技術報告： 実際の照射条件における 測定結果について
2023.07/17 理研・産業チーム 吉田
先日ご利用下さいました 2023. 07/12～07/14 84Kr 70MeV/u E5Aコースの照射について、技術報告をさせて頂きます。
（目次）
Pg.2 : 照射セットアップ
Pg.3 : 照射位置のFlux強度分布測定
Pg.4 : ビーム Flux 較正
Pg.5 : ビーム Range 測定
Pg.6 : ExpR予想値 と 実測値の比較

以下、よろしくご査収ください。

2023/07/17 理研・産業チーム

2307Kr 技術報告書

1照射セットアップ● Beam 通過物の厚さ
Beam
Mon系
AuKapton
IC1.AlIC1.mylar
PL.mylarPL.myAlPL.EJ212
Air1Air2
avr気温
avr気圧

Kr用μm
45.851.2
φ500.60
14.54
10.20.4
100.0mmmm
145.0 Kap～Edeg出口200.0 Edeg出口～試料27.7 ℃
1005.0 hPa

セル色
黄緑
薄緑

意味
ビーム核種により異なる
利用者ごとに異なる

ピンク ビーム調整で決定した値
水色 ビーム調整で測定した値

Au :散乱膜
Kapton : 真空切り膜
IC1 :Ion Chamber (空気)PL :Plastic シンチレータ● Energy Degrader (EDeg)の厚さ 材質： アルミ
Edeg
Deg#
12
3456789A
B
C

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2307Kr 技術報告書

Ar,Kr用採用
旧採用
μmμm
10.20
12.80
25.02
23.80
48.59
100.24100.80196.39485.957000 Beam Shutter
4.50
5.48
975.392103(2000)2

照射位置の Flux強度分布 測定● サンプル照射位置に設置した 「Gafフィルム」に照射して、Flux強度分布を測定しました。
・ Run： Wobbler=ON, 電離箱(IC1)無し、PLシンチレータ無し、Edeg = 0um で照射。
スリット無し● コリメータ無しの場合でも、Kapton真空膜穴Φ50の範囲内でFlux強度は約±10% 以内で均一
今回は右側に偏りが大きく＋20% -10% のバラつきがあり（原因不明：次回のKrで再確認します）でした。

± 15mm

照射後のフィルム
Scanner 画像● 実際の照射では、Edeg出口に□35x35mm
厚さ 5mm Alumi製 のコリメータを設置して、照射しています。
± 15mmRG

使用したフィルム： Gafchromatic Film EBT3
http://r-tech.japan-web.jp/image/GAF_ALL.pdf

B● Scan画像を RGB成分に変換した画像。
解析では Green 成分（G)を使用しています。

2023/07/17 理研・産業チーム

2307Kr 技術報告書（Gafフィルムの参考文献）
上松、花屋、小嶋 (JAEA 高崎研)
「GAFフイルム線量計とイメージスキャナを組み合わせた、簡便なイオンビームの2次元線量相対分布計測システム」 RADIOISOTOPES, 57 87-98 (2008)3

ビーム Flux較正● ビームラインに常設の 「ビームフラックス検出器」 の較正を行いました。
ビームフラックスの強度に応じて、２種類の検出器が常設してあります。
IC1 : 電離箱（空気） 開口φ 50 mm： 高フラックス用
PL : Plastic シンチレータ □ 64x64 mm ： 低フラックス用加速器からのビーム量を、ビームラインに設置されているメッシュ状のビームアッテネータで減らしながら、これら２種類の検出器で同時測定をします。
双方の検出器で測定可能な「比例領域」における相関を、外挿することで、広いダイナミックレンジでフラックスを求めることができます。

IC1 vs. PL ： ビーム強度相関測定

真空膜 Kapton

電離箱 IC1

PL シンチ 100u
HV = -1000V★ ２つの検出器の測定値が 比例する領域 について 直線近似 を用いて、次の 「フラックス換算式」 を求めました。
PL vs IC1 比例領域で Fit 結果
PL [cps] = 3.793E+13 * IC1[A]
IC1[A] = 2.631E-14 * PL[cps]∴ Flux 換算式 は、<-実測値ゼロ点を通る事を仮定してます。

ref) ⊿E(in IC1) 計算 から求めた比例計数
PL [cps] = 4.063E+13 * IC1[A]
<-予想値
0.93
<-実測/予想

Beam照射 円面積
半径 2.5ｃｍ

IC1 穴で決まる

19.63 [cm2]2023/07/17 理研・産業チーム[個/cm2/秒]= PL[cps] /= IC1[A] *= IC1[A] *比例領域max
比例領域minPL[cps]
1.07E+06
6.57E+04

19.63
3.793E+13 /1.932E+12IC1[A]2.75E-08
2.81E-09

2307Kr 技術報告書

19.63

利用中に 1F計測室の PC に表示されていた、フラックスモニターの値は、この換算式を用いて計算した値です。

4

ビーム Range測定● サンプル照射位置に設置した 「電離箱 I C 2」 検出器を用いて、照射位置における ビームの飛程値 (Range) を測定しました。
ビームエネルギー減衰板(Edeg) の厚さを変化させながら、I C 2 検出器の電流値を測定する事で、空気中に取り出したビームの照射位置における 「Range 曲線」 が得られます。
取得した Range 曲線を、SRIM コード(*) による IC2検出器中の⊿E計算値と比較して、ExpR [µm] ： Eout = 0 となる Edeg の厚さ(Al 相当Range)を求めました。
Range 曲線 ： I C 2 測定点 vs. SRIMによる⊿E 計算値 の比較
全測定点

飛程付近拡大図

IC2IC1Edeg

計算値と比較する事で、Al ± 5μm 程の精度でBragg Peak Edge を決定していますI C 2 測定値 [A] vs. SRIM計算⊿E [MeV]の較正直線★ 上比較図 の fitting の結果より、 ExpR = 1035 [µm] を採用しました
この ExpR が決まると、今後は Edeg出口でのビームエネルギーは次式で簡単に計算可能となります。
Eout (Edeg厚 [µm] ) [MeV] = Range -1 ( ExpR [µm] - Edeg厚 [µm] )★ 尚、Edeg = 0 [µm] の時の、最大ビームエネルギー@照射位置 は、53.265 [MeV/u] * (A= 84) = 4474 [MeV] でした。
これは、Range in Si = 1061μm, in Air = 1887 mm に相当します。
(*) SRIMコード : Stopping & Range In Matter, http://www.srim.org/
報告書中の エネルギー損失(⊿E)、 LET値 の計算には、全て SRIM-2013 コードを用いています。

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2307Kr 技術報告書

MeV/Amp
Zero [Amp]7.66E+07

R^20.99702

0.00E+00

5

ExpR予想値 と 実測値の比較● 利用前のビーム調整時に予想していた ExpR値 に対して、前項で実測した値がどれくらい異なるかを比較しておきます。 (今後のビーム調整の精度向上のために)

実測版

予想版
ビームライン常設物 ref) params
45.8
Au
51.2
Kapton0.60
IC1.Al14.54
IC1.mylar
100.0
PL.EJ212
10.2
PL.mylar
0.4
PL.Al(mylar)
145.0
Air1200.0Air2

AirT 気温AirP 気圧27.71005.0

27.7 ℃
1005.0 hPa

Beam84Kr84Kr

Ebm:加速器G実測値

68.979-0.485

δEbm補正 [%]①EDeg出口まで

in Vaccaft Auaft Kap
aft IC1-Al
aft IC1-Mylar
aft PL-EJ212
aft PL-Mylar
aft PL-Al(Mylar)
aft Air1

ビームライン常設物 ref) params
45.8
Au
51.2
Kapton0.60
IC1.Al14.54
IC1.mylar
100.0
PL.EJ212
10.2
PL.mylar
0.4
PL.Al(mylar)
145.0
Air1200.0
Air2

WSnam
srim84Kr_Au
srim84Kr_Kapton
srim84Kr_Mylar
srim84Kr_EJ212
srim84Kr_Al
srim84Kr_Si
srim84Kr_Air
srim84Kr_Epoxy
srim84Kr_SiO2
srim84Kr_Cu

0.9665

ThkStd②厚さ
45.8 μm51.2 μm0.60 μm14.54 μm
100.0 μm10.2 μm
0.4 μm145.0 mm200.0 mm

AirT 気温AirP 気圧27.7 ℃
1005.0 hPa

Beam84Kr84Kr⑤Ebm:加速器G実測値

68.979-0.485

δEbm補正 [%]WSnam
srim84Kr_Au
srim84Kr_Kapton
srim84Kr_Mylar
srim84Kr_EJ212
srim84Kr_Al
srim84Kr_Si
srim84Kr_Air
srim84Kr_Epoxy
srim84Kr_SiO2
srim84Kr_Cu

0.9665

EDeg出口まで

in Vaccaft Auaft Kap
aft IC1-Al
aft IC1-Mylar
aft PL-EJ212
aft PL-Mylar
aft PL-Al(Mylar)
aft Air1

srim84Kr_SiA=84 Z=3668.979
ExpR:実測-0.485 %
⊿ExpR
E
LET
Rin Si
MeV/u
in Si
μm
68.64
9.61 1592
62.29410.28 1358
61.24310.40 1321
61.22310.40 1320
60.93410.43 1310
59.35910.62 1255
59.14310.65 1248
59.12910.65 1247
56.67610.98 1169

1035 <-実測値
0.0
R Al
R air
μm
mm
1406 2853
1204 2434
1172 2366
1171 2365
1163 2346
1115 2246
1109 2233
1108 2232
1035.0 2087

LET
in air
10.61
11.37
11.50
11.50
11.54
11.75
11.78
11.78
12.16

照射物位置で照射物位置でaft Air2

27.7
1005.0ThkStdsrim84Kr_Si

A=84 Z=3668.979
ExpR:実測1035 <-実測値
0.000 %
⊿ExpR
11.3 ④ELET
Rin SiR AlR air LET
MeV/uin Siμm
μm
mm in air
68.98
9.57 1605
1418 2876 10.57
62.64810.24 1370
1214 2457 11.32
61.59710.36 1333
1183 2389 11.4661.577
10.36 1332
1182 2388 11.4661.289
10.39 1322
1173 2369 11.50
59.723
10.57 1267
1126 2268 11.70
59.52010.59 1260
1120 2255 11.72③ 1119 2255 11.73
59.506
10.60 1259
57.05310.93 1181 1046.3 2110 12.10

厚さ45.8 μm
51.2 μm0.60 μm14.54 μm
100.0 μm10.2 μm
0.4 μm145.0 mm200.0 mm53.669

11.38

1073

945.3 1910 12.61

aft Air2

53.265

11.441061934.1 1887 12.68① 加速器からのビームが通過する物質の厚さです。

④が、ExpR の予想値 と 実測値の「差」です。

値は、秤量値 or 公称値 ですので、ココ に エラー がある可能性も十分あります。

→ Al 相当厚さで 11.3 μm 薄かった です。

⑤は、このズレを、加速器からの真空中のビームエネルギーの違いと思った場合。

→ エネルギー相当で 0.485 % 低かった です。

② 加速器からのビームエネルギーが公称値 ± 0% の場合、③ が、ExpR の予想値でした。
2023/07/17 理研・産業チーム★ 加速器のエネルギーは、通常は公称値±0.１% 程度ですので、今回のズレは、①の値 若しくは SRIM計算自体 にも原因がありそうです。
いずれにせよ、「ExpR実測値」を用いて照射LET値を決めています。

2307Kr 技術報告書

6以上です。
ご質問などございましたら、あ吉田までご連絡下さい。

2023/07/17 理研・産業チーム

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