トップページ > プレス発表
2025.05.14
原子力基礎工学研究センターは、国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構（QST）との共同研究により、α線がん治療薬に含まれるα線放出核種の化学形と放射能を迅速・同時に分析できるシステムを開発しました。このシステムは2025年4月より、明昌機工株式会社から製品名「NuS-Alpha（ニュースアルファ）」として販売しています。
新しいがん治療法として注目されているα線内用療法は、その実用化に強い期待が集まっています。この治療では、α線を放出する211At（アスタチン）や225Ac（アクチニウム）等を含む薬剤の化学形や放射能を正確に測定し、治療効果を厳密に評価する必要があります。一方、211Atは半減期が約7時間と短く、急速に崩壊してしまうため迅速かつ正確な分析手法が求められていました。しかし、従来技術には、（1）X線等の妨害により一部の化学形が分析できない、（2）分析に時間がかかる、（3）化学形と放射能を別々に測定しなければならない、（4）複数の装置を使用するため、広い作業スペースを要し、人や物の移動が多くなることで作業者の被ばくリスクが増す――といった問題がありました。
これらを解決するため、当センターとQSTは、薄層クロマトグラフィー（TLC）、α線シンチレーター、高感度CCD/CMOSカメラを統合した「α線内用療法薬分析システム」を開発しました。本システムでは、TLCで薬剤中の211Atを化学的性質ごとに分離し、α線のみをシンチレーターで可視化することで、化学形と放射能を１台の装置で同時に分析することが可能です。これにより、X線等の妨害を受けることなく、従来は困難だった一部の化学形を識別し、薬剤の有効性を正確に「見える化」することができます。さらに、感度の向上により分析時間を従来の1/40にまで大幅に短縮することで貴重な薬剤の不要な損失を防ぎ、化学形と放射能をリアルタイムに解析できるようになったことで作業工程の大幅な簡略化が実現し、作業者の被ばくリスクを低減することができました。加えて、省スペース設計により、医療現場や研究室など限られた空間でも容易に導入できます。
正確・迅速・簡便・省スペースな分析を可能とするNuS-Alphaは、α線内用療法の実用化を加速するだけでなく、他の放射線治療や環境モニタリングなど幅広い分野への応用も期待できます。
リンク先：機構のHPプレス
2025.05.08
原子力基礎工学研究センターは、放射線物理・化学に関する最新の科学的知見に基づき、最新放射線治療のがん殺傷メカニズムの解明を目的として、放射線が生体内で発生させる水の分解生成物の挙動を追跡・可視化する計算プログラムの開発に成功し、公開しました。
放射線療法において生体に放射線を照射すると、生体内の分子と放射線が物理反応を起こします。その後、水分子は分解され、OHラジカルや水和電子など、さまざまな分解生成物が大量に発生し、DNAとの化学反応を引き起こします。近年、極めて短い時間に大量の放射線を照射し、正常組織内での副反応を抑制しながら腫瘍を効率よく殺傷する「FLASH療法」が登場し、世界的にも注目されています。しかし、副反応が抑制される原理は判然とせず、生体内における水の分解生成物が重要である仮説が立てられています。今日までに水の分解生成物の動きを予測する化学コードが、世界中の研究者により開発されてきました。しかし、予測可能な放射線の種類には制限がありました。
そこで本研究では、PHITSコードを活用し、がん治療に用いるさまざまな放射線による水の放射線分解と発生する分解生成物の挙動を追跡する化学コード（以下、「PHITS-Chem」）を開発しました。PHITS-Chemコードは、PHITS専用の３次元可視化アプリケーションPHIG-3Dと組み合わせることで、水の分解生成物の挙動が可視化され、水の放射線分解とDNAとの化学反応の直感的な理解を実現しました（図1参照）。
本開発の応用により、「FLASH療法」の最適化、他の放射線治療計画の高度化など、医学研究の飛躍的な進展が期待できます。さらに、生命科学分野におけるDNA損傷の発生原理の解明のみならず、原子力工学分野では原子炉内の水素発生量の解析にも応用可能です。
開発したPHITS-Chemコードは、PHITSパッケージに内包され、10,000名以上のユーザーに配布されました。本成果は、2025年3月21日に英国科学誌「Physical Chemistry Chemical Physics」に掲載されました。同時に、開発コードで作成した図が雑誌の裏表紙に採用されました（図2参照）。
【謝辞】図2は、「Physical Chemistry Chemical Physics」より許可の上で掲載しています。
論文情報：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cp/d4cp04216f
リンク先：機構のHPプレス
2025.03.31
原子力基礎工学研究センターは、茨城大学、北海道大学、京都大学との共同研究により、DNA周囲の水分子の放射線分解生成物が生命の遺伝情報を狂わせる可能性を示しました。この結果は、放射線被ばくによる発がんの出発点に新たな基礎概念を与える研究成果です。
放射線による発がんリスクは、低線量域では疫学データが少ないため、モデルに基づいて推定します。モデルの中には、低線量でも発がんリスクがあると考える“しきい値が無いモデル”や、その逆の“しきい値が有るモデル”が存在します（図1(a)）。現在では、どんなに低線量でも発がんリスクが存在すると見なす“しきい値が無いモデル”を採用し、安全性に余裕を持った放射線管理が行われています。放射線による発がんリスクを理解・評価するには様々な過程の科学的知見の蓄積が必要ですが、発がんの出発点であるDNA損傷の実験的検出は未だ非常に困難です。
本研究では、計算機シミュレーションを利用して、複雑なDNA損傷の形成メカニズムの解明を目指しました。ここでは、DNA周囲の水が放射線により分解された際の生成物が誘発するDNA損傷の形成に注目しました。このとき水分子の放射線分解で生成されるOHラジカルや水和電子はDNAと反応し、DNA鎖の切断や塩基の損傷などを引き起こす特徴があります。そこで、水分子の分解生成物のランダムな運動を模擬し、DNAと反応してDNAの損傷が発生する確率を計算しました。
その結果、DNA近傍の水分子が分解された場合、修復可能な孤立損傷に比べ約50分の1の確率で鎖切断と塩基損傷が密に生じた複雑なDNA損傷（クラスター損傷）が形成されることを解明しました（図1(b)）。このような複雑な損傷は、DNA修復酵素による損傷の修復が困難ですので、その後、細胞の染色体異常が誘発されて、最終的に発がんを引き起こす可能性があります。このことから本研究成果は、発がんリスクの“しきい値が無いモデル”を支持する結果といえるとともに、この知見は今後、放射線防護の新たな基礎概念になることが期待できます。また本研究では、DNA損傷の観点から低線量被ばくの理解を深めました。今後は、放射線治療で重要となる高線量放射線場におけるDNA損傷の収量評価等にも展開する予定です。
本研究成果は、Nature Portfolioの『Communications Chemistry』(https://www.nature.com/articles/s42004-025-01453-x)に2025年3月6日（ロンドン時間10:00）付けでオンライン掲載されました。
リンク先：機構のHPプレス
2025.03.25
図1 開発した可視化手法の概要
原子力基礎工学研究センターは、液体が大量の液滴に分裂する現象を3次元で可視化できる手法を開発し、燃料デブリが形成される過程の理解を深めました。
原子炉の過酷事故では、炉内の燃料が溶けて下部の冷却材プールに落下した際に、大量の細かな液滴に分裂して広がります。溶融燃料や分裂した液滴が冷え固まると燃料デブリになります。特にプールが浅い場合、溶融燃料が床に衝突しながら液滴に分裂するため、非常に複雑な状況で燃料デブリが形成されます。このように複雑な燃料デブリの形成過程を明らかにできれば、デブリ形成過程の解釈等で東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所（1F）の廃炉に貢献できます。また、あらかじめ過酷事故対策することで原子炉の安全性をさらに向上させることができます。しかし、燃料デブリ形成過程の一端でもある大量の微小な液滴の発生現象は実験による可視化計測が非常に難しいため、燃料デブリ形成過程の詳細な理解は得られないままでした。
本研究では、液体が大量の液滴に分裂する現象を3次元で可視化できる手法を開発しました。また、3次元可視化データを計算機で処理することで、一つ一つの液滴の大きさや速さを高精度に計測することができるようになりました（図1）。これらの可視化手法を使って、原子炉過酷事故で溶融した燃料が浅い冷却材プールに落下する状況を模擬した実験を行いました。その結果、液滴は二つの液体の速度差や遠心力による「サーフィンパターン」、重力による「液膜破断パターン」で発生することが分かりました。以上により、大量の微小液滴が発生する現象を世界で初めて詳細に観察できるようになりました。さらに詳細な観察と高精度な計測によって燃料デブリが形成される過程の理解を深めました。この成果は、1F廃炉に貢献し、原子炉の安全性向上に寄与します。
本成果は3月10日に流体物理学の専門誌Physics of Fluidsに掲載されました。
【論文情報】
掲載論文：Physics of Fluids
タイトル：Atomization Mechanisms in the Vortex-like Flow of a Wall-impinging Jet in a Shallow Pool
著者名：Naoki Horiguchi1, Hiroyuki Yoshida1, Akiko Kaneko2, Yutaka Abe3
所属：1日本原子力研究開発機構 原子力基礎工学研究センター, 2筑波大学システム情報系, 3筑波大学名誉教授
DOI：10.1063/5.0253743
リンク先：機構のHPプレス
2025.01.23
原子力基礎工学研究センターは、新潟大学、九州大学との共同研究により、温暖化に伴う降水パターンの変化によって引き起こされる土壌の乾燥と湿潤の繰り返しによって、土壌から放出されるCO2の量が大きく増大することを明らかにしました。
大気中のCO2濃度の上昇は、地球の温暖化を引き起こし、さらには地球規模での水の大循環にも影響を及ぼすことで、世界各地の降水パターンを大きく変化させつつあります。こうした降水パターンの変化は、単なる年間降水量の増減だけでなく、極端豪雨や干ばつなどの頻度を増大させ、土壌の乾燥と湿潤の繰り返しを引き起こすことが危惧されています。土壌の乾燥と湿潤の繰り返しは、土壌における有機炭素の分解とそれに起因したCO2放出（地球全体で人為起源排出量の約5倍に相当）に大きく影響を及ぼす可能性があります。本研究では、国内各地の10地点の森林から採取した土壌を、降水パターンの変化に伴う乾燥と湿潤の繰り返しを模擬した条件で84日間室内培養し、CO2放出量の変化を評価しました。その結果、全ての土壌において、CO2放出量は乾燥と湿潤の繰り返しによって増大し、土壌水分量が変化しない条件でのCO2放出量の1.3～3.7倍になることが明らかになりました。さらに、このCO2放出量の増大は、乾燥と湿潤の繰り返しによる微生物細胞の破壊と分解に加え、土壌炭素の蓄積に寄与している活性金属―有機物錯体成分の分解促進により引き起こされている可能性が示されました。本研究成果は、気候システムにおける炭素循環フィードバックの詳細解明に繋がるものであり、地球環境の将来予測モデルの予測精度向上に資することが期待されます。
本研究成果は、欧州地球科学連合発行の科学誌「SOIL」に2025年1月16日付でオンライン掲載されました。
論文情報：https://soil.copernicus.org/articles/11/35/2025/
リンク先：機構のHPプレス
Copyright © Japan Atomic Energy Agency. All Right Reserved.
