National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
National Institute of Radiological Science: NIRS-Repository / 放射線医学総合研究所 学術機関リポジトリNot a member yet
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Developments on the Laser-Driven Neutron Source and Single-shot Resonance Spectroscopy at ILE Osaka
No full textThe Laser-Driven Neutron Source (LDNS), a novel approach to neutron generation, has attracted significant attention due to its capability to produce neutron pulses with ultra-short duration and high flux [1]. In this presentation, we introduce our recent progress on high-flux neutron generation [1] and single-shot neutron resonance spectroscopy using LDNS [2]. In our experiments, the petawatt LFEX laser was focused onto a CD foil target to accelerate protons and deuterons. These accelerated ions subsequently interacted with a cylindrical beryllium target used as a neutron converter. Through nuclear reactions such as ^9Be(p, n)^9B and ^9Be(d, n)^10B, neutrons were generated with yields up to ~10¹¹ per pulse and durations shorter than 1 ns [1].The generated high-energy neutrons were moderated to epithermal and lower energy ranges (meV–eV) using a high-density polyethylene (HDPE) block. A neutron beamline of 1.8 m was developed to measure neutron resonance absorption peaks near 4.28 eV from a tantalum sample heated to various temperatures. The measured neutron resonance widths exhibited clear temperature dependence due to Doppler broadening. We have successfully demonstrating isotope-selective nuclear thermometry with LDNS in a single-shot mode. The correlation between resonance width and sample temperature was determined in the range from approximately 300 K to 650 K [2]. Such single-shot, resonance-based temperature measurements would be practically impossible with conventional accelerator-driven neutron sources due to insufficient neutron flux. Detailed experimental results and their implications will be discussed.[1] Akifumi Yogo et al, PRX 13, 011011 (2023)[2] Zechen Lan et al, Nat. Commun. 15, 5365 (2024)Nuclear Photonics 2025conference presentatio
Progress on laser-driven spin polarized neutron beam generation
No full textLow energy neutron (thermal neutron) sources are widely used in various fields such as neutron radiography, neutron diffraction, and Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Spin-polarized neutrons are also considered as one of the next generation quantum sources, enabling the analysis of magnetic structures in materials. Laser-driven neutron sources are considered promising due to their point source and short pulse. The generation of thermal neutrons by lasers has been studied by using specially designed moderators [1-3]. In this study, we propose a novel method based on the Stern–Gerlach principle, where neutrons are spatially separated into fully spin-polarized states by a magnetic field gradient. By combining a laser-driven neutron source with a laser-driven magnetic field, this method enables the generation of spin-polarized neutrons with both point-source characteristic and short pulse duration.The experiment is conducted at GEKKO XII–LFEX laser facility at Institute of Laser Engineering, The University of Osaka [3]. Photonuclear reactions induced by deuterons were utilized to produce thermal neutrons without any moderators. The LFEX laser generates x-rays, which then induce neutron production by a deuterated plastic target. The resulting neutron spectrum spans a broad energy range from meV to MeV. A magnetic field is subsequently generated using GEKKO XII laser triggered after the LFEX pulse.Preliminary experimental data confirm that thermal neutrons are successfully detected by the detector package, although spin-polarized neutrons have not yet been identified due to an insufficient signal-to-background ratio.References[1] S.R. Mirfayzi, et, al, Sci. Rep, 10, 20157 (2020). [2] S. R. Mirfayzi et al., Appl. Phys. Lett. 116, 174102 (2020). [3] A. Yogo et al., Appl. Phys. Express 14 106001 (2021).Nuclear Photonics 2025conference presentatio
放射線を照射したフッ素ゴムの熱分析
No full text酸素が存在しない環境で、高分子に放射線を照射すると分子鎖の架橋と切断が起こる。例えばポリエチレンの場合には架橋が優先して耐熱性が向上するので架橋PEとして実用に供されている。酸素が存在する環境で照射されるとカルボニル基とハイドロパーオキサイド（HP）も生成する。本発表では、空気存在下で照射したTetrafluoroethylene-propylene 共重合体の酸化熱劣化挙動を熱重量分析によって評価した。日本ゴム協会2025年年次大会conference presentatio
Stable Generation of High-Quality Beam by 3-GeV Low-Emittance Linear Accelerator in NanoTerasu
No full textThe construction of a low-emittance 3-GeV linear accelerator as an injector system of a new high-brilliance synchrotron radiation facility “NanoTerasu” was completed in January 2023. After beam commissioning of the accelerator complex for several months, the synchrotron radiation for user experiment was provided in April 2024 as planned *. The 3-GeV compact linear accelerator consists of 40-MeV injector system and C-band accelerator. The electron beam with a bunch charge of more than 0.5 nC and normalized emittance of less than 2 mm mrad is generated from an electron RF gun system with a gridded thermionic cathode at a “transparent” grid condition **. In the 40-MeV injector system, the bunched beam with a bunch length of 5 ps and normalized emittance of less than 10 mm mrad is generated. In usual operation, the bunched beam is accelerated up to 3 GeV and injected stably into the storage ring. In this presentation, we report on the establishment of beam adjustment by tuning RF amplitude and phase. We also report on the beam performance obtained, including beam stability, and comparing the design beam envelope and measured beam optics in the linear accelerator.the 16th international particle accelerator conference (IPAC’25)conference poste
超偏極MRI画像診断装置のための新しい磁場可変型の対向型永久磁石の開発と評価
No full textはじめに 磁気共鳴画像診断装置（MRI）は、世界中の臨床現場で活用されている医療機器である。MRI装置によって癌などの様々な疾患の単なる形態情報だけでなく、組織の代謝状態や血流、分子レベルの変化など、より高度な生体情報を取得することが可能である。さらなる装置の進化のために感度向上は最重要課題である。我々はこの感度向上の方法として「超偏極法」に着目し様々な装置開発を行ってきた。MRI撮像では磁場中での核スピンの向き（up/down）の偏りを利用して信号を得るが、その偏り（偏極率）を大きくすることでシグナルを増強する手法が超偏極法である。超偏極法には様々な手法があるが、そのうちオーバーハウザー効果を応用したMRI装置に着目している。オーバーハウザー効果MRIは電子と核のスピン間の相互作用を利用して核スピンの偏極率を高める手法であり、具体的には生体内にある不対電子スピンを電磁波を用いて励起し、その後にMRI撮像を行うことで不対電子の持つ情報を画像化できる特色がある。しかし本装置には大きな問題点がある。不対電子を励起するための電磁波周波数がGHzオーバーとなってしまい、表皮効果により生体深部に到達できない。(Fig.1)この問題点を解決するために電子スピン励起時に磁場を下げ、MRI撮像時には磁場を上げる磁場スイッチング方式が提案されててきた。我々はこれまで複数の永久磁石を用いたシャトル型、サンプル回転型、磁石回転型(Fig.2)などの先駆的な装置を試作してきたが、いずれも問題点があり実用化には至っていない。そこで今回我々は対向配置された磁石の永久磁石の相対的な位置を操作する新たな磁場可変方式を考案し、その磁場均一性の評価を行った。方法磁石の磁場分布をシミュレーションし、磁石設計を行い、磁石を設計し、製作した。磁場分布を磁石の相対位置を変更しながら測定し、評価を行った。結果磁石間の磁場分布の実測では、ポールピースの有無で均一度の向上が確認された。磁場の均一性はまだあまり高くないため更なる最適化が必要である。磁石の相対位置を変更することで、予測通りに磁場強度を変動可能なことが示された。第49回日本磁気学会学術講演会conference poste
Role of Ca2+ signaling for Oscillation of Circadian Transcriptional Circuits
No full textOur group is focusing on roles of Ca2+ signaling in circadian clock system. In mammals, circadian Ca2+ signaling is transduced by CaMKII that phosphorylates CLOCK to promote E-box-dependent gene expression (Kon et al., Genes and Development, 2014). Recently, we found that Na+/Ca2+ exchanger (NCX) mediates cold Ca2+ signaling for temperature compensation, and the role of NCX is conserved among mammals, insects, plants and cyanobacteria (Kon et al., Science Advances, 2021). The study suggests that Ca2+ signaling was involved in ancestral clock system. In order to investigate a hierarchical structure in the clock system, we developed mammalian cellular and fruit fly models that lost transcriptional rhythms without disrupting genes encoding the clock-related transcriptional factors. In the mammalian cells, expression of known clock genes was not sufficient to generate autonomous transcriptional rhythms of Per2 and Bmal1. Importantly, their anti-phasic expression rhythms were sustained by once-daily activation of Ca2+ signaling. The forced oscillation of transcriptional circuits was also observed in Drosophila mutant of Ca2+ signaling. Importantly, we found that circadian Ca2+ rhythms were present in mammalian cells lacking Bmal1. These results lead a novel clock model that the circadian transcriptional circuits are sustained by Ca2+ oscillation.EBRS2025conference presentatio
ナノテラスにおける縦方向ビーム不安定性抑制の状況
No full text高輝度放射光施設NanoTerasuは、当初の計画通り2024年4月から利用運転を開始し、200mAの蓄積ビーム電流で安定した放射光供給を行なっている。NanoTerasu蓄積リングでは、加速器設計段階からビーム不安定性への対応が施されている。段差を極力低減した真空ダクト形状とすることは勿論、高周波空胴ではHOM吸収体を装備した新型空胴を採用している。また、横方向ビーム不安定性について能動的に作用する4電極型RFキッカーも予め導入された。これらの適用により、横方向ビーム不安定性は効果的に抑えられていることがビームコミッショニング期間に確認された。しかしながら、蓄積ビーム電流が220mA以上になると縦方向ビーム不安定性が確認され、現在これが蓄積ビーム電流値に制限を与えている。こうした問題克服のため、縦方向ビーム不安定性に対応するピルボックス型RFキッカー空胴・駆動システムを開発し、現在、蓄積リングに導入した。本発表では、ピルボックス型RFキッカー空胴の特性、ならびにビーム試験結果を示す。また、横方向RFキッカーを縦方向ビーム不安定性に対して適用した効果も併せて報告する。第22回日本加速器学会年会conference poste
高次高調波軟 X 線分光装置の開発と薄膜透過率測定への応用
No full text本研究では波長1030 nm・パルス幅200 fs、繰り返し周波数1 kHz、出力1 Wのレーザーを噴射したアルゴンガスジェットに集光し、全長4 mの光学系で59次（71 eV）までの高次高調波を観測した。この高次高調波光源を用いて、シリコンナイトライドおよびマグネシウム薄膜の透過スペクトルを計測した。日本物理学会第80回年次大会conference presentatio
呼吸器領域における極細径ファイバースコープがもたらす技術革新
No full text現行の気管支鏡では4mm程度の外径ゆえに肺胞が露出する外径1mm以下の細気管支以深の末梢気道の直接的観察が困難であり、実臨床では末梢気道病変に対して透視や超音波補助下の間接的観察で生検が行われている。我々はこれまで外径0.72mmの柔軟で親水性を備えた極細径光ファイバースコープLYUを開発し、肺胞構造を含む末梢気道の観察に世界で初めて成功した。今後予定するLYUを使用した特定臨床試験の前段階として、現在切除肺を用いて末梢気道病変の内腔観察を行っている。非喫煙者の末梢気道では微細で均等な泡沫構造と毛細血管を有する肺胞構造が観察された。重喫煙者の末梢気道の肺胞領域では泡沫構造が不均一で部分的に破壊され気道内腔が拡張し、さらに気道内腔の上皮が気道末梢まで広がり、気道に開口する肺胞数が減少していた。画像上すりガラス影を伴う末梢肺腺癌部位は気道表面の発赤や新生血管の増生が観察されたが、肺胞構造の破壊や腫瘍の露出は認められなかった。末梢肺扁平上皮癌部位は、肺胞構造の破壊と腫瘍周囲の気管支壁の腫脹、気道内腔の狭窄を認め、腫瘍は少量の出血を伴い気道内腔に露出していた。間質性肺炎では広範な新生血管の増生と肺胞構造の破壊、気道上皮層の肥厚が観察された。現在LYUの気管支鏡生検への応用として、LYUと生検鉗子が平行挿入可能な２孔式ガイドシースを開発し、切除肺を用いて末梢気道病変を内視鏡下で視認し生検を行う臨床研究を行っており、今後生体肺を用いて末梢気道病変を生検する特定臨床試験を行う予定である。同時に内腔所見を基に腫瘍では癌／炎症や原発性肺癌／転移性肺腫瘍などの鑑別診断を、びまん性肺疾患では線維化や炎症など質的診断の実現を目指す。またLYUの更なる臨床応用として、末梢気道に発生した小型肺腫瘍の術中同定や難治性肺瘻に対する低侵襲治療への応用も検討している。本学会において呼吸器領域におけるLYUがもたらす新たな技術革新の可能性について議論したい。第46回 日本レーザー医学会総会conference presentatio
Recent Developments in Internal Dose Monitoring at QST
No full textFollowing the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident, Japan improved its radiation emergency medical system to better respond to complex disasters. As part of this effort, six institutions, including the National Institutes for Quantum Science and Technology (QST), were designated as Advanced Radiation Emergency Medical Support Centers (AREMSC) in 2015. In April 2019, QST was further designated as the Core Center, taking a leading role.To strengthen its internal dose monitoring capabilities, QST built a dedicated facility at its Chiba site in March 2021. This facility, the Dose Assessment Building for Advanced Radiation Emergency Medicine, was established based on lessons from the 2017 internal contamination accident at the Oarai Research and Development Center. It focuses on bioassay techniques, especially for actinides.Over the past four years, the facility has made steady progress in internal dose assessment. Bioassay procedures for actinides have been optimized to improve chemical recovery and reduce processing time. New screening methods using small-volume urine samples and mass spectrometry have also been developed. For quality assurance, QST has participated in the PROCORAD international intercomparison since 2016. In recent years, it has received TOPLABO nominations in several categories. For in vivo monitoring, calibration methods reflecting radionuclide biokinetics are under development using a whole-body counter with three HPGe detectors. Lung monitoring protocols are also being refined. Additionally, performance tests of the portable thyroid monitor “I-Beetle,” launched in January 2024, are underway.This presentation will highlight these recent technical developments.The 12th International Symposium on Radiation Safety and Detection Technology (ISORD-12)conference poste