μ-TPC の重イオン照射に対する応答

京都大学宇宙線研究室　西村広展

2006 年 3 月 28 日

早稲田大学理工総研 a 、 KEKb 、 JAXAc

道家忠義 a 、谷森達、佐々木慎一 b 、寺沢和洋 a 、俵裕子 b 、窪秀利、身内賢太朗、永吉勉 a 、松本晴久 c 、高田淳史、岡田葉子、服部香里、上野一樹、藤田康信 a

Contents

目的　位置敏感型線量計 μ-PIC 、 μ-TPC μ-TPC の重イオンにたいする応答 Summary

宇宙放射線計測

常に宇宙放射線に曝される ( 高エネルギー陽子、重イオン ) 被曝線量は ~1mSv/day (2.4mSv/year @ 地上自然放射線 ) 長期のミッションで飛行士の健康を管理するためには、

被曝線量を正確に測定被曝線量を正確に測定する必要がある

有人宇宙開発

LET (Linear Energy Transfer, dE/dX と同じ ) のみの関数

線量当量 [Sv] = 線質係数 (QF)× 吸収線量 [Gy]

宇宙線（陽子・重粒子・電子・中性子等）のLET は様々

イベントごとの測定が必要

これまでの線量計 球形生体等価比例計数管（ TEPC ）

中性子の評価が可能 飛跡長さが一定でない⇒ LET 測定不可。

RRMD-III (3 枚の位置有感 Si 検出器 ) LET 直接測定可能 生体組織等価でないので

中性子に対する評価ができない

RRMD-III

生体組織等価で LET を直接計測できる検出器はないか位置有感な TEPC

球形 TEPC

KEK+ 早稲田理工総研が京都大学の μ-PIC に着目

Micro Pixel Chamber (-PIC) の利用

位置分解能　 ~120μm

長期安定性　～数百時間（ガス利得～ 6000 ） Detection area = 100cm2

微細構造電極比例計数管 400m pitch ガス利得 (max) > 104

Uniformity () ~ 4%

100m

10cm

400μm

μ － TPC （ Time Projection Chamber ） -PIC を読み出しにもちいた Time Projection Chamber

(TPC) 二次元情報 + 時間情報 粒子の飛跡 飛跡とエネルギーの

同時測定 dE/dX の測定

電子や μ 粒子陽子 ( ビーム・中性子反跳 )など検出済み重粒子線が測定できれば OK

Digital 256 本

Analog　 sum

Flash ADC

μ-TPC で得られた反跳陽子や反跳電子の飛跡およびエネルギー

HIMAC 重イオン照射実験 宇宙線 = 陽子、重イオン（ C 、 Si 、 Fe ）

μ-TPC の重イオンに対する応答の確認　　 LET (dE/dX) 直接測定の原理検証 2005 年 6 月 (C) 、 8 月 (Si 、 Fe) に放射線医学総合

研究所において重粒子線ビーム照射実験

Plastic scintilator Plastic scintilator-TPC 容器

二つのシンチレータのコインシデンスでトリガー

ビームパイプ

μ-PIC 検出面

実験の概要 使用したビーム

C イオン (400MeV/n) Si イオン (800MeV/n) Fe イオン (500MeV/n) キャリブレーション線源として線源 (5.4MeV) を封入

ガス （封じ切り） Ar/C2H6 (90/10) 　

W 値 = 26eV, 　電子ドリフト速度 = 4cm/sec (@0.2kV/cm)

生体組織等価ガス (C3H8 55%, CO2 39.6%, N2 5.4%) W 値 = 28eV, 電子ドリフト速度 = 0.9cm/sec (@0.8k

V/cm) ガス増幅率 101-2 で動作 ( ビームごとに調整 )

Ar-based gas

Cathode [cm]

Anode [cm]

Z [c

m]

ビーム方向

Ar/C2H6 (90/10) 混合ガス ガス増幅率 200

実験結果（ Si ビーム 800MeV /n ）Ar-based gas

Cathode [cm]

Anode [cm]Z

[cm

]

ビーム方向

飛跡取得成功 !!

dE/dX [MeV/cm]C（ 0.2MeV/cm ）

Si（ 0.49MeV/cm ） Fe

(2.5MeV/cm ）

0 　　 0.5 　　１　　　 　 2 　　　　　 3

全エネルギー損失C

Si

Fe

0 5 10 15 20 25 30

10 42 6 8 [cm]

SiFe

C

Ar-based gas における各ビーム照射に対する左上）全エネルギー損失（検出器内）左下）飛跡長さ右）単位長さあたりエネルギー損失

[MeV]

飛跡長さ

エネルギー損失

[MeV/cm]

C （ 400MeV/n ） 0.26 　 MeV/cmSi(800MeV/n) 0.59 　 MeV/cmFe(500MeV/n) 2.42 　 MeV/cm最適化による精度向上と正確なキャリブレーションが必要

SRIM の計算では

実験結果 2 　　生体組織等価ガス生体組織等価ガス

Cathode [cm]

Anode [cm]

Z [c

m]

Si

Fe

Si ビーム (800MeV/n) ドリフト電場 0.8kV/cm ガス増幅率 ~ 100

全 Energy 損失

Si

alpha

Fe

[MeV]

0 5 10 15 20 25 30 35

生体組織等価ガスにおいてもエネルギー損失測定可能

PS-TEPC 計画

2.5cm 角程度の小型 -PIC 密封容器に生体組織等価

物質を使用 検出部と Front-end DAQ

の設計・試作を開始

PS-TEPC

-PIC

Front-endDAQ VME

Memory &CPU

2004 年度 スタート

Summary Micro Pixel Chamber (-PIC)

微細電極構造を持つガス検出器 新しい応用分野として、宇宙放射線計測

宇宙線被曝の評価には LET (dE/dX) の測定が必須 -PIC を LET 測定可能な位置有感 TEPC へ応用

放医研重イオンビームラインにおいて照射実験 Ar ベースのガスおよび生体組織等価ガスで動作成功

ガス増幅率 101-2 で動作 C 、 Si 、 Fe のビームを用いて dE/dX 測定に成功

Ar ベースのガスに関してはほぼ予測通り　　

現在線量計モデルとして 2cm 角の製作・試験中

おわり