超並列計算による高線量率超短時間照射 (FLASH) 効果の数理モデルの構築

使用大规模并行计算构建高剂量率超短照射（FLASH）影响的数学模型

• 批准号: 21K12246
• 负责人: 岡田 勝吾
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12246/
• 关键词: 放射線シミュレーション; モンテカルロ法; 超並列計算; GPGPU; FLASH効果; FLASH-RT; 酸素効果

昨年度にFLASH照射による水溶液内の放射線化学反応過程を追えるよう機能拡張したMPEXS-DNAで、研究分担者が行った陽子線FLASH照射の実験を模擬したシミュレーションを実施した。その実験とは、OHラジカルを捕獲して蛍光を呈するクマリン-3-カルボン酸(C3CA)が溶けた水溶液に陽子線を線量率を変えて照射し、7-ヒドロキシ-クマリン-3-カルボン酸(7OH-C3CA)の収率の線量率依存性を測定するものである。実験では線量率の増大により7OH-C3CAの収率が低下し10 Gy/s以降ほぼ一定となる結果を得たが、これをMPEXS-DNAシミュレーションでも再現した。但し、実験では収率低下率が60%程度であり、対してMPEXS-DNAは30%と両者に差がある。現状MPEXS-DNAに実装したC3CAに関連する反応速度定数等のパラメータが実現象に即しておらず今後の課題である。7OH-C3CAの収率低下の要因としては、FLASH照射により水溶液内の酸素濃度が極度に低下して7OH-C3CA生成に酸素が関わる経路が遮断されるためとされた。しかし、実験で各線量率での酸素消費量を見ると、7OH-C3CAの収率低下に見合うだけの酸素は消費されていなかった。この件もシミュレーションで再現できた。7OH-C3CAの収率低下の可能性のある別要因として、FLASH照射でOHラジカル同士の再結合が活性化し過酸化水素の生成が増えてOHラジカルが減少することが挙げられる。実際シミュレーションでは線量率の増大で過酸化水素の収率が増え、その量は7OH-C3CAの収率減少に十分見合う。この結果の検証のため、来年度には過酸化水素の収率の線量率依存性の実測値との比較を行う。更に電子線のFLASH照射時の水和電子の収率の経時変化の実測データとの比較も行い、MPEXS-DNAは概ね実測結果を再現することを確認した。

In the past year, the chemical reaction process of FLASH irradiation in aqueous solution has been investigated and the MPEXS-DNA system has been developed. The linear dependence of the yield of C3CA in aqueous solution on the yield of C3CA was determined. The increase in the yield of 7OH-C3CA resulted in a decrease in the yield of 10 Gy/s and a decrease in the yield of MPEXS-DNA. However, the rate of decrease in MPEXS-DNA was 60% and 30% respectively. The current MPEXS-DNA installation and C3CA are related to the reverse speed determination and other problems in the future. The main reason for the low yield of 7OH-C3CA is that the acid concentration in aqueous solution is extremely low due to FLASH irradiation, and the acid generation is related to the interruption of the circuit. The acid consumption of each line rate is lower than that of 7OH-C3CA, and the acid consumption is lower than that of 7OH-C3CA. This is the first time I've seen this. 7. The possibility of low OH-C3CA production rate is due to the increase of OH content and recombination of OH content by FLASH irradiation, and the decrease of OH content by FLASH irradiation. In practice, the increase in the production rate and the decrease in the production rate of 7OH-C3CA are very consistent. The results of this study were compared with those of the previous year in terms of the linear dependence of the yield of acidified water. In addition, the comparison between the measurement results of water and electron conversion rate during FLASH irradiation and the reproduction of MPEXS-DNA test results were confirmed.