JP2019124615A - 放射性核種製造方法及びターゲット台車 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性核種を製造することができる新たな放射性核種製造方法を提供する。【解決手段】加速器１によって加速した１次粒子４のビームを第１ターゲット５に照射して得られる２次粒子６のビームをビーム利用装置３が利用する。第１ターゲット５の近傍に第２ターゲット７を配置する。２次粒子６の放射線を第２ターゲット７に照射して放射性核種を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、医療、工業、農業等の分野で使用される放射性核種（Radio Isotope;ＲＩ）を製造するための放射性核種製造方法に関する。

医療、工業、農業等の分野では、放射線源として又は追跡子として放射性核種が用いられている。例えば医療分野では、がん等の治療を行うために、放射性核種が放射線源として用いられている。また、がん等の診断のために、放射性核種が追跡子として用いられている。さらに、工業分野では、溶鉱炉の湯面レベルを知るために、放射性核種が放射線源として用いられている。農業分野では、土壌中における肥料成分の動きを知るために、放射性核種が追跡子として用いられている。

現在、放射性核種の多くは、海外から輸入されている。放射性核種の需要の増大に伴い、放射性核種の新たな製造方法が要請されている。放射性核種の製造方法として、特許文献１には、加速器によって加速した１次粒子（陽子）をターゲットに照射して得られる２次粒子（中性子）を利用する放射性核種の製造方法が提案されている。この方法では、２次粒子（中性子）のビームをターゲットに照射し、ターゲット核種に（ｎ，ｐ）反応を起こさせて、放射性核種を製造する。

特許文献２には、加速器によって加速した１次粒子（陽子）をターゲットに照射して得られる２次粒子（ミューオン）を利用する放射性核種の製造方法が提案されている。この方法では、２次粒子（ミューオン）のビームをターゲットに照射し、ターゲット核種にミューオン原子核捕獲反応を起こさせ、放射性核種を製造する。

特開２０１０−２２３９３５号公報 特開２０１４−１９６９９７号公報

しかし、特許文献１に記載の放射性核種製造方法にあっては、加速器が１ＭｅＶ以下の小型の加速器であるので、中性子の強度やエネルギーが小さく、製造される放射性核種の収量が少なかったり、製造される放射性核種の種類に制限があったりするという課題がある。このため、放射性核種の需要に充分に応えることができない。

特許文献２に記載の放射性核種製造方法にあっては、ミューオンのビームは、英国ＲＡＬ、日本のＪ−ＰＡＲＣ（高エネルギー加速器研究機構及び日本原子力研究開発機構が所有する、茨城県東海村にある大強度陽子（又は重陽子）加速器施設）において生成される。

しかし、Ｊ−ＰＡＲＣ等は、物理、化学、生物学等の研究のための施設であり、加速器から得られるビームは、生物の構造解析装置、物質の構造解析装置、計測装置等のビーム利用装置に利用されているのが現状である。このため、放射性核種の製造のために、新たにビームラインを確保するのが困難であるという課題がある。大型の加速器を新たに建設することも考えられるが、その初期投資は数百億円に及ぶので、現実的には不可能である。

そこで、本発明は、放射性核種を製造することができる新たな放射性核種製造方法及びターゲット台車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、加速器によって加速した１次粒子のビームを第１ターゲットに照射して得られる２次粒子のビームをビーム利用装置が利用し、前記第１ターゲットの近傍に第２ターゲットを配置し、前記２次粒子の放射線を前記第２ターゲットに照射して放射性核種を生成する放射性核種製造方法である。

本発明の他の態様は、加速器によって加速した１次粒子のビームを第１ターゲットに照射して得られる２次粒子のビームをビーム利用装置が利用する施設に設けられ、前記第１ターゲットを交換するためのターゲット台車において、前記ターゲット台車に第２ターゲットを配置し、前記２次粒子の放射線を前記第２ターゲットに照射して放射性核種を生成するターゲット台車である。

１次粒子が照射される第１ターゲットの近傍には、多量の２次粒子が発生する。２次粒子の一部は、ビーム利用装置で利用される。しかし、２次粒子の大部分は余計な放射線となり、遮蔽体によって遮蔽され、周囲環境への影響を抑制するように取り扱われている。本発明によれば、この廃棄されていた放射線を再利用し、有用な放射性核種を製造することができる。

本発明の一実施形態の放射性核種製造方法を実施する加速器施設の模式図である。 本実施形態のターゲット台車の模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の放射性核種製造方法及びターゲット台車を詳細に説明する。ただし、本発明の放射性核種製造方法及びターゲット台車は種々の形態で具体化することができ、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。

図１は、本発明の一実施形態の放射性核種製造方法（以下、ＲＩ製造方法という）が実施される加速器施設の模式図である。１は加速器、２は２次粒子源ステーション、３はビーム利用装置、４は１次粒子、５は第１ターゲット、６は２次粒子、７は第２ターゲットである。

本実施形態の加速器施設は、既存のものであり、例えばＪ−ＰＡＲＣ（日本）、ＳＮＳ（米国）、ＥＳＳ（欧州）等の核破砕中性子源施設である。

加速器１は、エネルギーが１００ＭｅＶ以上の大型の加速器１である。加速器１の種類は、限定されるものではなく、線形加速器、サイクロトロン、シンクロトロン等のいずれでもよい。

加速器１は、陽子、重陽子、電子等の１次粒子４を加速する。そして、１次粒子４のビームを水銀、タングステン等の第１ターゲット５に照射する。１次粒子４の衝突によって、第１ターゲット５のターゲット核種が核破砕反応を起こし、中性子、ミューオン、中間子、ガンマ線等の２次粒子６が発生する。

第１ターゲット５は、２次粒子源ステーション２に収容される。２次粒子源ステーション２は、第１ターゲット５と、液体水素等の減速材８と、鉄、鉛、コンクリートブロック等の遮蔽体９と、を備える。減速材８は、中性子等の２次粒子６の速度（エネルギー）を下げるために設けられる。２次粒子源ステーション２には、減速材８を循環させるために、輸送配管１１ａ，１１ｂが接続される。輸送配管１１ａ，１１ｂには、図示しない循環ユニットが接続される。遮蔽体９は、第１ターゲット５及び減速材８を覆う。

２次粒子源ステーション２には、加速器１によって加速された１次粒子４を第１ターゲット５に導くビームライン１ａが接続される。また、２次粒子源ステーション２には、減速材８によって減速された２次粒子６のビームをビーム利用装置３に導くビームライン３ａが接続される。

ビーム利用装置３は、物理、化学、生物学等の研究のための実験装置である。例えばビーム利用装置３は、タンパク質等の構造を解析する生物の構造解析装置、リチウムイオン電池、水素燃料電池等の構造を解析する物質の構造解析装置、原子核や素粒子を研究するための計測装置、ＲＩの諸性質を解明するための計測装置、長寿命の核種に中性子を照射して短寿命核種に変換する核変換技術研究装置等である。

第２ターゲット７は、第１ターゲット５の近傍、この実施形態では、２次粒子源ステーション２に配置される。遮蔽体９の周囲には、放射線の強度が高い領域Ｓ１が薄く存在する（領域Ｓ１をドットで示す）。この領域Ｓ１のうち、特にビームライン１ａ，３ａ、輸送配管１１ａ，１１ｂの接続部の近傍Ｓ２は、これらを介して放射線が漏洩するので、放射線の強度がより高い（接続部の近傍Ｓ２を細かいピッチの斜線で示す）。このため、本実施形態では、この接続部の近傍Ｓ２に第２ターゲット７を配置する。

第２ターゲット７には、２次粒子６の放射線が照射される。これにより、第２ターゲット７のターゲット核種が核反応を起こし、ＲＩが生成される。ターゲット核種の核反応は、例えば以下のとおりである。

２次粒子６が中性子の場合、例えばターゲット核種^６７Ｚｎに（ｎ，ｐ）反応が起こり、^６７Ｃｕが生成される。また、例えばターゲット核種^１００Ｍｏに（ｎ，２ｎ）反応が起こり、^９９Ｍｏが生成される。さらに、例えばターゲット核種^１７６Ｌｕに（ｎ，γ）反応が起こり、^１７７Ｌｕが生成される。

２次粒子６がγ線の場合、例えばターゲット核種^６８Ｚｎに（γ，ｐ）反応が起こり、^６７Ｃｕが生成される。また、例えばターゲット核種^１００Ｍｏに（γ，ｎ）反応が起こり、^９９Ｍｏが生成される。

２次粒子６がミューオンの場合、例えばターゲット核種^１００Ｍｏに（μ⁻，ｎν）反応が起こり、^９９Ｎｂが生成される。また、例えばターゲット核種^２２６Ｒａに（μ⁻，ｎν）反応が起こり、^２２５Ｆｒが生成される。

図２は、第２ターゲット７をターゲット台車１２に配置した例を示す。第１ターゲット５が収容されるターゲット容器１０は、１次粒子４のビームの照射によって損傷する。このため、第１ターゲット５及びターゲット容器１０は、定期的に交換される。ターゲット台車１２には、交換できるように第１ターゲット５及びターゲット容器１０が着脱自在に取り付けられる。ターゲット台車１２は、レール１３上を自走して、２次粒子源ステーション２に向かって進退する。

２次粒子６はターゲット台車１２にも飛来する。このため、ターゲット台車１２の周辺にも２次粒子６の放射線の強度が高い領域Ｓ３が存在する（領域Ｓ３をドットで示す）。この例では、ターゲット台車１２に第２ターゲット１４を配置する。ターゲット台車１２のカバー１２ａの内側に第２ターゲット７を配置することもできるし、カバー１２ａの外側に配置することもできる。第２ターゲット１４に２次粒子６の放射線を照射するとＲＩが生成されるのは、上述のとおりである。

以上に本実施形態のＲＩ製造方法を説明した。本実施形態のＲＩ製造方法によれば、以下の効果を奏する。

本実施形態によれば、従来は廃棄されていた２次粒子６の放射線を再使用し、有用なＲＩを製造することができる。加速器１の運転に必要な膨大な電気代や人件費等を支払う必要がないので、ＲＩを低コストで製造することができる。

第２ターゲット７を第２粒子源ステーション２に配置するので、２次粒子６の放射線の強度が高い領域Ｓ２に第２ターゲット７を配置することができる。

第２ターゲット１４をターゲット台車１２に配置するので、２次粒子６の放射線の強度が高い領域Ｓ３に第２ターゲット１４を配置することができる。

加速器１のエネルギーが１００ＭｅＶ以上の大型の加速器１であるので、ＲＩの収量を増大させることができる。

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他の実施形態に変更可能である。

上記実施形態では、ビーム利用装置として、物理、化学、生物学等の研究のための実験装置を用いているが、ビーム利用装置として、ＲＩ製造装置を用いることもできる。

１…加速器
２…２次粒子源ステーション
３…ビーム利用装置
３ａ…ビームライン
４…１次粒子
５…第１ターゲット
６…２次粒子
７，１４…第２ターゲット
１２…ターゲット台車

Claims (5)

1. 加速器によって加速した１次粒子のビームを第１ターゲットに照射して得られる２次粒子のビームをビーム利用装置が利用し、
   前記第１ターゲットの近傍に第２ターゲットを配置し、前記２次粒子の放射線を前記第２ターゲットに照射して放射性核種を生成する放射性核種製造方法。
2. 前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットを有し、前記２次粒子のビームを前記ビーム利用装置に導くビームラインが接続される２次粒子源ステーションに配置されることを特徴とする請求項１に記載の放射性核種製造方法。
3. 前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットを交換するためのターゲット台車に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性核種製造方法。
4. 前記加速器は、エネルギーが１００ＭｅＶ以上の大型の加速器であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射性核種製造方法。
5. 加速器によって加速した１次粒子のビームを第１ターゲットに照射して得られる２次粒子のビームをビーム利用装置が利用する施設に設けられ、前記第１ターゲットを交換するためのターゲット台車において、
   前記ターゲット台車に第２ターゲットを配置し、前記２次粒子の放射線を前記第２ターゲットに照射して放射性核種を生成するターゲット台車。

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