CALIBRATION OF GAFCHROMIC DOSIMETRY FILMS FOR LARGEAREA ION-BEAM DISTRIBUTION MEASUREMENT
Tomohisa Ishizaka #,A), Koji ImaiB), Yosuke Yuri A), Takahiro Yuyama A), Ikuo Ishibori A), Susumu Okumura A)
A)
Takasaki Advanced Radiation Research Institute, Japan Atomic Energy Agency
1233, Watanuki-machi, Takasaki, Gunma, 370-1292
B)
Radiation Application Development Association
1233, Watanuki-machi, Takasaki, Gunma, 370-1207

Abstract
We are developing a large-area uniform beam formation/irradiation technique using multipole magnets at the ion
irradiation facility TIARA of Takasaki Advanced Radiation Research Institute, Japan Atomic Energy Agency. In orderto evaluate the uniformity and cross-sectional area from the two-dimensional intensity distribution of the beam,Gafchromic radiochromic films (Ashland Inc.) are used since the films have various features such as high spatialresolution, large area, and easy handling. The ion-beam irradiation experiment for the film calibration was performed.
Using 10 MeV 1H, 520 MeV 40Ar, and 490 MeV 129Xe ion beams from the TIARA AVF cyclotron, the fluence response
curves were obtained from the optical densities of the film read by image scanners. It turned out that the fluence range
where the optical density increased linearly was overlapped with that required for irradiation in materials and biologicalresearch, and that, thus, the relative transverse intensity distribution could be measured with this film practically.

大面積イオンビームの２次元強度分布測定のためのガフクロミックフィルムの校正が 1cGy から 10Gy であるため 2 種類のフィルムを上手く使い分けることが出来れば、低フルエンス領
日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所のイ 域から高フルエンス領域まで広範囲にわたり線量分オン照射施設 TIARA では、多重極電磁石を用いた 布測定が可能と考えた。
上記に加えて、この 2 種類のフィルムには以下の大面積均一ビーム形成/照射技術の開発を進めてい[1,2]ような違いがある。1つはフィルムの色である。双る 。大面積均一ビームの実用化を目指す上で、形方とも透明なフィルムだが、HD-810は無色、EBT2成されたビームの均一度や面積を精度よく評価するは黄色という違いがある。そのため、EBT2
では、ことが必要である。そのため、発光体を用いたリア
４章で後述するように、照射済
みフィ
ルム
から
ルタイム計測に加え、ラジオクロミックフィルム線
TIFF
画像のデジタルデータを読み出す際にRGB色量計の一種であるガフクロミックフィルム成分のBが使用できない。もう一つの違いはフィル（GAFCHROMIC Film 米国 Ashland 社製）を用いた２次元相対強度分布計測を利用している。ガフクロ ムの厚さである。図１に HD-810 と EBT2 の構造をミックフィルムの適用範囲を明らかにするため、イ 模式的に示すように、EBT2 は Active Layer（着色オンビーム照射によるフィルムの着色応答を調べた。 層）までおよそ 80m の厚みがあるため、飛程の短いビームでは、フィルムが着色せず、利用できない。

1.

はじめに

2.

フィルムの選定

ガフクロミックフィルムは、放射線治療において線量分布評価に広く利用されており、高解像度で大面積を評価できる、照射した際可視域での着色（青色）があり現像処理を必要としない、明室で取扱が可能、任意の大きさにカットができる等の特長を有している。GAFCHROMIC Film HD-810（以下、HD810 と記す）については、2MeV 電子ビーム照射による線量応答特性に線形性があり [3]、イオンビームの強度分布計測にも利用可能と考えた。
強 度 分 布 の 計 測 に あ た り 、 HD-810 とGAFCHROMIC Film EBT2（以下、EBT2 と記す）の2 種類のフィルムを選定した。カタログ値では、
HD-810 の線量レンジが 10Gy から 400Gy で、EBT2___________________________________________#

3.

イオンビーム照射とフィルムの解析

TIARA サイクロトロンで加速できるイオン種は
多 岐 に わ た る 。 ニ ー ズ 等 を 考 慮 し 、 10MeV H 、
520MeV 40Ar 及び 490MeV 129Xe の 3 種類のビームについて、2 次元相対強度分布計測のためのフィルムの着色応答を調べた。
3.1

フィルムへの照射

まず、多重極電磁石を用いて約 4cm 角の大きさの均一ビームを形成した。ビーム電流値は積分計を用いて 10 秒間計測した平均値とした。フィルムの照射時間は、フィルムの種類やビーム電流値等に合わせて 10-3～101s のオーダーで変化させ、静電パルスチョッパーを用いて正確に制御した。また、多数

ishizaka.tomohisa@jaea.go.jp- 594 -

Polyester Overlaminate 50um
Surface Layer 0.75um

Adhesive Layer 25um
Topcoat 5um
Active Layer 30um

Active Layer 6.5um
Clear Polyester 97um

Polyester Substrate 175um(b) EBT2(a) HD-810

図１：ガフクロミックフィルムの構造。(a)HD-810、(b)BET2。
枚のフィルムを用意し、条件毎にフルエンス量を変化させ照射した。
3.2

照射したフィルムの解析

照射したフィルムは、パソコン用イメージスキャナ（LiDE50 Canon 製と ES-10000G EPSON 製）で読み込みデジタル画像化した。LiDE50 は反射型のスキャナであり、前述の電子ビームによる HD-810 の着色応答を調査した際に使用したもので、応答特性が良いことが分かっている [3]。ES-10000G は反射および透過のいずれでもスキャン可能で、Ashland 社のハンドリングガイドで使用されているものと同一機種である。今回は、ハンドリングガイドを参考に透過方式でフィルムの解析を行った。
スキャナで画像を読み込む際は、スキャナ付属のソフトウェアでカラースキャンを行った。設定はデフォルトにし、その他全ての自動補正機能をオフにした。スキャンした画像データは TIFF 形式（RGB各 16bit）で保存した。なお、スキャンした画像の回転補正や作業効率化のために低解像度化する等のファイル操作により、RGB 値が不規則に変化する場合があることが分かったので、127dpi でスキャンし画像補正を行わないことにした。
さらに、TIFF 形式の画像を RGB の数値データ（16bit）に変換し、RGB 各成分について、吸光度平均値を求め、フルエンスに対する吸光度の応答曲線図を作成した。RGB 値から吸光度を求める式を以下に示す。

EBT2 の応答曲線を示す。HD-810 は RGB 成分のいずれにも直線性がある。EBT2 に関しては、G 成分には直線性があるが、R 成分に直線性はない。前述
したように、フィルム自体が黄色のため、イオン照射による B 成分から求めた吸光度の変化は小さく、分布測定には適さない。
Xe ビームについても同様に応答曲線を求めた。
表１に、強度分布計測に適したフルエンス範囲を 3種類のビームについてまとめる。原子番号の小さいビームほど適用可能なフルエンスは高くなる傾向がある。読み取りに使用したスキャナは LiDE50 である。
表 1：強度分布計測に適したフルエンス範囲
イオン種

フィルム

有効フルエンス［cm-2］

H

HD-8102×108 ～2×1011 程度

Ar

HD-8104×106 ～3×109 程度

Xe

HD-8104×106 ～5×108 程度

H

EBT2

5×107 ～2×109 程度

5.

まとめ

多重極電磁石を用いた大面積均一ビーム形成/照射技術の開発に当たり、ビームの均一度や面積を評価するため、ガフクロミックフィルムを用いた分布計測システムを開発することとし、イオンビーム照射によるフィルムの着色応答を調べた。2 種類の4. 実験結果
フィルムについて、3 種類のイオンビームおよび 2
図２に 520MeV Ar ビーム照射に対する HD-810 の種類のスキャナを用いて調べた。HD-810 は RGB 成応答曲線を示す。スキャナの種類によらず、低フル分のいずれにもフルエンス応答曲線に直線性があり、エンスでは、RGB 成分のいずれにおいてもフルエEBT2 は G 成分のみ直線性があった。2 種類のフィンスにほぼ比例して吸光度が増加する。この線形応ルムにより、より広いフルエンス範囲で計測できる答領域では、R 成分の吸光度変化の感度が最も高く、ことが分かった。イオン種によってフィルムが着色
9-2B 成分が最も低い。310 cm まで約 2 桁のレンジでするフルエンス領域に違いがあり、重イオンほど低分布測定ができることが分かった。また、透過方式
いフルエンスで着色した。いずれも、利用可能なフで読み取った ES-10000G の方がフルエンスに対するルエンス域は材料科学やバイオ技術分野のイオン吸光度が低くなる傾向がある。
ビーム応用研究で必要とされるフルエンスに重なっ
図３に 10MeV H ビーム照射に対する HD-810 とている。スキャナに関しては、機種により吸光度と吸光度（O.D.）＝Log10（（216 －1）／RGB 値）- 595 -直線性に多少の差があるものの、2 機種とも使用可
図４に、一例として、HD-810 を用いて計測した能であることが分かった。
多重極電磁石で集束したビームの相対強度分布を示
今回の実験では、フィルムの状態（照射前の準備、 す。吸光度分布から算出した、中心付近の 9cm9cm
照射からスキャンまでの経過時間、照射後の保管場 の領域における均一度は 5%である。
所の温度や湿度依存性等）や、フルエンス率、フィルムのロット間による質の違い等、毎回の実験条件 参考文献を統一することが容易ではなかったため、得られた [1] Y. Yuri at al., Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 642
結果は吸光度に対するフルエンスの絶対校正を必ず(2011) 10しも保証するものではない。しかし、本手法による [2] T. Yuyama et al., Proc. 8th Annual Meeting of ParticleAccelerator Society of Japan, 2011, MOPS072
分布計測を相対強度分布に限定すれば、上記のよう[3] T. Agematsu et al., Radioisotopes 57 (2008) 87 [inな制御が困難な条件にも関わらず、簡便な分布測定
Japanese].
手法として有効である。実際、ビームの均一度や面積の評価という現在の目的では相対強度分布が求められれば十分である。
101
R（LiDE50）
G（LiDE50）
B（LiDE50）
R（ES-10000G)
G（ES-10000G)
B（ES-10000G)
吸光度

100

吸光度

100

101

10-1

10-2 71010-1

108
109-2
フルエンス[cm ]10-2 7101010

図２：520MeV Ar を HD-810 に照射し、LiDE50 とES-10000G でスキャンした時の応答曲線。

R (HD-810)
G (HD-810)
B (HD-810)
R (EBT2)
G (EBT2)
B (EBT2)
108

109
1010
フルエンス[cm-2]

10111012

図３：10MeV H を HD-810 と EBT2 に照射し、LiDE50 でスキャンした時の応答曲線。

図４：ガフクロミックフィルムを用いて計測した大面積イオンビームの相対強度分布。多重極電磁石を用いて集束した 10MeV H ビームを HD-810 に照射し、LiDE50 でスキャンした。左が 2 次元相対強度分布図、右はその垂直方向の断面図。

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