JP2017181226A - 遮蔽体の放射化物発生量低減方法及び遮蔽体 - Google Patents

Abstract

【課題】遮蔽体の放射化を抑制できる遮蔽体の放射化物発生量低減方法を提供する。
【解決手段】
加速器等の線源１を遮蔽体７で覆う。遮蔽体７を少なくとも第一部分７ａと第二部分７ｃとに分ける。遮蔽体７の第一部分７ａを放射化し易い内側に配置し、遮蔽体７の第二部分７ｃを放射化し難い外側に配置する。その後、第一部分７ａを放射化し難い外側に配置し、第二部分７ｃを放射化し易い内側に配置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、加速器等の線源を遮蔽する遮蔽体に関する。

医療用、工業用の加速器がある施設では、放射線の漏洩を防止するため、加速器を遮蔽体で覆うことが行われている。例えば、ＰＥＴ（positron emission tomography 陽電子放射撮像法）診断を行う医療施設では、放射性核種を生成するための加速器を遮蔽体で覆っている。加速器で加速されたビームをターゲットに照射すると、ターゲットに放射性核種が生成すると共に、ターゲットから放射線が放出する。放射線の外部への漏洩を防止するために、加速器を遮蔽体で覆っている。

なお、加速器がサイクロトロンの場合、特許文献１に記載のようにサイクロトロンごと遮蔽体で覆っている。加速器がライナックの場合、細長いライナックごと遮蔽体で覆うのは現実的でないので、特許文献２に記載のようにターゲットのみを遮蔽体で覆っている。

特開２０１２−２０７９６６号公報 特開２００６−２８４３３７号公報

しかしながら、放射線の中性子が繰り返し遮蔽体に当たると、遮蔽体が放射化、すなわち遮蔽体に放射化物が生成される。放射化物の量は、加速器の運転時間に比例する。放射化物は、加速器の運転の終了後でも放射線を発生する。このため、近年、加速器の普及に伴い、放射化した遮蔽体の取り扱いが課題になっている。

そこで本発明は、遮蔽体の放射化を抑制できる遮蔽体の放射化物発生量低減方法及び遮蔽体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、線源を遮蔽する遮蔽体の放射化物発生量低減方法であって、前記遮蔽体を少なくとも第一部分と第二部分とに分け、前記遮蔽体の前記第一部分を放射化し易い区域に配置し、前記遮蔽体の前記第二部分を放射化し難い区域に配置する工程と、その後、前記第一部分を放射化し難い前記区域に配置し、前記第二部分を放射化し易い前記区域に配置する工程と、を備える遮蔽体の放射化物発生量低減方法である。

本発明の他の態様は、線源を遮蔽する遮蔽体であって、前記遮蔽体は、少なくとも第一部分と第二部分とを備え、前記第一部分の放射化物の発生量が前記第二部分の放射化物の発生量よりも大きく、前記第一部分を放射化し難い区域に配置し、前記第二部分を放射化し易い区域に配置する遮蔽体である。

遮蔽体が放射化するのは、線源に近い遮蔽体の内側表面から数ｃｍ程度であり、それ以上の離れた領域では、遮蔽体の放射化はクリアランスレベル以下である。本発明によれば、放射化し易い区域に配置される第一部分の放射化が顕在化する前に、この第一部分を放射化し難い区域に配置される第二部分と入れ替えるので、第一部分を冷却する（すなわち、第一部分の放射化物の発生量を略一定に保ち又は低減する）ことができる。したがって、遮蔽体の放射化物の発生量を抑制することができる。

サイクロトロンの側面図である。 サイクロトロンが荷電粒子を加速する原理を説明する図である。 本発明の第一の実施形態の遮蔽体の垂直断面図である。 上記第一の実施形態の遮蔽体の第一部分及び第二部分に発生する放射能を示すグラフである（図４（ａ）は第一部分と第二部分との入れ替え前を示し、図４（ｂ）は第一部分と第二部分との入れ替え後を示す）。 本発明の第二の実施形態の遮蔽体の垂直断面図である。 上記第二の実施形態の遮蔽体の壁面部の他の例を示す断面図である。 本発明の第三の実施形態の遮蔽体の垂直断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の遮蔽体を詳細に説明する。ただし、本発明の遮蔽体は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（サイクロトロン）

図１は、遮蔽体で覆われるサイクロトロン１の側面図を示す。サイクロトロン１は、例えば病院のＰＥＴ施設に設置される。ＰＥＴ施設には、サイクロトロン１を収容するためのコンクリート製の部屋が設けられる。サイクロトロン１及び遮蔽体は、このコンクリート製の部屋に配置される。

サイクロトロン１は、荷電粒子のビームを加速し、ビームを内部に配置されるターゲット２に照射する。ビームをターゲット２に照射すると、ターゲット２に放射性核種が生成すると共に、ターゲット２から放射線が放出される。放射線の外部への漏洩を防止するために、サイクロトロン１は後述する遮蔽体７〜９で覆われる。

図２は、サイクロトロン１が荷電粒子を加速する原理を示す。サイクロトロン１は、一対のディー電極３ａ，３ｂと、ディー電極３ａ，３ｂに電気的に接続される高周波電源４と、を備える。高周波電源４は、ディー電極３ａ，３ｂ間に一定の周期で電場の向きが入れ替わる高周波電圧を発生する。荷電粒子５は、円運動しながらディー電極３ａ，３ｂ間の高周波電圧で繰り返し加速される。サイクロトロン１には、図示しない電磁石コイルによって一様な磁場６が形成される。この磁場６により、サイクロトロン１の中心部に導入された荷電粒子は、螺旋軌道を描きつつ外側に向けて移動する。

なお、加速器には、円形加速器であるサイクロトロン１の他に線形加速器であるライナックを用いることもできる。ライナックを使用する場合、ターゲットのみが遮蔽体で覆われる。
（第一の実施形態の遮蔽体）

図３は、サイクロトロン１を覆う本発明の第一の実施形態の遮蔽体７の垂直断面図を示す。サイクロトロン１の側面形状は図１に示す形状であるが、ここでは円で示す。遮蔽体７は、サイクロトロン１に近い内側の第一部分７ａと、サイクロトロン１から遠い外側の第二部分７ｃと、第一部分７ａと第二部分７ｃとの間の第三部分７ｂと、を備える。

遮蔽体７は、コンクリート製又はポリエチレン製である。遮蔽体７を水素を含むコンクリート製又はポリエチレン製にすることで、中性子を効率よく遮蔽することができる。

遮蔽体７に繰り返し中性子が当たると、遮蔽体７に放射化物が生成する。図４（ａ）は、サイクロトロン１の稼働により遮蔽体７の第一部分７ａと第二部分７ｃとに発生する放射能（Ｂｑ）を、シミュレーション計算した結果を示すグラフである。横軸は、時間（日）であり、斜線の部分がサイクロトロン１が可動していた時間を示す。縦軸は、第一部分７ａ及び第二部分７ｃに発生する放射能（Ｂｑ）である。シミュレーションで発生する放射性核種は、例えばＣｏ−６０、Ｅｕ−１５２，１５４である。

図４（ａ）に示すように、サイクロトロン１に近い内側の第一部分７ａには、サイクロトロン１の稼働毎に放射能が蓄積する。サイクロトロン１の稼働毎の放射能の蓄積量を符号（１）（２）で示す。サイクロトロン１の停止中には放射能が下がる。しかし、蓄積量（１）（２）は放射能の減少量よりも大きい。このため、サイクロトロン１の稼働を繰り返す度に、第一部分７ａの放射能が高くなる。

一方、サイクロトロン１から遠い外側の第二部分７ｃは、第一部分７ａと同様にサイクロトロン１の稼働毎に放射能が蓄積するものの、放射能の蓄積量は第一部分７ａに比べて極めて小さい（第一部分７ａの約１／１０）。このため、第二部分７ｃの放射能は、クリアランスレベル以下である。

図４（ａ）に示すように、サイクロトロン１の稼働を繰り返す度に、第一部分７ａの放射能が高くなる。第一部分７ａの放射化が顕在化する前に、第一部分７ａと第二部分７ｃとを入れ替える。すなわち、第一部分７ａをサイクロトロン１から遠い外側に配置し、第二部分７ｃをサイクロトロン１に近い内側に配置する。

図４（ｂ）は、入替え後の第一部分７ａ及び第二部分７ｃに発生する放射能を示す。第一部分７ａは、サイクロトロン１から遠い外側に配置されるので、第一部分７ａの放射能の蓄積量は極めて小さくなり、停止中の第一部分７ａの放射能は略一定を保つ。ここで、停止中の放射能の減少量がサイクロトロン１の稼働毎の放射能の蓄積量よりも大きくなるようにサイクロトロン１の停止時間を設定すれば、第一部分７ａの放射能を下げることも可能になる。

第二部分７ｃは、サイクロトロン１に近い内側に配置されるので、入れ替え前の第一部分７ａと同様に、サイクロトロン１の稼働毎に第二部分７ｃに放射能が蓄積する。しかし、第二部分７ｃはもともとサイクロトロン１から遠い外側に配置されていたので、もともとの放射能は低い。このため、第二部分７ｃの放射能を抑えることができる。

ただし、サイクロトロン１に近い内側の第二部分７ｃには、サイクロトロン１の稼働毎に放射能が蓄積する。第二部分７ｃの放射化が顕在化する前に、再び第一部分７ａと第二部分７ｃとを入れ替える。以降は、第一部分７ａと第二部分７ｃとの入れ替えを繰り返す。サイクロトロン１の稼働時間、停止時間を上手に設定すれば、第一部分７ａ及び第二部分７ｃの放射能レベルを半永久的に規制値以下にすることも可能である。
（第二の実施形態の遮蔽体）

図５は、本発明の第二の実施形態の遮蔽体８を示す。この実施形態の遮蔽体８は、底面部を除いた直方体状であり、４つの壁面部８_１と、１つの天井部８_２と、を備える。壁面部８_１は、平面的に複数のブロックから構成され、厚さ方向にも複数のブロック（内側のブロック８ａ、中央のブロック８ｂ、外側のブロック８ｃ）から構成される。天井部８_２も同様に、平面的に複数のブロックから構成され、厚さ方向にも複数のブロック（内側のブロック８ｄ、中央のブロック８ｅ、外側のブロック８ｆ）から構成される。壁面部８_１及び天井部８_２のブロック８ａ〜８ｆの大きさは特に限定されるものではない。放射化されるのが遮蔽体８の内側表面から数ｃｍであることを考慮すると、厚みが５〜１５ｃｍのブロック、例えば１辺が１０ｃｍの立方体状のブロック８ａ〜８ｆを使用するのが望ましい。

図５に示すように、サイクロトロン１の稼働に伴い、壁面部８_１の内側のブロック８ａ（第一部分）に図５中点々で示す放射化物が発生する。そこで、内側のブロック８ａの放射化が顕在化する前に、内側のブロック８ａを外側のブロック８ｃ（第二部分）と入れ替える。こうすることで、内側のブロック８ａが放射化するのを抑制することができる。

なお、線源がサイクロトロン１である場合、天井部８_２は壁面部８_１に比べて放射化し難い。このため、壁面部８_１の内側のブロック８ａを天井部８_２のブロック８ｄ〜８ｆと入れ替えることもできる。

また、内側のブロック８ａと外側のブロック８ｃとの入れ替えのし易さを考慮すると、ポリエチレン製のブロックを使用するのが望ましい。ポリエチレン製のブロックを使用する場合、ブロックの接合部分（目地）にはパラフィン樹脂が充填される。熱をかければパラフィン樹脂が溶けるので、ブロックの入れ替えが容易である。

図６は、壁面部８_１の他の例を示す。この例では、内側のブロック８ａ同士の接合部分８ａ_１と中央のブロック８ｂ同士の接合部分８ｂ_１とを上下方向にずらし、中央のブロック８ｂ同士の接合部分８ｂ_１と外側のブロック８ｃ同士の接合部分８ｃ_１とを上下方向にずらしている。ブロック８ａ，８ｂ，８ｃの接合部分８ａ_１，８ｂ_１，８ｃ_１が壁面部８_１の内表面から外表面まで一直線に繋がらないようにすることで、放射線の漏洩を防止することが可能になる。
（第三の実施形態の遮蔽体）

図７は、本発明の第三の実施形態の遮蔽体９を示す。第三の実施形態の遮蔽体９も第二の実施形態の遮蔽体８と同様に、底面部を除いた直方体状であり、４つの壁面部９_１と、１つの天井部９_２と、を備える。第三の実施形態の遮蔽体９では、壁面部９_１が厚さ方向に重ねられた複数のプレート（内側のプレート９ａ、中央のプレート９ｂ、外側のプレート９ｃ）から構成される。天井部９_２も厚さ方向に重ねられた複数のプレート（内側のプレート９ｄ、中央のプレート９ｅ、外側のプレート９ｆ）から構成される。

図７に示すように、サイクロトロン１の稼働に伴い、壁面部９_１の内側のプレート９ａ（第一部分）に図７中点々で示す放射化物が発生する。内側のプレート９ａの放射化が顕在化する前に、内側のプレート９ａを外側のプレート９ｃ（第二部分）と入れ替える。こうすることで、内側のプレート９ａが放射化するのを抑制することができる。また、壁面部９_１を幅の広いプレート９ａ〜９ｃから構成することで、内側のプレート９ａと外側のプレート９ｃとの入れ替えが容易である。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に変更可能である。

例えば、遮蔽体が覆う線源は、加速器に限られることはない。不要になった荷電粒子をカーボンなどのダンプターゲットに照射するビームダンプ装置を遮蔽体で覆うこともできる。

上記実施形態では、遮蔽体をコンクリート製又はポリエチレン製としているが、中性子を遮蔽する水素を含むものであれば、コンクリート製又はポリエチレン製に限定されるものではない。また、中性子に加えてガンマ線を遮蔽する場合、遮蔽体に鉛板、鉄板等を取り付けることもできる。

１…サイクロトロン（線源）
７，８，９…遮蔽体
７ａ…第一部分
７ｃ…第二部分
８ａ…内側のブロック（第一部分）
８ｃ…外側のブロック（第二部分）
９ａ…内側のプレート（第一部分）
９ｃ…外側のプレート（第二部分）

Claims (6)

1. 線源を遮蔽する遮蔽体の放射化物発生量低減方法であって、
   前記遮蔽体を少なくとも第一部分と第二部分とに分け、前記遮蔽体の前記第一部分を放射化し易い区域に配置し、前記遮蔽体の前記第二部分を放射化し難い区域に配置する工程と、
   その後、前記第一部分を放射化し難い前記区域に配置し、前記第二部分を放射化し易い前記区域に配置する工程と、を備える遮蔽体の放射化物発生量低減方法。
2. 放射化し易い前記区域は、前記線源に近い前記遮蔽体の内側であり、
   放射化し難い前記区域は、前記線源から遠い前記遮蔽体の外側であることを特徴とする請求項１に記載の遮蔽体の放射化物発生量低減方法。
3. 前記線源は、サイクロトロンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の遮蔽体の放射化物発生量低減方法。
4. 前記第一部分及び前記第二部分は、コンクリート製又はポリエチレン製であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の遮蔽体の放射化物発生量低減方法。
5. 前記第一部分及び前記第二部分は、ブロック状又はプレート状であることを特徴とする請求項４に記載の遮蔽体の放射化物発生量低減方法。
6. 線源を遮蔽する遮蔽体であって、
   前記遮蔽体は、少なくとも第一部分と第二部分とを備え、
   前記第一部分の放射化物の発生量が前記第二部分の放射化物の発生量よりも大きく、
   前記第一部分を放射化し難い区域に配置し、前記第二部分を放射化し易い区域に配置する遮蔽体。
   

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