ガフクロミックフィルムによるビームロス評価○塩澤 真未

帯名 崇大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 加速器研究施設
1. はじめに

2. ガフクロミックフィルムについて

大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機

ガフクロミックフィルム(Gafchromic® film Ashland構(KEK)は多くの加速器を所有している。加速器は製)は放射線への暴露により変色するラジオクロミ

電子や陽電子、陽子などの荷電粒子を光速近くまでックフィルムの一種である [1]。もともとは医療分野加速して高エネルギーのビームを作り、それから得で X 線やγ線の線量分布測定用に開発、販売されてられる放射光や二次粒子ビームを用いて物質や生命きたが、近年加速器分野でも応用されつつある[2,3,4]。の根源や宇宙の起源を解明するための実験装置であよく似たものに 2 次元の放射線測定法として知られる。ビームが失われると放射線が出るため、加速器るラジオグラフィックフィルムがある。これはハロは遮蔽体で覆われている。ビームロスが比較的多い

ゲン化銀が還元されて黒化する作用を利用しており、箇所では加速器停止後も残留放射線が見られること暗室での現像が必要である。一方で、今回用いたガもある。モニターや電磁石などの加速器を構成する

フクロミックフィルムは放射線感受性モノマーの破コンポーネントは放射線によりダメージを受け、ト断・重合作用によりポリマー化されて染色される作ラブルを引き起こすことがある。実際に KEK でも用を利用しており、暗室や現像が不要であるため、ビームモニターの CCD 素子が放射線ダメージを受より簡便に測定できる。また、主な組成が炭素、水け、図 1 のようにノイズとしてスターダストが見ら素、酸素で構成されるため、人体組成に近く安全でれたり、冷却水のゴムホースが放射線ダメージ等に金属を含んでいないため使用後は容易に廃棄できるより硬化して冷却水が漏れる事故等も起こっている。

[5]

図1

放射線による CCD ダメージ。

図2

RT-QA2 のレイヤー構造[6](左図 : 2018 年、右図 : 2022 年)
ガフクロミックフィルムは感度や用途により数種機器の故障前に交換したり、事前に遮蔽鉛等で保護類あるが今回は感度が 0.02 Gy~8 Gy の RT-QA2 を用しておくという観点からも、加速器内のどこでビーいた。RT-QA2 は図 2 に示すように[6]、17 μm の感受ムがロスしているのか、どこで放射線が強いのかを層が黄色と白色のポリエステル層により保護される知ることは非常に重要である。しかし、放射線エリようなレイヤー構造になっており、比較的丈夫で扱アモニターは高性能な反面、比較的高価であり配線いやすい。など設置の手間もかかる上に設置場所も限られてし新品のフィルムは鮮やかなオレンジ色をしているまう。そこで今回、設置場所の制限がほぼなくダクが、放射線を照射されたフィルムは図 3 のように積トや電磁石などに直接貼り付けて放射線を簡便に計分 Dose 量に応じて、きつね色→茶色→こげ茶色へ測できるツールとしてガフクロミックフィルムに着目した。KEK 内の加速器 compact Energy Recovery
Linac (cERL)、Photon Factory (PF)それぞれで、ビームロスにより生じた放射線を照射し、その変色度合からビームロスの絶対量や加速器リング内でのビームロス分布を評価した。今回はその経過報告を行う。

図3

RT-QA2 の色の変化

と変化する。この色の変化を一般的な反射式のフラを避けるためにブロワーでゴミを除去しつつ作ッドベッドスキャナーで読み取り、cERL では、エリ業を行った。また、フィルムに触る際は手袋を着アモニターを用いて絶対値の較正を行った。PF では、用してフィルムに油脂がつかないよう気を付けロスが多い場所ではビームロスにより生じた放射線た。の影響でフィルムが黒くなると考え、一定の期間 PF
リング 1 周にフィルムを 50 枚程度設置して色の変4. 照射とスキャン化によりビームロス分布を測定した。

図 4 の状態のフィルムを KEK 内の加速器 cERL とPF の加速器室内に養生テープを用いて運転前に貼3. 保管と照射準備り付け、運転後に回収した。
cERL は開発中の加速器であり、単位時間当たり3.1 購入と保管
ガフクロミックフィルムを購入すると、温度履に周回している電荷量が圧倒的に多くビームロスを歴シートが同梱されているので、まずこのシート減らす目的で加速器室内に合計 12 個の放射線エリが青・黒色であることを確認する。もしフィルムアモニターの ALOKA モニター(日立アロカメディが輸送過程で高温状態に晒されてしまうと温度カル製)が設置されている。ここに加速器運転期間中履歴シートはオレンジ色になり、そのフィルムでにフィルムを設置し(図 5)、その期間に ALOKA モニの放射線量を正しく評価することができなくなターで計測した積分 Dose 量とフィルムの色の変化ってしまう。

をキャリブレーションカーブとして求めた。

ガフクロミックフィルムは遮光した上で 15～35 ℃の室温中で保管する。極度の乾燥した環境
ではフィルムが変質する恐れがあるためデシケータや冷蔵庫での保管は避ける。
3.2 照射準備
今回使用した RT-QA2-1010J は購入段階では 10インチ四方の正方形であったため、目的に応じてカッターで裁断した(図 4)。ハサミやローラー式

図 5 cERL の四極電磁石に設置したフィルムの裁断機では剥離が生じやすかったため、カッタ

一方 PF は営業マシンとして安定的な運転を行っーを採用した。フィルムにはスキャン時の方向依ており、ロスが多いと思われる入射点付近に存性があることが知られているので[5]、図 4 に示

ALOKA モニターが 1 つあるだけである。運転期間

すように裁断前にフィルムの隅に管理番号や印中に加速器室内に入れる回数も cERL に比べて限らを書いておき、スキャン時にもとの方向を統一でれているため、キャリブレーションカーブの作成がきるようにした。

難航している。しかし、ビームロス測定の目的で加速器室内壁に設置したフィルムでリング 1 周分の分布を測定できたのでその結果を報告する。 照射後のフィルムは、照射量により図 6 のように色の変化がみられる。潜像の影響[1]を避けるために半日ほど遮光、室温の条件で保管したのちスキャン時の反射を避けるため袋から取り出して図 6 のようにコピー用

図 4 照射準備

紙に糊で張り付けた。

今回は 50 mm×60 mm のサイズにカッターを

この際に方眼紙などを用いるとスキャン時に透け用いて裁断し、運搬や設置の際にフィルムが傷つてしまうので避ける。また、フィルムを張る際にテいたり、剥離しないようにポリエチレン製の袋にープ等を用いると、凹凸ができスキャン時にモアレ入れた。裁断の際は、定規等で傷がつかないよう縞ができる原因になりやすいので気を付ける。にスキャン時にスキャナーの読み込み面となる

この状態で反射方式のフラットベッドスキャナー

オレンジ色の面を下向きにしたり、カッターマッでデジタル化した。ラテラル依存性[5]を考慮し、スキト上の微細なゴミによりフィルムが傷つくことャン方向と垂直方向の CCD 配列方向から離れないmedian filter をかけた。これをフィルム毎に平均したカウント値が縦軸プロットである。一方で横軸はフィルムを設置していた期間に ALOKA モニターでカウントした線量の総和である積分 Dose 量である。
ALOKA モニターは等価線量(Sv)としてモニターしているが、今回は放射線荷重係数を 1 として 1 Sv =1 Gy の吸収線量として考えた。Blue 成分は照射量に対する応答が悪く、ほぼバックグラウンドレベルで図 6 スキャン準備推移していたため解析には用いていない。
実線および破線はそれらのプロットを有理関数[7]ようになるべく中心付近にフィルムを配置した。図

X(D) = a+b/(D-c) (D は Dose 量、a,b,c は定数)6 のようにフィルムを配置したら、矢印方向にスキでフィッティングしたものである。フィルムのダイャンするとよい。また、スキャナーの読み込み面のナミックレンジから外れる照射量のフィルムもあっゴミを除くのにスキャン毎にブロワーで塵を飛ばすたが、系統的な変化が見られたため、今回は 11 点すとよい。今回使用したのは、PF 制御室内の複合機べてを用いてフィッティングを行った。表 1 にそのApeosPort2360 で、読み取り解像度は最大設定値の結果を示す。

600dpi で、ユーザーが設定できる条件はすべて手動

表 1 フィッティングパラメータ設定にした。スキャンしてデジタル化したフィルムは Python で解析を行った。
5. cERL での実験
2021 年 10 月の cERL 運転期間中にフィルムへの照射を行った。cERL の運転は連続して行っておらず、1 日ごとに点検のために加速器室内に入ることができる。また上述したように ALOKA モニターも多数あるため、図 7 の〇△プロットに示すように合計 11 枚のフィルムで積分 Dose 量と色の変化の対応をとることができた。

abcRed

5.45×101

9.42×10

4-5.69×102

Green

9.25×100

9.31×104-7.90×102

このようにキャリブレーションカーブを求められたことにより、未知線量の照射済みフィルムの積分Dose 量を見積もることができるようになった。
6. PF での実験
2021 年秋の PF 運転期間中の 12 月 9 日～12 月 23日の 2 週間の期間、PF 加速器室の内壁にフィルムを設置した。厳密な測定をするわけではないので、内壁からビームまでの距離はほぼ一定であるものとして、多角形の内壁の各々の頂点からビームの上流・下流にそれぞれ 1000 mm の位置、ビーム高さと同じ床から 1200 mm の高さに合計 47 枚設置した(図 8)。

図 7 キャリブレーションカーブ
まず、デジタル化したフィルムは管理番号の部分を除くため 850×950 pixel に切り取り、それぞれのピクセルの 8bit の Red、Green、Blue それぞれの成分を抽出した。細かい傷やスキャン面のゴミが白とびとし て 見 え て し ま っ た の で カ ー ネ ル サ イ ズ 10 で

図 8 フィルムの設置場所

超伝導ウィグラー付近は既設のロスモニター等から0 日目
約 2 ヶ月後

ビームロスが多いことがわかっているため、多めに設置した。
先ほどと同様に RGB 成分をフィルム毎に抽出し、フィルムナンバーに対するカウント値の変化のプロットを図 9 に示す。

図 10

蛍光灯によるフィルムの影響

図 10 は室温の蛍光灯下でおよそ 2 ヶ月間放置したフィルムと新品のフィルムの比較である。放射線環境でなくても、人間の確認できるレベルで色の変化が認められる。
7. まとめと今後の課題
ガフクロミックフィルムは、比較的短時間で強い照射量がある環境とエリアモニターが 1 つあればキャリブレーションカーブを求め、フィルムの色の変化から絶対値を見積もることができる。一方で相対的な評価であれば、比較的簡単に行える。また、現像

図 9 PF リングのロス分布が不要で色の変化を現場ですぐに目で見て確かめることができるため、厳密な解析を行わないラフな測図 9 中に示した☆と△マークは図 8 に対応してお定に用いるのが便利である。

り、それぞれ入射点と超伝導ウィグラーの場所を示

今後は PF におけるキャリブレーションカーブを作す。今回の測定により、予想される箇所以外での大成すべく、茶封筒などを用いて、蛍光灯の影響をできなビームロスは見られないことが分かった。また、きるだけ排除できるような工夫をしたい。cERL に入射点付近より超伝導ウィグラー付近での吸光度がおけるキャリブレーションカーブもより高精度なも高いことから、入射点より超伝導ウィグラー付近ののとなるよう Dose 量との対応をもっと増やしていほうがよりビームロスが多いということが今回の調きたいと考えている。

査により明らかになった。
一方で、パルス六極電磁石電源の影となっていた箇所に設置していた 13 と 14 のフィルムはほぼ黒化しておらず、Red、Green 共にカウント値が高かった。
このことより、物体の影となっている場所には放射線はあまり当たらず、遮蔽がいかに大切かということを改めて確認することができた。
今回、詳細は紹介しないが cERL でのキャリブレーションカーブが PF でのキャリブレーションデータと整合しなかったので PF の ALOKA モニターの隣に設置したフィルムを用いて新たに PF 用のキャリブレーションカーブを作成しようと試みた。しかし、
積分 Dose 量が低線量の領域で狭すぎたことと、系統的な変化をしなかったことでキャリブレーションカーブの作成に至っていない。これは蛍光灯下の環境で照射を 2 ヶ月ほど続けたことと、ALOKA モニターの位置がビームダクトから遠かったことが考えられる。
放射線を照射していれば、蛍光灯の影響は誤差程度で気にならないだろうと考えていたが、長期でかつ低線量の照射では、加速器による放射線に加え蛍光灯の光の影響でフィルムが変色してしまったために、思うような結果が得られなかったと考えられる。

参考文献[1] ガフクロミックフィルム研究会編 ガフクロミックフィルムの取り扱いに関して 第 10 回ガフク
ロミックフィルム研究会(2018).
[2] Y.Yuri et al., “Application of a Gafchromic film to theintensity distribution measurement of low-energy ionbeams”,in the Proceedings of the 13th Annual Meetings ofParticle Accelerator Society of Japan, Chiba, 2016, p.1277.
[3] T.Ishizaka et al., “Calibration of gafchromic dosimetryfilms for large-area ion-beams distribution measurement”,
in the Proceedings of the 9th Annual Meetings of Particle
Accelerator Society of Japan, Toyonaka, 2012, p.594.
[4] T.Ishizaka et al., “Measurement Method of Ion-beam
Relative Intensity Distribution Using γ-Ray Irradiation
Response Function of Gafchromic Film HD-V2“,Radioisotopes 66, 252 (2017).
[5] 吉 田 毅 GAFCHROMIC 事 始 め
第 9 回
GAFCHROMIC Film 研究会(2017).
[6]GafchromicRTQA2 film,
http://www.gafchromic.com/documents/RTQA2_Literat
ure.pdf[7] Lewis D, Micke A, Yu X ラジオクロミックフィ
ルムによる正確な線量測定を簡単にする解析方法
VERITAS SCIENCE LETTER (2014).