JP2007047096A - Radioisotope manufacturing equipment and its installation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガン検診及び脳や心臓の新陳代謝を検査するPET診断において、患者に注射する放射性薬剤を製造する放射性同位元素製造装置に関し、特に、イオンビームの照射に伴って発生する人体に有害な放射線を遮蔽する技術に関する。 The present invention relates to a radioisotope production apparatus for producing a radiopharmaceutical to be injected into a patient in cancer screening and PET diagnosis for examining brain and heart metabolism, and is particularly harmful to the human body generated with ion beam irradiation. The present invention relates to a technique for shielding radiation.
18F放射性同位元素(以下、F−18という)のポジトロン放射を利用した、断層撮影による診断(以下、PET(Positron Emission Tomography)診断という)を実施することにより、有効なガン診断が可能であることが知られている。このため、PET診断は、米国、欧州に加え、日本国内の核医学分野で多数利用され始めている。
ところで、PET診断を実施する際、患者に注射するF−18を含む放射性薬剤は、イオンビームを、18O水(以下、O−18水(原料水)という)が封入されているターゲットに照射して、18O(p、n)18F反応により製造されている。
これまでのPET診断用の放射性薬剤(F−18)の製造は、このイオンビームを出力する加速器としてサイクロトロンを用いた放射性同位元素製造装置により行われてきた。しかし、このサイクロトロンを用いた従来の放射性同位元素製造装置は、装置が大型(サイクロトロン自身の重量が約20トン、周囲に設置される遮蔽体が40−50トン)である。このため、サイクロトロンを用いた放射性同位元素製造装置を、既存の施設に収容しようとする場合、建屋床構造を大幅に強化したり、搬入口を広くしたりする大規模な改造工事が必要であった。また、サイクロトロンの装置周辺に遮蔽体を設置できたとしても、装置下面の床方向には遮蔽体を追設できない(例えば特許文献1)。
18 F radioisotope (hereinafter referred to as F-18) using positron emission, diagnosis by tomography (hereinafter, PET (referred Positron Emission Tomography) Diagnostics) by implementing, it is possible effective cancer diagnosis It is known. For this reason, many PET diagnoses have begun to be used in the nuclear medicine field in Japan in addition to the United States and Europe.
By the way, when carrying out PET diagnosis, a radiopharmaceutical including F-18 injected into a patient irradiates a target enclosing 18 O water (hereinafter referred to as O-18 water (raw water)) with an ion beam. And 18 O (p, n) 18 F reaction.
Production of a radiopharmaceutical (F-18) for PET diagnosis so far has been performed by a radioisotope production apparatus using a cyclotron as an accelerator for outputting the ion beam. However, the conventional radioisotope production apparatus using this cyclotron is large in size (the cyclotron itself has a weight of about 20 tons and a shield installed around it is 40 to 50 tons). For this reason, when a radioisotope manufacturing apparatus using a cyclotron is to be accommodated in an existing facility, a large-scale remodeling work is required to greatly strengthen the building floor structure or widen the entrance. It was. Even if a shield can be installed around the cyclotron device, the shield cannot be additionally installed in the floor direction on the lower surface of the device (for example, Patent Document 1).
近年、前記したような大規模な改造工事が不要な、線形加速器(ライナック)を用いる放射性同位元素製造装置が普及してきている。
このライナックを加速器として用いる放射性同位元素製造装置が、サイクロトロンを加速器として用いる場合と比較して重量が大幅に低減されるのは、次の二つの理由による。第1は、ライナックの本体自体が、サイクロトロンよりも小型・軽量であるためである。そして第2は、人体に有害な放射線を遮蔽する際に、サイクロトロンを用いる場合では、ターゲット及び加速器本体を含めた全体を遮蔽しなければならないが、ライナックを用いる場合では、加速器(ライナック)とターゲットを分離して設置できるために、ターゲットのみを分離して遮蔽することができるので、遮蔽体の構造物の寸法を大幅に低減することができるからである。
The radioisotope manufacturing apparatus that uses this linac as an accelerator is significantly reduced in weight compared to the case where a cyclotron is used as an accelerator for the following two reasons. The first is that the linac body itself is smaller and lighter than the cyclotron. Second, when using a cyclotron to shield radiation harmful to the human body, the entire system including the target and the accelerator body must be shielded. However, when using a linac, the accelerator (linac) and target This is because the size of the structure of the shield can be greatly reduced because only the target can be separated and shielded.
このように、ライナックを加速器として用いる軽量の放射性同位元素製造装置が普及するにつれ、PET診断の需要も高まり、新規にPET診断装置の導入を検討する病院・医療センタも増えてきた。そうすると、一般的な建屋に、簡便にPET診断装置(及び放射性同位元素製造装置)を据え付けできるように、さらなる軽量化への要求が強まってきた。このためには、PET診断装置の全体重量のかなりの割合を占める遮蔽体の重量を低減させることが要求を実現させるための近道である。
しかし、そのような要求を実現する場合、遮蔽体に本来求められる、有害な放射線を遮蔽して周囲の安全性を確保するといった優先機能を犠牲にしてしまう可能性がある。
よって本発明は、このような問題を解決することを課題として、主要重量物である遮蔽体の材料選定と寸法形状とを適正化することにより、放射線障害防止法の基準を満たしつつ軽量化された放射性同位元素製造装置を提供することを目的にする。
Thus, as light-weight radioisotope production apparatuses using linacs as accelerators have become widespread, the demand for PET diagnosis has increased, and hospitals and medical centers that are newly considering the introduction of PET diagnosis apparatuses have increased. Then, the request | requirement of the further weight reduction became strong so that a PET diagnostic apparatus (and radioisotope manufacturing apparatus) can be easily installed in a general building. To this end, reducing the weight of the shield, which accounts for a significant proportion of the total weight of the PET diagnostic apparatus, is a shortcut for realizing the demand.
However, when such a requirement is realized, there is a possibility that a priority function that is originally required for a shield, such as shielding harmful radiation and securing surrounding safety, may be sacrificed.
Therefore, the present invention is reduced in weight while satisfying the standards of the Radiation Hazard Prevention Law by optimizing the material selection and dimensional shape of the shield, which is a major heavy object, in order to solve such problems. An object of the present invention is to provide a radioisotope production apparatus.
前記した課題を解決するために、本発明に係る放射性同位元素製造装置は、イオンビームを出射するイオン源と、前記イオン源から出射された前記イオンビームを加速する加速器と、加速した前記イオンビームが照射されると放射性同位元素を生成する原料水が封入されるターゲットと、前記ターゲットを略中心に配置して、前記ターゲットから発生する放射線を遮蔽する遮蔽体と、を備え、前記遮蔽体は、前記ターゲットを通る水平断面は略円形又は六角以上の多角形状を有し、天地方向の両端の水平断面は絞られた形状を有していることを特徴とする 。 In order to solve the above-described problems, a radioisotope manufacturing apparatus according to the present invention includes an ion source that emits an ion beam, an accelerator that accelerates the ion beam emitted from the ion source, and the accelerated ion beam. Is provided with a target in which raw material water that generates a radioisotope is enclosed, and a shield that shields radiation generated from the target by placing the target substantially at the center, The horizontal cross section passing through the target has a substantially circular shape or a polygonal shape of hexagon or more, and the horizontal cross sections at both ends in the vertical direction have a narrowed shape.
本発明が係る構成を有することにより、一般に、ターゲットから発生する放射線は、このターゲットを中心に球状に放射されることを鑑みれば、遮蔽体の水平断面が六角以上の多角形状を有していることは、六角未満(例えば正方形)である場合と比較して、放射線を放射線障害防止法の許容線量まで減衰させるのに必要な水平断面に無駄な部分が少ないことは自明である。同様に、内部に縦長のターゲットボックスを内包する遮蔽体の縦断面について検討すると、天地方向の両端の水平断面が絞られている分だけ、許容線量まで減衰させるのに無駄な部分が少ないといえる。このように、遮蔽体は、許容線量まで減衰された後の放射線が通過する部分が減容されている分だけ、軽量化が図られることになる。 By having the configuration according to the present invention, generally, the radiation generated from the target is radiated in a spherical shape around the target, and the horizontal cross section of the shield has a polygonal shape of hexagon or more. It is obvious that there are fewer wasted parts in the horizontal cross section required to attenuate the radiation to the allowable dose of the radiation damage prevention method, compared to the case of less than hexagon (for example, square). Similarly, when examining the vertical cross section of the shield containing the vertically long target box inside, it can be said that there are few wasted parts to attenuate to the allowable dose because the horizontal cross sections at both ends in the vertical direction are narrowed. . In this way, the shield is reduced in weight by the amount that the portion through which the radiation passes after being attenuated to the allowable dose is reduced.
本発明により、主要重量物である遮蔽体が、放射線障害防止法の基準を満たしつつ軽量化されるので、安全面の要求と、据付の簡易性の要求とを同時に満足する放射性同位元素製造装置が提供される。 According to the present invention, the shield, which is a major heavy object, is reduced in weight while satisfying the standards of the Radiation Hazard Prevention Law, so that a radioisotope manufacturing apparatus that satisfies both safety requirements and installation simplicity requirements simultaneously. Is provided.
本発明の実施形態に係る放射性同位元素製造装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の放射性同位元素製造装置10は、イオン源11、高周波四重極型線形加速器(以下、RFQ:Radio Frequency Quadrupoleという)12a、ドリフトチューブ型線形加速器(以下、DTL:Drift Tube Linacという)12bおよび遮蔽体20とを有する。なお、このRFQ12aとDTL12bとの組み合わせにより本発明における線形加速器(ライナック)12が形成されている。
また、この放射性同位元素製造装置10は、図2に示されるように、コンクリート壁Tにより囲まれた管理区域Uの内部に設置されている。
A radioisotope production apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
As shown in FIG. 1, the
Moreover, this
イオン源11は、イオンとなる源物質(ここでは水素)をイオン化して陽イオンのイオンビームRとして引き出す役割をなし、その周囲には、質量により所望のイオンのみを選択的に取り出す図示しないマグネットや、イオンビームRを整形する図示しない静電レンズ、さらにはイオンビーム発生部等が設けられている。
なお、イオン源11には、熱陰極方式のデュオプラズマトロン型イオン源またはPIG型イオン源を使用することができる。また、長寿命で大電流を発生することのできるマイクロ波放電型イオン源を使用することもできる。
The ion source 11 serves to ionize a source material (in this case, hydrogen) to be an ion and extract it as a positive ion beam R, and a magnet (not shown) that selectively extracts only desired ions by mass is provided around the ion source 11. In addition, an electrostatic lens (not shown) for shaping the ion beam R, an ion beam generator, and the like are provided.
As the ion source 11, a hot cathode type duoplasmatron type ion source or a PIG type ion source can be used. A microwave discharge ion source that can generate a large current with a long lifetime can also be used.
RFQ12aは、このイオン源11の後段に設けられ、イオン源11から出射されたイオンビームRを所定のエネルギーに達するまで加速させるものである。RFQ12aの内部には、波形状の四重極電極を有する真空チャンバが備えられている。この四重極電極によりイオンビームRの進行方向と直角な方向に四重極電界が形成され、イオンビームRが集束されながら加速される。
なお、ここで使用されるRFQ12aに替えて、六極以上の偶数の磁極を持つ多重電極型の高周波加速器を用いてもよく、これら以外の高周波加速器を用いることもできる。
The
In place of the
DTL12bは、RFQ12aで加速されたイオンビームRを入射して、さらに加速するものである。DTL12bの内部の中心には、複数個のドリフトチューブ14が軸方向に並んで配置されている。このドリフトチューブ14の内部には、図示しない四極電磁石が組み込まれていて、イオンビームRは、このドリフトチューブ14内を通過する際に、収束を受ける。そして、このドリフトチューブ14,14の間で、イオンビームRの加速が行われる。
このようなRFQ12aおよびDTL12bは、組み合わされて、最終的に7MeV程度の高エネルギーのイオンビームRを生成する線形加速器(ライナック)12として機能する。
The
遮蔽体20は、主フレーム部21と、開閉扉22(22a,22b)と、下フレーム部23と、上フレーム部24と、天板部25と、底板部26と、ターゲットボックス27とから構成され、水平断面が八角形を示している(図2参照)。そして、遮蔽体20は、イオンビームRがターゲット31に照射されると発生する、人体に有害な放射線を遮蔽する役目を果たすものである。
遮蔽体20の開閉扉22(22a,22b)を開いた状態で、図2に示されるX−X断面をみると図3(a)に示されるように、遮蔽体20の外殻は、所定の厚さの外殻遮蔽部(ガンマ線遮蔽部)Mと、その内側を充填するように設けられている内郭遮蔽部(中性子遮蔽部)Pとから構成されている。
同様に、図3(a)に示されるY−Y断面をみると図3(b)に示されるように、遮蔽体20は、その外殻が外殻遮蔽部(ガンマ線遮蔽部)Mで構成され、その内部は、内郭遮蔽部(中性子遮蔽部)Pで構成されている。
The
When the open / close door 22 (22a, 22b) of the
Similarly, when the YY cross section shown in FIG. 3A is viewed, as shown in FIG. 3B, the
主フレーム部21には、二枚の開閉扉22(22a,22b)が開閉自在にとりつけられており、この開閉扉22が閉じた状態では、天地方向の両端部分が末端方向に行くに従い、水平断面が絞られた形状になっている。そして、この水平断面の中心位置には、細長形状のターゲットボックス27が長手方向を遮蔽体20の縦軸に合わせて配置されている。
Two opening / closing doors 22 (22a, 22b) are attached to the
上フレーム部24及び下フレーム部23は、それぞれ主フレーム部21の断面が絞られている両端部に設けられている。これら、上フレーム部24及び下フレーム部23の高さは、図3(a)に示される、ターゲットボックス27の上下の端面から天板部25及び底板部26までの最短距離をuとして、図3(b)で示される、遮蔽体20の水平断面のターゲットボックス27の側壁面から遮蔽体20の側壁面までの最短距離をrとすると、uとrが近似する値となるように設定される。
The
このように、上フレーム部24及び下フレーム部23が設けられて、遮蔽体20の天地方向が突出した形状を有することになる理由は、後記するターゲットステージ部30が配置されるターゲットボックス27の内部では、単なる空間であるために放射線が減衰することがないためである。このような遮蔽体20の天地方向が突出した形状をとれば、細長形状のターゲットボックス27の長手方向に放射される放射線が有効に減衰されることになる。
As described above, the reason why the
天板部25及び底板部26は、それぞれ上フレーム部24及び下フレーム部23の開口している両端を塞ぐように設けられている。
なお、図面では、遮蔽体20の水平断面は八角形を示しているが、これに限定されることなく、水平断面は、略円形又は六角以上の多角形状のものを任意に含むものとする。
The
In the drawings, the horizontal cross section of the
内郭遮蔽部(中性子遮蔽部)Pは、厚さ10cm程度のシート状のものが複数積層されて形成されるものであって、ターゲットボックス27の外周を隙間無く囲うものである。その材質は、ボロンが配合されているポリエチレンである。
内郭遮蔽部(中性子遮蔽部)Pは、原料水(18−O濃縮水)にイオンビームR(7MeV程度のエネルギー)が入射した際に放出される中性子(1MeV程度のエネルギー)を、水素の弾性散乱による減速・吸収を利用して遮蔽をする機能を発揮するものである。
そして、この中性子遮蔽部Pの外殻に配置されている外殻遮蔽部(ガンマ線遮蔽部)Mは、材質が鉄又は鉛を主成分とするものであって、イオンビームRが入射した際に放出される二次ガンマ線を遮蔽する機能を発揮するものである。なお、この二次ガンマ線を減衰させる効果は、原子番号の大きい(すなわち密度が大きく、結果として重い)材質ほど高い効果が得られる。
The inner shielding part (neutron shielding part) P is formed by laminating a plurality of sheet-like parts having a thickness of about 10 cm, and surrounds the outer periphery of the
The inner shielding part (neutron shielding part) P converts neutrons (energy of about 1 MeV) emitted when the ion beam R (energy of about 7 MeV) is incident on the raw water (18-O concentrated water) to hydrogen It exhibits the function of shielding by utilizing deceleration / absorption due to elastic scattering.
The outer shell shielding portion (gamma ray shielding portion) M arranged in the outer shell of the neutron shielding portion P is mainly composed of iron or lead, and when the ion beam R is incident thereon. It functions to shield the emitted secondary gamma rays. It should be noted that the effect of attenuating the secondary gamma rays is higher for a material having a larger atomic number (that is, a higher density and consequently heavier).
図4は、遮蔽体20の開閉扉22が開いた状態を示した斜視図であり、このように、開閉扉22を開くと、ターゲットボックス27の内部空間がみえる。このターゲットボックス27には、ビーム通過孔27aが開口しており、図3(b)に示すビーム入射用ダクト28を通して入射してきたイオンビームR(図1参照)は、このビーム通過孔27aを通してターゲット31に照射する。このターゲット31をメンテナンスする際には、図2に示すように閉じられている開閉扉22a,22bを、図4に示すように解放した後に、後記する方法により脱着する。
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the opening / closing
ターゲットボックス27の内部空間には、図5に示すような、ターゲットステージ部30が配置されている。ターゲットステージ部30は、ターゲット31(31a,31b,31c)と、ガイド33と、レール34とから構成される。
ターゲット31(31a,31b,31c)は、いずれも同じものであって、リリースレバー32の切替によって、脱着自在にガイド33に装着されているものである。
ガイド33は、レール34の長手方向に沿って、図示しない制御装置により、上下方向に移動するものである。このように、ガイド33を移動させることにより、ターゲット31(31a,31b,31c)のうちいずれか1つを、ビーム通過孔27a(図3(b)参照)の位置にあわせて、イオンビームRを照射させることができる。
In the internal space of the
The targets 31 (31a, 31b, 31c) are all the same, and are attached to the guide 33 so as to be detachable by switching the
The guide 33 is moved in the vertical direction along the longitudinal direction of the rail 34 by a control device (not shown). In this way, by moving the guide 33, any one of the targets 31 (31a, 31b, 31c) is aligned with the position of the
ひとつのターゲット31の内部には、一回のPET診断に必要な放射性同位元素(F−18)を得るために必要な原料水(O−18濃縮水)が封入されており、ターゲット31がイオンビームRの照射を受けると、O−18が核反応して、F−18が生成することになる。そして、1つのターゲット31aにイオンビームRを照射して所定の収量の放射性同位元素(F−18)が得られたら、ターゲットステージ部30を動かして、次のターゲット31bに照射を行えば、連続的に所望の射性同位元素(例えば、C−11やO−15等)の製造を行うことができる。
The raw material water (O-18 concentrated water) necessary for obtaining a radioisotope (F-18) necessary for one PET diagnosis is sealed inside one
ターゲットボックス27の下面には、図6に示すように、ターゲットステージ部30(図5)の電力供給ケーブル等を遮蔽体20の外部に引き出すためのケーブル引出孔29aが設けられている。このターゲットボックス27の下面のケーブル引出孔29aから下フレーム部23に設けられているケーブル引出孔29bに連通するケーブル配管29は、図示するように蛇行して設けられている。これは放射線が直進してそのままケーブル引出孔29aから漏れ出さないようにするためである。
As shown in FIG. 6, a cable lead-
このケーブル配管29は、下フレーム部23の上面蓋23aを取り外し、さらにその下に配置している中性子遮蔽部Pの一部を取り外せば、露出するように配設されている。このように、ケーブル配管29は、遮蔽体20の外部から容易に露出させることができ、このケーブル配管29の内部に通す電力供給ケーブル等の引き回しが簡便にできるため、メンテナンス作業が容易になる。
The
(動作説明)
次に、図1,図2を参照して、以上のように構成された放射性同位元素製造装置10の動作を説明するとともに、図7を参照して、原料水が封入されたターゲット31にイオンビームRが照射された際に放出される放射線(中性子、二次ガンマ線)が、遮蔽体20により減衰されて許容線量の基準値に到達するプロセスについて検証する。
(Description of operation)
Next, the operation of the
まず、放射性同位元素製造装置10を作動させるにあたって、事前に、原料水(O−18)が封入されたターゲット31を遮蔽体20の内部のターゲットステージ部30(図5)に装着し、開閉扉22を確実に閉める。
図示しない作動スイッチを操作すると、RFQ12a、DTL12bに対して、所定の高周波電力がそれぞれ供給され、各RFQ12a、DTL12bに電界が形成される。その後、イオン源11に所定の電力を供給する。これにより、イオン源11のイオンビーム発生部(図示せず)から出射されたイオンビームRがRFQ12aによって所定のエネルギーに達するまで加速される。加速されたイオンビームRは、RFQ12aから出射されて後段のDTL12bに入射され、DTL12bでさらに加速される。
このようにして加速されて高エネルギーとなったイオンビームRは、ターゲット31内の原料水(O−18水)に照射される。そして、O−18がイオンビームRの照射を受けると、核反応によりF−18が生成されると同時に、放射線(中性子、二次ガンマ線)がこのターゲット31を中心に放射される。
First, before operating the
When an operation switch (not shown) is operated, predetermined high-frequency power is supplied to the
The ion beam R accelerated to high energy in this way is irradiated to the raw water (O-18 water) in the
この放射線は、図7に示されるように、減衰して、管理区域Uの外においてその線量は、許容線量率である100μSv/w以下になる。この図7は、中性子遮蔽部(内郭遮蔽部)Pとして30%B2O3が配合されたポリエチレンが放射線の進行方向の厚みが62cmとなるように配置され、ガンマ線遮蔽部(外殻遮蔽部)Mとして5cmの厚さの鉄板が配置され、管理区域Uがターゲット31から200cmの距離をおいてコンクリート壁(30cm厚)で仕切られた条件下で解析された結果を示すものである。
As shown in FIG. 7, this radiation attenuates and the dose becomes 100 μSv / w or less, which is an allowable dose rate, outside the management area U. FIG. 7 shows that a polyethylene blended with 30% B 2 O 3 as a neutron shielding part (inner shielding part) P is arranged so that the thickness in the radiation traveling direction becomes 62 cm, and a gamma ray shielding part (outer shell shielding) Part) The result of analysis under the condition that an iron plate having a thickness of 5 cm is arranged as M, and the management area U is separated by a concrete wall (thickness of 30 cm) at a distance of 200 cm from the
図7に示すように、ターゲット31から放出された中性子は、破線で示されるように中性子遮蔽部Pの中で急速に減衰した後、外殻遮蔽部M、空気層(管理区域U)を通過して(拡散による減衰のみ)、コンクリート壁Tの遮蔽効果によりさらに減衰され、管理区域Uの外では許容線量率の1/3程度まで減衰されることになる。
一方、二次ガンマ線は、一点鎖線で示されるように、中性子遮蔽部Pにおいてはあまり減衰せず、中性子遮蔽部Pの中心部付近で強度が中性子の強度と逆転するほどである。
そして、この中性子遮蔽部Pを通過した二次ガンマ線は外殻遮蔽部Mにより大きく減衰される。その後は、二次ガンマ線も中性子と同様にして、空気層(管理区域U)を通過して、コンクリート壁Tの遮蔽効果によりさらに減衰されることになる。
このようにして、イオンビームRを照射して放射性同位元素(F−18)を製造する際に伴って発生する、人体に有害な放射線の線量は、管理区域Uの外において許容線量(100μSv/w以下)になるわけである。
As shown in FIG. 7, neutrons emitted from the
On the other hand, the secondary gamma rays are not so attenuated in the neutron shielding part P as shown by the alternate long and short dash line, and the intensity is reversed to the intensity of the neutrons near the center of the neutron shielding part P.
The secondary gamma rays that have passed through the neutron shielding part P are greatly attenuated by the outer shell shielding part M. After that, secondary gamma rays pass through the air layer (management area U) in the same manner as neutrons, and are further attenuated by the shielding effect of the concrete wall T.
In this way, the dose of radiation harmful to the human body that is generated when the radioisotope (F-18) is produced by irradiating the ion beam R is an allowable dose (100 μSv / w or less).
次に、所望する収量のF−18が得られたところで、イオンビームRの出射をとめて、遮蔽体20の開閉扉22を開いてターゲット31を取り外す。このターゲット31からF−18を含む濃縮水を取り出し、F−18を抽出する。なお、核反応しなかった残りの原料水(O−18濃縮水)は、非常に高価であるため回収して、ターゲット31内に戻されて再利用される。
Next, when the desired yield of F-18 is obtained, the emission of the ion beam R is stopped, the open /
(遮蔽体の構造の寸法について)
次に、遮蔽体20の外殻を構成する外殻遮蔽部Mとその内側を構成する中性子遮蔽部Pの最適寸法について検討を行う。
まず、中性子遮蔽部Pは、管理区域Uの外側で中性子を許容線量の基準値(図7では100μSv/w)の半分以下(図7では約30μSv/w)に減衰させるように厚さを持たせる(30%B2O3配合ポリエチレンで62cm)。そして、外殻遮蔽部Mは、二次ガンマ線の線量が中性子線も含めたトータル強度で許容線量(図7では100μSv/w)以下となるような厚さを持たせる(鉄では5cm)。
(Dimensions of shield structure)
Next, the optimum dimensions of the outer shell shielding part M constituting the outer shell of the
First, the neutron shielding part P has a thickness so as to attenuate the neutrons outside the control area U to less than half of the allowable dose reference value (100 μSv / w in FIG. 7) (about 30 μSv / w in FIG. 7). (62 cm with 30% B 2 O 3 blended polyethylene). The outer shell shielding portion M has a thickness such that the dose of secondary gamma rays is less than the allowable dose (100 μSv / w in FIG. 7) in terms of total intensity including neutron rays (5 cm for iron).
まとめると、放射性同位元素製造装置10の遮蔽体20の構造の決定手順は下記のとおりである。
(1)ターゲット31からの照射イオンビームエネルギーに対応した中性子エネルギー強度分布を与える。
(2)考えているポイントで中性子強度が線量許容基準に比べ、十分小さくなる(1/2−1/10以下)ように中性子遮蔽部Pの厚さを決める。
(3)中性子遮蔽部Pで中性子の減衰に伴って発生する二次ガンマ線の遮蔽に必要なガ
ンマ線遮蔽体の材料を選定し、考えているポイントでガンマ線と中性子の合計の線量率が許容線量率を下回るように外殻遮蔽部Mの厚さを決める。
In summary, the procedure for determining the structure of the
(1) A neutron energy intensity distribution corresponding to the irradiation ion beam energy from the
(2) The thickness of the neutron shielding part P is determined so that the neutron intensity is sufficiently smaller (1 / 2-1 / 10 or less) than the dose tolerance standard at the point considered.
(3) The gamma ray shielding material necessary for shielding secondary gamma rays generated by neutron attenuation at the neutron shielding part P is selected, and the total dose rate of gamma rays and neutrons is the allowable dose rate at the point of consideration. The thickness of the outer shell shielding part M is determined so as to be less than.
(遮蔽体20の据付方法)
図8を参照して遮蔽体の据付方法について説明する。
まず、図8(a)に示すように、コンクリート壁Tに仕切られた管理区域Uの据付場所となる床面に、底板部26を配置する。そして、その上に下フレーム部23を配置する。次に、図8(b)に示すように、下フレーム部23の内側に、シート状の中性子遮蔽部Pを積層して敷き詰めて、さらに、下フレーム部23の上部に主フレーム部21を設置する。
(Installation method of shield 20)
A method for installing the shield will be described with reference to FIG.
First, as shown to Fig.8 (a), the
次に、図8(c)に示すように、ターゲットボックス27を主フレーム部21の内部に設置するとともに中性子遮蔽部Pを積層して敷き詰める。次に、図8(d)に示すように、上フレーム部24を主フレーム部21の上部に設置するとともに中性子遮蔽部Pを積層して敷き詰める。次に、図8(e)に示すように、天板部25を主フレーム部21の上部に設置するとともに開閉扉22を取り付ける。
Next, as shown in FIG. 8C, the
このように、遮蔽体20の外殻遮蔽部M(図3(a)参照)は、底板部26、下フレーム部23、主フレーム部21、上フレーム部24、天板部25、開閉扉22に分割された構造を有しているので、クレーンないしはジャッキで、管理区域Uの内部で遮蔽体20を下方から順番に組み上げることができる。そして、このようにして組み上げられた、外殻遮蔽部Mの内部にシート状の中性子遮蔽部Pを積み上げて敷き詰める。この作業は、重機を使わずに人手で行うことが可能である。このように、本発明に用いられる遮蔽体20は、完成品をそのまま配置する従来型に比較して、搬入性に優れるとともに、その据付も非常に簡便であるという特徴を有する。
As described above, the outer shell shielding portion M (see FIG. 3A) of the
次に、本発明に用いられる遮蔽体20の構成に関し、図9に示すように、前記した実施形態で用いた材質以外についても遮蔽性並びに総重量の評価を行ったので説明する。
なお、ここで発生する中性子の遮蔽特性はANISNコード(Engle Jr W.W.,AUser Manual for ANISN:One Dimensional Discrete Ordinates Transport Code with Anisotropic Scattering,Oak Ridge National Laboratory,K1-1613(1967) )を用いて解析されている。
Next, regarding the configuration of the
The shielding characteristics of neutrons generated here are analyzed using the ANISN code (Engle Jr WW, AUser Manual for ANISN: One Dimensional Discrete Ordinates Transport Code with Anisotropic Scattering, Oak Ridge National Laboratory, K1-1613 (1967)). ing.
その評価結果によれば、中性子遮蔽性能は、10%B2O3入りポリエチレンが最も優れ、ついで20%B2O3入りポリエチレン、30%B2O3入りポリエチレン、高密度ポリエチレンの順となる結果が得られた。これは、ボロン入りポリエチレンは、ボロンの含有量が増すにつれ、水素の源指数密度が低くなるため、速中性子の遮蔽性能が劣化するものの、ボロンによる熱中性子捕獲による遮蔽効果がこれを上回るため、高密度ポリエチレンよりも遮蔽性能が高くなるからであると考えられる。 According to the evaluation results, the polyethylene with 10% B 2 O 3 has the best neutron shielding performance, followed by polyethylene with 20% B 2 O 3, polyethylene with 30% B 2 O 3 , and high-density polyethylene. Results were obtained. This is because boron-containing polyethylene has a lower source exponential density of hydrogen as the boron content increases, so the shielding performance of fast neutrons deteriorates, but the shielding effect of thermal neutron capture by boron exceeds this, This is probably because the shielding performance is higher than that of high density polyethylene.
また遮蔽体20の総重量について図7に示す放射線の減衰特性をベースに検討してみると、中性子遮蔽部Pの厚さを増やして中性子の減衰量を増加させることにより、比重が大きな材料で構成される外殻遮蔽部Mの厚さを薄くできる。その方針で遮蔽体20を構成すれば、中性子遮蔽部Pとして30%B2O3入りポリエチレンを用いた場合、その厚さを61cmから66cmに増加させると、外殻遮蔽部Mの厚さ3cmから1cmに低減できるので、遮蔽体20の前重量をやく73%(2.37トン/3.26トン)にまで低減でき、既設建屋への設置により好適となる。
Further, considering the total weight of the
10 放射性同位元素製造装置
11 イオン源
12 加速器(線形加速器(ライナック))
20 遮蔽体
21 主フレーム部
22 開閉扉
23 下フレーム部
23a 上面蓋
24 上フレーム部
25 天板部
26 底板部
27 ターゲットボックス
27a ビーム通過孔
29 ケーブル配管
29a ケーブル引出孔
30 ターゲットステージ部
31(31a,31b,31c) ターゲット
M 外殻遮蔽部(ガンマ線遮蔽部)
P 内郭遮蔽部(中性子遮蔽部)
R イオンビーム
T コンクリート壁
U 管理区域
10 Radioisotope production equipment 11
DESCRIPTION OF
P Inner shield (neutron shield)
R ion beam T concrete wall U controlled area
Claims (7)
前記イオン源から出射された前記イオンビームを加速する加速器と、
加速した前記イオンビームが照射されると放射性同位元素を生成する原料水が封入されるターゲットと、
前記ターゲットを略中心に配置して、前記ターゲットから発生する放射線を遮蔽する遮蔽体と、を備え、
前記遮蔽体は、前記ターゲットを通る水平断面が、略円形又は六角以上の多角形状を有し、天地方向の両端の水平断面は絞られた形状を有していることを特徴とする放射性同位元素製造装置。 An ion source that emits an ion beam;
An accelerator for accelerating the ion beam emitted from the ion source;
A target in which raw water for generating a radioisotope is encapsulated when irradiated with the accelerated ion beam;
A shield that places the target substantially at the center and shields radiation generated from the target;
The radioisotope characterized in that the shield has a substantially circular or hexagonal or more polygonal horizontal cross section passing through the target, and the horizontal cross sections at both ends in the vertical direction are narrowed. Manufacturing equipment.
前記ターゲットを取り出すための開閉扉が分離可能に設けられている主フレーム部と、
前記主フレーム部の下端に配置する下フレーム部と、
前記主フレーム部の上端に配置する上フレーム部と、がそれぞれ分離可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の放射性同位元素製造装置。 The shield is
A main frame part in which an opening and closing door for taking out the target is provided separably;
A lower frame portion disposed at a lower end of the main frame portion;
The radioisotope manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an upper frame portion disposed at an upper end of the main frame portion is configured to be separable.
その外殻が、肉厚を有する外殻遮蔽部により構成され、その内部は、複数のシートが積層してなる内郭遮蔽部で構成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の放射性同位元素製造装置。 The shield is
The outer shell is constituted by an outer shell shielding part having a wall thickness, and the inner part is constituted by an inner shielding part formed by laminating a plurality of sheets. The radioisotope production apparatus described.
前記内郭遮蔽部は、ボロンを含有するポリエチレンであることを特徴とする請求項3に記載の放射性同位元素製造装置。 The outer shell shielding part is mainly composed of iron or lead,
The radioisotope manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the inner shield is a polyethylene containing boron.
前記外殻遮蔽部は、前記中性子の線量も含めたトータルの前記放射線が、管理区域の外で許容線量以下になるように、その肉厚が設定されることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の放射性同位元素製造装置。 The inner shielding portion is set to have a radial thickness centered on the target such that the neutron dose of the radiation is less than half of the allowable dose outside the management area,
The thickness of the outer shell shielding part is set so that the total radiation including the dose of the neutron is equal to or less than an allowable dose outside the management area. Item 5. The radioactive isotope production apparatus according to Item 4.
その内部に、前記ターゲットを収納するターゲットボックスと、
このターゲットボックス及び前記遮蔽体の外部を連通するケーブル配管と、を有し、
このケーブル配管が外部に露出するように、前記外殻遮蔽部及び前記内郭遮蔽部の一部が取り外し可能な構造になっていることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の放射性同位元素製造装置。 The shield is
In the interior, a target box for storing the target,
The target box and cable piping communicating with the outside of the shield,
6. The structure according to claim 3, wherein a part of the outer shell shielding part and the inner shell shielding part are removable so that the cable pipe is exposed to the outside. The radioisotope production apparatus described in the item.
前記遮蔽体を、据付場所において前記下フレーム部、前記主フレーム部、前記上フレーム部の順番で組み上げていくことを特徴とする放射性同位元素製造装置の据付方法。 In the radioisotope production apparatus according to claim 2,
An installation method of a radioisotope manufacturing apparatus, wherein the shield is assembled in the order of the lower frame portion, the main frame portion, and the upper frame portion at an installation location.
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