JP2017104835A - 放射性同位元素精製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物の混入を低減する放射性同位元素精製装置及び放射性同位元素製造システムを提供する。【解決手段】放射性同位元素精製装置１は、所定の方向に延在し固体ターゲット基板Ｗが内部に配置される炉心管３と、炉心管３を加熱する加熱部２と、加熱部２による加熱により炉心管３内で固体ターゲット基板Ｗから昇華した放射性同位元素を回収するバブリング捕集部３０と、を備え、加熱部２は、炉心管３の延在方向に沿って加熱温度が異なる温度分布を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、放射性同位元素精製装置に関する。

従来、病院等での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（ＲＩ）は、放射性同位元素が形成された固体ターゲットを精製装置で精製することによって取得されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、まず、ターゲット装置に設けられた固体ターゲットに荷電粒子線を照射し、放射性同位元素が形成された固体ターゲットを取得する。そして、目的の放射性同位元素が形成された固体ターゲットをターゲット装置から回収し、回収した固体ターゲットを昇華させて当該固体ターゲットから放射性同位元素を分離回収する。

特開平１０−２０６５９４号公報

この種の放射性同位元素の精製では、固体ターゲット中に含まれる目的以外の成分も一緒に昇華するので、回収時に上記成分が不純物として目的物に混入する。このような不純物の混入を低減し目的の放射性同位元素の純度を高めることが望まれる。本発明は、不純物の混入を低減する放射性同位元素精製装置及び放射性同位元素製造システムを提供することを目的とする。

本発明の放射性同位元素精製装置は、所定の方向に延在し固体ターゲット基板が内部に配置される収容部と、収容部を加熱する加熱部と、加熱部による加熱により収容部内で固体ターゲット基板から昇華した放射性同位元素を回収する回収部と、を備え、加熱部は、収容部の延在方向に沿って加熱温度が異なる温度分布を有する。

本発明の装置によれば、収容部内の固体ターゲット基板から昇華した放射性同位元素が気体として収容部内をその延在方向に移動し、回収部に回収される。このとき、固体ターゲット基板からは目的の放射性同位元素以外の成分（以下「不要成分」と言う）も一緒に昇華し移動する。ここでは、移動中の収容部内の温度と各成分の沸点との関係に応じて、不要成分は再び固体に戻って収容部内に付着し、目的の放射性同位元素は気体のままで回収部まで移動し回収されることが理想的である。これに対し、本発明の装置では、加熱部の上記温度分布を適切に微調整することで、目的の放射性同位元素を気体として通過させ且つ不要成分を収容部内に付着させることができる。よって、回収部に到達する不要成分が減少し、回収される目的の放射性同位元素に混入する不純物が低減される。

また、加熱部は、回収部に近づくに従って加熱温度が低下するような温度分布を有するようにしてもよい。また、加熱部は、延在方向に配列され互いに加熱温度が異なる複数の分割加熱部を有するようにしてもよい。また、加熱部は、延在方向に所定の長さをもつ領域であり加熱温度が最も低くかつ一定である低温一定領域を有するようにしてもよい。また、加熱部は、分割加熱部同士の間に介在された断熱材を更に有するようにしてもよい。

本発明の放射性同位元素製造システムは、ホットセルと、ホットセル内の一室に収容された上記の何れかに記載の放射性同位元素精製装置と、を備える。

本発明によれば、不純物の混入を低減する放射性同位元素精製装置及び放射性同位元素製造システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る放射性同位元素精製装置が収容されるホットセルの断面図であり、正面と平行な断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る放射性同位元素精製装置を示す概略側面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る放射性同位元素精製装置及び放射性同位元素製造システムの実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本発明の実施形態に係る放射性同位元素精製装置及び放射性同位元素製造システムは、放射性同位元素を含む物質から、放射性同位元素を精製し製造する。精製された放射性同位元素は、例えば病院の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）である放射性薬剤（放射性医薬品を含む）の製造に用いられる。本実施形態において、放射性同位元素製造システム１０１は、放射性同位元素精製装置１と、当該放射性同位元素精製装置１を収容するホットセル１０とを備えている。ホットセル１０は、放射線の透過を抑制する放射線遮蔽壁Ｃを有する。

まず、図１を参照して、放射性同位元素製造システム１０１が備えるホットセル１０の概要を説明する。

図１に示すように、ホットセル１０は、箱型を成すホットセル本体１１を備えている。ホットセル本体１１は、壁体１４〜１６を有している。壁体１４〜１６は、放射線の透過を抑制する放射線遮蔽壁によって形成されている。放射線遮蔽壁は、例えば鉛によって形成されている。ホットセル本体１１内に収容される放射性物質に応じて、放射線遮蔽壁の材質を適宜変更してもよい。なお、ホットセル本体１１は、正面開口部に正面扉（不図示）を有していると共に、正面壁と対向して配置された壁体である背面壁（不図示）を有している。正面扉及び背面壁は、壁体１４〜１６と同じく放射線遮蔽壁で形成されている。

ホットセル本体１１の正面開口部は、ホットセル本体１１の内部に収容される対象物１００の出し入れに利用される。ホットセル本体１１の内部に収容される対象物１００は、ＰＥＴ診断等で使用される放射性薬剤を取り扱う放射性薬剤取り扱い装置（放射性物質取り扱い装置）である。対象物１００としては、例えば本実施形態に係る放射性同位元素精製装置１、放射性物質を他の物質に標識する（放射性物質を基に放射性薬剤を合成する）合成装置、放射性薬剤の品質を検定する品質検定装置、又は放射性薬剤を含む液体を目的の液量に分注する分注装置等が挙げられる。

ホットセル本体１１には、放射性薬剤取り扱い装置を収容可能な空間である陽圧室２１が形成されている。ホットセル本体１１は、内部を区切る仕切板２４，２５を備え、仕切板２４，２５を介して複数の陽圧室２１を有する。仕切板２４，２５は、放射線遮蔽壁によって形成されていてもよく、放射線を透過する壁体によって形成されていてもよい。なお、陽圧室２１内の対象物１００同士は、図示せぬ管で互いに接続され、放射性同位元素又は放射性薬剤の試料等を対象物１００間で送付可能となっていてもよい。

次に、図２を参照して、本実施形態に係る放射性同位元素精製装置１について説明する。放射性同位元素精製装置１は、放射性同位元素製造システム１０１において、前述の対象物１００としてホットセル１０内の一室に収容される（図１参照）。図２は、本発明の一実施形態に係る放射性同位元素精製装置１を示す概略側面図である。放射性同位元素精製装置１では、放射性同位元素の精製を行う。図２に示すように、本実施形態に係る放射性同位元素精製装置１は、炉心管３と、加熱部２と、挿入管４と、ロッドレスシリンダ４４と、ガス供給部５０と、制御部６０とを備えている。

炉心管３は、固体ターゲット基板Ｗが内部に配置される収容部である。炉心管３は、基板導入部７と、送出部８と、接続部９とを有しており、水平に延在している。基板導入部７は、加熱部２の内部に配置されている。基板導入部７は、略水平に延在している。基板導入部７は、一端側が開口され、挿入管４が挿入可能な口径を有している。基板導入部７の一端側からは、固体ターゲット基板Ｗが載置された挿入管４が挿入される。これにより、基板導入部７は、固体ターゲット基板Ｗを内部に導入する。

基板導入部７の他端側は、一端側よりも口径がすぼまった逆テーパ形状を有しており、送出部８と連通されている。送出部８は、加熱部２の内部に配置され、基板導入部７の他端側から加熱部２の外部に向かって略水平に延在している。送出部８は、挿入管４を挿入できない程度の口径を有している。すなわち、送出部８は、基板導入部７よりも小さい口径を有している。送出部８は、基板導入部７において気化した放射性同位元素（以下、「気化ガス」ともいう）を、送出部８の他端側に連通された接続部９へと導く。

接続部９は、加熱部２の外部に配置され、送出部８の他端側から延びている。接続部９は、送出部８の他端側から略水平に延びる水平部９Ａと、略直角に屈曲する屈曲部９Ｂと、屈曲部９Ｂから下方へ鉛直に延びる鉛直部９Ｃとを有する。接続部９の鉛直部９Ｃは、屈曲部９Ｂよりも狭い管状を呈している。鉛直部９Ｃの下端部は、開口されている。これにより、鉛直部９Ｃの下端部において、送出部８から導かれた気化ガスを炉心管３の外部へ取り出す回収孔９Ｄが形成されている。

接続部９の鉛直部９Ｃには、バブリング捕集部３０（回収部）が接続されている。バブリング捕集部３０は、放射性同位元素を捕集するための溶液を貯留する貯留部３１と、貯留部３１内の気化ガスを排出する排出口３４と、貯留部３１内の溶液を供給する溶液供給部３６とを有している。

貯留部３１は、接続部９の鉛直部９Ｃの周りを囲むように、上下方向に延びる管状の容器である。ただし、貯留部３１の形状は、溶液を貯留することができる限り特に限定されない。鉛直部９Ｃの下端部に形成された回収孔９Ｄは、バブリング捕集部３０の貯留部３１の底部に近接して対向している。貯留部３１に溶液が貯留された状態においては、鉛直部９Ｃの下端部は溶液に浸漬された状態となる。これによって、送出部８から接続部９へ導かれた気化ガスは、接続部９の鉛直部９Ｃの下端部に形成された回収孔９Ｄから噴出され、溶液内に気泡として供給される。溶液は、気泡から放射性同位元素を捕集できる溶液であればよく、例えば水酸化ナトリウム水溶液、蒸留水、及び生理食塩水等が採用される。

加熱部２は、略円筒形状を有している。加熱部２は、炉心管３の基板導入部７及び送出部８を取り囲むように、炉心管３の周囲に配置されている。加熱部２は、炉心管３の基板導入部７を加熱する。これにより、加熱部２は、基板導入部７内に収容された固体ターゲット基板Ｗを例えば約２００〜７００℃に加熱する。加熱部２は制御部６０によって制御される。制御部６０は、加熱部２における後述のヒータ５１を作動させる。これにより、炉心管３の基板導入部７内の温度が上昇する。制御部６０は、加熱部２により加熱された基板導入部７内の温度状態が、適切な温度状態となるように、加熱部２を制御する。適切な温度状態とは、基板導入部７内に収容された固体ターゲット基板Ｗの放射性同位元素が気化可能な温度である。なお、制御部６０はホットセル１０の外部に設けられる。

放射性同位元素の精製を行うときには、基板導入部７には放射性同位元素が形成された固体ターゲット基板Ｗが導入される。このとき、固体ターゲット基板Ｗが加熱されると、固体ターゲット基板Ｗに形成されていた放射性同位元素が蒸発して気化ガスとなる。なお、加熱部２の加熱によって気化することができる放射性同位元素として、ヨウ素、又は臭素等が挙げられる。

挿入管４の先端には固体ターゲット基板Ｗが設置される。挿入管４はロッドレスシリンダ４４によって略水平に移動し、炉心管３の基板導入部７に固体ターゲット基板Ｗを導入し、且つ、炉心管３の基板導入部７から固体ターゲット基板Ｗを退出させる。ロッドレスシリンダ４４は、制御部６０によってその動作が制御される。挿入管４が基板導入部７に挿入されると、挿入管４が炉心管３に密着し炉心管３は密閉される。

挿入管４の軸方向中心には、挿入管４を軸方向で貫く貫通孔が形成されている。当該貫通孔の一端側には、ガス流通管（不図示）を介してガス供給部５０が接続されている。ガス供給部５０は、挿入管４の載置部５が炉心管３の基板導入部７内に導入された状態において、ガス流通管を介して挿入管４の貫通孔へ不活性ガスを供給する。挿入管４の載置部５が炉心管３の基板導入部７内に導入された状態であるため、ガス供給部５０から供給された不活性ガスは、挿入管４の貫通孔内を通り、基板導入部７内に流れ込む。すなわち、ガス供給部５０は、炉心管３の一端側から炉心管３内へ不活性ガスを供給する。ガス供給部５０は、制御部６０によって制御される。

ここで、加熱部２の構成について、更に詳細に説明する。加熱部２は、炉心管３の延在方向に連続して配列された複数（本実施形態では３つ）のヒータ５１（分割加熱部）を有している。各ヒータ５１は炉心管３を周方向に包囲している。以下、３つのヒータ５１を区別するときには、図に示されるように、挿入管４に近い側からバブリング捕集部３０に近い側に向かって順に、それぞれ、ヒータ５１ａ，５１ｂ，５１ｃと呼ぶ。

ヒータ５１ａ，５１ｂ，５１ｃによる加熱温度は制御部６０によって個別に制御可能である。これにより、加熱部２は、炉心管３の延在方向に沿って加熱温度が変化するような温度分布を有するように炉心管３を加熱することができる。すなわち、ヒータ５１ａ，５１ｂ，５１ｃによる加熱温度をそれぞれ異なる温度に設定すれば、加熱部２による炉心管３の加熱温度は、炉心管３の延在方向に沿って３段階に異なる。炉心管３の延在方向におけるヒータ５１ａ，５１ｂ及び５１ｃの長さは、例えば以下のように設定される。ヒータ５１ａは、基板導入部７が収納可能な長さに設定され、ヒータ５１ｂ及びヒータ５１ｃの長さは、ヒータ５１ａと同程度に設定される。ヒータ５１ｃが、その他のヒータ５１ａ，５１ｂよりも長くなるように設定してもよい。

上記温度分布は、固体ターゲット基板Ｗの種類や精製処理に係る目的の放射性同位元素に対応して適宜設定可能である。例えば、精製処理に係る目的の放射性同位元素が臭素等である場合には、バブリング捕集部３０に近いほど加熱温度が低下するように設定される。すなわち、ヒータ５１ａの加熱温度が最も高く、ヒータ５１ｃの加熱温度が最も低く設定され、ヒータ５１ｂの加熱温度は、ヒータ５１ａ，５１ｃの加熱温度の間の温度に設定される。具体例として、例えば、固体ターゲット基板Ｗがセレン化銅であり目的の放射性同位元素が臭素である場合、ヒータ５１ａの加熱温度は約１１００℃、ヒータ５１ｂの加熱温度は約６００℃、ヒータ５１ｃの加熱温度は約２００℃に設定される。

このうちヒータ５１ｃによる加熱領域５２ｃは、炉心管３の延在方向に所定の長さをもち、加熱温度が炉心管３全体のなかで最低温であり、かつ加熱温度が延在方向で一定である低温一定領域である。ヒータ５１ｃによる加熱温度は、目的の放射性同位元素の沸点よりも高く、かつ、固体ターゲット基板Ｗから昇華した主な不要成分の沸点よりも低い温度に設定される。このような加熱温度の設定により、ヒータ５１ｃによる加熱領域（低温一定領域）では、不要成分が炉心管３の内壁面に付着する一方で、目的の放射性同位元素は気体として当該領域を通過しバブリング捕集部３０まで到達する。

なお、各ヒータ５１同士の間には断熱材５３が挟み込まれるように設置されている。この断熱材５３の存在により、ヒータ５１同士の繋ぎ目からの熱の漏洩が抑えられ、炉心管３における所望の温度分布が安定して得られる。

続いて、放射性同位元素精製装置１の動作について説明する。まず、不要成分（例えばセレン化銅）と目的の放射性同位元素（例えば臭素）とを含む固体ターゲット基板Ｗが挿入管４上に設置される。そして、制御部６０の制御により炉心管３側に向かってロッドレスシリンダ４４が移動し、挿入管４上に載置された固体ターゲット基板Ｗが、炉心管３の基板導入部７内に導入される。

その後、加熱部２におけるヒータ５１を作動させる。制御部６０は、ヒータ５１ａ，５１ｂ，５１ｃのそれぞれの加熱温度を、予め定められた異なる温度に制御する。また、ガス供給部５０から炉心管３内に不活性ガスが供給される。基板導入部７内が加熱され固体ターゲット基板Ｗが気化可能な温度以上になると、固体ターゲット基板Ｗから不要成分と放射性同位元素とが昇華する。昇華した不要成分及び放射性同位元素のガスは、ガス供給部５０から供給される不活性ガスにより、炉心管３内をバブリング捕集部３０に向けて搬送される。この搬送の途中で、前述したように、不要成分は再固化し炉心管３の内壁面に付着する一方で、放射性同位元素は気体の状態でバブリング捕集部３０まで到達し回収される。

次に、本実施形態に係る放射性同位元素精製装置１及び放射性同位元素製造システム１０１の作用及び効果について説明する。

放射性同位元素製造システム１０１の放射性同位元素精製装置１では、炉心管３内の固体ターゲット基板Ｗから昇華した放射性同位元素が気体として炉心管３内をその延在方向に移動し、バブリング捕集部３０に回収される。このとき、固体ターゲット基板Ｗからは目的の放射性同位元素以外の成分と一緒に不要成分が昇華し移動する。ここでは、移動中の炉心管３内の温度と各成分の沸点との関係に応じて、不要成分は再び固体に戻って炉心管３内に付着し、目的の放射性同位元素は気体のままでバブリング捕集部３０まで移動し回収されることが理想的である。

これに対し、放射性同位元素製造システム１０１の放射性同位元素精製装置１では、加熱部２が炉心管３の延在方向に沿った温度分布を有するように設定可能であるので、当該温度分布を適切に微調整することで、目的の放射性同位元素を気体として通過させ且つ不要成分を炉心管３に付着させることができる。特に、前述のように、炉心管３の延在方向に所定の長さをもつ加熱領域５２ｃが設定されているので、加熱領域５２ｃにおいて不要成分が十分に炉心管３に捕捉される。よって、バブリング捕集部３０に到達する不要成分が減少し、回収される目的の放射性同位元素に混入する不純物が低減され、回収される目的の放射性同位元素の純度が向上する。

例えば、固体ターゲット基板Ｗ中の不要成分がセレン化銅であり目的の放射性同位元素が臭素である場合、固体ターゲット基板Ｗは、セレン化銅の基板に放射線を照射して得られるものである。上記のように得られた固体ターゲット基板Ｗでは、放射線照射で発生した臭素がセレン化銅の内部に点在した状態となっている。臭素はセレン化銅よりも沸点が低いが、臭素がセレン化銅の内部に点在していることから、この臭素を精製するためには、基板導入部７において固体ターゲット基板Ｗをセレン化銅の沸点まで加熱して、セレン化銅ごと臭素を気化させる必要がある。そして、セレン化銅の方が臭素よりも沸点が高いため、炉心管３に温度分布を設けることで、セレン化銅を再固化させて炉心管３の内壁面に付着させて、臭素のみを気体の状態でバブリング捕集部３０に到達させ回収することができる。

以上、本実施形態の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

上記実施形態において、基板導入部７に導入された固体ターゲット基板Ｗは、加熱部２により２００〜７００℃に加熱されるとしたが、固体ターゲット基板Ｗが加熱部２により加熱される温度帯域は上記の温度帯域に限られない。放射性同位元素の精製を行う際には放射性同位元素が気化可能な所定温度であればよい。また、実施形態では、バブリング捕集部３０に近づくに従って（すなわち下流に行くに従って）加熱温度が低下するような温度分布を形成したが、これには限られず、例えば、炉心管３の延在方向に沿って加熱温度が上下に変化するようにしてもよい。また、ヒータ５１の数は３つに限られず、ヒータ５１の数を増やして更に複雑な炉心管３の温度分布を形成してもよい。また、炉心管３の延在方向における各ヒータ５１の長さをそれぞれ設定することで更に複雑な炉心管３の温度分布を形成してもよい。また、実施形態では、加熱温度が一定である領域を炉心管３の延在方向に複数配列することで炉心管３の温度分布を形成しているが、この方式には限定されず、例えば、加熱温度が炉心管３の延在方向で徐々に変化するような領域を形成してもよい。以上のような設定は、固体ターゲット基板Ｗの種類及び目的の放射性同位元素の種類に応じて適宜決めればよい。

１…放射性同位元素精製装置、２…加熱部、３…炉心管（収容部）、１０…ホットセル、３０…バブリング捕集部、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…ヒータ（分割加熱部）、５２ｃ…加熱領域（低温一定領域）、１０１…放射性同位元素製造システム、Ｗ…固体ターゲット基板。

Claims (6)

1. 所定の方向に延在し固体ターゲット基板が内部に配置される収容部と、
   前記収容部を加熱する加熱部と、
   前記加熱部による加熱により前記収容部内で前記固体ターゲット基板から昇華した放射性同位元素を回収する回収部と、を備え、
   前記加熱部は、前記収容部の延在方向に沿って加熱温度が異なる温度分布を有する、放射性同位元素精製装置。
2. 前記加熱部は、
   前記回収部に近づくに従って加熱温度が低下するような前記温度分布を有する、請求項１に記載の放射性同位元素精製装置。
3. 前記加熱部は、前記延在方向に配列され互いに加熱温度が異なる複数の分割加熱部を有する、請求項１又は２に記載の放射性同位元素精製装置。
4. 前記加熱部は、
   前記延在方向に所定の長さをもつ領域であり前記加熱温度が最も低くかつ一定である低温一定領域を有する、請求項３に記載の放射性同位元素精製装置。
5. 前記加熱部は、前記分割加熱部同士の間に介在された断熱材を更に有する、請求項３に記載の放射性同位元素精製装置。
6. ホットセルと、
   前記ホットセル内の一室に収容された請求項１〜５の何れか１項に記載の放射性同位元素精製装置と、を備える放射性同位元素製造システム。
   

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