修 士 学 位 論 文
電 離 箱 線 量 計 の
ケ ー ブル漏 電 に 関す る研 究
2016年1.月7日 提 出
首都 大学東 京大学院
人 間健 康科学研 究科 博 士前期課程 人 間健 康科学専攻 放射線科 学域
学 修 番 号:14897626
氏 名:山 内 遼 平
(指導 教員 名:齋 藤 秀 敏)
要 旨
現 在 、 放 射 線 治 療 に お け る線 量 計 測 に お い て 電 離 箱 線 量 計 が 広 く用 い られ て い る。 放 射 線 治 療 の 効 果 は 投 与 線 量 に 依 存 し、 そ の 線 量 が 多 い あ るい は 少 な い と腫 瘍 の 局 所 制 御 率 や 有 害 事 象 の発 生 率 に 影 響 を も た らす 可 能 性 が あ る。 そ の た め 、 リニ ア ック か ら発 生 す る 放 射 線 の 線 量 計 測 に お い て 計 測 の 不 確 か さ を小 さ くす る こ とは 、 投 与 線 量 の 不 確 か さ低 減 に つ な が り、治 療 効 果 に 大 き く 関係 す る。 日本 で は 、 「 標 準 計 測 法12」 に則 り、標 準 化 され た 計 測 が 行 わ れ て い る。 そ こ に は 、 電 離 箱 線 量 計 の 検 討 項 目 と して 、 漏 洩 電 流 、 極 性 効 果 、 イ オ ン再 結 合 損 失 な どが 挙 げ られ 、 これ らは 広 く周 知 され て い る。 ま た 、 電 離 箱 線 量 計 の 計 測 で の 取 り扱 い に 関 す る 報 告 は 多 く され て い る。 しか し、 ケ ー ブ ル へ の 照 射 に よ っ て 生
じる ケ ー ブ ル 漏 電 に 関す る 知 見 や 報 告 は少 な い 。
そ こ で 本 研 究 で は 、 照 射 野 の み を変 化 させ る 出 力 係 数 の 計 測 か ら電 離 箱 線 量 計 の ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 明 らか に し、 計 測 の 不 確 か さ低 減 の た め の補 正 法 を 提 案 す る こ と を 目的 と
し た 。 ま た 、 モ ン テ カ ル ロ シ ミュ レー シ ョン に よ りケ ー ブ ル 内 で の 粒 子 の 挙 動 を 解 析 し、
ケ ー ブ ル 漏 電 の機 序 を 明 らか に した 。
リニ ア ッ ク か らの6MVX線 を使 用 し、電 離 体 積 の 異 な る6種 類 の 電 離 箱 線 量 計 に つ い て ケ ー ブ ル 漏 電 を 同 定 す る た め に 出 力 係 数 、 ケ ー ブ ル 漏 電 の 計 測 を行 っ た 。 出 力 係 数 計 測 に よ り微 小 電 離 体 積 の 電 離 箱 線 量 計 で ケ ー ブ ル 漏 電 の影 響 が 見 られ 、 印加 電 圧 の 極 性 の 違 い に よ り乖 離 が 生 じた 。 そ こで 、 正 お よび 負 の 電 圧 で 測 定 して 得 られ た 測 定 値 の 絶 対 値 の 平 均 を 取 る こ とで 補 正 を行 い 、0.5%以 内 で 一 致 した 。 ま た 、 水 吸 収 線 量 あ た り、 ケ ー ブ ル 長 さ あ た りの 漏 洩 電 荷 は0.41pCGy‑lcm‑1で あ っ た。 ケ ー ブ ル か らの 漏 洩 電 荷 は 印加 電 圧 の 極 性 に 依 らず 正 の 電 荷 で あ り、 電 離 体 積 に 関 わ らず 同 じで あ る こ とが 明 らか に な っ た 。 これ
よ り、 コ ンプ トン電 子 の 流 出 が 主 な原 因 で あ る と考 え られ る。
ケ ー ブ ル 内 部 で の 電 子 あ る い は 光 子 の 輸 送 に つ い て モ ン テ カ ル ロ シ ミュ レー シ ョ ン を 用 い て 推 定 、 解 析 した 。 ケ ー ブル 漏 電 の 現 象 に つ い て 、 ケ ー ブ ル の 芯 線 で の 電 子 お よ び 光 子 の 挙 動 に 着 目 し、 漏 洩 電 荷 を評 価 した と こ ろ 、 実 際 の 漏 洩 電 荷 を 近 似 で き る 結 果 が 得 られ た 。
本 研 究 に よ り、 電 離 箱 線 量 計 の ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 明 ら か に した 。 ケ ー ブ ル 漏 電 の 原
因 は コ ン プ トン 電 子 の 流 出 で あ り、 計 測 で の ケ ー ブ ル 漏 電 で の 不 確 か さ低 減 の た め の 補 正
法 を提 案 した 。
目次
要 旨
1章 序論
1.l l.2
1.2.l l.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.4
高 エ ネ ル ギ ーX線 ・電 子 線 の 吸 収 線 量 計 測 先 行 研 究 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電
標 準 計 測 法12に お け る ケ ー ブ ル 漏 電 IECに お け る ス テ ム 効 果
AAPMTG‑51Addendumに お け る 漏 洩 電 流 IAEATRS‑398CodeofPracticeに お け る 漏 洩 電 流
研究の主題 論文 の構成
l 1 2 2 2 3 3 3 4
2章
2.1目 的 2.2方 法
2.2.1使 用 機 器 2.2.2出 力 係 数 の 計 測 2.2.3極 性 効 果 補 正 係 数 2.3結 果 お よ び 考 察
2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4結 論
出力係数計測 にお けるケーブル漏 電の影響
極 性 に よ る 出力 係 数 の 変 化
照射野による極性効果補正係数の変化 出力 係 数 計 測 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電 の 補 正
5 5 5 5 6 6 7 7 9 0 1
¶■■¶■■
3章
3.1目 的 3.2方 法
3.2.1使 用 機 器
3.2.2ケ ー ブ ル 漏 電 の 計 測 3.3結 果 お よ び 考 察
3.3.1ケ ー ブ ル 漏 電
ケーブル漏 電の直接 計測 ( ∠
( ∠ ( ∠ ( ∠ 弓 ﹂ ︽ 4 ︽ ﹂ l l ¶■ ■ l l l i■ ■
3.3.2
3.3.3出 力 係 数 に 対 す る ケ ー ブ ル 漏 電 の 割 合
3.3.4
3.4結 論
印 加 方 式 の 違 い に よ る ケ ー ブ ル 漏 電 の 変 化
電 離 箱 線 量 計 と ダ イ ヤ モ ン ド検 出器 の ケ ー ブ ル 漏 電 の 比 較
4章
4.1目 的
4.2理 論
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.3方 法
4.3.1ケ ー ブ ル の 内 部 構 造
4.3.2
4.4結 果 お よ び 考 察
4.4.1ケ ー ブ ル の 内 部 構 造
4.4.2
4.4.3
4.5結 論
電子 ・ 光 子 フル エ ンス か らの ケ ー ブル 漏 電 の推 定
リ ニ ア ッ クX線 ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル 電 子 フル エ ンス か らの ケ ー ブ ル 漏 電 の 推 定 光 子 フル エ ンス か らの ケ ー ブ ル 漏 電 の 推 定
モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル の 取 得
電 子 フル エ ンス か らの ケ ー ブ ル 漏 電 の 推 定 光 子 フル エ ンス か らの ケ ー ブ ル 漏 電 の 推 定
5章 総括
6章 結語
参考文献
謝辞
弓 1 Q / 0 0 1 ■ 1 ( ∠ ( ∠ l 1 2 2 3 6 9 9 9 0 0 2 4 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3
37
39
40
42
1章 序論
1.1高 エ ネ ル ギ ーX線 ・電 子 線 の 吸 収 線 量 計 測
放 射 線 治 療 に お い て 治 療 の 効 果 は 、 投 与 線 量 に 依 存 し て い る 。 計 画 さ れ た 線 量 よ り多 い 線 量 の 投 与 は 正 常 組 織 に 有 害 事 象 を 及 ぼ し 、 少 な い 線 量 で は 腫 瘍 を 制 御 で き な い 可 能 性 が 生 じ る 。 現 在 、放 射 線 治 療 の 主 流 はMultiLeafCollimetor(MLC)を 用 い た 複 雑 な 照 射 野 に よ
るIntensityModulatedRadiationTherapy(IMRT)やVolumetricModulatedArcTherapy(VMAT)
な ど の 高 精 度 放 射 線 治 療 で あ る 。 こ の よ う な 照 射 技 術 の 向 上 に よ り 、 標 的 に 対 し 高 精 度 に 高 線 量 を 投 与 す る こ と が 可 能 と な っ た 。 そ の た め 、 線 量 計 測 で の 不 確 か さ を 小 さ く す る こ
と が 、 投 与 線 量 の 不 確 か さ の 低 減 に 繋 が る た め 、 非 常 に 重 要 と な っ て い る 。 投 与 線 量 の 不 確 か さ に は 種 々 の 因 子 が あ る 。AmericanAssociationofPhysicistsinMedicine
(AAPM)Reportl31)は 図1.1に 示 す よ う に 投 与 線 量 の 不 確 か さ を5.0%未 満 に す る よ う に 勧 告 し て い る 。 こ れ を 実 現 す る た め 、 フ ァ ン トム 内 の 出 力 線 量 評 価 を2.5%以 内 に 、 投 与 線 量 の 計 算 を4.3%以 内 に す る 必 要 が あ る 。
線 量 投 与 の 全 不 確 か さ く5.0%
ll
フ ァ ン トム 内 の 出 力 線 量 評 価 く2.5%
投 与 線 量 の 計 算(治 療 計 画)
<4.3%
腫 瘍 位 置 、輪 郭 取 得2.0%
(線 量 勾 配4%/cm、 輪 郭 ・ 標 的 の 取 得 精 度5mm
と し て)
線 量 分 布 計 算 (不均 質 部 を除 く)
3.0%
ブ ロ ッ ク 、 懊 、 補 償 フ ィ ル タ の 中 心 軸 線 量 係 数
2.0%
図1.1放 射 線 治 療 に お け る投 与 線 量 の不 確 か さの 目標 値1)
1
1.2先 行 研 究 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電
1.2.1標 準 計 測 法12に お け る ケ ー ブ ル 漏 電
外 部 放 射 線 治 療 に お け る水 吸 収 線 量 の 標 準 計 測 法(標 準 計 測 法12)2)で は 、線 量 計 測 に 広 く用 い られ て い る 電 離 箱 線 量 計 の 検 討 項 目 と して 、漏 電 効 果 、 極 性 効 果 、 イ オ ン 再 結 合 損 失 な ど を 挙 げ て い る。 電 離 箱 線 量 計 で は 放 射 線 照 射 に よ っ て 電 離 箱 の 空 洞 内 で 発 生 す る 電 離 電 荷 を 計 測 す る こ とに よ り、 線 量 評 価 が な され て い る。 微 小 な 電 離 電 荷 を 収 集 す る た め 絶 縁 体 に よ り外 部 か らの 不 必 要 な 電 荷 の 流 入 ま た は 流 出 を 防 い で い る 。 し か し、 理 想 的 な 絶 縁 体 が 存 在 しな い た め 、 わ ず か で あ っ て も不 必 要 な電 荷 の 流 入 ま た は 流 出 が あ り、 線 量 測 定 で の 誤 差 の 要 因 に な る 。 これ らは 放 射 線 に よ っ て 誘 起 され る 場 合 と、 放 射 線 に無 関係 に 生 じる 場 合 とが あ る 。 前 者 が ス テ ム お よ び ケ ー ブ ル 漏 電 で あ り、 後 者 は 漏 洩 電 流 と 呼 ば れ る。
光 子 線 照 射 で の 漏 電 は 、 線 量 計 の 支 持 部 で あ る ス テ ム が 照 射 され て 生 じ る ス テ ム漏 電 、 お よ び 集 電 極 に 連 結 す る芯 線 を含 む ケ ー ブ ル が 照 射 され コ ン プ トン電 子 が 測 定 回 路 に 流 入 、 流 出 す る ケ ー ブ ル 漏 電 に 分 類 され る。 電 子 線 照 射 の 場 合 で は 、 入 射 電 子 が 直 接 、 測 定 回 路 に 流 入 す る こ とが 原 因 と され て い る。
1.2.21ECに お け る ス テ ム 効 果
電 離 箱 線 量 計 の ス テ ム 部 へ の 照 射 は 避 け る こ と が 出 来 ず 、 そ の 結 果 と し て 一 般 的 に ス テ ム 効 果 と 呼 ば れ る 異 な る タ イ プ の 漏 洩 電 流 が 生 じ る 。 そ れ は 、stemscatterとstemleakageの 2種 類 の メ カ ニ ズ ム に よ る も の と 国 際 電 気 標 準 会 議(lntemationalElectrotechnical Commission;IEC)に よ っ て 説 明 さ れ て い る3)。
Stemscatterは ス テ ム 部 で 発 生 し た 散 乱 線 が 電 離 体 積 に 到 達 す る こ と で 生 じ る 。 こ れ に 対
し て 、stemleakageは 電 離 体 積 へ の 直 接 照 射 の 結 果 と 同 様 に 電 離 箱 線 量 計 の ス テ ム 、 絶 縁 体
お よ び ケ ー ブ ル へ の 漏 洩 で 生 じ る と 定 義 さ れ て い る 。
1.2.3AAPMTG‑51Addendumに お け る 漏 洩 電 流
AAPMTG‑51Addendum4)で は 、 漏 洩 電 流Pleak(線 量 計 の 電 離 体 積 内 で 放 射 線 に よ っ て 生 じ た 電 荷 以 外 の 測 定 値 に 寄 与 す る も の)に 関 し て 報 告 を し て い る 。 漏 洩 電 流Pleakは 通 常 ビ ー ム が 出 て い な い 状 態 で も す べ て の 装 置 で 計 測 さ れ 、 電 離 箱 線 量 計 、 電 離 箱 線 量 計 の ケ ー ブ ル お よ び 電 位 計 か ら 寄 与 さ れ る 。 こ れ ら の 計 測 に お い て 、 電 離 体 積 外 に お け る 電 流 や 放 射 線 に よ る 漏 洩 電 流(ケ ー ブ ル な ど)は 評 価 で き な い が 、Pleakの 定 義 に は こ れ ら の 成 分 が 含 ま れ る 。 ま た 、CamposとCaldasは 可 能 で あ れ ば 線 量 計 、 ケ ー ブ ル お よ び 電 位 計 シ ス テ ム の 各 構 成 は 分 け て 評 価 す べ き だ と勧 告 し て い る5)。
1.2.41AEATRS‑398CodeofPracticeに お け る 漏 洩 電 流 国 際 原 子 力 機 関(lnternationalAtomicEnergyAgency;IAEA)のTRS‑398CodeofPractice6)
で は 、Pleakの 合 理 的 で か つ 達 成 可 能 な 目標 を 与 え て お り 、 漏 洩 電 荷 は 測 定 電 荷 の0.1%未 満 と す べ き で あ る と勧 告 し て い る 。 ど ん な シ ス テ ム に お い て も 漏 洩 電 荷 は 有 意 に 大 き い 可 能 性 が あ り 、0.5%を 超 え て 大 き い 場 合 は 調 べ な く て は な ら な い 。漏 洩 電 荷 が0.1%以 下 で あ れ ば 、 合 理 的 に 一Pleak‑1.000と な り、0.1%の 相 対 不 確 か さ を も つ と し て い る 。
1.3研 究 の 主 題
以 上 に 述 べ た よ うに 、 電 離 箱 線 量 計 の 電 離 体 積 で 生 じ る 電 荷 を 除 い た 測 定 値 に 寄 与 す る 電 荷 に 関 す る報 告 が され て い る。 しか し、 そ れ ら は ス テ ム 効 果 、 ケ ー ブ ル 漏 電 、 漏 洩 電 流 の 全 て を含 ん だ 漏 洩 電 荷 に 関 す る報 告 が ほ とん どで あ る。AAPMTG‑51Addendumで も報 告 し て い る よ うに 、 そ れ ぞ れ の 測 定 機 器 の 各 構 成 で 別 々 に 評 価 す る べ き で あ る。 そ の うち 、 ス テ ム 効 果 に 関 して は測 定 法 や 影 響 に 関す る報 告 が され て い る7'8)。
しか し、ケ ー ブ ル 漏 電 の み に注 目 した 測 定 方 法 や 影 響 に 関 す る 報 告 は 少 な い9)。 ま た 、小 照 射 野 か ら大 照 射 野 ま で の 広 範 囲 の 照 射 野 サ イ ズ で の ケ ー ブ ル 漏 電 に 関 す る 知 見 は少 な い 。
そ こ で 本 研 究 で は 照 射 野 の み を 変 化 させ る 出 力 係 数 の 計 測 か ら、 電 離 箱 線 量 計 の ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 明 らか に し、 計 測 の 不 確 か さ低 減 の た め の補 正 法 を 提 案 す る こ と を 目的 と す る 。 ま た 、 モ ン テ カ ル ロ シ ミュ レー シ ョン に よ りケ ー ブル 内 で の 粒 子 の 挙 動 を 解 析 し、
ケ ー ブ ル 漏 電 の機 序 を 明 らか にす る。
3
1.4論 文 の 構 成
1章 で は 、線 量 計 測 に お け る 不 確 か さ につ い て 述 べ た 。 ま た 、電 離 箱 線 量 計 の 電 離 体 積 で 生 じ る電 荷 を 除 い た 測 定 値 に 寄 与 す る電 荷 に つ い て 、 先 行 研 究 の 一 例 を示 した 。 これ らの 背 景 や 導 入 を ふ ま え、 本 研 究 の 主 題 を 述 べ た 。
2章 で は 、照 射 野 サ イ ズ の み が 変 化 す る 出 力 係 数 計 測 に よ りケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 検 討 す る。 複 数 の 電 離 体 積 の 異 な る 電 離 箱 線 量 計 を 使 用 し、 そ れ ら の 電 離 体 積 お よ び 製 造 者 の 違 い に よ る 影 響 を 明 らか に す る。 ま た 、 そ れ ぞ れ の 電 離 箱 線 量 計 に つ い て 印 加 電 圧 の 極 性 を 変 化 させ る こ と に よ る影 響 に つ い て も述 べ る 。 以 上 に よ り、 出 力 係 数 計 測 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電 の補 正 法 を提 案 す る。
3章 で は 、ケ ー ブ ル 漏 電 の み に 着 目 し、ケ ー ブ ル へ の 照 射 の 有 無 に よ る収 集 電 荷 の 違 い を 検 討 す る。 ま た 、 電 圧 印 加 方 式 の 異 な る2種 類 の 電 位 計 にお い て 、 そ の 違 い に よ る ケ ー ブ ル 漏 電 の 変 化 に つ い て も検 討 す る 。 本 研 究 に お い て は 、 電 離 箱 線 量 計 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電 の 検 討 を行 っ て い る が 、 ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器 と の 比 較 を行 い 、 違 い に よ る影 響 を 明 らか に す る。
4章 で は 、モ ンテ カ ル ロ シ ミュ レー シ ョ ン に よ り、電 子 お よび 光 子 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル を 取 得 し、 吸 収 線 量 算 出 式 を用 い て そ れ ぞ れ に つ い て 理 論 的 に ケ ー ブ ル 漏 電 を 明 ら か に す る。
5章 で は 、 電 離 箱 線 量 計 にお け る ケ ー ブ ル 漏 電 につ い て の 総 括 を 述 べ る。
6章 で は 、 本 研 究 の 結 語 を述 べ る 。
2章 出 力係 数 計 測 に お ける ケー ブル漏 電 の影 響
2.1目 的
ケ ー ブ ル 漏 電 は 照 射 され る ケ ー ブ ル の 長 さ に よ り漏 洩 す る電 荷 が 変 化 す る こ とが 考 え ら れ る 。 そ こ で 、 照 射 野 サ イ ズ の み が 変 化 す る 出 力 係 数 計 測 に よ りケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 明
ら か に し、 補 正 法 を 提 案 す る。 ま た 、 印 加 電 圧 の 極 性 の 違 い に よ っ て 収 集 され る電 荷 が 異 な る た め極 性 を 入 れ 替 え る こ とに よ る影 響 を検 討 す る。
2.2方 法
2.2.1使 用 機 器
表2.1に 、 本 研 究 で 使 用 し た 電 離 箱 線 量 計 の 形 状 と 電 離 体 積 を 示 す 。 本 研 究 で は 、 比 較 の た め ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器(PTW60003)を 用 い た 。 各 線 量 計 に 応 じ て 印 加 方 式 の 異 な る2 種 類 の 電 位 計(UNIDOSwebline,PTW社 お よ び35040,INOVISION社)を 用 い た 。 印 加 方 式
と し てUNIDOSは グ ラ ン デ ッ ド方 式 を 、35040は フ ロ ー テ ッ ド方 式 を そ れ ぞ れ 採 用 し て い る 。 ま た 本 研 究 で は 、 リ ニ ア ッ ク(Clinac21EX,Varian社)か ら の6MVX線 を 使 用 し 、 線 量 計 の 種 類 に 応 じ て2つ の 水 フ ァ ン トム(BluePhantom,Scanditr6nix‑Wellhoefer社 お よ び MP3,PTW社)を 使 用 し た 。
表2.1電 離 箱 線 量 計 の 形 状 と 電 離 体 積10'11)
Chamber(commonname) Length(mm) Radius(mm) Nominalsensitive V・lum・(・m3)
PTW31010 PTW30013 PTW31014 PTW31016 1BACCOl IBACC13 PTW60003
(Semiflex) (Farmer) (pinpoint) (pinpoint3D)
(Diamond)
6.5 25.9
5.0 5.0 3.6 5.8 2.5μm(depth)
2.75 3.05 2.0 2.9 1.0 3.0 0.56
0.125 0.6 0.Ol5 0.Ol6 0.Ol O.13
‑6mm 31
5
2.2.2出 力 係 数 の 計 測
線 源 表 面 間 距 離(sourcesurfacedistance;SSD)‑90cm、 深 さ一10cmで の 照 射 野 中 心 に 電 離 箱 線 量 計 を 設 置 し 、正 方 形 照 射 野 の1辺 の 長 さ をlcmか ら10cmま で はlcm毎 に 、 さ ら に 12cmと15cmか ら40cmま で は5cm毎 に 変 化 さ せ た と き の 照 射 野Aで の 電 位 計 の 表 示 値 M(A)か ら 、 出 力 係 数(outputfactor)OPF(A)を 次 式 で 求 め た 。
M(A)OPF(A)
=
M(A‑10cm×10cm) (2.1)
2.2.3極 性 効 果 補 正 係 数
ケ ー ブ ル 漏 電 の 主 な原 因 が コ ン プ トン 電 子 の 流 入 で あ る な ら ば 、 印加 電 圧 を正 負 に 切 替 え 、負 の 電 荷 を 収 集 す る場 合 は 電 離 電 荷 に 加 算 、 正 の 電 荷 を収 集 す る 場 合 は減 算 され た 値 が 電 位 計 の 表 示 値 と な る。これ に 対 して 、主 な原 因 が コ ン プ トン電 子 の 流 出 で あ る な らば 、 印 加 電 圧 を 正 負 に切 替 え 、 負 の 電 荷 を 収 集 す る 場 合 は電 離 電 荷 に減 算 、 正 の 電 荷 を収 集 す る場 合 は 加 算 され た 値 が 電 位 計 の 表 示 値 とな る。 こ の こ とか ら、 印 加 電 圧 の違 い に よ り収 集 電 荷 が 変 化 す る と考 え られ る た め ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 極 性 効 果 補 正 係 数kp。1と して 評 価 した 。 各 照 射 野Aに お け るkp。1(A)は、 正 お よび 負 の 印加 電 圧 で の 電 位 計 の 平 均 の 表 示 値
疏 。(のお よ び 疏 。(のか ら次 式 で 求 め た 。
M;。w(A)+MF。w(A)
㌔(A)=21M;
a。(A)
(2.2)
2.3結 果 お よ び 考 察
2.3.1極 性 に よ る 出 力 係 数 の 変 化
図2.1に 各 電 離 箱 線 量 計 で の 極 性 の 違 い に よ る 出 力 係 数 の 変 化 を 示 す 。計 測 を 行 っ た 数 が 多 い た め 、(a)、(b)の2つ の グ ル ー プ に 分 け て 表 示 し た 。 ま た 、 比 較 の た めPTW30013に つ い て は(a)、(b)双 方 に プ ロ ッ ト し た 。 電 離 体 積0.6cm3の30013(Farmer形)と0.Ol5cm3の
31014(Pinpoint形)を 比 較 す る と 、Farmer形 で は 照 射 野 の 大 き さ が 変 化 し て も 印 加 電 圧 の 極 性 に よ る 出 力 係 数 の 変 化 は 見 ら れ な い が 、Pinpoint形 で は 極 性 に よ る 影 響 が み られ 、Farmer 形 に 対 し て 最 大 で2.6%の 相 対 偏 差 を 示 し た 。 他 の 線 量 計 に お い て も 同 様 の 結 果 と な り、 微 小 電 離 体 積 の 電 離 箱 線 量 計 で は 、 照 射 野 が 大 き く な る ほ ど極 性 に よ る 出 力 係 数 の 差 が 大 き く な り、20cm×20cm以 上 の 大 き い 照 射 野 に お い て 電 離 電 荷 の 乖 離 が 顕 著 と な り 、 異 な る 出 力 係 数 を 示 し た 。
7
1.30
1.25
1.20
15 L
旨 ε o 衷 ぢ q ぢ o
1.10
1.05
1.00
10 15 20 25 30
CCOl(‑300V) CCOl(+300V) 31014(+400V) 30013(‑400V) 31010(+400V) 30013(+400V) 31010(‑400V) 31014(‑400V)
35 40 45
sideofsquarefield(cm) (a)
旨 ε o 衷 ぢ q ぢ o
1.30
1.25
1.20
1.15
1.10
1.05
1.00
10 15 20 25 30
diamond60003 31016(+400V) CCl3(‑300V) 30013(‑400V) CCl3(+300V) 30013(+400V) 31016(‑400V)
35 40 45
sideofsquarefield(cm) (b)
図2.1各 電 離 箱 線 量 計 の 極 性 に よ る 出力 係 数 の 変 化
2.3.2照 射 野 に よ る 極 性 効 果 補 正 係 数 の 変 化
極 性 の 違 い に よ っ て 出 力 係 数 の 乖 離 が 見 られ た た め 、 こ の 影 響 を 極 性 効 果 補 正 係 数 と し て 評 価 を行 っ た 。図2.2に 各 電 離 箱 線 量 計 の 照 射 野 の 大 き さ に よ る 極 性 効 果 補 正 係 数 の 変 化 を 示 す 。 微 小 電 離 体 積 の 電 離 箱 線 量 計 に お い て 、 照 射 野 が 大 き くな る に つ れ 補 正 係 数 は 大 き くな り、そ の 差 は 最 大 照 射 野40cm×40cmで ±2.2%程 度 で あ っ た 。 ま た 、電 離 箱 線 量 計 に よ っ て 照 射 野 が 大 き く な る ほ ど極 性 効 果 補 正 係 数 が 増 加 した も の と減 少 した も の が み ら れ た 原 因 は 、 電位 計 の 印 加 方 式 がUNIDOSで は グ ラ ンデ ッ ド方 式 、35040で は フ ロ ー テ ッ ド方 式 を 採 用 して い る た め 同 じ極 性 の 電 圧 を 印 加 した 場 合 で も収 集 す る電 荷 が 異 な る こ と に よ る も の で あ る。
1.03
1.02
1.Ol
評1.・ ・
0.99
0.98
0.97
訪㈱ 藁 ○ 劔蛸 美
OCCOl
×30013
+31010
◇31014
○ ○
o
○ 羊1下1
◇
◇
◇
○
十
010203040
sideofsquarefield(cm)
図2.2照 射 野 に よ る 極 性 効 果 補 正 係 数 の 変 化
9
2.3.3出 力 係 数 計 測 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電 の 補 正
図2.3に ケ ー ブ ル 漏 電 補 正 前 後 の 電 離 体 積0.6cm3の30013(Farmer形)と0.015cm3の31014
(Pinpoint形)の 出 力 係 数 を 示 す 。 印 加 す る 極 性 に よ っ て 顕 著 な 乖 離 が 見 られ た た め 、 ケ ー ブ ル 漏 電 の 補 正 法 と し て 、 次 式 を 用 い て 正 お よ び 負 の 電 圧 で 測 定 し て 得 ら れ た 測 定 値 の 絶 対 値 の 平 均 を 取 る こ と で 補 正 を 行 っ た 。 両 者 の 補 正 後 の 出 力 係 数 と 比 較 し て 、 照 射 野 に 関 係 な く 良 く 一 致 し 、 相 対 偏 差 は0.5%以 下 と な っ た 。 こ の こ と よ り 、 ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 十 分 に 低 減 出 来 て い る こ と が い え る 。 他 の 線 量 計 に お い て も 同 様 に ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 を 低 減 で き る 結 果 と な り 、 今 回 の 補 正 法 の 有 用 性 が 示 され た 。
M、 。皿ect。d一
π;。w1+1MFaw
2 (2.3)
1.25
1.20
5 0 1 1
{■ユ{■ユ
§ ︒ ε ぢ q ぢ ︒
1.05
1.0010
15
31014(+400V) 31014(‑400V) 30013(+400V) 30013(‑400V) 31014corrected 30013corrected
2025303540
sideofsquarefield(cm)
45
図2.3ケ ー ブ ル 漏 電 補 正 後 の 出力 係 数
2.4結 論
出 力 係 数 計 測 で は 照 射 野 サ イ ズ の み が 変 化 す る た め 、 照 射 され る ケ ー ブ ル の 長 さ が 変 化 す る 。 微 小 電 離 体 積 の 電 離 箱 線 量 計 に お い て 、 出 力 係 数 は極 性 に よ っ て 照 射 野 が 大 き くな る ほ ど乖 離 が 顕 著 に な る こ とが 明 らか に な っ た 。 こ れ は 照 射 され る ケ ー ブ ル の 長 さ に 依 存 し て い る た め ケ ー ブ ル 漏 電 が 原 因 で あ る と考 え られ る。 ま た 、 提 案 した 補 正 法 に よ っ て 影 響 を十 分 に 低 減 で き る こ とを 示 した 。
ll
3章 ケー ブル漏 電 の計 測
3.1目 的
出 力 係 数 計 測 で は 電 離 箱 線 量 計 の 電 離 体 積 や 印 加 電 圧 の違 い に よ る ケ ー ブル 漏 電 の 影 響 を 明 らか に した 。
しか し、 電 離 体 積 に 対 して も照 射 を 行 っ て い る た め 、 ケ ー ブ ル 漏 電 の み が原 因 とは い え な い 。 こ の こ とか ら、 電 離 体 積 か らの 電 荷 を 分 離 す る方 法 を考 案 し、 ケ ー ブル の み の 漏 電 を 明 らか に す る。
3.2方 法
3.2.1使 用 機 器
2章 と 同 様 に6種 類 の 電 離 箱 線 量 計 お よ び ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器 を 使 用 し 、そ れ ぞ れ の 線 量
計 の 種 類 に 応 じ て2つ の 水 フ ァ ン トム(BluePhantom,Scanditr6nix‑Wellhoefer社 お よ びMP3,
PTW社)を 使 用 し た 。
3.2.2ケ ー ブ ル 漏 電 の 計 測
図3.1に 電 離 箱 線 量 計 の ケ ー ブ ル 漏 電 の み を 計 測 す る た め の 説 明 図 を 示 す 。 ま た 、 図3.2 に 実 際 の 測 定 時 の 配 置 の 一 例 を 示 す 。 電 離 体 積 部 はSCD‑100cm、 深 さ一10cmで 、 照 射 野 中 心 か ら 十 分 離 れ た20cmの 位 置 に 設 置 し た 。 線 量 計 の 長 軸 方 向 の 照 射 野 は 、YlをOcmに 常 に 固 定 し 、Y2の み をlcmか ら20cmま で 変 化 さ せ るhalffieldと し た 。 こ の と き 、 線 量 計 の 長 軸 と 直 交 す る 方 向 の 照 射 野X1お よ びX2を15cmと し 、 幅30cmに 固 定 し た 。
先 ず 図 中 ① の 状 態 で 照 射 さ れ る ケ ー ブ ル の 長 さ(Y2の 開 き)がLで あ る 場 合 、 電 位 計 の 表 示 値Ml(五)は 散 乱 線 に よ る 収 集 電 荷 お よ び ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 電 荷 の 和 で あ る 。 続 い て 図 中 ② に 示 す よ う に 電 離 体 積 部 は 動 か さ ず 、 ケ ー ブ ル の み を 照 射 野 か ら 外 し 、 同 様 に 照 射 を 行 っ た 。 こ の 状 態 でY2の 開 き がLで あ る 場 合 、 電 位 計 の 表 示 値M2(L)は 散 乱 線 に よ る 収 集 電 荷 の み と な る 。 し た が っ て 、Y2を 変 化 させ 照 射 され る ケ ー ブ ル の 長 さ(Y2の 開 き)がL で あ る と き 、 次 式 に よ りケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 電 荷Mleak(五)を 算 出 す る こ と が で き る 。
.Mleak(五)一 五41(五)一.M2(五) (3.1)
こ の 計 測 で は 正 負 の 両 極 性 を 印 加 し、Mleakが ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る電 荷 で あ る こ と を確 認 し た 。 な お 、 印 加 電 圧 は 電 離 空 洞 内 で の イ オ ン 再 結 合 の 影 響 を最 小 に す る た め 各 線 量 計 に 印 加 可 能 な最 大 電 圧(PTW社 製 で は ±400V、IBA社 製 で は ±300V)と した 。
13
口 H O O ひ 11 ( [ の の 日 0 9 ⊥ } ①
Source
Lowerjaw
← 一 一 一 一 ②
Isocenter L
《一一一一一一一一一10niZatiOnCaVity 20cm
図3.1ケ ー ブ ル 漏 電 計 測 の た め の 説 明 図
＼ 一
耳4〜 』一 呂 ,./1
ヤ■ 闇 ■iiii己 .一 〜!i M
卜 一聖堕學 些聖駅tpl
・11鄭1
一 層 禰
1
ほ
一̀llご
6幽 、よ
図3.2ケ ー ブ ル 漏 電 計 測 の た め の 配 置 の 一 例
3.3結 果 お よ び 考 察 3.3.1ケ ー ブ ル 漏 電
図3.3に 照 射 さ れ た ケ ー ブ ル の 長 さL(Y2JAWの 開 き)に 対 す る 式(3.1)で 算 出 し た ケ ー ブ ル 漏 電 の み に よ る 漏 洩 電 荷 の 変 化 を 示 す 。 照 射 さ れ る ケ ー ブ ル の 長 さ に 漏 洩 電 荷 が ほ ぼ 比 例 し た こ と か ら 、 こ の 変 化 は ケ ー ブ ル 漏 電 が 原 因 と 考 え られ る 。
表3.1に 各 線 量 計 の 水 吸 収 線 量1Gyあ た り ケ ー ブ ル 長 さ1cmあ た りの ケ ー ブ ル か ら の 漏 洩 電 荷 を 示 す 。最 も 大 き か っ た も の は ダ イ ヤ モ ン ド検 出 ・ 器(PTw60003)で あ り 、1.09pcGy‑l cm‑1で あ っ た 。 ま た 、PTW社 製 の 空 洞 電 離 箱 線 量 計(30013,31010,31014,31016)に お い て は 、0.40pCGy'lcm‑1か ら0.48pCGy‑lcm‑1の 問 に 収 ま り、 線 量 計 の 電 離 体 積 の 違 い に よ る ケ ー ブ ル 漏 電 の 差 は 小 さ か っ た 。 こ れ は 、 使 用 さ れ て い る ケ ー ブ ル の 構 造 や 材 質 が 同 じ 形 式 で あ る か ら と 考 え られ る 。 同 じPTW社 製 で も ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器 の ケ ー ブ ル 漏 電 が 大 き か っ た の は 、 空 洞 電 離 箱 線 量 計 に 使 用 さ れ て い る ケ ー ブ ル と は 構 造 や 形 式 が 異 な る た め と 考 え ら れ る 。IBA社 製 のCCI3で は0.llpCGy‑1cm'1で あ り 、PTW社 製 の 電 離 箱 線 量 計 と 比 較 し て ケ ー ブ ル 漏 電 が 小 さ い こ と が 示 され た 。
15
( Q q ) ︒ bD 毘 $ ︽ ゾ 0 5 0 ︽ 4 0 り ﹂ 3 ( ∠ ∩∠ ‑ 1 ︽ ゾ 0 5
■
060003
×31010(+400V)
●31010(‑400V) 口31014(+400V) 十31014(‑400V)
●30013(‑400V) 口(⊃Cl3(‑300V)○
◆CC13(十300V)
○
○ ○O
oO
OO
謡ll霊il
○
国‑●口◆
○
﹄甲 ● 口 ◆ 属甲 ●
口
◆
0510152025
1rradiatedcablelength(cm)
図3.3照 射 され た ケ ー ブ ル の 長 さLに 対 す る 漏 洩 電 荷 の 変 化
表3.1各 線 量 計 の 水 吸 収 線 量1Gyあ た り ケ ー ブ ル 長 さ1cmあ た り の ケ ー ブ ル か ら の 漏 洩 電 荷
Chamber/Detector (commonname)
leakageperabsorbeddosetowater percablelength(pCGy‑lcm‑1)
PTW31010 PTW30013 PTW31014
PTW31016
1BACCl3 PTW60003
(Semiflex) (Farmer) (pinpoint) (Pinpoint3D)
(Diamond)
0.48 0.41 0.47
0.40
0.13
1.09
3.3.2印 加 方 式 の 違 い に よ る ケ ー ブ ル 漏 電 の 変 化
先 に述 べ た よ うに 、 電 位 計 に よ る電 圧 の 印 加 方 式 に は2つ の タ イ プ が あ り グ ラ ン デ ッ ド 方 式 と フ ロー テ ッ ド方 式 に分 け られ る12)。図3.4に 両 者 の 簡 易 回 路 図 を示 す 。
グ ラ ン デ ッ ド方 式 は 、 一 般 的 に 外 側(外 壁)電 極 に電 圧 を 印 加 し、 中 心 電 極 は 仮 想 的 に グ ラ ウ ン ドに な る。 ま た 、 電 位 計 は外 側 電 極 の 極 性 を表 示 して い る。 そ の た め 、 印 加 電 圧 が 正 の と き に は 、 中 心 電 極 は相 対 的 に 負 とな り、 正 の 電 荷 を収 集 す る こ と に な る。 本 研 究 で 使 用 したPTW社 製 のM型 コネ ク タ タ イ プ の 電 離 箱 線 量 計 は この タ イ プ に該 当す る。
一 方 、 フ ロー テ ッ ド方 式 は 直 接 中 心 電 極 に 電 圧 を 印 加 し、 この 極 性 を表 示 して い る。 そ の た め 、印 加 電 圧 が 正 の とき に は 、 中 心 電 極 は 正 とな り、負 の 電 荷 を収 集 す る こ とに な る 。 本 研 究 で 使 用 したIBA社 製 の 電 離 箱 線 量 計 は こ の タイ プ に 該 当 す る 。
CoUectorelectrode (virtualground) Guard(gromd)
Chambe「cap(v)一 ユ
エ
(a)グ ラ ン デ ッ ド方 式
Collectorelectrode (virtualV) Guard(V)
Chambercap (ground)
一iエ
(b)フ ロ ー テ ッ ド方 式
図3.4簡 易 回 路 図(a)グ ラ ン デ ッ ド方 式 、(b)フ ロ ー テ ッ ド方 式
17
図3.5に グ ラ ン デ ッ ド方 式 の 電 離 箱 線 量 計 で あ るPTW30013とPTW31014の 出力 係 数 を 示 す 。 電 離 体 積 の小 さ いPTW31014は ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 に よ り、 印加 電 圧 の 極 性 の 違 い に よ り照 射 野 サ イ ズ の 拡 大 と と も に 乖 離 が 顕 著 に な っ て い る。 印 加 電 圧 が 正 の 場 合 、 出 力 係 数 はPTW30013と 比 較 して 過 大 評 価 とな っ て い る 。 この と き 、 収 集 す る 電 荷 は正 の 電 荷 で あ る た め 、 ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 電 荷 も 正 の 電 荷 で あ る と考 え られ る 。 これ に対 して 、 印 加 電 圧 が 負 の 場 合 、 出力 係 数 はPTW30013と 比 較 して 過 小 評 価 と な っ て い る。 こ の と き 、 収 集 す る電 荷 は 負 の 電 荷 で あ り、 ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る電 荷 は 正 の 電 荷 で あ る と考 え られ る。
した が っ て 、 ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る電 荷 は 印 加 電 圧 の 極 性 に 関 わ らず 正 の 電 荷 で あ る た め 、 収 集 電 荷 の極 性 の 違 い に よ っ て 過 大 評 価 あ る い は 過 小 評 価 に な っ た と考 え られ る。 ま た 、 極 性 の 違 い に よ る ケ ー ブ ル 漏 電 の影 響 は 差 が 小 さ か っ た 。 フ ロー テ ッ ド方 式 の 電 離 箱 線 量 計 で も 同 様 に ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 電 荷 は 正 の 電 荷 で あ り、 印 加 方 式 の 違 い に よ る変 化 は な か っ た 。
よ っ て 、 ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る電 荷 は 正 の 電 荷 で あ る こ とか ら芯 線 か らの 電 子 の 流 出 が ケ ー ブル 漏 電 の 主 な原 因 だ と推 測 され る 。
1.25
1.20
く ゾ 0
1■‑{■五
l l
旨 9 8 = 己 ぢ o
1.05
1.00
1015202530354045
sideofsquarefield(cm)
図3.5グ ラ ン デ ッ ド方 式 の 電 離 箱 線 量 計 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電
3.3.3出 力 係 数 に 対 す る ケ ー ブ ル 漏 電 の 割 合
図3.6に 出 力 係 数 計 測 で の 電 位 計 の 表 示 値MOPFに 対 す る ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 電 荷Mleakの 百 分 率 を 示 す 。Farmer形 や ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器 で は 照 射 野 サ イ ズ が40cm×40cmに お い て
も ケ ー ブ ル 漏 電 の 割 合 は そ れ ぞ れ0.07%、0.04%で あ っ た 。 ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器 は 先 に 述 べ た よ う に ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 漏 洩 電 荷 は 大 き い が 、 電 離 電 荷 が 大 き い た め に ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 が 小 さ い こ と が 分 か る 。Farmer形 に お い て は ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 漏 洩 電 荷 はPTW社 製 の 他 の 線 量 計 と 差 が な い も の の 、 電 離 体 積 が 大 き く 電 離 電 荷 が 多 い た め に 同 様 の 結 果 と な っ た 。 こ れ に 対 し て 、 電 離 体 積 の 小 さ いPinpoint形 で あ る31014、31016とCCOIで は 、 照 射 野 サ イ ズ が40cm×40cmに お い て そ れ ぞ れ3.53%、3.18%、2.70%で あ り、 出 力 係 数 測 定 に お け る ケ ー ブ ル 漏 電 が 測 定 値 に 占 め る 割 合 が 大 き く な っ て い る 。 ま た 、Scannig型 検 出 器 で あ るPTW社 製 の31010とIBA社 製 のCCl3を 比 較 す る と 、両 者 の 電 離 体 積 は ほ ぼ 同 様 に も 関 わ らず31010は0.48%、CCI3は0.1%と な り 、CCI3は ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 が 小 さ い こ と が 示 され た 。
4.0
3.5
3.0
§ ざ2.5 9
× 臣2・0
ミ○
蛍1・5 ミ ー
1.0
0.5
一 一x‑‑31014+400V
‑一 日一 一31016+400V
‑一 ◇一 一CCOl+300V
+一 一30013+400V 60003
0.0
010203040
sideofsquarefield(cm)
図3.6出 力 係 数 で の 電 位 計 の 表 示 値MOPFに 対 す る ケ ー ブ ル 漏 電Ml,akの 割 合
19
3.3.4電 離 箱 線 量 計 と ダ イ ヤ モ ン ド 検 出 器 の ケ ー ブ ル 漏 電 の 比 較
Farmer形 線 量 計 と ダ イ ヤ モ ン ド検 出 ・ 器 のlGyあ た りの 収 集 電 荷 は 、 照 射 さ れ る ケ ー ブ ル の 長 さL‑20cmの と き 、 そ れ ぞ れ163.95pCGy‑1、1104.46pCGy‑1で あ っ た 。 よ っ て 、 ダ イ ヤ モ ン ド検 出 ・ 器 はFarmer形 線 量 計 と 比 較 し て 、収 集 電 荷 は6.74倍 で あ っ た 。Farmer形 線 量 計 と ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器 のlGyあ た り の ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 漏 洩 電 荷 は 、 照 射 さ れ る ケ ー ブ ル の 長 さL‑20cmの と き 、 そ れ ぞ れ8.19pCGy‑'、21.88pCGy‑'で あ っ た 。 し た が っ て 、 ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 漏 洩 電 荷 は2.67倍 で あ り 、 ダ イ ヤ モ ン ド検 出 器 で は 収 集 電 荷 と 比 較 し て ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 漏 洩 電 荷 は 少 な く 、 影 響 が 小 さ い こ と が 言 え る 。
3.4結 論
ケ ー ブ ル へ の 照 射 の 有 無 に よ っ て 、 ケ ー ブ ル で の漏 電 を 明 らか に した 。 ケ ー ブ ル 漏 電 は
印 加 電 圧 の入 力 方 式 や 極 性 に よ らず 正 の 電 荷 で あ っ た 。 そ の た め 、 芯 線 か らの 電 子 の 流 出
に よ っ て 生 じ て い る と考 え られ る 。 ま た 、 同 一 の 製 造 者 で の ケ ー ブ ル で は 電 離 体 積 の 大 き
さ に よ る ケ ー ブ ル 漏 電 の 大 き さ に 差 は な く 、 こ れ は使 用 され て い る ケ ー ブ ル の 構 造 や 材 質
が 同様 で あ る た め と考 え られ る。 した が っ て 、 収 集 電 荷 の少 な い 微 小 電 離 体 積 の 電 離 箱 線
量 計 に お い て ケ ー ブ ル へ の 照 射 の 増 加 と と も に ケ ー ブ ル 漏 電 の 影 響 は 大 き く な っ た 。
4章 電 子 ・光 子 フ ル エ ン ス か らの ケ ー ブ ル 漏 電 の 解 析
4.1目 的
出 力 係 数 お よ び ケ ー ブ ル 漏 電 計 測 に よ り 、 実 測 に お け る 漏 洩 電 荷 の 影 響 を 明 ら か に し 、 評 価 を 行 っ た 。 測 定 結 果 か ら ケ ー ブ ル 漏 電 は 電 子 の 流 出 に よ り生 じ て い る こ と が 考 察 さ れ た 。
そ こ で 本 章 で は 、 ケ ー ブ ル 内 の 芯 線 で の 電 子 お よ び 光 子 の 挙 動 に 着 目 し 、 そ れ ぞ れ の 粒 子 に 対 し て 理 論 的 に 解 析 を 行 う。 具 体 的 に は 、 モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り水 中 で の 電 子 お よ び 光 子 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 取 得 し 、 ケ ー ブ ル で の 電 子 の 流 入 お よ び 流 出 す る 過 程 か ら 、 漏 電 と し て 寄 与 す る 電 子 の 割 合 を 明 ら か に す る 。 ま た 、 計 測 に よ り求 め た ケ ー ブ ル 長 さ あ た り の 漏 洩 電 荷(pCGy‑lcm‑1)と 、 計 算 に よ っ て 求 め た ケ ー ブ ル 長 さ あ た り の 漏 洩 電 荷(pCGy'icm'i)を 比 較 、 検 討 す る 。
21
4.2理 論
4.2.1リ ニ ア ッ クX線 ビ ー ム の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル
リ ニ ア ッ ク で は 加 速 さ せ た 電 子 を タ ー ゲ ッ トに 入 射 させ 、 制 動X線 を 発 生 さ せ て い る 。 こ の と き 得 られ る 制 動X線 は 連 続 エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 示 す 。
図4.1に 一 般 的 な リ ニ ア ッ ク か ら発 生 す る 公 称6MVのX線 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 示 す 。 フ ル エ ン ス は0.5MeV付 近 に ピ ー ク を 持 ち 、 最 大 エ ネ ル ギ ー が6MeVで あ る 連 続 的 な 分 布 と な っ て い る 。
ま た 本 章 で は 、 こ の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 入 射 し て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 っ た 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に は 、モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で あ るBEAMnrcモ ン テ カ ル ロ コ ー ド13) を 使 用 し 、 水 中10cm深 で の 電 子 お よ び 光 子 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 取 得 し た 。
.64 .OlO
一63 .510
一63 .OlO .倉
5 ‑6
>、2.510 お 泊
￡2.Olσ6ε
8 .6
:1.510
曾
一61 .OlO
一75 .OlO
0.0 Ol234567
Energy(MeV)
図4.16MVX線 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル
8
4.2.2電 子 フ ル エ ン ス か ら の ケ ー ブ ル 漏 電 の 推 定
ケ ー ブ ル 漏 電 の 現 象 に つ い て 、 ケ ー ブ ル 周 囲 で の 電 子 の飛 程 を 考 慮 した モ デ ル か ら理 論 的 に漏 洩 電 荷 を 推 定 した 。 ま た 、 ケ ー ブ ル 長 さ あ た りの 漏 洩 電 荷(pCGy‑lcm‑1)の 実 測 に
よ る結 果 と理 論 的 に 計 算 に よ っ て 求 め た 結 果 を 比 較 し、 推 定 の 妥 当性 を確 認 した 。 モ デ ル の 条 件 は 以 下 の 通 りで あ る。
1)照 射 野 内 で 発 生 した 単位 面 積 あ た りの 電 子 の うち 、 芯 線 の 面 積 で の 電 子 フル エ ン ス が 流 入 に 寄 与 す る。
2)ケ ー ブ ル 内 の漏 洩 電 流 を 防 ぐた め の ガ ー ド リン グ よ り内 側 で 発 生 した 電 子 が ケ ー ブ ル 漏 電 と し て 寄 与 す る。
3)芯 線 とガ ー ド リン グの 幅 よ り飛 程 が 短 い 電 子 が 流 入 しケ ー ブ ル 漏 電 と して 寄 与 す る 。 以 上 の 条 件 を満 た す 電 子 が ケ ー ブ ル 漏 電 と して 計 測 され る と考 え られ る。
本 研 究 で は 、 計 算 に よ る 電 子 フ ル エ ン ス と シ ミュ レー シ ョン に よ り得 られ た エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル か らモ デ ル の 条 件 に 該 当す る 電 子 を 制 限 す る こ と に よ っ て ケ ー ブル 漏 電 と して 寄 与 す る電 子 の 推 定 をす る。
ま ず 始 め に 、 吸 収 線 量Dは フ ル エ ン ス Φ と水 の 質 量 阻 止 能(S/ρ)w。terを 用 い て 次 式 で 表 す こ と が で き る 。
D=Φ(5ソ ρ)(4.1)
式(4.1)を 用 い て フ ル エ ン ス φ を 求 め る 式 に 変 形 す る と 次 式 で 表 す こ と が で き る 。
D
φ =(4 .2)
(S/ρ)w。ter
し た が っ て 、 吸 収 線 量Dと 水 の 質 量 阻 止 能(S/ρ)w。terが 分 か れ ば 、 フ ル エ ン ス Φ を 計 算 に よ っ て 求 め る こ と が で き る 。
図4.2に 水 の 質 量 阻 止 能(S/ρ)w。terを 示 す 。 こ こ で 、 水 の 質 量 阻 止 能(S/ρ)w。terは ア メ リ カ 国 立 標 準 技 術 研 究 所(NationalInstituteofStandardsandTechnology;NIST)14)の デ ー タ を 使 用 し た 。
23
( ‑ bD ∈ 〇 一 N ﹀ き .︒ 一邸 ≧ 薯 ) 102
lol
10‑2
CollisionStoPPingPower RadiativeStoPPingPower TotalStoPPingPower lσ3
10'210‑llOolOllO2103
Energy(MeV)
図4.2水 の 質 量 阻 止 能(S/ρ)w。ter
単 位 面 積 あ た り の フ ル エ ン ス の う ち 芯 線 の 幅tで の 電 子 フ ル エ ン ス 〈P,は、式(4.2)に よ っ て 算 出 し た フ ル エ ン ス φ と芯 線 の 幅tを 用 い て 、 次 式 で 表 され る 。 図4.3に 、 こ の と き の 芯 線 の 幅'で の 電 子 フ ル エ ン ス 偽 の 領 域(赤 枠 内)を 示 す 。
偽 一 φ ×' (4.3)
使 用 した ケ ー ブ ル は 芯 線 を 中心 に し て 層 構 造 に な っ て お り、 芯 線 と外 側 電 極 の 間 に は 、 ガ ー ドリ ン グ が 挿 入 され て い る。 芯 線 とガ ー ド リン グ は 同 電 位 に な っ て お り、 これ に よ り 外 側 電 極 か ら芯 線 へ の漏 洩 電 流 の 流 入 を 防 い で い る。
した が っ て 、電 子 フル エ ン ス 偽 の 内 、ガ ー ドリ ン グ よ り外 側 で 発 生 した 電 子 は 流 入 せ ず 、
内 側 で 発 生 した 電 子 の み が 流 入 す る と考 え られ る。 ま た 、 内 側 で 発 生 した 全 て の 電 子 が 流
入 に 寄 与 す る と は 限 らず 、 高 い エ ネ ル ギ ー つ ま り長 い 飛 程 を持 つ 電 子 は 流 入 しな い(通 過
す る)と 考 え られ る。 そ の た め 、 流 入 に 寄 与 す る電 子 は 芯 線 とガ ー ド リン グ の 幅 よ り短 い
飛 程 を持 つ 電 子 に 限 定 され る。 そ こ で 、 モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レー シ ョ ン に よ り電 子 の エ ネ
ル ギ ー ス ペ ク トル を 取 得 し、 電 子 の飛 程 が エ ネ ル ギ ー の 約1/2で あ る こ とを 用 い る こ とで 、
エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル か ら流 入 に 寄 与 す る飛 程 を持 つ 電 子 の 割 合 ρ が 求 め られ る。
よ っ て 、 ケ ー ブ ル 漏 電 に 寄 与 す る フル エ ン スqeakは 電 子 フ ル エ ン ス Φ,と流 入 に 寄 与 す る 飛 程 を 持 つ 電 子 の割 合pを 用 い て 次 式 で 表 す こ とが で き る。
Φ1,ak=Φ,×P (4.4)
式(4.4)で 算 出 し た ケ ー ブ ル 漏 電 に 寄 与 す る フ ル エ ン スqeakは 電 気 素 量eを 用 い て 、 電 荷 量pCに 変 換 す る こ と が で き る 。
.19
eニ1.602×10C (4.5)
以 上 の 計 算 過 程 に よ り、 ケ ー ブ ル 長 さlcmあ た り 吸 収 線 量lGyあ た り の 漏 洩 電 荷(pC Gy‑lcm‑1)を 算 出 で き る 。
m 忙
ー ・Ψ ▲ ・ 1
1cm
図4.3芯 線 の 幅tで の フ ル エ ン ス 〈P,(Beam'sEyeView)
25
4.2.3光 子 フ ル エ ン ス か ら の ケ ー ブ ル 漏 電 の 推 定
3.3.2で 述 べ た よ うに 、 ケ ー ブ ル 漏 電 に よ る 電 荷 は正 の 電 荷 で あ り、 電 子 の 流 出 が 主 な 原 因 だ と考 え られ る。 した が っ て 、 ケ ー ブ ル 内 の 芯 線 で の相 互 作 用 に よ り電 子 が 流 出 し、
正 電 荷 が 残 る こ とに よ っ て 測 定 電 荷 に 加 算 あ るい は 減 算 され る と推 測 され る。
図4.4に 入 射 光 子 の エ ネ ル ギ ー に 対 す る水 の 光 電 効 果 、 コ ン プ トン 散 乱 、電 子 対 生 成 の そ れ ぞ れ の 相 互 作 用 の 質 量 エ ネ ル ギ ー 吸 収 係 数 を示 す 。 光 子 の エ ネ ル ギ ー に よ っ て 支 配 的 な 相 互 作 用 が 異 な る。 放 射 線 治 療 領 域 で 使 用 され るX線 の エ ネ ル ギ ー の 主 な 相 互 作 用 は コ ン プ トン散 乱 で あ る。 そ の た め 、 コ ン プ トン散 乱 が 原 因 で ケ ー ブ ル 漏 電 が 生 じて い る と考 え
られ る。
( 〒 ・D N§ 言 ︒ 帽自 8 : ︒ 遷 自 ︒ 慧 の の窪
100
10
1
0.1
0.Ol
0.001
0.0001 0.Ol
Comptonscatter
Photoelectricabsorption Pairproduction
0.lllO
Energy(MeV)
100
図4.4入 射 光 子 の エ ネ ル ギ ー に 対 す る 水 の 質 量 エ ネ ル ギ ー 吸 収 係 数15)
そ こ で 本 項 で は 、 光 子 と芯 線 で の コ ン プ トン 散 乱 に よ る 電 子 の 流 出 を 光 子 フル エ ン ス か ら推 定 を行 う。
光 子 が 芯 線 で 相 互 作 用 を1回 生 じる と コ ン プ トン 散 乱 に よ り電 子 が1つ 芯 線 外 へ 流 出 す る と考 え 、 水 中10cm深 で の 光 子 フル エ ン ス と コ ン プ トン散 乱 の 反 応 断 面 積 か ら コ ン フ.ト ン散 乱 に よ っ て 発 生 す る電 子 の数 を算 出 で き る。
水 吸 収 線 量Dは 光 子 の エ ネ ル ギ ーE、 フ ル エ ン ス Φ、 水 の 質 量 エ ネ ル ギ ー 吸 収 係 数 μ,n/ρ か ら 次 式 に よ っ て 求 め ら れ る 。
D‑Eφ 塩(4.6) ρ
リ ニ ア ッ ク か ら放 出 さ れ るX線 は 連 続 エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 持 つ こ と か ら 、 光 子 の エ ネ ル ギ ・ 一 一 一E、 そ の フ ル エ ン ス ΦE、 光 子 の エ ネ ル ギ ・ 一 一 一 ・Eに 対 す る 水 の 質 量 エ ネ ル ギ ー 吸 収 係 数 μ,、(E)/ρ よ り、 式(4.6)を 利 用 し て 光 子 エ ネ ル ギ ー を 積 分 す る こ と に よ っ て 計 算 で き る 。
D‑∫Eφ 。 編(E)dE ρ
(4.7)
こ こ で 、光 子 の エ ネ ル ギ ー‑Eで の フ ル エ ン ス ΦEは 、リ ニ ア ッ クX線 の 全 フ ル エ ン ス 〈Z>t。t。1、
光 子 の エ ネ ル ギ ・ 一 一 一 ・Eの 全 フ ル エ ン ス に 対 す る 確 率p(E)か ら 次 式 で 表 さ れ る 。
ΦEニ Φ 、 。 、 。lP(E) (4.8)
し た が っ て 、 式(4.7)は 次 式 で 表 す こ と が で き る 。
D‑∫E〈P,。,、 、P(E)ttLen(E)dE
ρ (4.9)
ま た 、 式(4.9)か ら 吸 収 線 量 あ た り の フ ル エ ン ス は 次 式 の よ う に 表 す こ と が で き る 。
Φtotal
= D
1
∫Ep(E)tLten(E)dE
ρ
(4.10)
27
よ っ て 、 芯 線 か ら コ ン プ トン 散 乱 に よ っ て 発 生 す る 電 子 の 数nは 、 式(4.10)、 光 子 の エ ネ ル ギ ーEで の コ ン プ トン 散 乱 の 反 応 断 面 積 σ(E)、 芯 線 の 体 積vお よ び 密 度 ρか ら 次 式 に よ り 求 め る こ と が で き る 。
η 一 ∫ 努P(E)σ(E)・ ρdE (4.11)
ま た 前 項 と同 様 に 、電 子 の 数 は 電 気 素 量eを 用 い て 、電 荷 量pCに 変 換 す る こ とが で き る 。
口
̀
∂
photon ephoton
♂
十● 十
ψ ◎
レ .4e'e '
図4.5芯 線 周 囲 で の 光 子 の 相 互 作 用
4.3方 法
4.3.1ケ ー ブ ル の 内 部 構 造
光 子 線 照 射 で は 、 発 生 した コ ン プ トン電 子 が 測 定 回 路 内 に 流 入 、 流 出 す る こ と で 測 定 値 に 加 算 あ る い は 減 算 され る 。 そ の た め 、 光 子 が 芯 線 内 で 相 互 作 用 を 生 じる 場 合 、 そ の 物 質 の 材 質 や 大 き さ に影 響 す る と考 え られ る。
ケ ー ブ ル の 物 質 や 大 き さ とい っ た 詳 細 な 情 報 は製 造 者 側 か らは 提 供 され て い な い 。 ま た 、 ケ ー ブ ル は層 構 造 を して お り、 中 心 に あ る芯 線 は 細 い た めX線 に よ る 撮 影 で は 大 き さ を 明
ら か にす る こ と は で き な か っ た 。 そ こ で 、 芯 線 を 含 む ケ ー ブ ル の 内 部 構 造 を把 握 す る た め ケ ー ブ ル を 実 際 に切 断 し、 材 質 お よ び 大 き さの 検 討 を行 っ た 。
4.3.2モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル の 取 得 本 章 で は 、 図4.1の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 水 に 入 射 し て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 っ た 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に は 、 モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で あ るBEAMnrcモ ン テ カ ル ロ コ ー ド を 使 用 し た 。
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 体 系 は 、 計 測 時 の 条 件 と 同 じ に な る よ う に 十 分 な 大 き さ の 水 フ ァ ン ト ム を 線 源 表 面 問 距 離(sourcesurfacedistance;SSZ))=90cmに な る よ う に 配 置 し 、深 さ=10cm、
照 射 野10cm×10cmの 電 子 お よ び 光 子 の エ ネ ル ギ ー ス ペ ク トル を 取 得 し た 。 こ の と き 、ヒ ス ト リー 数 は109個 と し 、カ ッ トオ フ エ ネ ル ギ ー はECUTで0.521MeV、PCUT で0.01MeVと し た 。
29
4.4結 果 お よ び 考 察
4.4.1ケ ー ブ ル の 内 部 構 造
図4.6に 切 断 した フ ァー マ 形 線 量 計(PTW30013)の ケ ー ブ ル を 、 図4.7に そ の模 式 図 を 示 す 。 ま た 、表4.1に 芯 線 や ガ ー ドリ ン グ 、外 側 電 極 な どの 内部 構 造 を マ イ ク ロ メ ー タ に よ り 直 接 計 測 した 結 果 を 示 す 。 た だ し、 直 径 は 層 構 造 状 の 部 分 を直 接 計 測 した 値 で あ り、 厚 さ は 直 径 か ら計 算 に よ り求 め た そ の 材 質 の 層 で の 値 で あ る 。 ま た 、 絶 縁 体 は2種 類 が 連 続 し て 用 い られ て い た た め1つ と して 扱 っ た 。
一 遡
図4.6切 断 し た フ ァ ー マ 形 線 量 計(PTW30013)の ケ ー ブ ル
口
絶縁体
口
外側電極
口
防水鞘
口
口
絶縁体 芯線
＼
d
絶縁体 d ガ ー ド
リ ン グ
d
絶縁体
ノ
¶ 、
1ロ
