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作成： 2006/10/02 高橋史明
データ番号 ：040324
歯エナメル質に基づく被ばく線量評価
目的 ：事故時の被ばく線量評価
放射線の種別 ：ガンマ線、エックス線
放射線源 ：137Cs線源、60Co線源
線量（率） ：0.1-10Gy
利用施設名 ：日本原子力研究開発機構原子力科学研究所
応用分野 ：被ばく線量評価、放射線汚染の調査
概要 ：
光子被ばくを受けた歯エナメル質には、線量に比例した不対電子が内部に生じる。このようなエナメル質についてESR計測を実施した場合，不対電子の量、結果的に線量に比例した信号が検出されるので、被ばく線量評価が可能となる。一方、被ばく評価では健康影響の発現しやすい臓器線量に関する情報が重要となる。そこで、歯エナメル質の受けた線量から臓器線量を換算評価する手法が研究されている。
詳細説明 ：
確率はかなり低いとはいえ、放射線源の誤操作等による放射線事故が発生した場合、医療措置あるいは将来的な健康影響の対策を必要とする被ばくを受ける可能性もある。ここで、発生する健康影響及びその確率に大きく関係する被ばく線量の評価が要求される。しかし、高線量被ばくでは平常の作業時に使用する線量計（ガラスバッジ等）は、低い線量の被ばくでの感度の良い計測を目的として製作されているため、有益な情報を与えない可能性もある。また、線量計等による実測結果を持たない公衆等について、被ばく評価が要求された例も過去にある。そこで、光子（ガンマ線、エックス線）による外部被ばくについては、被ばく者の歯エナメル質の電子スピン共鳴(ESR)計測を利用した線量評価法が期待されている。
この手法は、ESR計測で検出された信号強度が、エナメル質の受けた線量（エナメル質線量）に比例して生成する不対電子の量と関係付けられることに着目する。すなわち、この手法は、エナメル質を一種の放射線検出体として利用する手法である。生成する不対電子の安定性は人の寿命よりも長いため、過去の原爆被爆、放射線汚染事故等における被ばく線量が、数年あるいは数十年経過した後に本手法により評価されている。国際放射線単位測定委員会（ICRU）や国際原子力機関(IAEA)も、この評価法について報告している（参考資料１及び参考資料２）。
一方、被ばく評価の目的を鑑みた場合、放射線に対する感受性が高い臓器・組織（消化管、肺、生殖腺等）の受けた線量（以下、臓器線量）が重要となる。これらの臓器、組織は主に胴体内にあり、元素組成も歯エナメル質と違うため、同一の被ばく条件下でもエナメル質線量と受ける線量が異なる可能性もある。国際的にもエナメル質線量から臓器線量への関係付けは、重要な課題とされていた。
一方、近年、計算機技術の発展という背景から、確率論的な手法を用いたモンテカルロ計算で物質中の放射線の輸送を模擬する手法が、被ばく評価研究でも広く採用されるようになってきた。この手法は、数学的に表現した人体モデルを用いて臓器線量を評価するものである。ただし、歯は放射線による健康影響の発現が確認されていないため、これを含むモデルは存在しなかった。そこで、新たに図1に示すように歯の形状を新たに数式で定義して、頭部に組み込んだ人体モデルが開発された（原論文１）。電磁カスケードモンテカルロコードEGS4を用いたモンテカルロ計算により、様々な光子被ばく条件を想定して、人体モデルの各臓器線量、エナメル質線量及び両者の換算関係が求められた。
図1 Human model used in Monte Carlo calculations, a) Overview, b) added teeth part
モンテカルロ計算による解析の結果、様々な光子外部被ばく条件に対して，エナメル質線量から他の臓器線量を推定するために必要な換算係数が求められた。図２に、光子が人体の前方より入射した場合について、エナメル質線量に対する臓器線量の比を示す（原論文１）。エネルギーが100keV以下の光子と物質の主な相互作用は、原子番号の大きな元素で確率が大きくなる光電効果である。多くの臓器は、主に水素、酸素等の軽元素で構成されるが、歯エナメル質は、リン、カルシウム等を多く含む。そのため、エナメル質線量は、低エネルギー被ばく条件で他の臓器線量よりも著しく高くなった。
図2 Dependence of the ratio of organ doses to enamel dose on energy of incident photons.
エナメル質線量については、これまでに人体モデルを用いた解析例が少なかった。そこで、日本原子力研究開発機構 原子力科学研究所の放射線標準施設棟におけるガンマ線照射実験により、エナメル質線量の計算結果が検証された（原論文２）。この実験では、光子に対する質量エネルギー吸収係数がエナメル質に近い硫酸カルシウムの熱ルミネッセンス線量計を、物理的な人体模型の口腔部に配置した。この実測で得られた口腔部の線量は、計算で解析されたエナメル質線量は合理的に一致した。
コメント ：
歯エナメル質のESR計測に基づく被ばく線量評価は、事故時に線量計を持たなかった公衆等についても適用できるという特長がある。また、エナメル質に生成される不対電子の安定性は人の寿命よりも長いため、被ばくしてから数年経過した後でも、この手法による線量評価が可能である。エナメル質線量から臓器線量への換算係数が整備されたことにより、過去の事例におけるより詳細な被ばく評価が可能となった。
従来は、治療等で抜歯した試料に含まれるエナメル質のESR計測に基づく線量評価が実施されている。一方、頭部内のエナメル質からESR信号を検出する装置が開発されており、今後は被ばく直後における本手法に基づく線量評価が期待されいる（参考資料４）。
原論文１ Data source 1：
Relations between Tooth Enamel Dose and Organ Doses for Electron Spin Resonance Dosimetry against External Photon Exposure
F. Takahashi*1, Y. Yamaguchi*1, M. Iwasaki*2, C. Miyazawa*2 and T. Mamada*3
*1Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) , now Japan Atomic Energy Agency (JAEA)
*2Ohu University
*3Nuclear Safety Research Association
Radiation Protection Dosimetry, 95, pp.101-108 (2001)
原論文２ Data source 2：
Analysis of Absorbed Dose to Tooth Enamel against External Photon Exposure
F. Takahashi*1, Y. Yamaguchi*1, M. Iwasaki*2, C. Miyazawa*2, T. Hamada*3, J. Funabiki*4 and K. Saito*1
*1Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) , now Japan Atomic Energy Agency (JAEA)
*2Ohu University
*3Nuclear Safety Research Association
*4Mitsubishi Research Institute
Radiation Protection Dosimetry, 103, pp.125-130 (2003)
参考資料１ Reference 1：
Retrospective Assessment of Exposures to Ionizing Radiation
International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU)
ICRU Report 68 (2002)
参考資料２ Reference 2：
Use of electron paramagnetic resonance dosimetry with tooth enamel for retrospective dose assessment
International Atomic Energy Agency (IAEA)
IAEA-TECDOC-1331, pp.28-30 (2002)
参考資料３ Reference 3：
歯を用いた被ばく線量評価法を開発
高橋史明
日本原子力研究所（現 日本原子力研究開発機構）
たゆまざる探求の軌跡 研究と成果2005, p.17 (2005)
参考資料４ Reference 4：
Atomic Bomb and Accident Dosimetry with ESR: Natural Rocks and Human Tooth In-vivo Spectrometer
Motoji Ikeya and Hiroshi Ishii
Department of Physics, Faculty of Science, Osaka University
Applied Radiation Isotopes, 40, pp.1021-1027 (1989)
キーワード：歯エナメル質、電子スピン共鳴（ESR）、外部被ばく、レトロスペクティブな線量評価、臓器線量、ガンマ線、エックス線、モンテカルロ計算、EGS4、TLD線量計
tooth enamel, Electron Spin Resonance (ESR), external exposure, retrospective dose assessment, organ dose, gamma-ray, X-ray, Monte Carlo calculation, Electron-Gamma shower code version 4(EGS4), Thermo-luminescence dosimeter(TLD)
分類コード：040107
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