JP2013081602A

JP2013081602A - 放射線被曝防止方法及び放射線被曝防止装置

Info

Publication number: JP2013081602A
Application number: JP2011223093A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kobayashi; 仁小林; Hiroshi Matsumoto; 浩松本; Masakazu Yoshioka; 正和吉岡
Original assignee: High Energy Accelerator Research Organization
Current assignee: High Energy Accelerator Research Organization
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】中性子治療に際しての中性子及び中性子による大気の放射化による放射線被曝を防止するための簡易な放射線被曝防止方法及び放射線被曝防止装置を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、中性子を遮蔽するために中性子診療台を放射線遮蔽材で遮蔽する。また、大気環境の放射化による放射線被曝を防止するために上記放射線遮蔽材で遮蔽された大気環境（空間）をアルゴンを実質的に含まない人工空気に置換する。その手段として、中性子診療室内の診療台の周辺を放射線遮蔽材で遮蔽した放射線遮蔽室と、人工空気を製造するための人工空気製造装置と、人工空気を放射線遮蔽室に送風するための送風器と、放射線遮蔽室の空気を排気するための排気ラインと、からなる放射線被曝防止装置の構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、中性子治療の際に照射中性子が大気環境を放射化することによって起きる放射線被曝を未然に防止するための放射線被曝防止及び放射線被曝防止装置に関するものである。さらに詳しくは、中性子治療用診療台の大気環境を実質的にアルゴンを含まない人工空気に置換することによる放射線被曝防止方法及び放射線被曝防止を提供するものである。

近年、選択的ながん治療として期待されているホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ:Boron Newtron Capture Therapy）に用いられる治療用の中性子は、主として熱中性子及び熱外中性子である。

医療用小型加速器等の使用によって発生するこれらの中性子は、高速中性子に比べて物質の放射化能は桁違いに低いものの、空気を放射化することがある。中性子による空気の放射化は、主として空気中のアルゴンの放射化であり、核反応^４０Ａｒ（ｎ，γ）^４１Ａｒによって、ガンマ線と放射性の^４１Ａｒ（半減期１．８３時間）が生じることが知られている。

障防法に基づく^４１Ａｒの空気中濃度限度は、作業環境と一般環境のそれぞれに対して法定限度が定められており、作業環境では１×１０^−１（Ｂｑ／ｃｍ^３）であり、一般環境では５×１０^−４（Ｂｑ／ｃｍ^３）である。

非特許文献１、及び２には、医療用小型加速器の使用に伴って発生する^４１Ａｒの濃度の測定と上記濃度限度との比較が報告されている。これによると、ターゲット付近では０．６２×１０^−１（Ｂｑ／ｃｍ^３）であったとされており、作業環境の法定管理基準は下回っているものの、一般環境の排気の許容基準に比べると１２０倍程度になっている。

従来、中性子発生施設に用いられている遮蔽材としては、水、コンクリート材料、鉄材、等が知られており、これらの材料の中性子遮蔽能力を推定するための遮蔽計算方法が、非特許文献３に報告されている。これによると、１ＭｅＶの中性子を遮蔽する能力は、鉄材、コンクリート材料、水の順に大きく、鉄材では殆ど遮蔽能力がないのに対して、厚さ１００ｃｍのコンクリート材料では中性子透過率が約１０００分の１になり、厚さ１００ｃｍの水では中性子透過率が１０^−８になる。

また、近年、中性子遮蔽材としてホウ素が注目されており、中性子遮蔽用のコンクリート材料としてホウ素を含有したコンクリート材料を用いることが特許文献１に提案されている。

また、上記のような^４１Ａｒによる放射線被曝を防止するために、室内の空気の連続強制排気が挙げられており、例えば、１時間に１０回空気を入れ替えるとすると、濃度は１０分の１に低下させることができると考えられる。

また、排気をする前に治療室を密閉した状態に置き、加速器の運転後に^４１Ａｒを減衰させた後、排気をする方法も考えられる。しかし、この方法は、排気中の放射能濃度を低減させるには有効であるが、強制排気に要する電力の消費が大きいという問題がある。

また、高エネルギーの加速器施設では、放射化空気の施設外漏洩を防ぐために、通常は、室内を陰圧にするために、室内空気の排気運転が行われている。しかし、この方法は排気中の放射能濃度を低減させるには有効であるが、室内物品の腐食を引き起こすことがある。

以上の問題を解決するためには、中性子治療を行うための治療室の大気環境を放射化し難い大気環境にするのが本質的な解決方法であると考えられるが、これまで上記問題を解決するような方法は知られていないのが現状である。

吉村厚、上原周三、大崎進、坂本弘巳、入江聖義、「小型サイクロトロンにより発生する中性子による空気中４０Ａｒの放射化」、ＲＡＤＩＯＩＳＯＴＯＰＥＳ，42，325-329，1993. 坂本弘巳、吉村厚、上原周三、入江聖義、泉隆、斎藤高志、「医療用加速より発生する中性子の検討」、九州大学医療技術短期大学部紀要、20、7-10、1993. 放射線施設のしゃへい計算実務マニュアル、2007、（財）原子力安全技術センター

特開２００８−０３９４５３号公報

本発明は、上記の事情に鑑み、中性子治療の際に照射中性子が大気環境を放射化することによって起きる放射線被曝を未然に防止するための簡易な放射線被曝防止方法及び放射線被曝防止装置を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記の課題を達成するために鋭意研究を重ねた結果、中性子治療用診療台の大気環境を実質的にアルゴンが含まれない人工空気に置換する方法が、放射化空気による放射線被曝を防止するために非常に有効であることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１）
中性子治療室内の診療台周辺の空間を放射線遮蔽材で遮蔽するとともに、前記放射線遮蔽材で遮蔽された空間の大気環境を実質的にアルゴンが含まれない人工空気に置換することを特徴とする放射線被曝防止方法の構成とした。
（２）
（１）に記載の放射線被曝防止方法に用いる放射線被曝防止装置であって、前記中性子診療室内の診療台の周辺を放射線遮蔽材で遮蔽した放射線遮蔽室と、前記人工空気を製造するための人工空気製造装置と、前記人工空気を前記放射線遮蔽室に送風するための送風器と、前記放射線遮蔽室の空気を排気するための排気ラインと、からなることを特徴とする放射線被曝防止装置の構成とした。
（３）
さらに、前記人工空気製造装置から人工空気を前記送風器に通気するための通気ラインと、前記通気ラインに設けられ人工空気の温度及び湿度を調整するための人工空気調整器と、を備えることを特徴とする（２）に記載の放射線被曝防止装置の構成とした。
（４）
前記人工空気製造装置及び前記人工空気調整器を前記放射線遮蔽室の室外に設け、前記送風器を前記該診療台の長手方向の前記放射線遮蔽室に設け、前記排気ラインの排気口を上記送風器と対向する側の前記放射線遮蔽室に設け、前記中性子の出射部を前記診療台の上部に設けることを特徴とする（３）に記載の放射線被曝防止装置の構成とした。

本発明は、中性子治療室に置かれた診療台周辺の大気環境をアルゴンを実質的に含有しない人工空気の環境に置換するだけで放射化大気環境からの放射線被曝を本質的に防止することが可能である。本発明は、診療台周辺の局所的な大気環境だけを人工空気に置換することが可能であるので、従来の治療室全体の大気を強制換気する方法ではないので、非常に少ない電力消費量ですむ。

例えば、放射線遮蔽材で囲まれた局所空間の空気をアルゴンの含有量が０．１％以下の人工空気に置換することによって、放射能濃度を０．０３（Ｂｑ／ｃｍ^３）程度乃至それ以下にすることが可能である。これは自然放射能の濃度レベル乃至それ以下の濃度であるので、本発明を用いることによって、内部被曝を本質的に防止できるという顕著な効果が得られる。

一方、治療室全体の大気を強制換気する従来の方法では放射線被曝を本質的に防止することは困難であり、作業環境における^４１Ａｒの濃度限度である１×１０^−１（Ｂｑ／ｃｍ^３）を達成するには少なくとも本発明の電力消費量の１０倍の電力が必要である。

図１は、本実施形態に係る放射線被曝防止装置の一例を示す概略図である。

本発明は、中性子治療用診療台を放射線遮蔽材で遮蔽し、該放射線遮蔽材で遮蔽された診療台周辺の大気環境をアルゴンを実質的に含有しない人工空気の環境に置換することを特徴とする放射線被曝防止方法及び放射線被曝防止装置である。

本発明において診療台周辺の大気環境をアルゴンを実質的に含有しない人工空気に置換する理由は、中性子による空気の放射化で最も大きな要因となっているのが、空気中に含まれるアルゴンの放射化であるからである。

アルゴンは、空気中に約０．９％含有されている希ガスであるが、人体の呼吸に必要な成分ではない。したがって、アルゴンを実質的に含まない大気環境を人工的に調整することによって、中性子による放射化による放射線被曝を殆ど起こらないようにすることが可能である。

そのために、本発明では、アルゴンを実質的に含有しない人工空気を用いる。アルゴンを実質的に含有しない人工空気は、例えば、純窒素ガスと純酸素ガスを大気と同じ成分比率で混合することによって調整することが可能である。

中性子治療用の診療台を放射線遮蔽材で遮蔽し、該遮蔽された大気環境（空間）を上記アルゴンを実質的に含有しない人工空気の環境に置換する理由は、必ずしも治療室全体の大気の置換ではなくて、治療室に置かれた診療台周辺の局所的な大気環境だけを上記アルゴンを実質的に含有しない人工空気で置換することによって、より効果的に放射線被曝を防止することが可能であるからである。

なぜなら、治療室に置かれた診療台の周囲を局所的に放射線遮蔽材で遮蔽し、この遮蔽された空間に上記アルゴンを実質的に含有しない人工空気を供給することによって、診療台が置かれている環境の放射線被曝を防止することが可能であるだけでなく、診療台の外部環境からの放射線被曝も防止することが可能であるからである。

上記放射線遮蔽材としては、ホウ素を含有した材料が好ましい。ホウ素を含有した材料は、中性子の遮蔽効果が高いからである。ホウ素を含有した材料としては、例えばホウ素を含有したポリエチレン材料やホウ素を含有したコンクリート材料、等を挙げることができるが、これらの材料に限定するものではない。

以下に中性子による空気の放射化に関する計算結果等を参照しつつ本発明の一側面を実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）として詳細に説明する。

空気の放射化による空気中放射能濃度は、式１によって与えられる。
Ｒ=λ×（λ＋α）^−１×Ｎ×φ×σ×［１−ｅｘｐ〔−（λ＋α）ｔ〕］・・・式１
ここで、Ｒは空気中放射濃度（Ｂｑ／ｃｍ^３）、λは崩壊定数（ｍｉｎ^−１）、αは室内空気排出率（ｍｉｎ^−１）、Ｎは原子密度（ａｔｏｍｓｃｍ^−３）、φは中性子束密度（ｎｃｍ^−２ｓｅｃ^−１、ｎは個数）でありφ＝４Ｑ・Ｓ^−１で与えられる、Ｑは線源強度であり、Ｓは中性子が放出される部屋の表面積であり、σは反応断面積（ｃｍ^２ａｔｏｍ^−１）である。

上記式１に、出力５０ｋＷ−８ＭｅＶの陽子を中性子発生用のターゲットに衝突させた時に発生する中性子の強度としてＱ=１×１０^１１（ｓ^−１）、遮蔽された空間の表面積としてＳ＝１８（ｍ^２）、濃度１％のＡｒの原子密度としてＮ=２．５×１０^１７（ａｔｏｍｓｃｍ^−３）、崩壊定数としてλ＝１、アルゴンの反応断面積としてσ＝６６０×１０^−２７（ｃｍ^２ａｔｏｍ^−１）を代入すると、Ｒ=０．３４（Ｂｑ／ｃｍ^３）程度となり、作業環境における^４１Ａｒの濃度限度である１×１０^−１（Ｂｑ／ｃｍ^３）を超えることが予想される。

したがって、上記遮蔽空間の大気環境をアルゴンを実質的に含有しない人工空気に置換することによって、アルゴンの放射化による放射線被曝を防止することが可能である。

また、中性子が放出される部屋を局所的に放射線遮蔽材で遮蔽するための放射線遮蔽材として、従来のコンクリート材料を用いる場合とホウ素を含有したコンクリート材料を用いる場合の中性子遮蔽能力を非特許文献３及び特許文献１から推定すると、以下のようになる。

すなわち、１ＭｅＶの中性子を遮蔽するために、厚さ１００ｃｍのコンクリート材料を用いた場合には、中性子の実効線量透過率は約１０００分に１になるのに対して、ホウ素を含有したコンクリート材料を用いた場合には、厚さ５０ｃｍで中性子の実効線量透過率を約１０００分に１に低減可能である。

したがって、上記遮蔽をホウ素を含有したコンクリート材料やホウ素を含有したポリエチレン材料を用いて行うことによって、中性子の遮蔽効果を顕著に高めることが可能である。

本発明における放射線被曝防止装置は、中性子治療室の中に中性子治療用診療台を配置するために局所的に設けられた放射線遮蔽材で遮蔽された放射線遮蔽室、アルゴンを実質的に含有しない人工空気を製造するための人工空気製造装置、人工空気製造装置によって製造される人工空気を調整するための人工空気調整器、人工空気調整器から人工空気を通気するための通気ライン、通気ラインを通して供給される人工空気を送風するための送風器、放射線遮蔽室の空気を排気するための排気ライン、及び放射線遮蔽室に設置される中性子の出射部から構成される。

そして、上記人工空気製造装置及び上記人工空気調整器を上記放射線遮蔽室の室外に設け、上記通気ラインによって上記人工空気調整器と上記送風器を連結し、上記送風器、上記排気ライン、及び上記中性子の出射部を上記放射線遮蔽室に設け、上記放射線遮蔽室に置かれる中性子治療用診療台の位置を基準にして、上記送風器を該診療台の長手方向の離れた位置に設け、上記排気ラインを上記空調器と対向する側に設け、上記中性子の出射部を上記診療台の上部に設けることを特徴とする放射線被曝防止装置である。

上記放射線遮蔽室は、放射線遮蔽材を用いて遮蔽された局所的空間であり、中性子治療室内に設けられ、中性子治療用診療台を設置するに足るだけの容積があればよい。放射線遮蔽材としては、従来の放射線遮蔽材を用いることができるが、中性子の遮蔽効果が高いホウ素含有のコンクリート材やホウ素含有のポリエチレン材料を用いるのが好ましい。

上記人工空気製造装置は、中性子治療室に設けることも可能ではあるが、そうすると騒音等の防止のための設備が必要なので、放射線遮蔽室の室外に設けるのが好ましい。

アルゴンを実質的に含有しない人工空気を製造するための装置は、従来の人工空気製造装置を用いることが可能である。本発明における人工空気製造装置は、アルゴンを実質的に含有しない人工空気を製造するための装置ではあるが、アルゴン含有量が０.１％以下であれば空気中放射濃度を作業環境の法定管理基準である１×１０^−１（Ｂｑ／ｃｍ^３）以下にすることが十分に可能であるので、アルゴン含有量が０.１％以下の人工空気を製造可能な装置であれば実際上差し支えない。従って、アルゴン含有量が０．１％以下の人工空気は、アルゴンが実質的に含まれない人工空気である。

上記人工空気調整器は、人工空気製造装置によって製造される人工空気の温度及び湿度を調整するための装置であり、従来の空調器と従来の加湿装置を適宜組み合わせることによって可能である。該人工空気調整器は、放射線遮蔽室の室内に設けることも可能ではあるが、騒音等の防止のために放射線遮蔽室の室外に設けるのが好ましい。

上記通気ラインは、上記人工空気製造装置、人工空気調整器、及び放射線遮蔽室を連結するための通気ラインのことである。通気ラインとしては、従来の鋼管製の気体通気ラインを用いることが可能である。

上記送風器は、上記通気ラインからの人工空気を放射線遮蔽室に送風するための装置であり、放射線遮蔽室の中で送風を調整するために、通常、放射線遮蔽室の室内に設ける。該送風器は、上記放射線遮蔽室に置かれる中性子治療用診療台の位置を基準にして、診療台の長手方向の離れた位置に設けるのが好ましい。これは、送風による空気の流れを平均化するためである。

上記排気ラインは、上記放射線遮蔽室の室内の空気を排気するための排気ラインであり、排気ライン端部は放射線遮蔽室に設ける。該排気ラインは、強制排気のための特別な排気ラインでなくてもよい。例えば、排気口でよい。該排気ラインは、送風器と対向する側に設けるのが自然な空気の流れを作るために好ましい。

上記中性子の出射部は、通常、上記診療台の上部に設ける。これは、中性子照射が、通常、診療台の上部から行われるためである。上記送風器、出射部、排出口を直線的に配置することで、放射化物を効果的に放射線遮蔽室外に排出できる。

図１は、本実施形態に係る放射線被曝防止装置の一例を示す概略図である。図１（Ａ）は放射線被曝防止装置２０の平面透視図であり、図１（Ｂ）は正面透視図である。

放射線被曝防止装置２０は、中性子治療室１の中に局所的に設けられ診療台８が収納される放射線遮蔽室２と、中性子治療室１の外に設けられる人工空気製造装置３及び人工空気の温度及び湿度を調整するための人工空気調整器４と、温度及び湿度が調整された人工空気を放射線遮蔽室２に通気するための通気ライン５と、放射線遮蔽室２の室内に設けられる人工空気を送風するための送風器６と、放射線遮蔽室２の空気を排気するための排気ライン（排気口７）と、及び中性子をターゲットに照射する出射部９から構成される。

出射部９は、加速器で生成され輸送管内を輸送された中性子ビームをターゲットに向け出射する部分で、固定部１０に移動可能に設置される。送風器６と排気口７は診療台８の長手方向に対向して放射線遮蔽室２の側壁に設けられている。

放射線被曝防止装置２０において、アルゴンを実質的に含有しない人工空気が人工空気製造装置３によって製造され、この人工空気は人工空気調整器４に送られ、そこで温度及び湿度が調整され、通気ライン５によって放射線遮蔽室２の室内（空間２ａ）に設けられた送風器６に送られる。

送風器６によって送風されるアルゴンを実質的に含有しない人工空気は放射線遮蔽室２の室内にある空気と置換され、一方、放射線遮蔽室２の室内に設けられた排気口７（排気ライン）を通して人工空気が放射線遮蔽室２外に排気される。出射部９は、診療台８の上部に設けられる。

以上のように、本発明は、中性子治療に際しての中性子及び中性子による大気の放射化による放射線被曝を防止するための簡易な放射線被曝防止方法及び放射線被曝防止装置である。

中性子診療台を放射線遮蔽材で遮蔽することによって中性子を遮蔽し、且つ、放射線遮蔽材で遮蔽された診療台周辺の大気環境（空間２ａ）をアルゴンを実質的に含有しない人工空気の環境に置換することによって大気の放射化による放射線被曝を防止することが可能である。

１中性子治療室
２放射線遮蔽室
２ａ空間
３人工空気製造装置
４人工空気調整器
５通気ライン
６送風器
７排気口
８診療台
９出射部
１０固定部
２０放射線被曝防止装置

Claims

中性子治療室内の診療台周辺の空間を放射線遮蔽材で遮蔽するとともに、前記放射線遮蔽材で遮蔽された空間の大気環境を実質的にアルゴンが含まれない人工空気に置換することを特徴とする放射線被曝防止方法。
請求項１に記載の放射線被曝防止方法に用いる放射線被曝防止装置であって、
前記中性子診療室内の診療台の周辺を放射線遮蔽材で遮蔽した放射線遮蔽室と、
前記人工空気を製造するための人工空気製造装置と、
前記人工空気を前記放射線遮蔽室に送風するための送風器と、
前記放射線遮蔽室の空気を排気するための排気ラインと、
からなることを特徴とする放射線被曝防止装置。
さらに、前記人工空気製造装置から人工空気を前記送風器に通気するための通気ラインと、前記通気ラインに設けられ人工空気の温度及び湿度を調整するための人工空気調整器と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の放射線被曝防止装置。
前記人工空気製造装置及び前記人工空気調整器を前記放射線遮蔽室の室外に設け、前記送風器を前記該診療台の長手方向の前記放射線遮蔽室に設け、前記排気ラインの排気口を上記送風器と対向する側の前記放射線遮蔽室に設け、前記中性子の出射部を前記診療台の上部に設けることを特徴とする請求項３に記載の放射線被曝防止装置。