動積算型線 計 PADLES
地球軌 宇 放射線計測
永朊 愛子
総合 究大学院大学
高 加 器 学 究
加 器 学 攻
2008 9 暻
第 章 序論 ... 1
第 章 PADLES線 計 関 物理 義 ... 4
2.1 吸 線 率 ... 4
2.2 線 付 ... 4
2.3 線質係数... 4
2.4 線 当 率 ... 5
2.5 均 線質係数... 5
第 章 LEO宇 放射線環境... 6
3.1 銀河宇 線 ... 7
3.2 陽粒子線 ... 8
3.3 地球磁場捉粒子 ... 10
3.4 粒子... 10
3.5 中性子 ... 10
3.6 線 影響 環境要因 ...11
3.6.1 地球磁場捉陽子 高 依存性...11
3.6.2 方 角依存性 ...11
3.6.3 軌 傾斜角依存性 ... 12
3.6.3.1 極域 赤 域 ... 12
3.6.3.2 大西洋異常 ... 12
3.6.4 観測点周 遮蔽状況 ... 12
第 章 LEO 被 線 限 ... 14
第 章 LEO宇 放射線測 機器 要求 様... 15
第 章 各国 宇 放射線計測 現状... 17
6.1 NASA 宇 放射線計測 ... 18
6.2 RSA/IBMP 宇 放射線計測 ... 19
6.3 欧 宇 放射線計測 ... 19
6.4 日曓 放射線計測... 21
第 章 PADLES線 計素子 ... 22
7.1 PADLES線 計素子 ... 22
7.2 PADLES ... 23
第 章 PADLES線 計算方法 ... 25
8.1 TLD-MSO-S 実測 水等価吸 線 ... 25
8.2 TD-1 飛跡検 器 用い 高LET LET 評価... 26
8.3 LET 得 吸 線 及 線 当 ... 29
8.4 全吸 線 全線 当 均線質係数 ... 30
i
第 章 PADLES線 計素子 対 地 実験... 31
9.1 TLD-MSO-S素子 ン 熱蛍 ... 31
9.2 TD-1 飛跡検 器 解析 ... 31
9.2.1 学 ン ... 31
9.2.2 画像 得 ... 32
9.2.3 粒子 ン 検 面 義 選択方法... 33
9.3 地 照射実験... 35
9.3.1 TLD-MSO-S素子 地 自然放射線 測 実験 ... 35
9.3.2 TLD-MSO-S素子 対 ン 線照射実験... 35
9.3.3 陽子線及 ン 照射実験 ... 36
9.3.3.1 TLD-MSO-S素子 陽子線 対 線 応答実験... 39
9.3.3.2 TLD-MSO-S素子 ン 対 線 応答実験... 39
9.3.3.3 TLD-MSO-S素子 長期 ン 特性実験 ... 40
9.3.3.4 TLD-MSO-S素子 照射直後 熱蛍 特性測 実験 ... 42
9.3.3.5 TLD-MSO-S素子 LET特性実験 ... 42
9.3.3.6 TLD-MSO-S素子 対 陽子線入射角 依存性実験... 42
9.3.3.7 TD-1 飛跡検 器 校 実験 ... 42
9.3.3.8 TD-1 飛跡検 器 ン 特性実験... 43
9.3.3.9 TD-1 飛跡検 器 ン 特性実験 ... 44
9.3.3.10 TD-1 飛跡生 感 影響実験 包装曩 検討 ... 44
9.3.3.11 密 PADLES線 計 感 試験... 45
9.4 地 照射実験 測 結果 考察 ... 45
9.4.1 TLD-MSO-S素子 地 自然放射線 対 測 ... 45
9.4.2 TLD-MSO-S素子 ン 線 対 応答 ... 46
9.4.3 TLD-MSO-S素子 陽子線 対 線 応答... 48
9.4.4 TLD-MSO-S素子 ン線 対 線 応答 ... 48
9.4.5 TLD-MSO-S素子 長期 ン 特性 ... 50
9.4.6 TLD-MSO-S素子 照射直後 熱蛍 特性 ... 53
9.4.7 TLD-MSO-S素子 LET特性 ... 53
9.4.8 TLD-MSO-S素子 対 陽子線入射角 依存性 ... 55
9.4.9 TD-1 飛跡検 器 校 暪線 ... 56
9.4.10 TD-1 飛跡検 器 飛跡生 感 入射伏角依存性 ... 56
9.4.11 TD-1 飛跡検 器 ン 特性 ... 58
9.4.12 TD-1 飛跡検 器 ン 特性 ... 61
9.4.13 TD-1 飛跡検 器 対 影響 ... 62
9.4.14 密 PADLES線 計 応答 ... 64
第 章 PADLES線 計測用ソ 開 ... 65
ii
10.1 概要... 65
10.2 TLD PADLES ... 65
10.3 AUTO PADLES ... 65
10.3.1 情報 管理機能... 67
10.3.2 CR-39 解析機能 ... 67
10.3.3 線 計算機能... 69
第 章 PADLES線 計測 精 評価... 71
11.1 宇 放射線検 器 国 比較実験ICCHIBAN project ... 71
11.2 PADLES線 計 測 精 影響 要因 ... 75
第 章 PADLES線 計 用い ISS 宇 放射線計測... 77
12.1 HTDV CCD放射線損傷実験 ... 77
12.1.1 実験概要... 77
11.1.2 CCD ... 78
12.1.3 TD-1 飛跡検 器 飛跡生 感 確 ... 80
12.1.4 HZE粒子 傷 相関 ... 81
12.1.5 線 計測... 85
12.1.6 傷 生率 線 相関... 87
12.2 ン 船外曝露実験 ... 87
12.2.1 実験概要... 87
12.2.2 ン ... 88
12.2.3 PADLES線 計 ... 89
12.2.4 線 計素子感 え 搭載温 影響 確 地 模擬実験 ... 90
12.2.5 船外曝露部実験 ... 97
12.3 遮 い効果実験 ... 99
12.3.1 実験概要... 99
12.3.2 Phase1 実験 ... 101
12.3.3 Phase2 実験 ... 105
12.3.4 Phase1 及 Phase2 実験 ... 108
第 章 今後 展望 課題 ... 109
13.1 PADLES線 計 使 日曓 実験 う 放射線計測実験... 109
13.1.1 AreaPADLES ン ... 109
13.1.2 BioPADLES 生物試料被 線 測 ...110
13.1.3 CrewPADLES 宇 飛行士 個人被 線 計測 ...110
13.1.4 DosimetericPADLES 国 協力実験 ... 111
13.1.5 ExpPADLES 技術開 実験 ... 111
13.2 今後 展開 PADLES線 計 使 暻面暼人活動 向 組 ... 111
第 章 ... 113
iii
謝 辞 ... 114 引用文献... 115 究業績……… 122
iv
第 章 序論
国 宇 ン Internatinal Space Station: ISS 種々 ン 宇 実
験 実施 目的 一 搭乗員 長期 わ 宇 滞 評
価や生物試料 対 宇 放射線影響 的 解明 あ 宇 放射線 存 無
力や高 空等 並 地 比 場合 宇 環境 特異性 表 要 要素 あ
暼人宇 開 い 宇 放射線 対 被 線 計測 暷 要 技術
い
宇 放射線計測 得 果 実測 宇 放射線解析 改良
精 向 宇 放射線 対 遮蔽 機能 持 宇 航空機や居 設計 構
築技術 向 放射線被 抑え 遮蔽曩料や 世 型宇 服 開 等
多 究開 礎
民間人 ISS 搭乗や微 力体験飛行等 人類 宇 滞 高
将来 暻 火昙 査 う宇 長期滞 向 宇 放射線計測 宇 航空安全
技術 盤 技術 あ
宇 飛行士 当 滞 日数や生涯搭乗日数 被 線 制限値 4.1 節参照
制限 宇 放射線計測 高い精 必要 あ 宇 飛行士 長期 渡
宇 滞 場合 評価や飛行計画策 精 高い被 線 測
蓄積 求 い
宇 放射線場 陽子 鉄核 種々 線質 異 荷電粒子 被 主要 原因
荷電粒子 範 限 ～109GeV/n 超え 荷電
粒子 線 付 Linear Energy Transfer: LET 0.2keV/μm 1000keV/μm
広範 わ う 広いLET 持 放射線混合場 生物 被 効果
調 吸 線 測 十 あ 数keV/μm～数 keV/μm
高LET領域 吸 線 当 生物学的効果 例え ン等 LET領域 大
現 あ 従 宇 飛行士 被 線 や生物学的効果 念頭 置い 宇 放射線
計測 宇 放射線 LET 測 考慮 線 計測 必須
熱蛍 線 計 thermoluminescence dosimeter: TLD 非常 宇 放射線計測 用
い 線 計 あ TLD LET放射線 高い感 持 高LET放射線
感 いう 点 あ 高LET 含 宇 放射線場 TLD 測
吸 線 過 評価
TLD 対照的 CR-39 飛跡検 器 高LET 荷電粒子 約 4keV/μm
対 飛跡生 感 持 既知 LET 荷電粒子 用い 得 校 暪線 飛跡生 感
LET 関係 用い 個々 荷電粒子 飛跡生 感 LET 算
従 宇 生物実験や宇 飛行士 被 管理 宇 放射線計測 必要 高LET
微 LET 測 暷近 CR-39 飛跡検 器 Ｔ
測 用い 線 計測 応用 い
1
CR-39 飛跡検 器 TLD 特長 組 合わ 宇 放射線 全LET領
域 対 吸 線 線 当 均 線質計数 測 手法 1995 早稲璴大学 家
暷初 提案 [1]
CR-39 飛跡検 器 宇 放射線 高LET 線 計測 行え 原理的 優
組織等価検 器 あ 解析 大変 労力 時間 必要 あ 従 CR-39
飛跡検 器 用い 線 計測等 行 生物実験 直後 生物試料 得
実験結果 線 測 結果 相関 迅 い 指摘 CR-39
飛跡検 器 解析装置 高価 あ 大学 一 究室 解析 行う 担
大 点 あ JAXA い 的 効率的 CR-39 飛
跡検 器 自動解析技術 開 宇 放射線 迅 解析 行う 望 い [ ]2
CR-39 飛跡検 器 い 個々 生物試料 対 宇 放射線飛跡
ン 効率的 行う技術 宇 放射線曝露雰 気 温 酸素 等 考慮
ン 開 短飛程高LET 粒子線 線 寄 検討 検 効率 推
要 あ 飛跡生 感 入射角依存性 い 十 究 い い等 多
課題 残 い TLD 荷電粒子 対 応答や 長期 ン 特性 照
射時や保存時 温 依存性 対 究 あ い
課題 念頭 置 宇 航空 究開 機構 Japan Aerospace Exploration
Agency JAXA 宇 環境利用 ン 高 加 器 究機構 放射線 学 ン
早稲璴大学 理 学総合 究所 放射線 学総合 究所 共 究 種類
動型線 計TLD CR-39 飛跡検 器 組 合わ 線 計測原理 用 動
積算型宇 放射線計測 Passive Dosimeter for Life Science Experiments in Space:
PADLES 実用 技術開 ISS 搭載
曓 究 PADLES 線 計 用い 線質 異 荷電粒子線 混合 放射線場
わ 広い LET 領域 渡 宇 放射線 対 線 測 手法 TLD CR-39 荷電粒子
対 実験 い 確立 PADLES 線 計 地 還 後 迅 線
計測結果 得 う PADLES 線 計 解析 開 整備 曓 究 結果
PADLES 線 計測技術 確立 PADLES 線 計 解析 ISS 的
宇 放射線計測 能
開 PADLES線 計 2.5cm角厚 5mm程 型 電源 必要 い 生物試料
近傍 設置 能 あ 人体 装着 容易 あ CR-39 飛跡検 器
TLD 組 合わ 線 計 LET 測 能 宇 環境用 動積算型線 計
現 暷 信 性 高い 考え い [TT3][TT4T][TT5T][TT6]
曓論文 第 2 章 PADLES 線 計 線 計測 関わ 物理 義 い 述
第 3 章 PADLES 線 計 測 対象 あ 地球軌 宇 放射線環境 特徴 い
述
第 4 章 地球軌 被 ISS 日曓人宇 飛行士 被 線 限 い 述
2
第 5 章 地球軌 宇 放射線計測 行う機器 要求 様 い 述 第 6 章 NASA,RSA/IBMP 欧 及 日曓 宇 放射線計測 現状 い 述 第 7 章 PADLES 線 計 使用 TLD-MSO-S 酸 防 剤入 CR-39
固体飛跡検 器 Ｔ 特徴 様 い 述
第 8 章 TLD-MSO-S 素子 実測 水等価吸 線 CR-39 固体飛跡検
器 測 宇 放射線中 高 LET LET 測 算 水等価吸 線
線 当 及 TLD-MSO-S CR-39 組 合わ 全 LET 領域 吸 線 線
当 計算 方法 い 述
第 9 章 PADLES 線 計 実用 行わ 地 照射実験 い 述 曓地
照射実験 得 や知見 第 7 章 PADLES 線 計 精 向 や
ン 様 生 第 8 章 述 線 計算 使用 校 数や補 方法等 決
使用
第 10 章 PADLES 線 計 迅 長期 わ 実 ISS 運用 い
開 ソ い 述
第 11 章 PADLES 線 計 測 精 評価 い 述
第 12 章 実 PADLES 線 計 応用 ISS 宇 実験 HTDV-CCD 放射
線損傷実験 ン 実験及 遮蔽実験 結果 い 述
第 13 章 今後 展望 課題 い 述 現 日曓 実験 う 打
ISS 設置 行わ 今後約 10 間 運用 開始 曓 究 果 い
確立 PADLES 線 計 解析 用い 宇 放射線計測実験 実施
日曓実験棟 ン AreaPADLES ン 実験 応
用 BioPADLES 日曓人宇 飛行士 個人被 線 計測 応用 CrewPADLES ISS 実施 国 協 実験 DosimetricPADLES 及 JAXA 実施 技術開 実験 ExpPADLES
第 14 章 曓 究 述
3
第 章 PADLES 線 計 関 物理 義
PADLES 線 計測 関連 物理 義 述
2.1 吸 線 率
質 dm[kg] 物質 電 放射線 付 均値 dε[J] あ 吸
線 D う 義
D m d dε
= (2-1) [Gy =J/kg] あ 吸 線 率 時間あ 吸 線 表
宇 放射線計測 線 評価 表物質 生体物質 主 あ 水 使用
従 PADLES 線 計 水等価 吸 線 測
2.2 線 付
線 付 Linear Energy Transfer: LET L 荷電粒子 飛跡 沿 長
当 物質 付 均 義 LET 荷電粒子 電荷 質
及 物 質 種 類 や 密 依 存 1MeV 荷 電 粒 子 対 水 中 LET [keV/μm] 比 電子 2×10PP-3 陽子 20 線 200 炭素 ン 500 程 あ
宇 放射線場 線質 異 電子や 荷電粒子 中性子線等 一 及 放射線
混合 い PADLES線 計 一 及 放射線 10[keV/μm]
荷電粒子 対 水中 限 い線 付 LET∞[keV/μm-water] 測 2.4 節
述 線 当 評価
曓論文 CR-39 飛跡検 器 測 高 LET 領域 荷電粒子 特
徴 考察 線 当 算 LET 扱う LET 荷電粒子
ン 率 LET 関数 表 あ
2.3 線質係数
国 放射線防護委員会(International Commission on Radiological Protection: ICRP) 放 射 線 場 LET 線 当 H 算 う ICRP26[TT7T] 線 質 係 数Q LET [keV/μm-water] 関数∞ え 関数 ICRP 1990 勧告 ICRP60 [TT8T]
う 見直 2-1 ICRP26 及 ICRP60 Q ‐L関係 示
.
100
5
.
0
300
,
100
10
2
.
2
32
.
0
,
10
1
)
(
>
−
=
≤
<
−
=
≤
=
L
L
L
L
L
L
Q
(2-2)
曓論文 ICRP60 Q ‐L関係 用い 線 当 算 宇 環境 放射線 計測
放射線防護 観点 少 安全側 線 評価 い ICRP60 改
4
訂 Q ‐L関係 用い 評価 実用 あ 線 当 防護 あ 等価線 過 評 価 い う い ICRP60 人 体 や 生 物 試 料 生 物 学 的 効 果 比 (Relative Biological Effectiveness: RBE) 高 10～100keV/μm 領域 線質 高 設 い
特徴 あ 宇 放射線計測 宇 放射線 高 LET 領域 高い 10～
100keV/μm 線質 考慮 い ICRP60 線質係数 用い 妥当 あ
現 宇 放射線計測 行 い 宇 関連機関や 究 ICRP60 Q ‐L関係 用い
線 当 算 い
)
(L
Q
100 101 102 103
LET∞H2O (keV/μm) 0
10 20 30
Quality Factor
ICRP-26 (1977) ICRP-60 (1991)
2-1 ICRP26 ICRP60 入 線質係数 LET∞H2O 関係[7][8]
2.4 線 当 率
一般 あ 吸 線 対 生物学的効果 放射線 線質や 条件 依存 従
吸 線 放射線生物影響 評価 い 通常被
放射線防護 観点 あ 器 対 放射線効果 表 実測 能 線 線 当
H 使用 H 吸 線 D 線質係数Q(L)及 修飾因子N 積 義 修
飾因子 線 率等照射条件 相 考慮 係数 通常 1 あ 宇 放射線計測
い N =1 従 あ LET 持 放射線 対 線 当 式 表
).
(
)
(
)
( L D L Q L
H =
(2-3)H [Sv] あ 線 当 率 時間あ 線 当 表
2.5 均 線質係数
宇 放射場 均 線質係数 吸 線 対 線 当 比 え
AVE
H D .
Q =
(2-4)5
第 章 LEO 宇 放射線環境
ISS や 地球軌 Low Earth Orbit: LEO) 呼 地 高 300
～500km 周回 LEO 一 宇 放射線 起源や形態 銀河宇 線 陽
粒子線 地球磁場捉粒子線 3 種類 類 LEO 宇 放射線環境 3 種類 一
宇 線 飛 交う複合的 放射線環境 あ 3-1 参照 地球大気 粒子
存
3-1 LEO 宇 放射線環境 色 斜線 や ISS 軌 高 あ
地 自然放射線環境 宇 放射線環境 比較 表 3-1 示 地 自然放射線環境 比
宇 放射線環境 特徴 持
RBE 高い 高 LET 放射線 多 含 地 比 線 率 2 桁 大 い
微 力 被
放射線 角 等方的 近い
銀河宇 線 陽粒子線 地球磁場捉粒子線 粒子 や 電荷 地球
磁場 変動や 陽活動等多 複雑 依存 変 LEO 一 宇
線 強 飛行 高 や軌 傾斜角 経 緯 等 変 1 周約 90 地球周回
軌 ISS 船 放射線環境 時間的 大 変動 LEO い 軌 傾
斜角 飛翔体 あ 地磁気防護 捕捉粒子線 高 銀河宇 線
6
被 中心 ISS 軌 傾斜角 51.6 大 い 記 3 線源
被 あ 粒子 ン 陽子 主 あ 陽活動 増減 あ
船 船壁等 衝突 生 粒子 特 中性子 被 問題 粒子
人体 相互作用 生
表 3-1 宇 LEO 地 自然放射線環境 外部被 比較
地 宇 LEO
線源 然放射性宇 線 元素 一 宇 線 陽粒子線 銀河宇 線 地球磁場捉陽子線
宇 線 陽子線 荷電粒子線 中性子線等
放射線 γ 線γ 線 ｵ 中性子線等 MeV 程
電子 陽子 鉄核 荷電粒子 中性子 範 限 ～109GeV/n 超え 被 線 寄 LET 0.2keV/μm～
1000keV/μm 広範 わ
線質
線質係数 γ 線 1 中性子線 5～20
線質係数 1～30
線 率 1.5μGy/day地 注 1), 2.1uSv/dayン 線 注 2) 150～300μGy/day, 300～600 μSy/day注 3) 注 1) TLD-MSO-S 素子 JAXA 実験室 測 結果
注 2) 1988 国連 学委員会 UNSCEAR 報告 注 3) 過去 ISS 米国 船 測 結果
3.1 銀河宇 線
陽系外 飛来 銀河宇 線 陽系 い 数MeV/n 109GeV/n 広い
持 1GeV/n付近 あ ISS軌 約 98% 陽
子 荷電粒子 残 約 2% 電子 陽電子 あ 銀河宇 線 起因 放射線
地球大気 銀河宇 線 相互作用 作 中性子 陽子 存 少
い 線 計測 要 い
銀河宇 線 陽子 87% He 12% あ [TT9T] 残 1%程 Li 原子番 大 高い 荷電粒子 High-Z and high-Energy particles HZE粒子 あ
特 存 比 高い鉄 ン LET 高 放射線生物影響 えや い 宇 環境 生物学
的影響 究 線質 大 RBE 持 荷電粒子 被 無 力 相関 注
目 い
主 1GeV/n 銀河宇 線 約 11 周期 陽活動 変動 変
陽活動 活 時 陽風 銀河放射線 弾 飛 LEO 銀河宇
線 陽活動 極 時期 暷大 陽活動 極大 時期 暷 [TT10T] TT
銀河宇 線 地球磁場 影響 地磁気線 地表 向 う 極や 極地方
銀河宇 線粒子 高 流 込 従 LEO 両極域 銀河宇 線 被
増え赤 付近 暷
7
3.2 陽粒子線
陽活動 約 11 周期 あ ワ 1755 始 陽活動
決 陽活動 番 付 い 飛騨
文 HHTT 陽磁場活動望遠鏡(SMART)TTH 観測 2008 1 暻 5 日 陽画像 3-2 参照
[11] 新 い 活動領域 緯約 27～29° い 活動領域 緯約 2～
15° 両方 う い 両者 陽面 距 約 47 万km 前回 第 23 陽活
動周期 1996 始 2001 黒点 数 暷 多 極大期 あ 2008 1
暻 4 日 陽表面 新 い 活動領域 黒点 観測 現 第 24 陽活動周期
始 あ 3-3 参照
3-2 飛騨 文 TT 陽磁場活動望遠鏡(SMART)TTH 観測 2008 1 暻 5 日 陽画像 [10]
銀河宇 線 陽粒子線 地球磁場捉粒子線 粒子 や 電荷 地球
磁場 変動や 陽活動等多 複雑 依存 変 LEO 一 宇
線 強 飛行 高 や軌 傾斜角 経 緯 等 変 1 周約 90 地球周回
軌 ISS 船 放射線環境 時間的 大 変動 LEO い 軌 傾
斜角 飛翔体 あ 地磁気防護 捕捉粒子線 高 銀河宇 線
被 中心 ISS 軌 傾斜角 51.6 大 い 記 3 線源
被 あ 粒子 ン 陽子 主 あ 陽活動 増減 あ
船 船壁等 衝突 生 粒子 特 中性子 被 問題 粒子
人体 相互作用 生
8
3-3 1755 計測 い 陽活動 [12] 縦軸 暻当 均 生黒点数
陽粒子現象(Solar Particle Event: SPE) 陽活動 生 陽表面 伴
い 突 的 高 粒子 放 現象 あ 30MeV 越え 全陽子 ン
106cm-2 究者 3×106や 107 場合 あ あ 場合 SPE 義 SPE
高 い 陽活動暷大期 起 陽活動周期 1 当
50 回程 あ [13] 10MeV 陽子 ン 1010cm-2 う 巨大 SPE
1 当 1 2 回起 突 的 陽 伴うSPE 持 時間 短 数時間程
比較的電子 多い ン 107～108cm-2程 あ 質 放
伴うSPE 持 時間 長 数日程 陽子 非常 大 い 全 ン
109cm-2 超え あ SPE 陽 放 粒子
組 等 規模 異 大型 陽 起 場合地磁気圏外 1Sv/day
記録 あ
陽 線 増大 一時的 あ 3 ヶ暻あ い 半 いう宇 搭載期間
均線 率 寄 相対的 い ISS 線 当 1 日 均約 1mSv 予測 い
[14] SPE 規模 大 長期間 い 場合 付加的 非常 大 線 え
能性 あ 大型 SPE 地球磁気圏 え ISS軌 あ
到 い 積算型線 計 測 大 SPE 生 積算線
9
寄 確 い
3.3 地球磁場捉粒子
地球 周辺 陽風 粒子 地球磁場 捉え 来 考え 放射線 存
放射線 主要部 地表千 km 2 万 km 地球半 3 倍 9 倍 高 置
外 ン ン (Van Allen belt) 呼 陽子 集 高 300
km 1200km 限 陽子 数 MeV 数 MeV 捕捉
陽子 船 見 数 MeV あ や 持 3-5
参照 外 10000km 程 限 電子 集 数 keV 程 あ
地球磁場 捕捉 荷電粒子 両極間 地磁気線 沿 ン運動 繰 返
電子 東方向 陽子 西方向 散 い 電子 捕捉 い
5MeV い 宇 船 壁 容易 遮蔽 領域
制動 X 線 生 線 あ 寄 い 外 強 高い電子 あ
ISS 軌 十 あ ISS 放射線環境 影響 え い
地球磁場捉粒子 安 あ 地磁気嵐 撹乱 11 周期 陽活
動 影響 地球磁場 軸 回転軸 わ い 沖 地球磁
場 地表 向 異常 垂 大西洋異常域(South Atlantic Anomaly SAA) 呼
領域 あ ISS軌 SAA領域 交差 期間補足陽子 線 率 急激 増加
SAA補足陽子 高緯 銀河宇 線 ISS船 線 寄 約半々 評価 い [9]
3.6.3(2)節 SAA 線 寄 軌 傾斜角 関係 記述
3.4 粒子
ISS 船 人体や 搭載 生物試料 影響 及 主要 一 放射線 種類 陽子
鉄核 荷電粒子線 あ 一 粒子 ISS 船体や搭載物質 部 原子核
応や核 ワ 引 起 陽子 中性子 中間子 跳原子核等 核破 生 物や
電子 ン 線等 粒子 生 粒子 観測点周 遮蔽物質 種類や
厚 依存 大 変
3.5 中性子
粒子 船 や人体 生 中性子 核 応 引 起 乗員
被 大 影響 え 考え い ISS軌 中性子 線 寄 線 当
30～60% いう評価 い [15] 軌 高 陽活動 船壁等遮 い
体 厚 等 異
過去 ISS 米国 船 実測値 2001 3-7暻 荷電粒子 線 19.7μSv/h
472μSv/day 中性子 線 2.3μSv/h あ 中性子線 球型中性
子 装置 Bonner Ball Neutron Detector BBND 測 あ [ 16 ][ 17 ]
BBND 計測範 熱中性子～15MeV BBND 測 い15～100MeV 中性子
10
寄 考慮 実 中性子線 約2倍 考え 米国 船 線 当 中性子 寄 約20％ 推
3.6 線 影響 環境要因
3.6.1 地球磁場捉陽子 高 依存性
ISS 均軌 高 400km 軌 傾斜角 51.6° 陽活動暷 期 銀河宇 線 寄
地球磁場捉陽子 線 寄 等 い 見積 い [9] 詳 高 高
陽子 大 3-4 30MeV 補足陽子 軌 高
依存性 示 AP8 計算 [18] 得 軌 陽子 相関 示 実線 補足陽子
用 AP8 計算 計算結果 あ ■ □ 実測値 あ
3-4 30MeV 補足陽子 軌 高 依存性 実線 補足陽子用 AP8 計算 計算結果 ■□ 実測値[15]
3.6.2 方 角依存性
E.V. Benton等 長期 わ 衛昙実験(Long Duration Exposure Facility: LEDF) 宇 放射線 入射方向依存性 確 実験 行 [19][20][21] Benton等 CR-39
飛跡検 器 納 立方体形状 動型線 計 測 行 東西方向
向 設置 CR-39 飛跡検 器 LET 測 結果 東西方向 陽子
方向 大 い 確 Benton等 SAA領域 入射粒子 非等
11
方性 指摘 い
ISS 搭載 高精細 ン High Definition TeleVision: HDTV
結果 搭載期間 HTDV 用 CCD 素子 画像 傷 生 永 的損傷
多 生 時期 う い時期 あ 確 搭載 場所や方向
い 原因 あ 示唆 い
3.6.3 軌 傾斜角依存性
3.6.3.1 極域 赤 域
宇 船 周回軌 赤 対 何 傾い い 被 線 異 磁極
近傍 磁力線 地表面 対 鉛直 宇 空間 対 開い 荷電粒子 磁
力線 沿 方向 動 易い 銀河宇 線 侵入 易い 従 極域 通過
線 率 高い
赤 域 磁力線 地表面 対 水 荷電粒子 磁力線 横断 い
宇 線 赤 域 侵入 い 地磁気的 高緯 あ 宇 線線 率 大
3.6.3.2 大西洋異常
地球近傍 地球 磁場 銀河宇 線や 陽粒子線 侵入 あ 程 領
域 い 地球磁場 あ 特 部 大西洋 磁場
3.3 節 述 う 大西洋異常域 SAA 呼 SAA領域 地域
地球磁場強 約 30％ 弱い 空 捕捉粒子線 西経 0° 60° 緯 20°
50° 高 160 320km 30MeV 陽子 侵入 い 従 ISSや
SAA 交差 軌 持 SAA通過時 大 HHTT線 率TTH
軌 傾斜角 28.5 51.6 2 用 28.5
傾斜角 方 51.6 SAA 通過 時間 短い 積算被 線 少 ISS
軌 当初 28.5 計画 い ISS 計画 参加 ン
射場 やソ 打 ン 考慮 51.6 軌 傾斜角 用
3.6.4 観測点周 遮蔽状況
宇 放射線場 観測点周 遮蔽物質 種類や厚 依存 変 ISS軌
船外 船 宇 放射線 推 3-5 示 [TT22T] 3-5
船外 宇 放射線環境 推 補足陽子 AP8 [ ] 補足電子 AE8
[
18
23] 銀河宇 線 CREME [24] 使用 い 3-5 船 宇
放射線環境 推 中性子 子 含 補足陽子計算 HERMES [25]
子 電子 計算 EGS4 [26] He 荷電粒子 計算 JINC
[27][28] 中性子 含 陽 粒子 HERMES 使用 い ISS船
12
船壁 遮蔽 働 宇 放射線 変 一
荷電粒子 船壁 通過 核破 応 引 起 中性子等 粒子 生
船壁 厚 大 船 測 吸 線 場所 遮蔽 状況 異
観測 場所 い 線 影響 過去 US や
船 計測結果 時期 一 船 い 場所 船壁や搭載
厚 異 吸 線 20～60% あ [29] [30]
3-5 ISS 軌 宇 放射線 推 船外 船 船壁
9.5mm
13
第 章 LEO 被 線 限
LEO 非常 大 SPE 生 場合 い 急性確 的影響 生 い値
超え 線 被 恐 い 長時間 船外活動 注意 要 や
大 臨床的症状 骨髄 皮膚 損傷 関 晩 確 的影響 被 線 制限値
い ン う 飛行計画 立案
実測 国 宇 ン 搭乗 宇 飛行士 被 線 (実効線 )
0.4～1mSv/day程 あ 日曓 ICRP 勧告 地 放射線業務従 者 線 限
50mSv/year (100mSv/5 間 い 宇 飛行士 対 骨髄 対 被 体
表 深 5cm 部 等価線 間400mSv 超え い ン
い 表4-1 ISS 搭乗日曓人宇 飛行士 被 線 制限値 示 [22T] や
大 臨床的症状 骨髄 皮膚 損傷 関 晩 確 的影響 被 線 制限値
い ン う 飛行計画 立案
表4-1 ISS 搭乗日曓人宇 飛行士 被 線 制限値a
a制限値 値 超え い う暷大限 力 求 あ 国 法 超え い値
線 限 異 ISS 飛行中 緊急作業時 線 制限値 用い 被 限
抑え
14
第 章 LEO 宇 放射線測 機器 要求 様
宇 飛行士 放射線防護 対 宇 放射線被 管理 係 米国放射線防護測 審議会
NCRP No.142[31] 宇 放射線計測機器 対 ±30% 線 測 精 要
求 い 各国間 放射線計測機器 測 精 要求精 範
一 要求 い 過去 宇 実験 能動型線 計間 動型線 計間 能
動型 動型線 計間 い 時期 計測結果 大 異 い 各機器 計測原理
異 い や 搭載 置や 周辺 遮蔽状況 い 各機器 対 適 精 評価
い 原因 あ
地 異 宇 線質 異 わ 等 い吸 線 生物 対 え 影響
異 種々 線質 放射線 混 う 放射線混合場 生物 被 効果 調
吸 線 測 RBE 大 高 LET 放射線 数十～1000keV/μm
い LET 測 必要 あ 放射線場 LET や 均線質係数 宇 放射線
生物影響 究 要 指標 あ 宇 放射線 対 線 計
測 機能 求
PADLES 線 計 ISS 日曓実験 う船 行わ 宇 生物実験 被 線
計測 用い う船 宇 放射線環境 時間や場所 遮蔽条件 大 変
予想 PADLES 線 計 各生物試料近傍 設置 必要 あ 生物試料
-80～37℃ 保管 養 生物試料 設置 PADLES 線 計 -80～37℃
や 環境 曝 従 PADLES 線 計 -80～37℃ 広い温 環境
性格 線 測 機能 要求 線 計素子 組織等価 あ い 組織等価
近い軽元素組 曩料 あ 望 い 生物実験 試料 特 部 通過
荷電粒子 種類や LET 測 求 場合 あ
PADLES 線 計 宇 飛行士 船外活動中 携 船外活動用宇 服 部 0.3 気
酸素 100% 保 う 環境 確 線 測 必要 あ TLD CR-39
飛跡検 器 組 合わ 曓 究 開 PADLES 線 計 要求 良
適合 性能 持 い
生物試料 被 線 計測や宇 飛行士 個人被 管理 使用 能動型
動型 線 計 性能 比較 表 5-1 示
15
表 5-1 宇 放射線計測用線 計 性能 比較
* RRMD-III Real-time Radiation Monitoring Device-III
過去 宇 生物実験 CR-39 飛跡検 器 解析 時間 生物試料
還直後 線 計測結果 得 生物影響 線 相関 確 い 問題点
指摘 い CR-39 飛跡検 器 T飛跡 形状計測 人間
学顕微鏡 あわ 確 1 個 手動 形状測 行い
飛跡生 感 決 学顕微鏡 CR
T
-39 飛跡検 器表面 数
ン 数 ン 数千個 一 一 計測 い 試料あ 数ヶ暻 解析時
間 や T多大 労力 時間 い う T熟練 伴う解析技術 ISS運用期間中
約十 保持 解析時間 や い 宇 放射線生物
影響実験 時 実施 非常 大 困 T
T T T
還 PADLES 線 計 生物試料 解析 合わ 宇 還 生
物試料 変質 世 交 前 迅 解析 線 評価 行わ い 今後 日曓実験棟
う 宇 生物実験 行わ 予 あ 期的 回 多 生物試
料用 線 計解析 対応 用 CR-39 飛跡検
器 自動解析装置 開 維持 い 必須 曓 究 PADLES 線 計 迅
解析 機器及 ソ 開 整備 行
JAXA い ISS 搭載実験 準備 TLD 素子 数千曓 及ぶ
素子 校 や品質管理 搭載前 選 素子 固体識 管理 必要 あ
数多 宇 実験 対応 個々 素子 識 番 や校 値 使用 歴 測 結
果 一元管理 要 あ 曓 究 多数 TLD 素子 管理 ソ
開 行
16
第 章 各国 宇 放射線計測 現状
ISS 米 国 National Aeronautics and Space Administration: NASA
Russian Space Agency: RSA Institute for Biomedical Problems: IBMP 欧 European Space Agency: ESA Deutsche Forschungsanstalt fur Luft und Raumfahrt: DLR 日曓
Japan Aerospace Exploration Agency: JAXA 主体 宇 放射線計測 実施
表 6-1 ISS 国 開 主 搭載線 計 一覧 示
表 6-1 ISS 国 米国 欧 日曓 ISS 搭載用線 計 開 状況
17
6.1 NASA 宇 放射線計測
CR-39 飛跡検 器 米国 開 [TT32T] 1981 飛行実験
初 宇 飛行士 個人被 線 計 使用 後 宇 飛行士 個人被
線 管理 使わ 広いLET領域 持 宇 放射線計測 TLD熱蛍
線 計 CR-39 飛跡検 器 併用 必要 あ 識 い 解析 時間
CR-39 飛跡検 器 使用 困 い
NASA 宇 飛行士用 個人被 線 計(Crew Passive Dosimeter: CPD)
用 環境線 計(Area Passive Dosimeter: APD) ISS 環境線 計(Radiation Area Motnitor: RAM) 開 運用 い [33] RAM CPD APD 曓構 あ 1998 Expedition 1 長期滞 番 示 Harshaw Bicron 社 TLD 線 計
測 使用 2002 NCRP-142[31] 勧告 暼人宇 放射線計測 要性
再 識 USF-4 (American Technical Plastics社製) いうCR-39 飛跡検 器
高LET領域 被 線 計測 再 使用 NASA 2003 CR-39
飛跡検 器 技術 入 開始 熟練 究者 完全 手動計測 高LET領
域 計測 行わ い
2008 現 APD CPD RAM 中 動 型 線 計 素 子 Passive Radiation
Dosimeters PRDs) 入 い 6-1 CPD RAM 写 示
TLD TLD-100 (LiF:Mg,Ti) 型 状 形状 異 2 種類 8 個 TLD-300 (CaF2:Tm) 6 個 TLD-600 (6LiF:Mg,Ti) 2 個 TLD-700 (7LiF:Mg, Ti)2 個 OSLD/Luxel 刺激蛍 線 計 6 個
CR-39 飛跡検 器 2 枚
6-1 NASA ISS 用環境線 計 RAM 宇 飛行士用線 計 CPD 右
Expedition 12 搭乗員 STS-114 搭乗員 飛行 CR-39 飛
跡検 器 新 い 線 計 計測 開始 い
RAM 米国 部 部等 ISS 全体 18
18
個設置 交換 的 点 ン 実施 い 2008 ESA 実験
棟 2個 日曓 実験棟 2個追加搭載 全体 22個 予 あ
能動型線 計 動式 組織等価型比例計数管 Tissue Equivalent Proportional Counter: TEPC) 1 船 荷電粒子指向型 (Intravehicular Charged Particle Directional Spectrometer: IV-CPDS)1 船 外 荷 電 粒 子 指 向 型
(Extravehicular Charged Particle Directional Spectrometer: EV-CPDS) 3 1式 使用 い
6.2 RSA/IBMP 宇 放射線計測
RSA/IBMP 動型線 計 各ソ 搭乗員 1個 支給 個人被
線 計ID-3 ISS( 6-2参照) [34T][35T] 使用 い 線 計 2枚 CR-39
飛 跡 検 器 (TASTRAK 社 製 ) 間 9 個 TLD (LiF:Mg,Ti DTG4-2 Russian
production 社) 入 TLD 1 入 あ
( 2) lactuca sativa 種子 CR-39
飛跡検 器やTLD 一 入 あ
ID-3 線 計 点 ン 線 計 使用
6箇所 船壁 設置 交換 使用 い 能動型線 計 R-16電 箱1
DB-8 ン検 器4 構 放射線 ン RMS) あ
6-2 RSA 個人/ 点 ン 用線 計 ID-3 ISS
6.3 欧 宇 放射線計測
ESA/DLR 動型線 計 EuCPD[36] 使用 い 6-3参照 EuCPD
Nomex 3枚 CR-39 飛跡検 器 48個 TLD 入 い
線 計 着衣 巻 う 胴体用 巻 長い 着い 線 計
脚部用 巻 短い 着い 線 計 あ 線 計 船外活動用 船 活動
用 2種類 準備 い 特徴 あ 構 線 計 2008 2暻 搭載 ン
19
点 ン 8個 線 計 使用 予 あ
陽 生時や船外活動時 緊急被 用 線 計 10曓 TLD
軌 ン 能 TLD HRD (Pille-MKS :
KFKIAEKI, ン 6-4参照) [37] [38] 搭載 い NASA /
宇 飛行士 商業利用機器 軌 使用 Pille-MKS TLD
硫酸 (CaSO4:Dy) い結晶体 部 入 20mmφ 約12cm
製 ン 納 い
能動型線 計 ン検 器 DOSTEL2 Si-RAD 1
中性子計測用 ン検 器 PTB DOS-2002)等 搭載 予 あ ン
船外曝露部 技術曝露実験装置用EuTEF 船 様 DOSTEL 1 設
置 予 あ
ESA 今後宇 放射線計測や放射線生物影響 関連 多い 前述
や 放射線生物影響実験DOBIES( 表
究者: 原子力 究 ン 衛昙曝露実験 Biopan/Foton 実験
Expose-R ExoMars 2015 計画 い
6-3 ESA 個人被 線 計 EuCPD
6-4 Pille-MKS TLD
20
6.4 日曓 放射線計測
日曓 い NASDA(JAXA 前身) 参加 STS-47(FMPT)[39] IML-1 STS-47[TT40T] SL-J[TT41T] IML-2 [TT42T][TT43T] STS-79[TT44T][TT45T][TT46T] STS-84[TT47T] STS-89[TT48T] STS-91[TT49T] STS-95 [TT50T][TT51T]等 動 積算型線 計 用い 多数 宇 放射線
計測実験 行わ 物理測 宇 放射線生物影響実験 提供
表 6-2 日曓 行わ 主要 宇 放射線計測実験 宇 放射線生物影響実験 概
要 示
STS-89 J-Mir 行わ 璵来付着性細胞 宇 放射線生物影響( 表 究者 大西武雄
良県立 大学) CR-39 飛跡検 曩 付着 養細胞 宇 放射線
露 試料 現 Grain DNA 断部 視 粒子線 相関性
検討 STS-91 人体等価物質 線 計測 表 究者 藤高 和信 放射線 学
総合 究所 人体 ン 中 埋 込 TLD CR-39 飛跡検 器 線
計 行わ STS-95 細胞 宇 放射線及 微 力 癌遺伝子
変 調 TLD /CR-39 飛跡検 器 線 計測
行わ 表 究者 池永 生 京都大学 宇 放射線影響 調 生物実験
形率 増加 大腸菌 点突然変異 誘 等 示唆 結果 得 宇 放
射線 評価 い 高 粒子線 突然変異誘 効果 陽子線 荷電粒
子 複合放射線 線 率 長期被 生物影響解明 必要性 明
表 6-2 日曓 過去 実施 宇 実験例 主 果
目 表 究者 時期 主 結果 放射線測 器
宇 放射線 遺伝的影響
池永 生 1992.9 STS-47 FMPT
暼意 高い伴性劣性 死突然変異率 動型線 計 TLD CR-39 宇 放射線 DNA 損傷 解析
大西武雄 1997.7 1998.1
STS-89 STS-91 生物影響
実験
細胞 宇 放射線及
微 力 癌遺伝子 変
池永 生 1998.10
STS-95
複合放射線 線 率効果 見 動型線 計 TLD CR-39
荷電粒子線計測 長岡俊治 1992,1; 1992,9
STS-42 IML-1 STS-47 FMPT
陽子線及 荷電粒子線 飛跡 及 線 計測
動型線 計 TLD CR-39
荷電粒子線計測 家忠義 1994.7 1996.9 1997.5 1998.2 1998.6
STS-65 IML-2, STS-79,STS-84, STS-89,STS-91
陽子線及 荷電粒子線 実時間
線 計測 実時間放射線計測装置 RRMD- 及 RRMD - , 動型
線 計 TLD CR-39 物理計測
実験
中性子線計測
家建 1998.6 2001.3-11 STS-91,STS-101
船 中性子線 実時間計測 球型実時間中性子計測装
置 BBND
21
第 章 PADLES 線 計素子
7.1 PADLES 線 計素子
PADLES 線 計 2 種類 動 積算型素子 CR-39 飛跡検 器
TD-1 学 業社製 TLD MSO-S 極 社製 使用 両素子 組 合わ
宇 放射線 対 全 LET 領域 吸 線 線 当 均 線質係数 測 行う
CR-39 飛跡検 器 宇 放射線中 高 LET (≥10keV/μm) LET 測 用い TLD 主 LET 領域(<10keV/μm) 吸 線 測 用い CR-39 飛跡検 器 Diethylenglycol-bis-allyl carbonate CR-39 合
元素組 C12H18O7 実効原子番 8.8 あ [ ][ ][ ][ ]52 53 54 55 PADLES線 計
用い TD-1 CR-39 0.1% 酸 防 剤 NAUGARD445 添加
合 あ 厚 0.9mm 使用 い CR-39 う 鉱物や
等 絶縁性固体 電気 粒子 入射 粒子 飛跡 沿 損傷 潜 飛跡
生 学 ン 処理 周 損傷 い い 部 損傷 部
侵食 いわ 穴 形状 詳 調
入射 粒子 置や飛来方向 電荷状態や 等 情報 得
TLD 中心 TbやTi等 添加剤 CaF2 LiF Mg2SiO4等 結晶体 混 高温
焼結 状 形 粉曒 容器等 入 あ
PADLES線 計 用い MSO-S素子 Mg2SiO4:Tb 粉曒 長 12mm直 2mm
容器 ン 入 あ 熱蛍 体 放射線
吸 電 電子 添加剤 純安 状態 束縛 状態 加
熱 電子状態 変 束縛電子 脱励起 起 脱励起 熱蛍 強 吸
放射線 比例 脱励起 強 測 熱蛍 体 吸
線 測 能 吸 線 測 後 熱蛍 線 計 ン 再利用
Mg2SiO4:Tb 毒性 熱的 学的 安 あ 宇 搭載 適 い 実効原 子番 11.1 高感 TLD 中 比較的組織等価 値 近い 比 3.21 g/cm3 融点 1910 ºC あ 熱蛍 390 nm 560 nm 沿長範 あ 販 電
子増倍管 沿長特性 良 適合 温 190℃ 100℃ 熱蛍 生
い 温 高い ン 起 い ン 線照射 0.01mGy
10 Gy 吸 線 対 応答直線性 あ 室温 長期 ン 殆 5%
6 ヶ暻 荷電粒子混合場 再現性 高い長期間測 能 あ 期 熱
蛍 線 計 刺激線 計 特徴 比較 表 7-1 示
22
表 7-1 熱蛍 線 計 刺激線 計 特徴 比較[ ][ ]56 57
7.2 PADLES
PADLES線 計 標準型 構 外観 6-1 及 6-2 示 標
準型 7-1 示 う 2 個 CR-39 2 枚組
TLD-MSO-S素子 構 い CR-39 朋 互い 密着 飛跡生
感 変 朋 両側 ン 張 朋 間 隙間 設 う あ
CR-39 CR-39 飛跡検 器 感 変 確 LET 既知
C ン Fe ン あ 照射 参照用試料 含 い 線 計曓体 7-2 う
空気 入 搭載中 変 や 宇 飛行士
船外活動 行う 着用 宇 服 酸素 変 0.3 気 100% 酸素 CR-39
飛跡検 器 感 変 避 あ 入
TLD-MSO-S素子 対 紫外線 影響 避 標準型PADLES
TLD-MSO-S素子 7 曓使用 PADLES線 計用 現 約 2500 曓
TLD素子 準備 い 素子 製 200 素子 60Co-γ線源 用い
100[mGy-air] 線 照射 100[mGy-air]±5% 応答 示 宇 実験 使用
23
7-1 標準型 PADLES 素子 構 右 約 2.5cm 角 朋 枚組
合わ CR-39 中央 納 7 個 TLD-MSO-S 素子
7-2 空気 入 PADLES 約 3.5cm 角
24
第 章 PADLES 線 計算方法
PADLES線 計 宇 放射線曝露期間中 積 値 全LET領域 対 水等価吸
線 DTOTAL 線 当 HTOTAL 均線質係数 QAVE 評価 [ 58 ][ 59 ][ 60 ]
PADLES線 計 用い 線 計測方法 い 述
TLD-MSO-S TD-1 飛跡検 器 得 計測値 線 計算
当 曓 究 地 照射実験 行 線 計素子 種々 特性 ン 線
陽子線及 ン線 用い 調 線 計算 使用 校 係数や補 係数等 求 地
照射実験や 測 結果 考察 い 第 9 章 詳述
8.1 TLD-MSO-S 実測 水等価吸 線
TLD-MSO-S 水等価吸 線 実測値DTLD[Gy-water] 用TLD
値 相対熱蛍 M 式 用い 得
F proton
TLD
MK f f
D =
[Gy-water], (8-1)M 相対熱蛍 TLD 値
Kproton 陽子 対 水等価吸 線 換算係数
fθ 入射角 補 係数
fF ン 補 係数
地 線 計測 TLD 相対熱蛍 M 線 換算 係
数 ン 線照射 評価 多い 3-5 ISS船
粒子 暷 高い 捕捉陽子線 陽 陽子線 あ
数 MeV付近 あ 推 い ISS船 宇 放射線環境 数 MeV 陽子線 吸
線 寄 割合 相対的 大 い 考え 従 曓 究 155MeV陽子 加 器
160MeV 暷大 2Gy 範 TLD-MSO-S素子 照射 9.3.3.1 節参照 線 応答 直線性 確 換算係数Kproton 決 9.4.3 節参照
入射角 補 係数fθ 求 155MeV陽子線 0° 90° 入射角範
TLD-MSO-S素子 照射 9.3.3.6節参照 結果 fθ=1 決 9.4.8節参照 生物実験 使用 PADLES 線 計 生物試料 -80℃ +37℃ 温 環境 置
宇 線暴露期間 標準 6 ヶ暻 あ 宇 実験 1 ISS 搭載 あ
考慮 TLD-MSO-S ン 補 係数 求 9.3.3.3 節 及 9.4.5 節参 照
TLD 熱蛍 効率 吸 線 当 熱蛍 一般 LET依存性 持 特 数keV/μm
高LET放射線 対 LET 増加 熱蛍 効率 急激 従 TLD
測 宇 放射線 対 吸 線 過 評価 9.4.7 節 述 う
25
TLD-MSO-S 10keV/μm 高LET放射線 対 熱蛍 効率 急激 式 (8-1) 得 DTLD 高LET 含 宇 放射線 対 過 評価 PADLES線 計
高LET領域 吸 線 TD-1 飛跡検 器 測 LET
測 TLD-MSO-S 吸 線 対 過 評価 補 8.4 節 式(8-12)及 式(8-15)参 照
8.2 TD-1 飛跡検 器 用い 高 LET LET 評価
荷電粒子 CR-39 等 絶縁性固体 入射 飛跡 沿 損傷 生
損傷部 “潜 飛跡” 呼ぶ 荷電粒子 照射 CR-39 学 ン
潜 飛跡 沿 “ ” 呼 穴 長 粒子 飛跡 学顕微鏡 観察
う 荷電粒子 入射 潜 飛跡 生 CR-39 学 ン
場合 潜 飛跡 沿 ン 率 VT 損傷 い部 ン
率 VB 呼ぶ 飛跡生 感 V VBB 対 VT 比 義
ン 浸食 領域 VT VBB 一 あ 場合 8-1 示 う CR-39 表面
形 形状 潜 飛跡 中心軸 錐 良 近似 場合 飛跡生
感 V 開 部 長 D 短 d B 用い う 表
[55]
) 1 4
( 16
2 2 2
2 2 B
T = − +
≡ B d
B V D
V
V . (8-2)
入射粒子 CR-39 朋表面 対 伏角 式 表
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
−
+
= +
2 2 1 2 2 2
2 1 2
)
4
(
16
arcsin 4
D
B
B
d
D
θ B
[rad]. (8-3)入射粒子 LET 飛跡生 感 V 校 暪線 使用 求 校 暪線 限
線 付 RELω0 飛跡生 感 V 関係 表わ あ RELω0 飛跡
沿 荷電粒子 全 損失率 潜 飛跡生 関 い ω0
電子 線 寄 差 引い あ ω0 固体飛跡検 器 種類 異 固暼
値 あ 実験的 得 あ CR-39 場合ω0 =200eV あ [61] 曓 究
ン実験 TD-1 校 暪線 求 9.4.9 節 9-25 参照 入射粒子
LET (keV/μm-water) 求 校 暪 線 求 RELω0=200eV
(MeVcm2g-1-CR-39) 換算係数C 8-2 換算係数C 荷電粒子 関
数 示 [58] C 増加 高 側 0.19 いう値 曓 究
C 0.19 置い 宇 放射線高LET 荷電粒子 LET 求
26
8.1 学 ン CR-39 表面 形 形状[55]
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
10 100 1000
C≡LET/REL ω=200eV
Energy (MeV/n) CHIGH=0.19
8.2 粒子 関数 表 RELω0=200eV (MeVcm2g-1-CR-39) 対 LET (keV/μm-water) 比C
27
CR-39 飛跡検 器 幾何学的 検 効率Deff 考察 検 面 半 r=1
形 検 器 考え 場合 検 面 垂直 入射 粒子 検 面積 π
入射伏角 θ (0<θ≤π/2 あ 粒子 対 検 面積 πsinθ 一様等方 粒子線場 い 入射伏角 θ θ dθ あ 粒子 数 2πcosθdθ 比例 従 入射伏角 θ θ dθ あ 粒子 半 r=1 形 検 面 持 検 器 入射 数 sinθcosθdθ 比
例 CR-39 飛跡検 器 検 能 粒子飛跡 入射伏角 暷 値 θcutoff
Deff 式 計算
cutoff 2 2
0 2
eff
1 sin
d
cos
sin
d
cos
sin
cuoff
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
π π
θ
= −
= ∫
D ∫
[tracks/particle]. (8-4)曓 究 LET 計算 検 効率 逆数 義 計数因子 呼 値Neff
入
1 cutoff 2 eff
eff
( 1 sin )
1
−−
=
≡ θ
N D
(particles/track). (8-5)空間的 等方一様 粒子線場 い 検 面 1 個 飛跡 観測 時 実 検 面
入射 荷電粒子数 期 値 Neff あ
CR-39 う 固体飛跡検 器 入射粒子 伏角 あ 臨界角θc ≡arcsin
1/V 原理的 形 い[62] 検 器曩質 均質 VT VB 学
ン 中 一 あ , 潜 飛跡 比 無視 い
い等 理想的 条件 θ
B
cutoff＝θc 従 θcutoff=arcsin 1/V あ
式(8-4)及 式(8-5) 入 得
2 2 eff
1 V
D =V − (particles/track), (8-6)
2 1
2
eff = −
V
N V [tracks/particle]. (8-7)
式(8-6)及 式(8-7) わ う 理想的 条件 Deff 及 Neff 飛跡生 感 V
純 関数 表 PADLES線 計 使用 TD-1
飛跡生 感 入射角依存性 あ わ [39] [63] 式(8-7)
使用 LET 測 系統的 過 評価 生 家等 飛跡生 感 入射角依存
性 補 補 係数η L) 入 [39]
2 1
2
eff = −
V
N
η
V [tracks/particle]. (8-8)安璴等 TD-1 η L) 評価 い [64] 9.4.10 節 述 う 曓 究
28
詳 入射角依存性 調 η L) 見直
補 係数η L) 使用 LET側 粒子 LET 過 評価 いう 点 あ
避 飛跡生 感 変 い入射伏角領域 確 直接θcutoff 決 必
要 あ [65] 曓 究 9.2 節 述 う LRP試料 用い LET ≤ 50 keV/μm 範 LET 測 SRP試料 用い LET > 50 keV/μm 範 LET 測
9.4.10 節 述 測 結果 試料 対 θcutoff う 設 望 い
考え
LRP試料(LET ≤ 50 keV/μm) θcutoff = 80° SRP試料(LET > 50 keV/μm) θcutoff = 60°
述 θcutoff 使用 場合 LRP試料 SRP試料 測 検 効率Deff
計数因子Neff 式(8-4) 式(8-5) う 得 LRP試料 Deff＝0.0302 Neff＝33.2
SRP試料 Deff＝0.250 Neff＝4.00
今後 宇 放射線計測 系統的誤差 避 補 係数η L) 使用 述
θcutoff 使用 方法 適用 あ 考え い 今後 検討課題 あ
粒子 微 LET 1～10 keV/μm 間 対数表示 等間隔 う 40
割 求 微 LET 各LET ン 計数値 Neff 乗 ΔN
式 表
TSΩ L N dL
dN 1
Δ
= Δ [particles s-1cm-2sr-1 (keV/μm)-1]. (8-9)
ΔL 各LET ン幅[keV/μm] T 観測時間[s] S ン面積[cm2] Ω 立体角 =2π あ
8.3 LET 得 吸 線 及 線 当
式(8-9) 微 LET あ LET い値 Lth 吸 線 DCR-39 線 当 HCR-39
算
( dN dL L L
T
D
CR−39= 1 . 602 × 10
−64 π Σ
>Lth cΔ )
(mGy-water), (8-10)( Q L dN dL L L
T
H
CR−39= 1 . 602 × 10
−64 π Σ
>Lth(
c)
cΔ )
(mSv). (8-11) Lc 各LET ン 中央値 Q(L) 2.3 節 式(2-2) LET 関数 え 線質係数あ
29
8.4 全吸 線 全線 当 均線質係数
全LET領域 吸 線 DTOTAL 線 当 HTOTAL及 均線質係数QAVE 家等[1]
提案 式 算
39 CR TLD
39 CR 39
CR TLD
Lth Lth
TOTAL
)
1
(
)
(
−
−
−
>
<
−
+
=
+
−
=
+
=
D
D
D
D
D
D
D
D
κ
κ
(mGy). (8-12)39 CR 39 CR TLD Lth
Lth
TOTAL
= D
<+ H
>= ( D − D
−) + H
−H κ
(mSv). (8-13)TOTAL TOTAL
AVE
H D
Q =
. (8-14)線 当 算 ICRP1990 勧告 Q ‐L関係 用 場合 Q 10keV/μm 1 Lth=10keV/μm 置 κ 宇 放射線場 対 TLD-MSO-S素子 熱蛍 応答
実効減衰率 式 計算
( )
39 CR
c c
Lth ( ) ( )
−
> Δ
=
Σ
DL D L
κ
F . (8-15)ΔD(Lc) TD-1 測 各LET ン 得 吸 線
F(Lc) TLD-MSO-S素子 熱蛍 応答 LET依存性 表 関数 あ 曓 究 9.3.3.5 節
述 う TLD-MSO-S素子 LET 異 種々 ン線 照射 吸 線 当
熱蛍 LET依存性 測 関数F(L) 9.4.7 節 述 式(9-8) う 決
30
第 章 PADLES 線 計素子 対 地 実験
9.1 TLD-MSO-S 素子 ン 熱蛍
TLD-MSO-S 素子 使用直前 用 ン ン 極 社製 用い 500℃ 20
加熱処理( ン ) 行う ン 条件 TLD-MSO-S 素子 160MeV 陽子
LET 0.54keV/μm, 10mGy 照射 試料 用い 残留熱蛍 試験 繰 暶え 決
TLD-MSO-S 素子 熱蛍 照射直後 急激 初期変 起 [57] 9.4.6 節参照
避 照射後 2 日置い 熱蛍 行う 熱蛍 暗室
素子 遮 用 後 TLD KYOKKO2500 極 社製 用い
行う TLD 素子 20 間 室温 500℃ 連 昇温 30～400℃
熱蛍 積算 値
9.2 TD-1 飛跡検 器 解析
9.2.1 学 ン
TD-1 学 ン 70℃ 7N 水酸 水溶液 行う
学 ン 装置 9-1 示
9-1 CR-39 飛跡検 器 学 ン 装置
ン 装置 恒温水槽 温 制御部 震盪器 水酸 水溶液用蓋付 ン
容器 試料 付 用 ン 枠 震盪器 水酸 水溶液用 ン 容器
動 ン 容器 蓋 ン 中 水酸 水溶液 攪拌 行
う 保温用 ン 装置 外側 部 5cm 厚 沾 設置 あ 高
温水槽 入 熱溶媒 100％ ン 使用 い ン
水 比 蒸 減少 い利点 あ 熱溶媒 温 70℃ 設 場合
70±0.1℃ 範 安 水酸 溶液 大型 ン 容器 場合 回 ン
5 使用 水酸 水溶液 暷初 7 規 強 う調整 析用
31
1.0M 塩酸溶液 ン 用い 滴 水 加え 水酸 濃 7.0 規
調整 使用 TD-1 場合 率 測 値
1.696μm/h あ ン 後 試料 流水 数時間 洗浄
入 常温 自然乾燥
PADLES線 計測 10keV/μm 宇 放射線 LET 測 2 種類
ン 試料 準備 [ ][19 66 67][ ] 高LET あ 飛程 短い粒子 Short
Range Particle: SRP 検 短時間 ン 抑え ン
試料 SRP試料 あ う LET 長飛程 粒子 Long Range Particles: LRP
検 試料 LRP試料 LET粒子 大 長 形状 測
や 長時間 ン 曓 究 SRP試料 5.5 時間 LRP試料 13.5
時間 ン
9.2.2 画像 得
学 ン 後 TD-1 表面 画像 赤外線
方式 機構 用 ン装置 Luzex-SE, Nireco 得 Luzex-SE
ン 測 方式 機構 用 従来型 画像 得装置 比
ン 一桁程 い Luzex-SE 方式 格子状 赤外線
像視 全体 投影 全体 射率 見 画面毎 画
面 や表面 部 的 傷や あ い いう利点 あ
LRP 試料 SRP 試料 Luzex-SE 像 場合 倍率 像視 画像 得 等 表 9-1
示 9-2 Luzex-SE 得 画像例 示
表 9-1 Luzex-SE 画像 得条件
試料 目 値
対物 ン 倍率 20
像視 pixels 470×350
画像 解能 μm/pixel) 0.378
像視 面積 μm2 23484
測 面積 1 cm 2あ 像視 枚数 4258 LRP
画像 得 ( /cm2) 28
対物 ン 倍率 50
像視 pixels 440×320
画像 解能 μm/pixel) 0.149
像視 面積 μm2 3118
測 面積 1 cm 2あ 像視 枚数 32072 SRP
画像 得 ( /cm2) 534
32
9-2 Luzex-SE 得 画像例 試料 ISS 71
日間搭載 参照用試料 13.5 時間 ン あ 赤い矢印 示 ISS 搭載前
照射 57.9 keV/μm Si ン 204 keV/μm Fe ン 右 あ
Luzex-SE 得 画像 256 階調 濃淡画像 形
式 保存 濃淡画像 開 部 形状 解析 LET
測 使用 選択 方法 節 述
9.2.3 粒子 ン 検 面 義 選択方法
ISS軌 あ 方向 様々 粒子 TD-1 飛跡
検 器 表面 入射 従 9-3 示 う 形状 観測
9-3 ISS 71 日間搭載 CR-39 表面 学 ン
形 画像例 試料 長時間 ン ( 73.8μm)
大 長 あ
PADLES線 計 CR-39 飛跡検 器 2 枚組 使用 い
9-4 模式的 示 う 一方 検 器 方 役割 持 い 中性子
33
あ い 高 LET 陽子 核 応 高LET粒子 生 高
LET粒子 検 器 CR-39 入射 場合 9-4 右端 例 形
(b) (c)
(a) (a)
重イオン 重イオン 重イオン 陽子
ラジエ タ(TD-1)
検出器(TD-1)
検出面
(エッチング後の表面)
9-4 PADLES線 計 2 枚組CR-39 構 検 器 検 面 義
検 面 粒子 飛程 対応 断面 模式的 示
曓計測手法 ン 後 表面 粒子 ン 測 検 面 義
ン 後 表面 通過 粒子 選 LET 作 ン 後 表
面 わ 検 面 通過 粒子 う 選 測 いう 要
明 9-4 模式的 断面 示 9-4 a 飛程 長
い粒子 検 面 通過 場合 端 尖 錐形 場合
開 部 楕 形状 持 い 9-4 b 粒子 検 面 場合
開 部 楕 形状 保 い 端 少 丸 9-4 c 粒子 検 面
場合 丸 皿 開 部 形状 粒子 LET 測
い 曓 究 9-4 (a) (b) 計測 c 検
面 通過 粒子 計測 考え
詳 考察 9-5 側 表的 断面 右側
開 部 見 画像例 示 入射粒子 高 CR-39 表面
十 深 飛程 あ ン 後 表面 粒子 飛跡 交差 い 場合 9-5(a) う
端 尖 錐形 形 学 ン 削 表面
厚 粒子 飛程 短い場合 飛跡 端 ン 率 等方
9-5(b1) う 端 丸い 形 開 部
一部 楕 形状 保 残 部 形状 楕 形状 部 LET情報 昚 い
形状 部 LET 計測 い ン
9-5(b2) う 開 部 形状 う 短飛程 粒子 開 部
形状 ン 連 第 楕 形 変 形 開
34
部 粒子 LET 情報 失 い PADLES線 計測手法 9-5(a) う 開
部 楕 形状 持 粒子 選択 LET 作 使用
9-5 断面(右) 開 部 画像例 水色 線 ン 後 表面 表
9.3 地 照射実験
9.3.1 TLD-MSO-S 素子 地 自然放射線 測 実験
CR-39 飛跡検 器 TLD 動 積算型 線 計素子 あ TLD
ン 直後 ン 放射線 蓄積 CR-39 飛跡検 器
蒸着 ン袋 入 製 者 供給 PADLES 線 計 制作
袋 開 CR-39 飛跡検 器 大気 曝 時点 大気中
存 気体状 放射性 元素 主 ン ン α線 潜 飛跡 CR-39
飛跡検 器 蓄積
PADLES 線 計 製作 射場 引 渡 宇 打 長い時
数ヶ暻 要 宇 還 後 線 計素子 計測 始 様 期間
要 期間 地 自然放射線や航空機輸送中 被 生 ン 線 寄
宇 搭載期間中 味 宇 放射線 被 線 計測
線 計 対 地 ン 線 計 準備 地 被 線 評価 差
引
曓 究 JAXA 実験室 -80℃ 室温 37℃ 保管 TLD-MSO-S 素子 ン
線 経時変 200 日 測 測 結果 考察 い 9.4.1 節 述
9.3.2 TLD-MSO-S 素子 対 ン 線照射実験
JAXA 所暼 TLD-MSO-S素子 対 団法人 放射線計測協会 ン 線 60Co
137Cs 照射 行 放射線計測協会 国家計 標準 対 あ
標準校 場 ン 線照射 行 JIS Z 4511 準 い 60Co ン 線 対
35
100mGy-air 137Cs ン 線 対 15mGy-air 線 応答 直線性 調
TLD ン 線 対 校 数 求 TLD素子 製 毎 特
性 異 能性 あ JAXA 所暼 全TLD-MSO-S素子 い 60Co ン 線
100[mGy-air] 照射 応答 確 測 結果 考察 い 9.4.2 節 述
9.3.3 陽子線及 ン 照射実験
TLD-MSO-S 素子 TD-1 組 合わ 精 い宇 放射線計測
行う 宇 放射線 主要 あ 陽子 鉄核 荷電粒子 対 線
計素子 特性 詳 調 必要 あ 放射線 学総合 究所 ン加 器
HIMAC 生物照射室 陽子線及 ン線 用い 両素子 特性試験 行
表 9-2 照射実験 使用 ン 核種 示
表 9-2 地 照射実験 使用 ン
核種
H 160MeV He 150MeV/n C 135MeV/n 290MeV/n Si 490MeV/n Ar 500MeV/n Fe 500MeV/n
9-6 放射線 学総合 究所 ン加 器HIMAC生物照射室 体系 示
9-6 側 HIMAC加 器 ン 入射 窓 約 10
ｍ後方 照射 9-6 右端 あ 照射試料 設置 移動 置 い
9-6 側 ン 大 広 2 wobbrer 電磁石 散乱体
scatterer 設置 生物照射室 供給 ン 照射 直
10cm 粒子 ン 安璴等 測 C ン
290 MeV/n 対 ± 2.5% 均一 あ 確 い [68] 照射 流
ン LET 変 曩質PMMA 設置 い
36
9-6 放射線 学総合 究所 ン加 器 HIMAC 生物照射室 実験体系
37
生物照射室 照射実験前 ン 照射深 対 線 率 測
実験者 提供 照射 前方 流 設置 い
厚 変え 照射 置い 電 箱 吸 線 変 測 照射
ン 水中 Bragg暪線 相当 例 9-7 示 [69]
暪線 い 照射 置 ン 水中飛程 評価
ン 水中飛程 SRIM2000 計算 [70] 用い 照射 到 ン
計算
実 照射 節 述 う TLD-MSO-S素子や TD-1 朋
照射用 等 納 照射 設置 ン照射 使用
核種 限 い 素子 照射 LET値 変
やCu朋 用い 従 解析対象 素子 前方
流側 曩や 等 物質 存 曓実験
SRIM2000 計算 用い 解析対象 素子 前方 流側 置 物質
損失 見積 解析対象 素子表面 入射 ン
LET[keV/μm-water] 算
9-7 ン 照射 照射深 対 吸 線 変 [69] 縦軸 相対 強
相対吸 線 横軸 水中 飛程(mm) 相当
38
9.3.3.1 TLD-MSO-S素子 陽子線 対 線 応答実験
8.1 節 述 う 宇 放射線 90％ 陽子 あ 特 数 MeV陽子
宇 放射線被 吸 線 対 寄 相対的 大 い 考え 8.1 節 式
(8-1) 換算係数Kproton 決 155MeV陽子線 160MeV
TLD-MSO-S素子 照射 熱蛍 効率 測 155MeV陽子 LET 0.54keV/μm
CR-39 飛跡検 器 飛跡 測 い 照射 ン
PMT HAMAMATSU RB4497 H1161 NE102A ン 応用 業株式会 75mm角 5mm厚 設置 TLD-MSO-S素子 入射 陽子数密 N protons/cm2 計測 TLD-MSO-S素子 対 水等価吸 線 D SRIM2000 計算 求 LET値L keV/μm-water 用い 式 計算
D =N×L×1.602×10-9 Gy . (9-1)
測 結果 考察 い 9.4.3 節 述
9.3.3.2 TLD-MSO-S素子 ン 対 線 応答実験
TLD-MSO-S素子 通常 ン 線や 線 線 測 用い 1mR～100R 範
線形応答 示 [ ]57 荷電粒子照射 対 熱蛍 効率 線形 あ 範 良 わ
い LET 10～200 keV/μm範 TLD-MSO-S素子 熱蛍 効率 吸
線 対 依存性 調 宇 軌 搭載 暷大期間 6 ヶ
暻間 予想 期間 TLD-MSO-S素子 被 想 暷大吸 線 考
慮 100mGy 線 範 熱蛍 効率 測 9-8 及 9-9 示 う
TLD-MSO-S素子 製 68 mm × 144 mm × 7mm
製 入 状態 照射 両側 TD-1
朋 1 枚 納
9-8 ン 照射用 実物写
39
![表 7-1 熱蛍 線 計 刺激線 計 特徴 比較[ ][ ] 56 57 7.2 PADLES PADLES線 計 標準型 構 外観 6-1 及 6-2 示 標 準型 7-1 示 う 2 個 CR-39 2 枚組 TLD-MSO-S素子 構 い CR-39 朋 互い 密着 飛跡生 感 変 朋 両側 ン 張 朋 間 隙間 設 う あ CR-39 CR-39 飛跡検 器 感 変 確 LET 既知 C ン Fe ン あ 照射 参照用試料 含 い 線 計曓体 7-2 う 空気 入 搭載中 変 や 宇 飛行](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123deta/6151906.102844/28.892.144.798.153.662/padles.webp)
