技術報告(1) 実際の照射条件における 測定結果について（各社共通事項）

2021.08/24 理研・産業チーム 吉田

先日ご利用下さいました 2021. 05/13～14 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 : ビームスポットの強度分布測定
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

以下、よろしくご査収ください。

2021/08/24 理研・産業チーム

2105Kr (各社共通) 技術報告書

12105Kr 共通照射セットアップ● Beam 通過物の厚さ
BeamMon系
AuKapton
IC1.AlIC1.mylar
PL.mylarPL.myAlPL.EJ212

採用 公称・秤量μmμm
45.85051.2 50uφ5014.01425.625.6
10.2
10.20.40.4100.0100mmmm
Air1145.0 Kap～Edeg出口
Air2200.0 Edeg出口～SSD
avr気温25.2 ℃
avr気圧 1017.0 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#
123456789A
BC

2021/08/24 理研・産業チーム

採用
μm
10.20
12.80
23.80
48.59
100.24100.80196.39485.955000
5.48
975.3920002105Kr (各社共通) 技術報告書

2ビームスポットの強度分布測定

2105Kr 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。
（１） 電離箱(IC1)無し、PLシンチレータ無し、Edeg = 0um で照射。
（２） 同上で、Edeg出口コリメータ (Al材 □30x30 x t 5mm) 有り で照射。  サンプル照射中の設定。

コリメータ無し

コリメータ有り

吸光度分布
照射後のフィルム
Scanner 画像★ コリメータ無しの場合、強度分布は、直径φ50mm以内で±10%以内でした。

2021/08/24 理研・産業チーム★ コリメータ有りの場合も□30x30mm以内で±10%以内でした。

2105Kr (各社共通) 技術報告書使用したフィルム： 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)3詳細は 「⑤納品_ビーム調整報告.xlsm」「Flux較正」シート を参照下さい

2105Kr 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。

ビームフラックス検出器の較正

IC1

PL

今回、当チームのミスにより、PLの値が本来の 1/10 の値で計測していました。
(カウントレート算出用の Clock 周波数が１桁小さい設定になっていた為）
申し訳ございませんでした。尚、この頁に示した値は、これを修正後のものです。

★ 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] = 3.218E+13 * IC1[A]
IC1[A] = 3.095E-14 * PL[cps]Beam照射 円面積
半径 2.5ｃｍ

IC1 穴で決まる∴ Flux 換算式 は、[個/cm2/秒]= PL[cps] /= IC1[A] *= IC1[A] *19.63
3.218E+13 /1.639E+1219.63

19.63 [cm2]
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。

2021/08/24 理研・産業チーム

2105Kr (各社共通) 技術報告書

4詳細は 「⑤納品_ビーム調整報告.xlsm」「ExpR解析」シート を参照下さい2105Kr 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

全測定点飛程付近拡大図

採用
4.0
2.000

電極Al.Mylar [μm]空気層 [mm]

I C 2 測定値 [A] vs. SRIM計算⊿E [MeV]の較正直線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]4.83E+07

R^20.98321

1.70E-08★ 上比較図 の fitting の結果より、 ExpR = 1024 [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] )

Edeg

IC2

★ 尚、Edeg 無し の時の、最大ビームエネルギー@照射位置 は、Eout ( 0μm ) = 52.78 [MeV/u] * (A= 84) = 4433.5 [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。

2021/08/24 理研・産業チーム

2105Kr (各社共通) 技術報告書Cf) 今回は大口径Φ50 IC2を用いました5詳細は 「⑤納品_ビーム調整報告.xlsm」「ExpR測定結果」シート を参照下さい

2105Kr 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。

実測版

予想版
ビームライン常設物 ref) params
45.8
51.2
14.0
25.6
100.0
10.2
0.4
145.0
200.0

45.8 μm51.2 μm
14.0 μm25.6 μm
100.0 μm10.2 μm
0.4 μm145.0 mm200.0 mm

AirT 気温AirP 気圧25.2
1017.025.2 ℃
1017.0 hPa

84Kr84Kr

70.0

70.00

WSnam

Beam
Ebm公称

δEbm補正 [%]-1.18

srim84Kr_SiO2
srim84Kr_Al
srim84Kr_Epoxy

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_Si

A=84

ExpR:実測⊿ExpR
LET
Rin Siin Si
μm
9.47 1645
10.11 1408
10.23 1371
10.29 1355
10.34 1337
10.52 1282
10.55 1275
10.55 1274
10.87 1194

70.00
63.73062.67962.21661.70860.14259.93959.92657.458

③

WSnam

45.8
51.2
14.0
25.6
100.0
10.20.4145.0
200.0

4 5 .8 μm
5 1 .2 μm
1 4 .0 μm
2 5 .6 μm
1 0 0 .0 μm
1 0 .2 μm
0 .4 μm
1 4 5 .0 mm
2 0 0 .0 mm

srim84Kr_Au
srim84Kr_Kapton
srim84Kr_Mylar
srim84Kr_EJ212
srim84Kr_Al
srim84Kr_Si
srim84Kr_Air

AirT 気温AirP 気圧25.2
1017.02 5 .2 ℃
1 0 1 7 .0 hPa

84Kr84Kr

1024 <-実測値

Ebm公称

④34.4
R Al
R air
LETμmmmin air1452 2886 10.461247 2476 11.181215 2409 11.32
1201 2380 11.38
1186 2348 11.441139 2249 11.641133 2237 11.67
1132 2236 11.67
1 0 5 8 . 4 2091 12.04⑤

srim84Kr_SiO2
srim84Kr_Al
srim84Kr_Epoxy

0.9862Beam

照射物位置でaft Air2厚さ

Au
KaptonIC1.AlIC1.mylar
PL.EJ212
PL.mylarPL.Al(mylar)
Air1
Air2

ThkStdZ=360.00 %E
MeV/u

ビームライン常設物 ref) params

srim84Kr_Au
srim84Kr_Kapton
srim84Kr_Mylar
srim84Kr_EJ212
srim84Kr_Al
srim84Kr_Si
srim84Kr_Air

0.9862ThkStd②①

厚さAu
KaptonIC1.AlIC1.mylar
PL.EJ212
PL.mylarPL.Al(mylar)
Air1
Air2

7 0 .0 070.0

δEbm補正 [%]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 Air1-1.18

srim84Kr_Si

A=84

Z=36

ExpR:実測⊿ExpR
LET
Rin Siin Si
μm
9 .5 7 1606
10.24 1370
10.36 1333
10.41 1317
10.47 1299
10.66 1245
10.69 1238
10.69 1237
1 1 .0 3 1157

-1.45 %
EMeV/u6 8 .9 962.65561.60461.14160.63359.04158.82458.81156.3071024 <-実測値
0.0R AlR air
LET
μmmmin air
1418 2819 10.57
1215 2408 11.321183 2342 11.461169 2312 11.52
1154 2280 11.581106 2183 11.801099 2170 11.831099 2169 11.83
1 0 2 4 . 0 2024 12.21

照射物位置で54.005 11.34

1084955.4

1891

12.56

aft Air252.785 1 1 .5 21046

9 2 1 .2

1824

12.77

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 34.4. 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 1.45 % 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。
2021/08/24 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。

2105Kr (各社共通) 技術報告書

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