DOI: 10.1051/epjconf/202328401029
  • 査読あり
• [学会発表] 12C+p 反応からの荷電粒子放出スペクトルの理論モデル解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中山 梓介, 渡辺 幸信
  • 学会等名: 日本原子力学会 2023年秋の大会