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エマルションによる重粒子線破砕反応の研究 Study on fragment reaction of heavy ion by nuclear emulsion

21 Mar. 2006　@ 放射線医学総合研究所 第21回 固体飛跡検出器研究会. エマルションによる重粒子線破砕反応の研究 Study on fragment reaction of heavy ion by nuclear emulsion. 歳藤利行 名古屋大学. Carbon fragmentation in nuclear emulsion. 12 C 180MeV/u. 150 μm. 4π Tracking detector with 3 dimensional spatial resolution of ~1μm.

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エマルションによる重粒子線破砕反応の研究 Study on fragment reaction of heavy ion by nuclear emulsion

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  1. 21 Mar. 2006　@ 放射線医学総合研究所 第21回 固体飛跡検出器研究会 エマルションによる重粒子線破砕反応の研究Study on fragment reaction of heavy ion by nuclear emulsion 歳藤利行 名古屋大学

  2. Carbon fragmentation in nuclear emulsion 12C 180MeV/u 150μm 4π Tracking detector with 3 dimensional spatial resolution of ~1μm. Possible to detect, identify and measure all charged secondary particles. Non bias data taking. ⇒ used to study fragment reaction in ~1970

  3. NIRS HIMAC P152 experiment 1)エマルションを用いて個々の反応を検出、再構成する。 2次粒子(主にビームのフラグメント)を同定、物理量を測定する。 2)ターゲットとして人体の構成成分(水など)を使い、重粒子線治療に おける体内の線量分布を精密に評価するための基礎データとする。 3)破砕反応のkinematicsの特徴をとらえ汎用モンテカルロシミュレータ であるGeant4の結果と比較 そのための基礎研究、データ収集を行う。

  4. Emulsion Geant4 Medical Space NIRS HIMAC P152 experiment Organization: • 12 institutes from HEP, medical and space domains • Nagoya Univ. • Toho Univ. • Aichi Univ. of Educaiton • Kobe Univ. • High Energy Accelerator Research Organization (KEK) • Ritsumeikan Univ. • Naruto Univ. of Education • SLAC • National Institute of Radiological Science (NIRS) • Gunma Univ., Faculty of Medicine • Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) • Univ. of Tokyo • Experiment started in 2003 (On-going)

  5. 44μm 飛跡の高速自動読み取り 重イオンビームに対して 位置精度～1μm 角度精度～5mrad 1cm2/hour 16層の断層映像　3次元画像解析 タウニュートリノ反応の検出に成功(1998年,FNAL E872 DONUT実験)

  6. R&D for Charge identificationApr. and May.04

  7. 35 grains/100μm ～8 grains/100μm Z=1 45℃ 38℃ 30℃ Z=2 Z=6 Charge identification(3≦Z ≦ 6)by refreshing method 30℃,R.H.98%,3days ビーム照射後のエマルションフィルムを 高温、高湿下にさらし潜像核を消滅。 感度をコントロール δray～5tracks/44μm

  8. Apr.May.2004 Secondary beam from Z=2 to 6 produced by 290MeV/u 12C β~0.65 3He average Be 7Li B Li 9Be 11B 12C Reference Not refreshed 45℃ 38℃ 30℃ Volume pulse height Z=1から6までの電荷の区別が可能 NIM A 556(2006)482

  9. C-Water interaction data taking Dec. 2004

  10. Opera film 12.5cm Thickness 293μm 10cm Water tank 87Layer 40cm 21cm

  11. Emulsion chamber to study C-Water interactions Pulse height lexan(1mm) C Water Water Water 1/10 sensitivity B Be Li He 1/5 sensitivity Reduced sensitivity by 1/5 2mm Reduced sensitivity by 1/10 Emulsion with normal sensitivity Dec.04 @HIMAC 400MeV/u 12C ・Water(H2O) and lexan hybrid target ・Emulsion film with reduced sensitivity for charge identification ・Reduced sensitivity by 1/5 and 1/10 are combined 65layers 防水、遮光用フィルム

  12. Dec.04 exposure@HIMAC 65layer Stopping point of Carbon beam 12C 400MeV/u 30cm

  13. 25cm C 400MeV/u 2.5cm

  14. Charge changing cross section (>150MeV/u) A.N.Golovchenko et al., Phys.Rev.C 66 014609(2002) I.Schall et al., NIM B 117 221(1996) Our results(total)

  15. Charge changing cross section (>150MeV/u) A.N.Golovchenko et al., Phys.Rev.C 66 014609(2002) I.Schall et al., NIM B 117 221(1996) Our results(partial) C→B C→B C→B

  16. 25cm C→Li+He+H H C 400MeV/u 220MeV/u Li He

  17. 25cm C→3He C 400MeV/u 150MeV/u He He He

  18. 電荷ごとの放出角度分布 H He Be Li B Emission angle with respect to the beam(tanθ)

  19. Low energy (<200MeV/u)data taking Sep. and Dec.05 CR-39 Gold development

  20. 2005年12月照射@HIMAC 100MeV/u 12C 4185μm 紙 B600 B591 アクリル窓1000μm CR-39 800μm 水2000μm エマルションフィルムは3枚1組 最上流はリフレッシュしない。 2枚目と3枚目を異なる条件で 現像する。 パッキング材128μm エマルションフィルム293μm =44(乳剤)+205(ベース）+44(乳剤)

  21. C 100MeV/u 3cm C→B+H H B ~80MeV/u C B Be エッチピットの半径

  22. In future Scanning speed:1→10cm2/hour • More statistics to study interaction in more detail • Pure Ca,P target • Target fragment

  23. Conclusion Precise data of fragment interaction are required in the field of medical recently. We have performed many kind of basic study. Ready to contribute to these demands.

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