技術報告： 実際の照射条件における 測定結果について
2021.02/09 理研・産業チーム 吉田
先日ご利用下さいました 2021. 01/16～17 40Ar 95MeV/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 : ビームスポットの強度分布測定◎： ご利用中には、解析が間に合わず、報告できなかった項目です

Pg.4 : ビームフラックス較正
Pg.5 : ビーム Range 測定
Pg.6 : ExpR予想値 と 実測値の比較◎ Pg.7 : エネルギー検出器の較正◎ Pg. 8～ : 照射ビームの E, Range, LET スペクトル

以下、よろしくご査収ください。

2021/02/09 理研・産業チーム

2101Ar (ML01-02) 技術報告書

1

2101Ar 共通照射セットアップ● 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

採用 公称・秤量
μm
μm
73.0
50
51.2 50uφ50
14.0
1425.6
25.6
10.2
10.2
0.40.4
500.0
100mm
mm
145.0 Kap～Edeg出口
200.0 Edeg出口～SSD
21.2 ℃
1009.2 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#
1234
56789ABC

2021/02/09 理研・産業チーム

採用μm
10.20
12.80
23.80
48.59
100.24100.80196.39485.95
50005.48975.39
2000

2101Ar (ML01-02) 技術報告書

2詳細は 「 Gaf報告.pdf 」
を参照下さいビームスポットの強度分布測定

2101Ar 共通● サンプル照射位置に設置した 「Gafフィルム」に照射して、ビーム強度分布を測定しました。
・ Run# Gaf-6 : 電離箱(IC1)無し、PLシンチレータ無し、Edeg = 0um で照射。
・ Run# Gaf-7 : 同上で、Edeg出口スリット □30x30mm ありで照射。  サンプル照射中の設定。
照射後のフィルム
Scanner 画像

吸光度分布

スリット無し★ スリット無しの場合、ビーム中心がサンプル中心から斜め上方向に 数mm ずれていましたが、強度分布は、直径φ50mm以内で±5%以内でした。
EDeg 出口スリット有り□30x30mm Al t5mm

★ スリット有りの場合、サンプル照射中の設定では、強度分布の一様性は、□30x30mm以内で±5%以内でした。

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

2021/02/09 理研・産業チーム

2101Ar (ML01-02) 技術報告書3詳細は 「⑤納品_ビーム調整報告.xlsm」「シート：Flux較正」 を参照下さい

2101Ar 共通

ビームフラックス較正

● 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

IC1

PL

PL シンチ PMT HV = 700V

★ 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] = 1.313E+14 * IC1[A]
IC1[A] = 7.569E-15 * PL[cps]ゼロ点を通る事を仮定してます。

Beam照射 円面積
半径 2.5ｃｍ

換算式[個/cm2/秒]= PL[cps] /19.63
1.313E+14 /= IC1[A] *= IC1[A] * 6.689E+1219.63

IC1 穴で決まる

19.63 [cm2]2021/02/09 理研・産業チーム

利用中に当チームの notePC 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。

2101Ar (ML01-02) 技術報告書

4詳細は 「⑤納品_ビーム調整報告.xlsm」「シート：ExpR解析」 を参照下さい

2101Ar 共通

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。

IC2Range 曲線 ： I C 2 測定点 vs. SRIMによる⊿E 計算値 の比較

飛程付近拡大図

電極Al.Mylar [μm]空気層 [mm]採用
4.02.000I C 2 測定値 [A] vs. SRIM計算⊿E [MeV]の較正直線全測定点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

MeV/Amp
Zero [Amp]1.69E+08

R^20.88937★ 上比較図 の fitting の結果より、 ExpR = 3407 [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、Eout ( 0 ) = 84.99 [MeV/u] * (A= 40) = 3399.6 [MeV] でした。
(*) 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。

Edeg
2021/02/09 理研・産業チーム

2101Ar (ML01-02) 技術報告書

IC2
54.47E-09

詳細は 「⑤納品_ビーム調整報告.xlsm」「シート：ExpR測定結果」 を参照下さい

2101Ar 共通

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

73.0 μm51.2 μm
14.0 μm25.6 μm500.0 μm10.2 μm
0.4 μm145.0 mm200.0 mm

AirT 気温AirP 気圧21.21009.2

21.2 ℃
1009.2 hPa

40Ar40Ar

A=40

95.0

95.00

90.49190.04789.85289.63386.20386.10986.10385.046

ExpR:実測⊿ExpR
LET
Rin Siin Siμm2.03 4668
2.11 4294
2.12 4258
2.12 4242
2.12 4224
2.19 3950
2.19 3943
2.19 3943
2.21 3862

83.5872.24

srim40Ar_Au
srim40Ar_Kapton
srim40Ar_Mylar
srim40Ar_EJ212
srim40Ar_Al
srim40Ar_Si
srim40Ar_Air
srim40Ar_Epoxy
srim40Ar_SiO2
srim40Ar_Al

0.9919BeamEbm公称δEbm補正 [%]-0.05

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 Air10.00 %E
MeV/u95.00

ビームライン常設物 ref) params

WSnam

73.0
51.2
14.0
25.6
500.0
10.2
0.4
145.0
200.0

ThkStd②①

厚さAu
KaptonIC1.AlIC1.mylar
PL.EJ212
PL.mylarPL.Al(mylar)
Air1Air2

WSnam

73.0
51.2
14.0
25.6
500.0
10.2
0.4
145.0
200.0

73.0 μm51.2 μm
14.0 μm25.6 μm500.0 μm10.2 μm
0.4 μm145.0 mm200.0 mmsrim40Ar_Au
srim40Ar_Kapton
srim40Ar_Mylar
srim40Ar_EJ212
srim40Ar_Al
srim40Ar_Si
srim40Ar_Air

AirT 気温AirP 気圧21.21009.2

21.2 ℃
1009.2 hPa

40Ar

40Ar

A=40

95.00

90.44089.99689.80289.58286.15086.05686.05084.992

ExpR:実測⊿ExpR
LET
Rin Siin Siμm2.04 4664
2.11 4290
2.12 4254
2.12 4238
2.13 4220
2.19 3946
2.19 3939
2.19 3939
2.21 3857

0.5
R AlR air
LETμmmmin air4122 8177
2.243792 7520
2.323760 7456
2.333746 7428
2.333730 7396
2.343487 6912
2.413481 6899
2.413480 6899
2.41
3 4 0 7 . 5 6754
2.4383.534

2.243307.1

Beam3407 <-実測値
4.2Ebm公称④⑤95.0δEbm補正 [%]R AlR airLET
μmmm
in air4126 8184
2.243795 7527
2.323763 7463
2.333749 7435
2.333734 7404
2.343491 6920
2.413484 6907
2.413484 6906
2.41
3 4 1 1 . 2 6761
2.43in Vacc
aft Auaft Kap
aft IC1-Al
aft IC1-Mylar
aft PL-EJ212
aft PL-Mylar
aft PL-Al(Mylar)aft Air13310.8

aft Air2③

srim40Ar_Epoxy
srim40Ar_SiO2
srim40Ar_Al

0.9919ThkStdsrim40Ar_Si

Z=18

EDeg出口まで-0.05-0.05 %
E
MeV/u94.95

srim40Ar_Si

Z=183407 <-実測値

照射物位置で照射物位置でaft Air2

厚さ

Au
KaptonIC1.AlIC1.mylar
PL.EJ212
PL.mylarPL.Al(mylar)
Air1
Air23749

6561

2.463745

6554

2.47

① 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。

→ Al 相当厚さで 4.2 μm 薄かった 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。

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 0.05 % 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。
2021/02/09 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、「実測値」を用いて以降の解析を行っています。

2101Ar (ML01-02) 技術報告書

6詳細は 「⑤納品_ビーム調整報告.xlsm」「シート：E較正sB12」 を参照下さい

2101Ar 共通

エネルギー検出器 の較正● 照射位置に設置した 「半導体エネルギー検出器 SSD」の、エネルギー較正を空気中で行いました。
Edeg 板の厚さを変化させて、SSD 検出器でエネルギースペクトルを測定しました。
前項で求めた ExpR 値 で、Edeg出口位置でのビームエネルギー Eout（Edeg厚）が簡単に求まります。 更にその下流にあるビーム通過物質(空気 Lair2, SSD遮光膜)
中でのエネルギー損失を計算し、SSD検出器 に入射されるビームエネルギーEssd (Edeg厚) が求まります。この値と実測値を比較してエネルギー較正を行いました。
SSD検出器のエネルギー較正曲線
SSD 測定点 vs. SRIMによる E (Edeg厚) 計算値 の比較

ssdB12
遮光Al
dead11
空乏層
dead12
SSD2
dead21
空乏層
dead22

SSD検出器のエネルギー較正直線
SSD 測定値 ADC [ch] vs. E (Edeg厚) 計算値 の比較

採用
μm4.7202050
0μm4020000

この SSD検出器（ｓB1,sB2) は、厚さ約 2050, 2000μm を重ねてあり、ビームはこの２枚の検出器の中で完全に停止する厚さです。
ｓB1

ｓB20.7464

MeV/ch 1.2706

Zero [ch]24.94

Zero [ch]R^20.99950MeV/ch65.99

R^2 0.99986★ 上図 の 直線 fitting の結果より、「SSD検出器の Ｅ較正式」

上図, E計算値曲線からの残差

sB1: Ｅ [MeV] ＝ 0.7464 ＊ ( ADC [ch] - 24.94 )sB2: Ｅ [MeV] ＝ 1.2706 ＊ ( ADC [ch] - 65.99 )を求めました。 この較正式を後述のエネルギー、LET、Range スペクトル を求める際に適用しました。
Y-誤差棒は、エネルギースペクトルのσ幅2021/02/09 理研・産業チーム※Ar ビームの場合、２枚目のSSD検出器までビームが突抜けるので、Eスペクトルを求めるには 先ずそれぞれの検出器の E較正をしてから、イベント毎に、E(sB1)+E(sB2) の加算をしています。

2101Ar (ML01-02) 技術報告書

7