量子ビームで生成するトラックポテンシャルの階層構造と飛跡構造の関係を探る

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本研究課題では、トラックポテンシャル(量子ビーム照射で生成する分子イオンの集まりが作る電場)と飛跡構造(エネルギー付与の空間分布)との関係を解明するシミュレーション研究を行う。この解明は重イオンビーム癌治療が高い治療効果を持つ理由の解明に繋がる可能性がある。クラスターイオン照射では、生成する分子イオンが空間的に広がるが、その広がりがトラックポテンシャルと飛跡構造との関係に与える影響を解明することを目指し、この照射のシミュレーション研究を行っている。この広がりの影響解明は、クラスターイオンだけでなく、極端紫外線レーザーの生物影響の研究にも役立つと考えられる。本年度は、昨年度までに実行したシミュレーション結果を論文にまとめ、原著論文として査読付き科学雑誌に掲載することに成功した。この論文では、クラスターイオンを構成するイオンの数、イオン間距離とトラックポテンシャルから脱出する二次電子の確率、及び、二次電子のエネルギー付与の空間分布を表す動径線量との関係を明らかにした。具体的には、(i)脱出確率、動径線量にイオンの数の依存性が弱いこと、(ii)イオン間距離が増えれば線形的に脱出確率が減少すること、(iii)イオン間距離が1 nmを超えると動径線量の傾向が大きく変わることなどを示した。重イオン照射では、照射後、すぐにプラズマ状態を形成すること、及び二次電子間のクーロン相互作用により非常に速い時間で二次電子は平衡状態になることが以前のシミュレーション研究でわかった。そこで、２つの状態になるまでの時間を比べた。その結果、安定したプラズマ状態になる前に平衡状態になることを示唆した結果を得た。この結果を論文にまとめ、査読付き科学雑誌に掲載することに成功した。