JP2010164477A

JP2010164477A - 放射性ガス同位体製造装置

Info

Publication number: JP2010164477A
Application number: JP2009007856A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kawama; 哲雄川間
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-29
Also published as: CN101794635A

Abstract

【課題】反応室内の圧力低下を図り、荷電粒子ビームを透過させる照射窓の厚みを薄くすることが可能な放射性ガス同位体製造装置を提供すること。
【解決手段】荷電粒子ビームＢを室内へ透過させる照射窓２１を有し、ターゲットガスを核反応させる反応室２０、当該反応室２０から流出したガスを反応室２０内へ流入させるガス循環装置３０を備える構成とする。そのため、循環中にガスが冷やされることで、反応室２０内を冷却することができ、反応室２０内の圧力低下が図られる。その結果、照射窓２１の厚みを薄くすることができ、荷電粒子ビームのエネルギ損失を抑えて、ＲＩガスの収量を増加させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性ガス同位体製造装置に関する。

例えばＰＥＴ検査（陽電子断層撮影検査）等に使用される放射性同位元素標識化合物（ＲＩ化合物）は、放射性同位体（ＲＩ）を所定の原料試薬と化学反応させるＲＩ合成装置で合成される。このようなＲＩ合成装置に供給される放射性ガス同位体（ＲＩガス）として、Ｈ^１１ＣＮ、^１１ＣＯ_２、^１１ＣＯ、^１１ＣＨ_４などが知られている。非特許文献１，２には、ＲＩガスの製造に関する技術が開示されている。

図３は、従来のＲＩガス製造装置を示す概略図である。図３に示す従来のＲＩガス製造装置１は、例えばサイクロトロンで加速された荷電粒子ビームＢを出射する真空箱２、真空箱２から出射された荷電粒子ビームを照射して核反応させるターゲットガス反応器３を備えている。

真空箱２及びターゲットガス反応器３には、荷電粒子ビームを透過させるフォイル８，９が設けられている。また、ターゲットガス反応器３には、入口配管６を介してボンベ４が接続され、出口配管７を介して合成装置５が接続されている。入口配管６及び出口配管７には、バルブＶが設けられ、これらのバルブＶを閉じることで、ターゲットガス反応器３の気密状態を維持することができる。

ＲＩガスを製造する際には、ボンベ４から原料となるターゲットガスがターゲットガス反応器３に充填され、バルブＶが閉じられて、ターゲットガス反応器３内は気密状態になっている。荷電粒子ビームＢは、真空箱２のフォイル８を透過し、ターゲットガス反応器３のフォイル９を透過して、ターゲットガス反応器３内に充填されたターゲットガスに照射される。荷電粒子ビームＢとターゲットガスとの衝突により核反応が起こり、放射性ガス同位体が製造される。

また、従来のＲＩガス製造装置１では、フォイル８，９の外表面に、冷却用ガス（例えばＨｅガス）を吹き付けることで、フォイル８，９の温度上昇を抑制していた。

DAVID R. CHRISTMAN, R. D .FINN, K. I.KARLSTROM and A. P. WOLF、「The Production of Ultra High Activity 11C-labeledHydrogen Cyanide, Carbon Dioxide, Carbon Monoxide and Methane via the 14N(ｐ,α)11CReaction (XV)*」、International Journal of Applied Radiation andIsotopes、（英国）、Pergamon Press、1975、Vol. 26、pp. 435-442 J.Noguchi, K.Suzuki、「Automated synthesis of the ultra high specificactivity of [11C]Ro15-4513 and its application in an extremely lowconcentration region to an ARG study」、Nuclear Medicine & Biology、2003、Vol.30、pp. 335-343

しかしながら、上記の従来技術では、核反応によってターゲットガス反応器３内が高圧になるため、フォイルの厚みを増加させることで、耐圧性能を満足させていた。フォイルが厚くなると、フォイル透過後の荷電粒子ビームのエネルギ損失が増大するため、ＲＩガスの収量が低下するという問題があった。また、フォイルが厚くなり荷電粒子ビームのエネルギ損失が増大することで、フォイルが高温になるという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、反応室内の圧力低下を図り、荷電粒子ビームを透過させる照射窓の厚みを薄くすることが可能な放射性ガス同位体製造装置を提供することを目的とする。

本発明による放射性ガス同位体製造装置は、荷電粒子ビームを室内へ透過させる照射窓を有し、当該照射窓を透過した荷電粒子ビームの照射を受けて、ターゲットガスを核反応させる反応室と、反応室から流出したターゲットガスを、反応室内へ流入させるガス循環装置と、を備えることを特徴としている。

このような放射性ガス同位体製造装置は、核反応を行う反応室内からガスを流出させて、再び、反応室内に流入させるガス循環装置を備える構成であるため、循環中にガスが冷却されることで、反応室内の温度を低下させ、反応室内の圧力を低下させることができる。これにより、照射窓の厚みを従来と比較して薄くすることが可能となる。また、照射窓の厚みを薄くすることが可能であるので、透過する荷電粒子ビームのエネルギ損失を抑えることができ、反応室内の温度上昇を抑える共に、ＲＩガスの収量を増加させることができる。

ここで、ターゲットガスを反応室内に流入させるターゲットガス流入部は、照射窓に向けられていることが好ましい。これにより、反応室内に流入するターゲットガスを照射窓に向けて吹き付けることができる。そのため、簡素な構成で照射窓の冷却を行うことができるので、反応室内の温度上昇及び圧力上昇を防止することが可能となる。

また、荷電粒子ビームの出射側の真空器と、荷電粒子ビームの入射側の反応室との間に、照射窓が１枚のみ設けられていることが好適である。このように照射窓の設置枚数を１枚のみとすることで、照射窓の設置枚数を削減して、照射窓の厚さを薄くすることが可能となる。そのため、荷電粒子ビームのエネルギ損失を抑えることができる。

また、ガス循環装置は、ターゲットガスを冷却させる冷却器を備えることが好ましい。これにより、反応室から流出したガスを冷却器によって冷却した後に、再び、反応室内に流入させることができるため、反応室内の冷却を好適に行うことが可能となり、反応室内の圧力を一層低下させることができる。

本発明によれば、反応室内の圧力低下が図られ、荷電粒子ビームを室内へ透過させる照射窓の厚みを薄くすることができるので、荷電粒子ビームのエネルギ損失を抑えて、ＲＩガスの収量を増加させることができる。

本発明の実施形態に係るＲＩガス製造装置の概略構成図である。図１中のターゲットガス反応器の縦断面図である。従来のＲＩガス製造装置の概略構成図である。

以下、本発明によるＲＩガス製造装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＲＩガス製造装置の概略構成図、図２は、図１中のターゲットガス反応器の縦断面図である。

図１に示すＲＩガス製造装置１０は、例えば放射性同位元素識別化合物（ＲＩ化合物）に使用される放射性ガス同位体（ＲＩガス）を製造する装置である。ＲＩガス製造装置１０は、加速された荷電粒子ビームＢをターゲットガスに照射して核反応を発生させるターゲットガス反応器２０、ターゲットガス反応器２０から流出したターゲットガスをターゲットガス反応器２０内へ流入させるガス循環装置３０を備えている。

ターゲットガス反応器２０は、サイクロトロン（不図示）によって加速された荷電粒子ビームＢが出射される真空器１１の出射ノズル１１ａに連結されている。ターゲットガス反応器２０は、荷電粒子ビームＢを透過させるフォイル２１（照射窓）、例えば円筒状を成す側壁２０ｂ、及び、円筒状の側壁２０ｂの端部を閉じる背面壁２０ｃを有している。

側壁２０ｂ及び背面壁２０ｃは、例えば、アルミニウムなどの金属材料などによって形成することができる。側壁２０ｂ及び背面壁２０ｃによって囲まれた領域が、反応室２０ａとなる。そして、反応室２０ａの長手方向が、荷電粒子ビームＢの照射方向となるように、ターゲットガス反応器２０が配置されている。

また、側壁２０ｂ及び背面壁２０ｃの壁体の内部には、冷却水を流通させるための冷却用経路（不図示）が形成されている。冷却水を導入する冷却ノズル２４を介して冷却経路内に導入された冷却水は、冷却経路内を通り、外部に排出される。

フォイル２１は、荷電粒子ビームＢを透過させる照射窓であり、ターゲットガス反応器２０の正面側に固定され、反応室２０ａ及び真空器１１を気密封止するものである。フォイル２１は、所望の耐圧性能を有し、例えば、外径１４ｍｍ、厚さ１．９ｍｍとされている。また、本実施形態のＲＩガス製造装置１０では、真空器１１と反応室２０ａとの間に、フォイル２１が１枚のみ設けられている。

また、ターゲットガス反応器２０の側壁２０ｂには、ターゲットガスを反応室内２０ａに流入させる入口ノズル２２、及び、反応室２０ａ内のターゲットガスを反応室２０ａ外に流出させる出口ノズル２３が設けられている。入口ノズル２２は、ターゲットガス反応器３の正面側（フォイル２１側）に配置され、出口ノズル２３は、ターゲットガス反応器３の背面側に配置されている。

また、入口ノズル２２と反応室２０ａとを連通するターゲットガス流入孔（ターゲットガス流入部）２０ｄは、フォイル２１に向けられている。すなわち、ターゲットガス流入孔２０ｄは、ターゲットガス反応器２０の長手方向と所定の角度を成すように形成され、ターゲットガス流入孔２０ｄを通って、反応室２０ａ内に流入したターゲットガスは、フォイル２１の内面側の中央に吹き付けられる。なお、ターゲットガス流入孔２０ｄの延在方向と、反応室の長手方向との成す角は、４５度であることが好ましい。

ガス循環装置３０は、反応室２０ａ内の内部流体（ターゲットガス、反応生成物）を流出させて、反応室２０ａ内に再び流入させる循環経路を構成する配管３３を備えている。配管３３には、ターゲットガスを含む内部流体（循環ガス）を昇圧するポンプ３１、ポンプ３１によって昇圧された循環ガスを冷却する冷却器（熱交換器）３２が接続されている。すなわち、配管３３は、出口ノズル２３、ポンプ３１、冷却器３２、入口ノズル２２を順次連結している。

また、冷却器３２と入口ノズル２２とを接続する配管３３には、原料となるターゲットガス（窒素）が充填されたボンベ４と連結された原料ガス供給配管３４が接続されている。また、出口ノズル２３とポンプ３１とを接続する配管３３には、ＲＩ化合物を合成する合成装置５と連結された連絡配管３５が接続されている。また、連絡配管３５には、三方弁３６が設置され、一方の連絡配管３５は、合成装置５と接続され、他方の連絡配管３５は、廃棄設備と接続されている。

また、配管３３〜３５の材質としては、ステンレスが挙げられる。また、例えば、^１１Ｃ（ＲＩガス）生成時には、^１２Ｃが含まれると放射性薬剤として機能が低下するため、配管長さを短くして、^１２Ｃが含まれない（金属）材料によって、配管経路を構成することが好ましい。なお、循環経路を構成する配管３３の長さは、例えば、５ｍ、配管内径は、４ｍｍであることが挙げられる。

また、ターゲットガスにさらされるターゲットガス反応器２０、配管３３〜３５、ポンプ３１、冷却器３２の材質としては、例えば、Ｏ、Ｃ、Ｆを含まない材料が挙げられる。

次に、このように構成されたＲＩガス製造装置１０を用いてＲＩガスを製造する方法について説明する。まず、配管３３〜３５内に残留する不純物を廃棄するラインパージを行う。配管３３内の不純物は、配管３５を通り廃棄される。

次に、ターゲット用ガスボンベ４からターゲットガスを封入して、配管３３〜３５内のライン洗浄を行う。配管３３内の不純物は、配管３５を通り廃棄される。

次に、ガスボンベ４からターゲットガスを封入して、ターゲットガスの循環を行う。ターゲットガスは、配管３３内を流通し、反応室２０ａ、ポンプ３１、冷却器３２を順次循環する。そして、サイクロトロンによって加速された荷電粒子ビームＢが、真空器１１の出射ノズル１１ａ内を通過し、フォイル２１を透過して、反応室２０ａ内に入射される。

荷電粒子ビームＢは、反応室２０ａ内のターゲットガスに照射される。ターゲットガスは、荷電粒子ビームＢの照射を受けて、核反応する。これにより、ポジトロン放出放射性同位体（ＲＩガス）が製造される。このとき、ガス循環装置３０によって、ガスの循環が行われ、反応室２０ａから流出したターゲットガス及びＲＩガスは、ポンプ３１によって、昇圧された後、冷却器３２によって冷却されて、再び、反応室２０ａ内に流入する。冷却器３２によって、冷却されたターゲットガス及びＲＩガスを反応室２０ａ内に戻すことで、反応室２０ａ内を好適に冷却することができる。

また、入口ノズル２２を通過したガスは、ターゲットガス流入孔２０ｄを通り、フォイル２１の内面に吹き付けられるため、フォイル２１を確実に冷却することができる。所定時間の経過後、循環経路を開放し、ＲＩガスの回収を行い、製造されたＲＩガスは、合成装置５に供給される。

なお、配管３３内を循環するガス流量が低下した場合には、ガスボンベ４からターゲットガスを配管３３内に充填する。このとき、ターゲットガスの充填、荷電粒子ビームＢの照射、ＲＩガスの回収を同時に行うことができる。

このようなＲＩガス製造装置１０では、ガス循環装置３０を備えているため、反応室２０ａ内のガスを冷却した後に、再び、反応室２０ａ内に流入させることができる。これにより、循環中に冷却されたガスによって、反応室２０ａ内が冷却され、反応室２０ａ内の圧力低下を図ることができる。その結果、フォイル２１の厚みを従来と比較して薄くすることができる。また、フォイル２１の厚みが薄くされているため、フォイル２１を透過する荷電粒子ビームＢのエネルギ損失を抑えることができる。そのため、ＲＩガスの収量を増加させることができる。また、フォイル２１を薄くして、エネルギ損失を低下させることで、反応室２０ａ内の温度上昇を防ぐことができる。なお、反応室２０ａの運転圧力は、０．３ＭＰａとすることができる。

また、ターゲットガスは、フォイル２１の内面側に吹き付けられているため、従前のように、フォイル２１の外面側からの冷却装置を別途設置する必要がなく、装置構成の簡素化が図られている。

また、ターゲットガスの充填、ＲＩガスの製造、及び、ＲＩガスの回収が同時にできるため、連続的にポジトロン放出放射性同位体を製造することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、冷却器３２を備えていない構成でもよい。ターゲットガス反応器２０を冷却する冷却水によって、間接的にターゲットガスが冷却されることにより、冷却器３２を備えていない構成であっても、反応室２０ａ内を冷却することができる。

また、従前のようにフォイルを２枚備える構成でもよい。本発明のＲＩガス製造装置では、ガス循環装置３０を備えているため、冷却されたガスを反応室内に流入させることで、反応室内の圧力を低下させることができ、耐圧性能の低いフォイルを用いることができる。

１０…ＲＩガス（放射性）製造装置、１１…真空器、２０…ターゲットガス反応器、２０ａ…反応室、２０ｂ…側壁、２０ｃ…背面壁、２０ｄ…ターゲットガス流入孔（ターゲットガス流入部）、２１…フォイル、２２…入口ノズル、２３…出口ノズル、２４…冷却水ノズル、３０…ガス循環装置、３１…ポンプ、３２…冷却器、３３…配管、３４…原料ガス供給配管、３５…連絡配管、３６…三方弁、Ｂ…荷電粒子ビーム。

Claims

荷電粒子ビームを室内へ透過させる照射窓を有し、当該照射窓を透過した荷電粒子ビームの照射を受けて、ターゲットガスを核反応させる反応室と、
前記反応室から流出したガスを、前記反応室内へ流入させるガス循環装置と、を備えることを特徴とする放射性ガス同位体製造装置。
ターゲットガスを反応室内に流入させるターゲットガス流入部は、前記照射窓に向けられていることを特徴とする請求項１記載の放射性ガス同位体製造装置。
荷電粒子ビームの出射側の真空器と、荷電粒子ビームの入射側の前記反応室との間に、前記照射窓が１枚のみ設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の放射性ガス同位体製造装置。
前記ガス循環装置は、ターゲットガスを冷却させる冷却器を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の放射性ガス同位体製造装置。