JP2021004768A - Method and apparatus for manufacturing radioactive nuclide - Google Patents

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Abstract

To manufacture a radioactive nuclide using a comparatively small-sized electron beam accelerator with high efficiency.SOLUTION: A material 25 for emitting a bremsstrahlung radiation and a neutron by irradiation with an electron beam is arranged on the upstream side to an irradiation direction of an electron beam 11, and a raw material 20 for producing the same kind of radioactive nuclide due to a nuclear reaction by the bremsstrahlung radiation and a nuclear reaction by the neutron is arranged on its rear part. A target radioactive nuclide can be efficiently manufactured using the two different nuclear reactions.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガンマ線、アルファ線、ベータ線等の放射線を放出する放射性核種を製造する技術に係り、特に電子線加速器を利用した放射性核種の製造方法及び装置に関する。 The present invention relates to a technique for producing a radionuclide that emits radiation such as gamma rays, alpha rays, and beta rays, and particularly relates to a method and an apparatus for producing a radionuclide using an electron beam accelerator.

テクネチウム99m(Tc−99m)に代表されるガンマ線を放出する放射性核種は診断用薬剤として、アクチニウム225(Ac−225)に代表されるアルファ線を放出する放射性核種は治療用薬剤として、広く用いられている。 Radionuclides that emit gamma rays such as technetium-99m (Tc-99m) are widely used as diagnostic agents, and radionuclides that emit alpha rays such as actinium 225 (Ac-225) are widely used as therapeutic agents. ing.

これら放射性核種は、従来、原子炉を利用して核分裂生成物として製造されてきたが、原子炉を利用した製造施設は、世界中でも少数且つ偏在しており、また施設運転に関するリスクの問題や多大な投資及び維持費が必要となるなどの問題から、核分裂反応を利用しない製造方法が開発されている。 Conventionally, these radionuclides have been produced as fission products using nuclear reactors, but the number of manufacturing facilities using nuclear reactors is small and unevenly distributed all over the world, and there are problems with risks related to facility operation and a large amount. Due to problems such as the need for significant investment and maintenance costs, manufacturing methods that do not utilize fission reactions have been developed.

例えば、テクネチウム99mはモリブデン99(Mo−99)の崩壊によって生成されるので、このモリブデン99を、中性子を用いてモリブデン98を放射化する方法(Mo−98(n,γ)Mo−99)やモリブデン100と中性子の反応を利用して生成する方法(Mo−100(n,2n)Mo−99)などがある。これらの製造方法は、中性子を加速する加速器を用いることで実現できる。しかし、中性子を利用する方法は、大型の加速器が必要であり、またターゲットであるMo−98やMo−100の周囲に大きな遮蔽を必要とし装置が大型化するという課題がある。 For example, since technetium 99m is produced by the decay of molybdenum 99 (Mo-99), a method of activating molybdenum 98 using neutrons (Mo-98 (n, γ) Mo-99) or There is a method (Mo-100 (n, 2n) Mo-99) for producing by utilizing the reaction between molybdenum 100 and neutrons. These manufacturing methods can be realized by using an accelerator that accelerates neutrons. However, the method using neutrons requires a large accelerator, and also requires a large shield around the targets Mo-98 and Mo-100, which causes a problem that the device becomes large.

加速器を用いた他の製造方法として、Mo−100に加速した陽子を照射する方法も研究されているが、この方法では、Mo−99及びTc−99mが生成すると同時に、テクネチウム99(Tc−99)も生成してしまい、比放射能の高いTc−99mを製造することができない。 As another production method using an accelerator, a method of irradiating Mo-100 with accelerated protons has also been studied, but in this method, Mo-99 and Tc-99m are produced, and at the same time, technetium-99 (Tc-99) is produced. ) Is also generated, and Tc-99m having a high specific activity cannot be produced.

一方、アクチニウム225については、現在、臨床に利用可能な量を供給可能な施設は、ドイツの超ウラン研究所(ITU:Institute for Transuraniumu Element)など3箇所の研究所のみであり、加速器を用いた製造方法の開発が望まれている。加速器を用いたAc−225の製造では、天然に存在するラジウム226(Ra−226)と陽子との反応(R−226(p、n)Ac−225)を利用したサイクロトロンによる製造試験が進められているが、陽子のエネルギーを効率よく利用するために種々の課題が存在し、実用化には至っていない。 On the other hand, regarding actinium 225, at present, the only facilities that can supply clinically usable amounts are three laboratories such as the Institute for Transuranium Element (ITU) in Germany, and accelerators were used. Development of a manufacturing method is desired. In the production of Ac-225 using an accelerator, a production test using a cyclotron using the reaction between naturally occurring radium-226 (Ra-226) and protons (R-226 (p, n) Ac-225) is underway. However, there are various problems in order to efficiently use the energy of protons, and it has not been put into practical use.

加速器を用いたアクチニウム225の製造方法として、Ra−226(n,2n)Ra−225反応を利用して製造したRa−225のベータ崩壊によりアクチニウム225を製造する手法も検討されている。しかし、この反応では、サイクロトロンにより加速した重陽子を炭素やトリウム吸蔵金属等のターゲットに照射することで高速中性子を発生させるので、大量に発生する高速中性子の遮蔽などが必須となり、装置が大型化し、また装置構造物全体が放射化されてしまう等の課題がある。 As a method for producing actinium 225 using an accelerator, a method for producing actinium 225 by beta decay of Ra-225 produced by utilizing the Ra-226 (n, 2n) Ra-225 reaction is also being studied. However, in this reaction, deuterons accelerated by the cyclotron are irradiated to targets such as carbon and thorium occlusion metals to generate fast neutrons, so it is essential to shield fast neutrons that are generated in large quantities, and the equipment becomes large. In addition, there is a problem that the entire device structure is activated.

上述した中性子あるいは陽子との反応を利用した製造方法の課題を解決するものとして、特許文献1には、電子線加速器により生成した高速電子線と、電子線の照射により制動放射線を発生する物質(ターゲット)とを組み合わせ、制動放射線照射により中性子を発生する反応(γ,n)を利用して放射性核種を製造する方法が開示されている。電子線加速器は、中性子や陽子の加速器に比べはるかに小型かつ軽量であり、また中性子を照射する装置のような大規模な遮蔽等を必要としないため、製造装置の小型化、軽量化が可能となる。 As a solution to the above-mentioned problem of the production method using the reaction with neutrons or protons, Patent Document 1 describes a high-speed electron beam generated by an electron beam accelerator and a substance that generates braking radiation by irradiation of the electron beam ( A method for producing a radionuclide by using a reaction (γ, n) that generates neutrons by irradiation with braking radiation in combination with a target) is disclosed. Electron beam accelerators are much smaller and lighter than neutron and proton accelerators, and do not require large-scale shielding like devices that irradiate neutrons, so manufacturing equipment can be made smaller and lighter. It becomes.

特開2015−99117号公報JP-A-2015-99117

特許文献1記載の技術により、放射性核種製造装置の小型化と軽量化が可能となったが、治療用薬剤の原料として需要の大きいアクチニウム225や診断用薬剤の原料として需要の大きいテクネチウムTc99mを製造するためには、さらに製造効率を向上することが望まれている。 The technology described in Patent Document 1 has made it possible to reduce the size and weight of the radionuclide production apparatus, but it also produces actinium 225, which is in great demand as a raw material for therapeutic agents, and technetium Tc99m, which is in great demand as a raw material for diagnostic agents. In order to do so, it is desired to further improve the manufacturing efficiency.

本発明は、電子線加速器を利用した放射性核種製造装置を基本として、さらなる製造効率の向上を図ることを課題とする。 An object of the present invention is to further improve the production efficiency based on a radionuclide production apparatus using an electron beam accelerator.

本発明は、重金属等の材料が電子線の照射により制動放射線と中性子を放出することに着目し、このような材料と、制動放射線による核反応と中性子による核反応とで同種の放射性核種を生成する原料とを組み合わせることによって、上記課題を解決し、比較的小型の電子線加速器を利用して高効率で放射性核種を製造する。 The present invention focuses on the fact that a material such as a heavy metal emits braking radiation and neutrons by irradiation with an electron beam, and the same type of radionuclide is generated by such a material and a nuclear reaction caused by braking radiation and a nuclear reaction caused by neutrons. The above-mentioned problems are solved by combining with the raw materials to be produced, and a radionuclide can be produced with high efficiency by using a relatively small electron beam accelerator.

即ち、本発明の放射性核種の製造方法は、電子線加速器から放出される電子線を用いて、放射性核種を製造する方法であって、電子線の照射方向に対し、上流側に、前記電子線の照射を受けて制動放射線及び中性子を放出する材料を配置し、前記材料より下流側に、前記材料が放出する制動放射線及び中性子を受けて放射性核種を生成する原料を配置し、前記原料として、前記制動放射線の照射により生成する放射性核種と、前記中性子の照射を受けて生成する放射性核種とが同一核種となる原料を用いることを特徴とする。 That is, the method for producing a radionuclide of the present invention is a method for producing a radionuclide using an electron beam emitted from an electron beam accelerator, and the electron beam is upstream from the irradiation direction of the electron beam. A material that emits braking radiation and neutrons upon receiving the irradiation of the material is arranged, and a raw material that receives the braking radiation and neutrons emitted by the material and produces a radionuclide is arranged on the downstream side of the material. It is characterized by using a raw material in which the radionuclide generated by the irradiation of the braking radiation and the radionuclide generated by the irradiation of the neutron are the same nuclide.

また本発明の放射性核種製造装置は、電子線加速器と、前記電子線加速器から放出される電子線の照射方向に対し、上流側に配置され、前記電子線の照射を受けて制動放射線及び中性子を放出する材料、及び、前記材料より下流側に配置され、前記材料が放出する制動放射線及び中性子を受けて放射性核種を生成する原料を収納し、電子線を利用して放射性核種を生成させる反応を行う反応室と、備え、前記原料は、前記制動放射線の照射により生成する放射性核種と、前記中性子の照射を受けて生成する放射性核種とが同一核種となる原料であることを特徴とする。 Further, the radionuclide production apparatus of the present invention is arranged upstream of the irradiation direction of the electron beam accelerator and the electron beam emitted from the electron beam accelerator, and receives the irradiation of the electron beam to emit braking radiation and neutrons. A reaction is carried out in which a material to be emitted and a raw material which is arranged on the downstream side of the material and receives the braking radiation and neutrons emitted by the material to generate a radionuclide are stored and an electron beam is used to generate a radionuclide. The reaction chamber to be carried out is provided, and the raw material is characterized in that the radionuclide produced by the irradiation of the braking radiation and the radionuclide produced by the irradiation of the neutron are the same nuclide.

本発明によれば、材料から生成する制動放射線及び中性子をともに利用して、一つの核種を製造することができるので、製造効率を大幅に向上することができる。本発明のその他の効果は実施形態において明らかにする。 According to the present invention, one nuclide can be produced by using both the braking radiation and the neutron generated from the material, so that the production efficiency can be significantly improved. Other effects of the present invention will be demonstrated in embodiments.

本発明の放射性核種の製造方法の一実施形態を説明する図The figure explaining one Embodiment of the manufacturing method of a radionuclide of this invention. 電子線エネルギーと、制動放射線及び中性子のフラックスとの関係を示すグラフGraph showing the relationship between electron beam energy and bremsstrahlung radiation and neutron flux 制動放射線エネルギーと反応断面積との関係を示すグラフGraph showing the relationship between braking radiation energy and reaction cross section 中性子エネルギーと反応断面積との関係を示すグラフGraph showing the relationship between neutron energy and reaction cross section (A)、(B)はそれぞれ、第一実施形態の放射性核種製造装置の構成例を示す図(A) and (B) are diagrams showing configuration examples of the radionuclide production apparatus of the first embodiment, respectively. 放射線等生成材料の厚さと、原料表面における放射線強度との関係を示す図The figure which shows the relationship between the thickness of a radiation-producing material and the radiation intensity on the surface of a raw material. 第二実施形態の放射性核種製造装置の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the radionuclide production apparatus of 2nd Embodiment (A)、(B)はそれぞれ、第二実施形態の放射性核種製造装置の変形例を示す図(A) and (B) are diagrams showing modified examples of the radionuclide production apparatus of the second embodiment, respectively. 第三実施形態の放射性核種製造装置の材料又は容器とその支持機構を示す図The figure which shows the material or the container of the radionuclide production apparatus of 3rd Embodiment and the support mechanism thereof. 第三実施形態の放射性核種製造装置の材料又は容器の形状を説明する図The figure explaining the shape of the material or the container of the radionuclide production apparatus of 3rd Embodiment 第四実施形態の放射性核種製造装置の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the radionuclide production apparatus of 4th Embodiment 第四実施形態の放射性核種製造装置の原料取出しを説明する図The figure explaining the taking-out of the raw material of the radionuclide production apparatus of 4th Embodiment 第四実施形態の放射性核種製造装置の変形例を示す図The figure which shows the modification of the radionuclide production apparatus of 4th Embodiment

以下、本発明の放射性核種製造方法及び装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the radionuclide production method and apparatus of the present invention will be described.

<放射性核種製造方法の実施形態>
最初に本発明の放射性核種の製造方法の基本的な実施形態について説明する。
本発明の放射性核種の製造方法は、電子線加速器から放出される電子線によって制動放射線及び中性子を生成する材料(以下、単に放射線等生成材料または材料ともいう)と、制動放射線及び中性子の照射を受けて放射性核種を生成する原料と、を用いる。また本発明の放射性核種の製造方法では、図1に示すように、これら放射線等生成材料25及び原料20を電子線11の照射方向に対し、材料25が前段、原料20が後段となるように、重ねて配置する。原料は、制動放射線の照射により生成する放射性核種と中性子の照射を受けて、それぞれ核反応により放射性核種を生成するが、この2種の反応によって生成する放射性核種が同一種である。
<Embodiment of Radionuclide Production Method>
First, a basic embodiment of the method for producing a radionuclide of the present invention will be described.
In the method for producing a radionuclide of the present invention, a material that generates braking radiation and neutrons by an electron beam emitted from an electron beam accelerator (hereinafter, also simply referred to as a radiation generating material or material) and irradiation of braking radiation and neutrons are applied. A raw material that receives and produces a radionuclide is used. Further, in the method for producing a radionuclide of the present invention, as shown in FIG. 1, the material 25 and the raw material 20 are placed in the front stage and the raw material 20 in the rear stage with respect to the irradiation direction of the electron beam 11. , Place them on top of each other. The raw material is a radionuclide generated by irradiation with braking radiation and a radionuclide produced by a nuclear reaction when irradiated with neutrons, and the radionuclide produced by these two reactions is the same species.

以下、具体的な材料及び原料について説明する。
放射線等生成材料としては、重金属または重金属の化合物を用いることができる。重金属として、例えば、ビスマス、鉛、タングステン、及び、プラチナなどが上げられる。このような重金属は、電子線を照射することにより、電子線のエネルギーを適切な範囲とすることで、制動放射線と中性子の両方を生成させることができる。
Hereinafter, specific materials and raw materials will be described.
As the radiation generating material, a heavy metal or a compound of a heavy metal can be used. Examples of heavy metals include bismuth, lead, tungsten, and platinum. Such heavy metals can generate both braking radiation and neutrons by irradiating the electron beam with the energy of the electron beam in an appropriate range.

図2に、重金属の材料に、電子線を照射した時に生成する制動放射線及び中性子のフラックスを模式的に示す。図中、横軸は電子線のエネルギー、縦軸はフラックスの量であり、いずれも任意単位である。図示するように、制動放射線は電子線エネルギーの広い範囲で生成するが、中性子は制動放射線よりも狭いエネルギー範囲で生成する従って電子線エネルギーを、制動放射線と中性子の両者が生成する範囲に制御することにより、電子線照射により制動放射線と中性子の両方を生成させることができる。また電子線によって生成する制動放射線と中性子のそれぞれのエネルギーが、後方に置かれた原料において必要な核反応を生じさせることができる閾値エネルギーを超える電子線エネルギーとする。核反応を生じさせる閾値エネルギーは、原料の種類によって異なるので、原料や材料との組み合わせに応じて適切な電子線エネルギーとなるように電子線加速器10から放出される電子線を制御する。電子線の加速エネルギーを変えるためには、高周波電源の周波数を変えても良い。また、多段式の加速管を用いて、後段の加速管での加速を停止することで変えても良い。 FIG. 2 schematically shows the flux of braking radiation and neutrons generated when a heavy metal material is irradiated with an electron beam. In the figure, the horizontal axis is the energy of the electron beam and the vertical axis is the amount of flux, both of which are arbitrary units. As shown, braking radiation is generated in a wide range of electron beam energy, but neutrons are generated in a narrower energy range than braking radiation. Therefore, electron beam energy is controlled to the range generated by both braking radiation and neutrons. As a result, both braking radiation and neutrons can be generated by electron beam irradiation. Further, the energy of each of the braking radiation and the neutron generated by the electron beam is set to the electron beam energy exceeding the threshold energy capable of causing the necessary nuclear reaction in the raw material placed behind. Since the threshold energy for causing a nuclear reaction differs depending on the type of raw material, the electron beam emitted from the electron beam accelerator 10 is controlled so as to have an appropriate electron beam energy according to the raw material and the combination with the material. In order to change the acceleration energy of the electron beam, the frequency of the high frequency power supply may be changed. Further, it may be changed by using a multi-stage acceleration tube and stopping the acceleration in the subsequent acceleration tube.

一例として、ラジウム226について理論的に求めた、制動放射線及び中性子それぞれのエネルギーと、制動放射線及び中性子による核反応の反応断面積との関係を図3及び図4に示す。図3に示すように、制動放射線は所定のエネルギー(閾値)以上で(γ、n)反応が起こることがわかる。通常、(γ、n)反応は、制動放射線と原子核との巨大共鳴と呼ばれるピークを持つ核反応により生じる。従って、制動放射線のエネルギーは、このピークを超えるエネルギーであることが望ましい。また中性子については、図4に示すように、中性子エネルギーが低いときには、ラジウム226は基底状態から励起状態に変化するものの核変換は生じないが(「inelastic」で示すグラフ)、所定のエネルギー以上になると(n、2n)反応が起こる(斜線で示す範囲)。従って、(n、2n)反応の閾値エネルギーを超える中性子を生成させるためには、比較的エネルギーの高い電子線を照射した方が良く、図2では、(n、2n)反応の閾値エネルギーを超える中性子を生成させるための電子線の閾値を一点鎖線で示している。 As an example, FIGS. 3 and 4 show the relationship between the energy of each of the braking radiation and the neutron theoretically obtained for radium-226 and the reaction cross section of the nuclear reaction by the braking radiation and the neutron. As shown in FIG. 3, it can be seen that the braking radiation causes a (γ, n) reaction at a predetermined energy (threshold value) or higher. Usually, the (γ, n) reaction is caused by a nuclear reaction with a peak called giant resonance between the braking radiation and the nucleus. Therefore, it is desirable that the energy of the braking radiation exceeds this peak. Regarding neutrons, as shown in FIG. 4, when the neutron energy is low, radium-226 changes from the ground state to the excited state, but transmutation does not occur (graph shown in "inelastic"), but the energy exceeds the predetermined energy. Then (n, 2n) reaction occurs (range shown by diagonal line). Therefore, in order to generate neutrons exceeding the threshold energy of the (n, 2n) reaction, it is better to irradiate an electron beam having a relatively high energy, and in FIG. 2, the threshold energy of the (n, 2n) reaction is exceeded. The threshold value of the electron beam for generating neutrons is shown by a single point chain beam.

このように制動放射線と中性子をともに生成することができ且つ閾値以上の電子線エネルギーを放射線等生成材料に照射することによって、その後方に置かれた原料に両者を制動放射線を利用した核反応と中性子を利用した核反応を生じさせることができる。 In this way, both braking radiation and neutrons can be generated, and by irradiating the radiation-generating material with electron beam energy above the threshold, both can be subjected to a nuclear reaction using braking radiation on the raw material placed behind it. A nuclear reaction using neutrons can be generated.

なお図2に示すように、中性子のフラックスは、制動放射線のフラックスと比較して小さいが、図3及び図4に示す反応断面積からわかるように、制動放射線を照射して1個の中性子を生成させる反応と比較して、1個の中性子を照射して2個の中性子を生成する反応の反応断面積が1桁程度大きい。従って中性子を利用した核反応も、制動放射線を利用した核反応と同様に放射性核種の生成に寄与することができる。 As shown in FIG. 2, the neutron flux is smaller than the flux of the braking radiation, but as can be seen from the reaction cross sections shown in FIGS. 3 and 4, the neutron is irradiated with the braking radiation to generate one neutron. The reaction cross section of the reaction of irradiating one neutron to generate two neutrons is about an order of magnitude larger than that of the reaction to be generated. Therefore, a nuclear reaction using neutrons can contribute to the production of radionuclides as well as a nuclear reaction using braking radiation.

制動放射線を照射して1個の中性子を生成する反応により生成する放射性核種と、1個の中性子を照射して2個の中性子を生成する反応により生成する放射性核種は、同じ放射性核種であることから、両方で生成する放射性核種を足し合わせた量の放射性核種を製造できることになる。 The radionuclide produced by the reaction of irradiating braking radiation to generate one neutron and the radionuclide produced by the reaction of irradiating one neutron to generate two neutrons must be the same radionuclide. Therefore, it is possible to produce a radionuclide in an amount obtained by adding the radionuclides produced by both.

次に、原料について説明する。
制動放射線及び中性子との反応で同種の放射性核種を生成する原料としては、ラジウム226(Ra-226)またはその化合物、レニウム187またはその化合物(Re-187)、エルビウム170(Er-170)またはその化合物、エルビウム166(Er-166)及びその化合物、パラジウム104(Pd-104)またはその化合物、モリブデン100(Mo-100)またはその化合物、カルシウム40(Ca-40)またはその化合物、またはそれらを含む原料を用いることができる。例えば、ラジウム226は、制動放射線との反応(γ、n)によりラジウム225に核変換し、中性子との反応(n、2n)により同じくラジウム225に核変換する。なお化合物としては、例えば、酸化物、塩、錯体などを用いることができる。
Next, the raw materials will be described.
Radium-226 (Ra-226) or a compound thereof, Renium 187 or a compound thereof (Re-187), Elbium 170 (Er-170) or a compound thereof are used as raw materials for producing the same kind of radioactive nuclei by reaction with braking radiation and neutrons. Compound, erbium 166 (Er-166) and its compounds, palladium 104 (Pd-104) or its compounds, molybdenum 100 (Mo-100) or its compounds, calcium 40 (Ca-40) or its compounds, or any of them. Raw materials can be used. For example, radium-226 is transmuted to radium 225 by reaction with braking radiation (γ, n) and also transmuted to radium 225 by reaction with neutrons (n, 2n). As the compound, for example, oxides, salts, complexes and the like can be used.

原料は、電子線の照射方向に対し、放射線等生成材料の後方に配置され、放射線等生成材料で生成された制動放射線及び中性子とそれぞれ反応し、同じ種類の放射性核種を生成する。原料として、単一の原料を配置してもよいし、複数の原料を電子線照射方向に重ねて配置してもよい。複数の原料を配置する場合、その順序は特に限定されないが、前段となる原料の原子番号及び密度の少なくとも一方が、後段の原料よりも小さいほうが好ましい。これにより前段における放射線等の遮蔽効果を低減し、前段の原料で使われなかった制動放射線及び中性子を後段の原料により多く照射することができる。 The raw material is arranged behind the radiation-producing material with respect to the irradiation direction of the electron beam, and reacts with the braking radiation and the neutron generated by the radiation-producing material, respectively, to generate the same type of radionuclide. As the raw material, a single raw material may be arranged, or a plurality of raw materials may be arranged so as to overlap in the electron beam irradiation direction. When a plurality of raw materials are arranged, the order thereof is not particularly limited, but it is preferable that at least one of the atomic number and the density of the raw materials in the first stage is smaller than that in the raw materials in the latter stage. As a result, the shielding effect of radiation and the like in the previous stage can be reduced, and more braking radiation and neutrons not used in the raw material in the previous stage can be irradiated to the raw material in the latter stage.

材料及び原料は、固体または液体の状態で用いることができ、液体や粉体の場合には、容器に収納してもよい。容器の材料としては、それ自体は核反応に寄与せず、密度及び原子番号の小さい元素で構成される材料が好ましく、具体的には、ベリリウム、炭素、及び、アルミニウム、及び、それらの酸化物やホウ素化物等の化合物を用いることができる。容器内に原料を収納することで、液体状の原料を用いた場合、または、固体状の原料が、液体状に変化した場合においても、安全性を保つことができる。 The materials and raw materials can be used in a solid or liquid state, and in the case of a liquid or powder, they may be stored in a container. As the material of the container, a material that does not contribute to the nuclear reaction by itself and is composed of elements having a small density and atomic number is preferable, and specifically, beryllium, carbon, aluminum, and oxides thereof. And compounds such as boronide can be used. By storing the raw material in the container, safety can be maintained even when the liquid raw material is used or when the solid raw material is changed to the liquid state.

次に、一例として、治療用薬剤として用いられる核種あるいはその原料核種として、アクチニウム225(Ac-225)及びテクネチウム99m(Tc-99m)を製造する実施形態を説明する。この実施形態では、放射線等生成材料として、ビスマスを用い、また、原料として、前段にラジウム(Ra-226)またはその化合物を含む原料(以下、単にラジウム含有材料という)、後段にモリブデン(Mo-100)またはその化合物を含む原料(以下、単にモリブデン含有材料という)を用いる。 Next, as an example, an embodiment of producing actinium 225 (Ac-225) and technetium-99m (Tc-99m) as nuclides used as therapeutic agents or raw material nuclides thereof will be described. In this embodiment, bismuth is used as a radiation generating material, and as a raw material, a raw material containing radium (Ra-226) or a compound thereof (hereinafter, simply referred to as a radium-containing material) is used in the first stage, and molybdenum (Mo-) is used in the second stage. A raw material containing 100) or a compound thereof (hereinafter, simply referred to as a molybdenum-containing material) is used.

ビスマスに電子線を照射することで、制動放射線、及び、中性子が生成する。生成した制動放射線と中性子がラジウム含有原料に照射されると、制動放射線とラジウム226との核反応(Ra-226(γ,n)Ra-225)によりラジウム225(Ra-225)が製造される。この核反応は、中性子を1個生成する反応である。中性子の場合は、1個の中性子とラジウム226(Ra-226)との核反応(Ra-226(n,2n)Ra-225)によりラジウム225(Ra-225)が製造される。この反応は2個の中性子を生成する反応であり、制動放射線とラジウム226との核反応と同じ核種であるラジウム225(Ra-225)が生成される。ラジウム225はベータ崩壊によりアクチニウム(Ac-225)となる。 By irradiating bismuth with an electron beam, braking radiation and neutrons are generated. When the generated braking radiation and neutrons are applied to the radium-containing raw material, radium 225 (Ra-225) is produced by the nuclear reaction (Ra-226 (γ, n) Ra-225) between the braking radiation and radium 226. .. This nuclear reaction is a reaction that produces one neutron. In the case of neutrons, radium 225 (Ra-225) is produced by a nuclear reaction (Ra-226 (n, 2n) Ra-225) between one neutron and radium 226 (Ra-226). This reaction is a reaction that produces two neutrons, and radium 225 (Ra-225), which is the same nuclide as the nuclear reaction between braking radiation and radium 226, is produced. Radium 225 becomes actinium (Ac-225) by beta decay.

このように、制動放射線及び中性子に照射により、同じ放射性核種が製造されることから、制動放射線のみ或いは中性子のみを照射して製造する方法に比べ、製造量の増加が見込める。 As described above, since the same radionuclide is produced by irradiating the braking radiation and the neutron, the production amount can be expected to increase as compared with the method of irradiating only the braking radiation or only the neutron.

またビスマスから生成し、ラジウム含有原料に照射された制動放射線及び中性子の残りは、2段目に設置されたモリブデン含有原料に照射される。制動放射線とモリブデン100との核反応により中性子を1個生成する反応(Mo-100(γ,n)Mo-99)が起こり、モリブデン99(Mo-99)が製造される。また中性子とモリブデン100との核反応により1個の中性子の照射につき2個の中性子を生成する反応(Mo-100(n,2n)Mo-99)が起こり、モリブデン99(Mo-99)が製造される。製造されたモリブデン99はベータ崩壊によりテクネチウム99m(Tc-99m)になる。 Further, the braking radiation generated from bismuth and irradiated to the radium-containing raw material and the rest of the neutrons are irradiated to the molybdenum-containing raw material installed in the second stage. A reaction (Mo-100 (γ, n) Mo-99) that produces one neutron occurs by a nuclear reaction between bremsstrahlung radiation and molybdenum 100, and molybdenum 99 (Mo-99) is produced. In addition, a nuclear reaction between neutrons and molybdenum 100 causes a reaction (Mo-100 (n, 2n) Mo-99) that produces two neutrons per irradiation of one neutron, and molybdenum 99 (Mo-99) is produced. Will be done. The produced molybdenum 99 becomes technetium-99m (Tc-99m) by beta decay.

この場合も、制動放射線及び中性子に照射により、同じ放射性核種が製造されることから、製造量の増加が見込める。 In this case as well, since the same radionuclide is produced by irradiating the braking radiation and neutrons, an increase in the production amount can be expected.

初段の原料で生成したラジウム225(Ra-225)は、14.8日の半減期で子孫核種であるアクチニウム225(Ac-225)となる。アクチニウム225は、治療用薬剤の原料核種として代表的なアルファ線放出核種であり、これを療用薬剤用に提供する際は、分離精製し、アルファ線を放出する核種では無く治療に不要な放射性核種製造用原料Ra−225及び生成したRa−225を分離する。分離精製は、例えば、特許文献1に記載された方法を採用することができる。なお、アクチニウム225も所定の半減期を経て、フランシウムFr−221、アスタチンAt−217、ビスマスBi−213等の子孫核種にアルファ崩壊するが、これら子孫核種もアクチニウム225と同様にアルファ線を放出する核種であり、治療に用いることができる。 Radium 225 (Ra-225) produced from the raw material of the first stage becomes actinium 225 (Ac-225), which is a progeny nuclide, with a half-life of 14.8 days. Actinium 225 is a typical alpha ray emitting nuclide as a raw material nuclide of a therapeutic drug, and when it is provided for a therapeutic drug, it is not a nuclide that emits alpha rays after being separated and purified, but a radioactivity unnecessary for treatment. The raw material Ra-225 for nuclide production and the produced Ra-225 are separated. For the separation and purification, for example, the method described in Patent Document 1 can be adopted. Actinium 225 also undergoes an alpha decay to progeny nuclides such as Francium Fr-221, astatine At-217, and bismuth Bi-213 after a predetermined half-life, but these progeny nuclides also emit alpha rays in the same manner as actinium 225. It is a nuclide and can be used therapeutically.

後段の原料の反応により生成したMo−99は、66時間の半減期で子孫核種であるTc−99mとなる。Tc−99mは診断用薬剤の原料核種として代表的なガンマ線放出核種であり、これを治療用薬剤用として提供する際は、診断に不要な核種である原料Mo−99及びMo−100から分離精製する。 Mo-99 produced by the reaction of the raw materials in the latter stage becomes Tc-99m, which is a progeny nuclide, with a half-life of 66 hours. Tc-99m is a gamma-ray emitting nuclide that is typical as a raw material nuclide for diagnostic agents, and when it is provided for therapeutic agents, it is separated and purified from raw materials Mo-99 and Mo-100, which are unnecessary nuclides for diagnosis. To do.

Ac−225及びTc−99mをそれぞれ分離精製した後に残るRa−226及びMo−99は、原料として再利用することができる。これにより比較的高価な放射性核種製造用原料であるMo−99及びRa−226の使用量を低減することができる。 Ra-226 and Mo-99 remaining after separating and purifying Ac-225 and Tc-99m, respectively, can be reused as raw materials. As a result, the amount of Mo-99 and Ra-226, which are relatively expensive raw materials for producing radionuclides, can be reduced.

以上、アクチニウム225(Ac-225)及びテクネチウム99m(Tc-99m)製造の実施形態を説明したが、前段と後段の原料は入れ替えてもよい。また放射線等生成材料は、ビスマスに限らず、鉛など、その他の重金属を用いてもよい。 Although the embodiments for producing actinium 225 (Ac-225) and technetium-99m (Tc-99m) have been described above, the raw materials in the first and second stages may be interchanged. Further, the radiation generating material is not limited to bismuth, and other heavy metals such as lead may be used.

このように本実施形態の製造方法によれば、電子線照射により制動放射線及び中性子をする材料を用いるとともに、原料として制動放射線と中性子のそれぞれとの核反応によって同種の核種を製造する原料を用いることで、放射性核種の製造効率を向上することができる。また原料として複数の原料を、材料後方に重ねて配置することで、同じ製造工程において、異なる種類の核種を製造することが可能となる。これにより、複数の医療(診断、治療)用薬剤の原料核種である放射性核種を効率良く製造できる。また、本実施形態の製造方法は、電子線照射により発生する制動放射線と中性子を利用するので、サイクロトロン等の加速器と比較して小型の電子線加速器を用いることができ、システム全体を小型安価にできる。 As described above, according to the production method of the present embodiment, a material that emits braking radiation and neutrons by electron beam irradiation is used, and a raw material for producing the same type of nuclide by nuclear reaction between the braking radiation and neutrons is used as a raw material. As a result, the production efficiency of radionuclides can be improved. Further, by arranging a plurality of raw materials as raw materials so as to be stacked behind the material, it is possible to produce different types of nuclides in the same manufacturing process. This makes it possible to efficiently produce radionuclides, which are raw material nuclides for a plurality of medical (diagnostic and therapeutic) drugs. Further, since the manufacturing method of the present embodiment uses braking radiation and neutrons generated by electron beam irradiation, a smaller electron beam accelerator can be used as compared with an accelerator such as a cyclotron, and the entire system can be made smaller and cheaper. it can.

次に上述した放射性核種の製造を実現するための製造装置について説明する。 Next, a manufacturing apparatus for realizing the production of the radionuclide described above will be described.

<第一実施形態>
本実施形態の放射性核種製造装置100は、図5(A)に示すように、高速の電子線を放出する電子線加速器10と、電子線の放射を受けて制動放射線等を生成する材料25及び放射性核種を生成するための原料20を配置した反応室30と、を備える。電子線加速器10は、電子銃から放出した電子を加速管に打ち込み、加速管内の電場により加速して電子線11として放出する装置であり、種々のビームエネルギーのものが入手可能に提供されている。本実施形態の放射性核種製造装置は、これら公知の電子線加速器を使用することができる。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 5A, the radionuclide production apparatus 100 of the present embodiment includes an electron beam accelerator 10 that emits a high-speed electron beam, a material 25 that receives the radiation of the electron beam to generate braking radiation, and the like. It includes a reaction chamber 30 in which a raw material 20 for producing a radionuclide is arranged. The electron beam accelerator 10 is a device that drives electrons emitted from an electron gun into an accelerating tube, accelerates them by an electric field in the accelerating tube, and emits them as an electron beam 11, and various beam energies are available. .. These known electron beam accelerators can be used in the radionuclide production apparatus of the present embodiment.

反応室30は、電子線加速器10と近接して配置され、電子線加速器10から放出される電子線11を透過する開口部を有し、内部に放射線等生成材料25及び原料20をそれぞれ支持する機構40、50を備えている。原料として種類の異なる複数の原料を用いる場合には、支持機構50は複数の原料をそれぞれ独立に支持する機構としてもよい。 The reaction chamber 30 is arranged in close proximity to the electron beam accelerator 10, has an opening through which the electron beam 11 emitted from the electron beam accelerator 10 is transmitted, and supports the radiation generating material 25 and the raw material 20 inside, respectively. The mechanisms 40 and 50 are provided. When a plurality of different kinds of raw materials are used as the raw materials, the support mechanism 50 may be a mechanism for independently supporting the plurality of raw materials.

本実施形態では、電子線加速器10から放出される電子線11の照射方向は水平方向であり、放射線等生成材料25及び原料20は、支持機構40、50によって、電子が照射される位置に水平方向に、即ち電子線の照射方向に沿って重なるように配置されている。なお「重なるように配置」は、電子線照射方向と交差する方向にずれている場合も含み、また密着している場合、間に例えば放射線等を透過する物質、反応室内の気体や原料の容器或いは原料を支持するための機構の一部等、が介在する場合も含む。 In the present embodiment, the irradiation direction of the electron beam 11 emitted from the electron beam accelerator 10 is the horizontal direction, and the radiation generating material 25 and the raw material 20 are horizontal to the positions where the electrons are irradiated by the support mechanisms 40 and 50. They are arranged so as to overlap in the direction, that is, along the irradiation direction of the electron beam. Note that "arranged so as to overlap" includes the case where the electron beam irradiation direction is deviated from the direction intersecting with the electron beam irradiation direction, and when they are in close contact with each other, for example, a substance that transmits radiation or the like, a gas in the reaction chamber, or a container for raw materials Alternatively, it also includes a case where a part of a mechanism for supporting the raw material is intervened.

支持機構40、50は、単に、原料を載置する板状の部材や原料を横から支持するアーム状の部材でもよく、電子線の照射を阻害しないものであれば、その機構や形状は問わない。また支持機構40、50には、放射線等生成材料25や反応後の原料22を取り出したり交換したりするための移動機構や回転機構が設けられていてもよい。反応室30は、電子線や放射性核種生成過程で発生する放射線を遮蔽する材料で構成されるか覆われている。 The support mechanisms 40 and 50 may be simply a plate-shaped member on which the raw material is placed or an arm-shaped member that supports the raw material from the side, and the mechanism and shape thereof are not limited as long as they do not interfere with the irradiation of the electron beam. Absent. Further, the support mechanisms 40 and 50 may be provided with a moving mechanism or a rotating mechanism for taking out or exchanging the radiation generating material 25 and the raw material 22 after the reaction. The reaction chamber 30 is composed of or covered with a material that shields electron beams and radiation generated in the process of producing radionuclides.

放射線等生成材料25は、上述の製造方法で説明したように、ビスマス、鉛、タングステン、及び、プラチナなどの単体或いは化合物を含むものである。放射線等生成材料25は、重金属の場合、板状に成形したものをそのまま支持機構40に固定することができるが、容器に入れて支持機構40に固定してもよい。材料用容器の構造材としては、密度及び原子番号の小さい元素で構成されるベリリウム、炭素、及び、アルミニウム、及び、それらの酸化物やホウ素化物等の化合物で構成される材料を用いても良い。電子線11のエネルギーが材料25に照射されると、そのエネルギーのほとんどが材料25に付与される。したがって、材料25が発熱し、固体状の材料25を用いた場合は、融点を超えて液体になる可能性がある。特に、材料25に、ビスマスまたは鉛、あるいは、それらの化合物を用いた場合、融点が低いことから、液体になる可能性が高い。容器に収納することによって。液体になった場合でも、液体は、容器内に留まることから、材料25の健全性が保たれる。また材料用容器の構造材として、ベリリウムを用いた場合、材料25で生成した制動放射線と容器材料であるベリリウムとの核反応で、比較的高いエネルギーの中性子が生成することから、中性子と原料20中の原料核種との核反応によって製造される放射性核種の量を増加できる。 The radiation generating material 25 contains simple substances or compounds such as bismuth, lead, tungsten, and platinum, as described in the above-mentioned production method. In the case of heavy metals, the radiation generating material 25 can be fixed to the support mechanism 40 as it is, but it may be put in a container and fixed to the support mechanism 40. As the structural material of the container for materials, a material composed of beryllium, carbon, aluminum composed of elements having a small density and atomic number, and compounds such as oxides and boron compounds thereof may be used. .. When the energy of the electron beam 11 is applied to the material 25, most of the energy is applied to the material 25. Therefore, the material 25 generates heat, and when the solid material 25 is used, the material 25 may exceed the melting point and become a liquid. In particular, when bismuth or lead or a compound thereof is used as the material 25, there is a high possibility that it will become a liquid because of its low melting point. By storing in a container. Even when it becomes a liquid, the liquid remains in the container, so that the soundness of the material 25 is maintained. When beryllium is used as the structural material of the material container, neutrons and the raw material 20 are generated because relatively high energy neutrons are generated by the nuclide reaction between the braking radiation generated by the material 25 and beryllium which is the container material. The amount of radionuclides produced by the nuclear reaction with the raw material nuclides inside can be increased.

放射線等生成材料25の電子線照射方向の厚さは、それを通過した制動放射線や中性子のフラックスの、原料表面における強度が最大となるように決定することが望ましい。フラックス強度は、図6に模式的に示すように、厚さが厚くなるにつれて大きくなるが、厚すぎると材料25による遮蔽効果により減少し、強度を最大とする厚さがある。制動放射線と中性子のそれぞれについて、原料表面におけるフラックス強度を最大にする厚さを実測やシミュレーション等で求めておき、一方(例えば中性子)のフラックス強度を最大にする厚さと他方(例えば制動放射線)のフラックス強度を最大にする厚さとの間の値、例えば、その平均値を材料25の厚さとすることができる。 It is desirable that the thickness of the radiation generating material 25 in the electron beam irradiation direction is determined so that the intensity of the braking radiation and the neutron flux passing therethrough on the surface of the raw material is maximized. As schematically shown in FIG. 6, the flux strength increases as the thickness increases, but if it is too thick, it decreases due to the shielding effect of the material 25, and there is a thickness that maximizes the strength. For each of the braking radiation and neutrons, the thickness that maximizes the flux intensity on the surface of the raw material is obtained by actual measurement or simulation, and the thickness that maximizes the flux intensity of one (for example, neutron) and the other (for example, braking radiation) A value between the thickness that maximizes the flux strength, for example, the average value thereof, can be the thickness of the material 25.

原料20は、制動放射線及び中性子との反応で同種の放射性核種を生成するものであり、具体的には、ラジウム226(Ra-226)またはその化合物、レニウム187またはその化合物(Re-187)、エルビウム170(Er-170)またはその化合物、エルビウム166(Er-166)及びその化合物、パラジウム104(Pd-104)またはその化合物、モリブデン100(Mo-100)またはその化合物、或いはカルシウム40(Ca-40)またはその化合物等である。 The raw material 20 produces the same kind of radioactive nuclei by reacting with braking radiation and neutrons, and specifically, radium-226 (Ra-226) or a compound thereof, Renium 187 or a compound thereof (Re-187), Elbium 170 (Er-170) or its compounds, Elbium 166 (Er-166) and its compounds, Palladium 104 (Pd-104) or its compounds, Molybdenum 100 (Mo-100) or its compounds, or Calcium 40 (Ca- 40) or a compound thereof.

原料20は、図5(A)に示したように、単一の原料を用いてもよいが、図5(B)に示すように、複数の原料20A、20Bを電子線照射方向に重ねて配置してもよい。この場合、原料20A、20Bとしては同種のものを用いてもよいし、異なる種類の原料を用いてもよい。同種のものを用いた場合には、同種の核種の製造効率を高めることができ、異種のものを用いた場合には、同一製造工程において、複数種の核種を製造することが可能になる。 As the raw material 20, a single raw material may be used as shown in FIG. 5 (A), but as shown in FIG. 5 (B), a plurality of raw materials 20A and 20B are stacked in the electron beam irradiation direction. It may be arranged. In this case, as the raw materials 20A and 20B, the same kind of raw materials may be used, or different kinds of raw materials may be used. When the same type of nuclide is used, the production efficiency of the same type of nuclide can be increased, and when different types of nuclides are used, a plurality of types of nuclide can be produced in the same production process.

また複数の原料を重ねて配置する場合には、前段の原料の原子番号及び密度の少なくとも一方が、後段の原料よりも小さいほうが好ましい。これにより前段における放射線等の遮蔽効果を低減し、前段の原料で使われなかった制動放射線及び中性子を後段の原料により多くの照射することができる。例えば、前段の原料としてモリブデン100(Mo-100)またはその化合物を用い、後段の原料としてラジウム226(Ra-226)またはその化合物を用いる。 When a plurality of raw materials are arranged in an overlapping manner, it is preferable that at least one of the atomic number and the density of the raw materials in the first stage is smaller than that in the raw materials in the latter stage. As a result, the shielding effect of radiation and the like in the previous stage can be reduced, and more braking radiation and neutrons not used in the raw material in the previous stage can be irradiated to the raw material in the latter stage. For example, molybdenum 100 (Mo-100) or a compound thereof is used as a raw material in the first stage, and radium 226 (Ra-226) or a compound thereof is used as a raw material in the second stage.

原料20は必要に応じて、容器内に設置或いは収納した状態で支持機構50に固定される。容器内に原料20を収納することで、液体状の原料を用いた場合、または、固体状の原料が、液体状に変化した場合においても、安全性を保つことができる。原料用容器の構造材としては、前掲の材料用容器と同様のものを用いることができる。 The raw material 20 is fixed to the support mechanism 50 in a state of being installed or stored in the container as needed. By storing the raw material 20 in the container, safety can be maintained even when the liquid raw material is used or when the solid raw material is changed to the liquid state. As the structural material of the raw material container, the same material as the above-mentioned material container can be used.

本実施形態の放射性核種製造装置は、上述した放射性核種の製造方法に従って、電子線加速器10から放出される電子線を、その照射方向に配置された放射線等生成材料25に照射することにより、制動放射線(γ線)及び中性子を生成する。生成した制動放射線及び中性子がそれぞれ原料20と核反応を起こす。原料20は、制動放射線との反応(γ,n)により生成する核種と、中性子との反応(n、2n)により生成する核種が同一であるので、2つの異なる反応により1つの核種が製造される。 The radionuclide production apparatus of the present embodiment brakes by irradiating the radiation generating material 25 arranged in the irradiation direction with the electron beam emitted from the electron beam accelerator 10 according to the radionuclide production method described above. Generates radiation (γ-rays) and neutrons. The generated braking radiation and neutrons cause a nuclear reaction with the raw material 20, respectively. Since the nuclide produced by the reaction with the braking radiation (γ, n) and the nuclide produced by the reaction with the neutron (n, 2n) are the same in the raw material 20, one nuclide is produced by two different reactions. To.

また原料20の後段に、別の原料21が配置支持されている場合には、原料21においても、原料20を通過した制動放射線及び中性子がそれぞれ原料21と核反応(γ、n)あるいは(n、2n)によって、一つの核種が製造される。種類が異なる原料20、21を用いることで、前段と後段とで異なる核種を製造することができる。また前段の原料20として、後段の原料21よりも密度または原子番号の小さい原料を用いることで、原料21に照射される制動放射線及び中性子の量を確保することができ、後段の製造効率の低下を防止することができる。 When another raw material 21 is arranged and supported after the raw material 20, the braking radiation and neutrons that have passed through the raw material 20 also react with the raw material 21 by nuclear reaction (γ, n) or (n). 2n) produces one nuclide. By using different types of raw materials 20 and 21, different nuclides can be produced in the first stage and the second stage. Further, by using a raw material having a density or atomic number smaller than that of the raw material 21 in the latter stage as the raw material 20 in the first stage, the amount of braking radiation and neutrons irradiated to the raw material 21 can be secured, and the production efficiency in the latter stage is lowered. Can be prevented.

以上、本発明の放射性核種の製造方法を実現するための基本的な装置の実施形態を説明したが、以下、原料の交換等を考慮した装置の具体的な実施形態をさらに説明する。 Although the basic embodiment of the apparatus for realizing the method for producing a radionuclide of the present invention has been described above, the specific embodiment of the apparatus in consideration of the exchange of raw materials and the like will be further described below.

<第二実施形態>
第一実施形態では、電子線の照射方向が本実施形態では水平方向であったが、本実施形態の放射性核種製造装置は電子線の照射方向が垂直となるように電子線加速器10と反応室30、及び材料25並びに原料20とが配置されていることが特徴である。材料25や原料の種類や電子線の照射によって生じる反応は上述の製造方法で説明したものと同様であり、ここでは説明を省略する。
<Second embodiment>
In the first embodiment, the irradiation direction of the electron beam was the horizontal direction in the present embodiment, but the radionuclide production apparatus of the present embodiment has the electron beam accelerator 10 and the reaction chamber so that the irradiation direction of the electron beam is vertical. The feature is that 30, the material 25, and the raw material 20 are arranged. The reaction caused by the material 25, the type of raw material, and the irradiation of the electron beam is the same as that described in the above-mentioned production method, and the description thereof is omitted here.

図7に示すように、本実施形態の放射性核種製造装置100Aは、電子線加速器10が反応室30の上部に縦置きに設置されており、放射線等生成材料25と原料20は電子線の照射方向(垂直方向)に沿って、重なるように配置されている。或いは、図8(A)に示すように、電子線加速器10を横置きに設置し、偏向電磁石装置60を用いて、電子線11を上部から材料25に照射しても良い。 As shown in FIG. 7, in the radionuclide production apparatus 100A of the present embodiment, the electron beam accelerator 10 is installed vertically in the upper part of the reaction chamber 30, and the radiation generating material 25 and the raw material 20 are irradiated with an electron beam. They are arranged so as to overlap along the direction (vertical direction). Alternatively, as shown in FIG. 8A, the electron beam accelerator 10 may be installed horizontally, and the electron beam 11 may be irradiated to the material 25 from above by using the deflection electromagnet device 60.

本実施形態によれば、電子線の照射方向が垂直であることから、例えば材料25が液状化しやすいものであったり原料20が液体や粉体などであったりしても、図8(B)に示すように容器70内に収納して配置することで電子線照射面に対し均等に配置することができ、むらのない電子線照射を行うことができる。また、比較的重量のある電子線加速器10を反応室30上部に設置するための堅牢な支持機構を不要とすることができる。さらに、反応室30を放射線遮蔽された地下室等に配置し、その上の階に電子線加速器10を設置し、偏向磁石装置60で連結するなど、製造装置を設置する施設に応じて電子線の照射方向を選択することが可能となり、電子線加速器と反応室との設置場所や配置等の自由度が増す。 According to the present embodiment, since the electron beam irradiation direction is vertical, for example, even if the material 25 is easily liquefied or the raw material 20 is a liquid or powder, FIG. 8B By storing and arranging the container 70 as shown in the above, the electron beam irradiation surface can be evenly arranged, and the electron beam irradiation can be performed evenly. Further, a robust support mechanism for installing the relatively heavy electron beam accelerator 10 in the upper part of the reaction chamber 30 can be eliminated. Further, the reaction chamber 30 is arranged in a radiation-shielded basement chamber or the like, an electron beam accelerator 10 is installed on the floor above the reaction chamber 30, and the electron beam accelerator 10 is connected by a deflection magnet device 60, depending on the facility where the manufacturing apparatus is installed. The irradiation direction can be selected, and the degree of freedom in the installation location and arrangement of the electron beam accelerator and the reaction chamber is increased.

<第三実施形態>
本実施形態は、放射線等生成材料25の支持機構40に、制動放射線及び中性子発生箇所(材料)における発熱を抑制するための機構を設けたことが特徴である。それ以外は、第一実施形態或いは第二実施形態の放射性核種製造装置と同様である。以下、電子線照射方向が垂直方向である放射性核種製造装置100Aを例にして、本実施形態の発熱抑制のための機構について説明する。
<Third Embodiment>
The present embodiment is characterized in that the support mechanism 40 of the radiation generating material 25 is provided with a mechanism for suppressing heat generation at the braking radiation and the neutron generation location (material). Other than that, it is the same as the radionuclide production apparatus of the first embodiment or the second embodiment. Hereinafter, the mechanism for suppressing heat generation of the present embodiment will be described by taking the radionuclide production apparatus 100A in which the electron beam irradiation direction is vertical as an example.

本実施形態の放射線等生成材料25とその支持機構40を、図9に示す。この支持機構は、反応室30の外側に設置されたモーター(不図示)と、モーターに接続された回転軸41と、回転軸41に固定された治具42とを有する回転移動機構からなる。材料25或いはそれを収納する容器70は、中央部分を同心円状にくり抜いた円筒状(電子線照射方向から見た形状がドーナツ状)であり、回転軸41が材料25の中心に位置するように、その内側が治具42に固定されている。図では2か所が固定されているが、固定箇所は2か所に限定されない。また治具42には材料25を着脱可能に固定するチャック等が備えられていることが好ましく、その場合、材料25又は容器70はチャックを介して治具42に固定される。 The radiation generating material 25 and its supporting mechanism 40 of the present embodiment are shown in FIG. This support mechanism includes a rotary movement mechanism having a motor (not shown) installed outside the reaction chamber 30, a rotary shaft 41 connected to the motor, and a jig 42 fixed to the rotary shaft 41. The material 25 or the container 70 for storing the material 25 has a cylindrical shape (the shape seen from the electron beam irradiation direction is a donut shape) in which the central portion is hollowed out concentrically, so that the rotating shaft 41 is located at the center of the material 25. The inside thereof is fixed to the jig 42. In the figure, two places are fixed, but the fixed places are not limited to two places. Further, the jig 42 is preferably provided with a chuck or the like for detachably fixing the material 25, and in that case, the material 25 or the container 70 is fixed to the jig 42 via the chuck.

材料25の大きさは、図10に示すように、外周の直径L1と内周の直径L2との差の半分{(L1−L2)/2}が、電子線の照射面積の径Dと同程度、またはそれ以上の大きさとする。また回転機構は、反応室30において、材料25の一部が電子線照射位置に位置づけられるように、設置される。原料20(複数の場合には20A、20B)は、材料25の電子線照射領域の後方に配置される。 As shown in FIG. 10, the size of the material 25 is half the difference between the outer peripheral diameter L1 and the inner peripheral diameter L2 {(L1-L2) / 2}, which is the same as the diameter D of the irradiation area of the electron beam. The size is about or larger. Further, the rotation mechanism is installed in the reaction chamber 30 so that a part of the material 25 is positioned at the electron beam irradiation position. The raw material 20 (20A, 20B in the case of a plurality) is arranged behind the electron beam irradiation region of the material 25.

本実施形態の放射性核種製造装置では、電子線照射時に材料25を回転させることで、高い電子線エネルギーを受けて制動放射線及び中性子が発生することに伴う材料25の発熱が、材料内で分散されて、材料の劣化を防止することができる。また材料25には、回転中も常に一部の領域に電子線が照射され、その領域から、後方に配置された原料20に対し制動放射線と中性子の照射が継続し、核反応は維持される。 In the radionuclide production apparatus of the present embodiment, by rotating the material 25 during electron beam irradiation, the heat generated by the material 25 due to the generation of braking radiation and neutrons by receiving high electron beam energy is dispersed in the material. Therefore, deterioration of the material can be prevented. Further, the material 25 is constantly irradiated with an electron beam in a part of the region even during rotation, and the raw material 20 arranged behind the material 25 is continuously irradiated with braking radiation and neutrons from that region, and the nuclear reaction is maintained. ..

なお図9では、発熱を緩和する機構として、材料の支持機構40を回転機構とした場合を示したが、材料を水平方向(電子線照射方向に対し直交する方向)に往復動させる機構を採用することも可能である。さらに材料を機械的に移動する手段に代えて、或いは機械的な手段に加えて、材料25の支持機構40に冷却水の水路などの冷却装置を設けたり、冷却フィンを設けたりすることも可能である。 Although FIG. 9 shows a case where the material support mechanism 40 is a rotation mechanism as a mechanism for alleviating heat generation, a mechanism for reciprocating the material in the horizontal direction (direction orthogonal to the electron beam irradiation direction) is adopted. It is also possible to do. Further, instead of the means for mechanically moving the material, or in addition to the mechanical means, the support mechanism 40 of the material 25 may be provided with a cooling device such as a water channel for cooling water, or cooling fins may be provided. Is.

また図9では電子線照射方向が垂直方向である場合を示したが、水平方向であっても回転軸41の取付方向を変えるだけで同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。 Further, although FIG. 9 shows a case where the electron beam irradiation direction is the vertical direction, the same effect can be obtained even in the horizontal direction by simply changing the mounting direction of the rotating shaft 41. it can.

<第四実施形態>
本実施形態は、原料20の取出しのための移動機構を設けたことが特徴である。以下、図11を参照して本実施形態の放射性核種製造装置100Bを説明する。本実施例でも、電子線照射方向が垂直方向である装置を例に説明をするが、電子線照射方向は垂直方向に限定されない。
<Fourth Embodiment>
The present embodiment is characterized in that a moving mechanism for taking out the raw material 20 is provided. Hereinafter, the radionuclide production apparatus 100B of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment as well, the device in which the electron beam irradiation direction is the vertical direction will be described as an example, but the electron beam irradiation direction is not limited to the vertical direction.

図11に示すように、本実施形態の放射性核種製造装置100Bは、反応室30の上部に電子線加速器10が縦置きに設置されており、電子線加速器10から放出される電子線が照射される位置に放射線等生成材料25と原料20A、20Bが重なるように配置されている。図では、一例として原料が容器に収納されている状態を示す。 As shown in FIG. 11, in the radionuclide production apparatus 100B of the present embodiment, the electron beam accelerator 10 is installed vertically in the upper part of the reaction chamber 30, and the electron beam emitted from the electron beam accelerator 10 is irradiated. The radiation generating material 25 and the raw materials 20A and 20B are arranged at such positions so as to overlap each other. The figure shows a state in which the raw material is stored in a container as an example.

材料25の支持機構は図示を省略しているが、材料25は図5に示すような固定された支持機構でもよいし、第三実施形態のように、回転機構等で支持する構成としてもよい。回転機構で支持する場合は、材料はドーナツ状の形状とし、その一部の領域が電子線照射位置に配置され、回転機構により照射位置にある領域が移動するように構成されている。 Although the support mechanism of the material 25 is not shown, the material 25 may be a fixed support mechanism as shown in FIG. 5, or may be supported by a rotation mechanism or the like as in the third embodiment. .. When supported by a rotating mechanism, the material has a donut-shaped shape, a part of the area is arranged at the electron beam irradiation position, and the area at the irradiation position is moved by the rotating mechanism.

原料20A、20Bを支持する機構50は、原料を移動する機構として、反応室30の外側に設置されたモーター51と、モーター51の回転軸にそれぞれ接続され、独立して制御される回転軸52A、52Bと、回転軸52Aと原料20Aとを接続する治具53A及び回転軸52Bと原料20Bとを接続する治具53Bと、を備えている。なお、材料25が回転機構により支持されている場合には、その回転軸は、機構50の回転軸52A、52Bと同軸にしてもよい。これにより支持機構40及び50の構成をコンパクトにすることができる。 The mechanism 50 that supports the raw materials 20A and 20B is a rotating shaft 52A that is connected to the motor 51 installed outside the reaction chamber 30 and the rotating shaft of the motor 51 and is independently controlled as a mechanism for moving the raw materials. 52B, a jig 53A for connecting the rotary shaft 52A and the raw material 20A, and a jig 53B for connecting the rotary shaft 52B and the raw material 20B. When the material 25 is supported by the rotating mechanism, the rotating shaft may be coaxial with the rotating shafts 52A and 52B of the mechanism 50. As a result, the configurations of the support mechanisms 40 and 50 can be made compact.

原料20A、20Bは、それぞれ、図示しない着脱機構により治具53A、53Bに固定され、回転軸52A、52Bが回転することにより、図12に示すように、電子線照射方向に重なる位置から外れた位置に移動し、原料の交換や取出しを行うことができる。反応室30には、原料取出し時に反応室の密閉性を維持するために、原料取出し位置に反応室30との気密性を維持できる開閉扉を備えた予備室35を備えていてもよい。その場合、反応室30と予備室35を開放した状態(外部に対しては密閉した状態)で、原料を予備室35に移動し、反応室30と予備室35との間を閉鎖した後、予備室35から原料を取り出す或いは予備室にて原料の交換を行う。 The raw materials 20A and 20B were fixed to the jigs 53A and 53B by a detachable mechanism (not shown), respectively, and the rotation shafts 52A and 52B were rotated so as to be displaced from the positions overlapping in the electron beam irradiation direction as shown in FIG. You can move to the position and exchange or take out the raw materials. The reaction chamber 30 may be provided with a spare chamber 35 provided with an opening / closing door capable of maintaining airtightness with the reaction chamber 30 at the raw material extraction position in order to maintain the airtightness of the reaction chamber when the raw material is taken out. In that case, with the reaction chamber 30 and the reserve chamber 35 open (closed to the outside), the raw material is moved to the reserve chamber 35, and after closing between the reaction chamber 30 and the reserve chamber 35, The raw material is taken out from the spare chamber 35 or the raw material is exchanged in the spare chamber.

原料の取り出しや交換のタイミングは、原料の種類によって必要製造量に達する時間や交換すべき時間が異なるので、時間管理のもとで、ロボットアーム等を介して手動で或いは自動で原料の取り出し/交換作業を行う。自動制御は、予め必要製造量に達する時間や交換期間を把握しておき、その情報をもとに行う。 As for the timing of taking out and exchanging raw materials, the time to reach the required production amount and the time to be replaced differ depending on the type of raw material, so under time management, the raw material is taken out manually or automatically via a robot arm or the like / Perform replacement work. The automatic control is performed based on the time and replacement period for reaching the required production amount in advance.

このように、複数の原料のそれぞれに独立で動作する移動機構を設けることにより、複数の原料を用いて核種の製造を行っている場合、一つの原料の取出しや交換を他の原料を用いた製造を継続することができ、原料交換に伴う稼働率の低下を防止できる。 In this way, when nuclides are produced using a plurality of raw materials by providing a moving mechanism that operates independently for each of the plurality of raw materials, one raw material is taken out or exchanged using another raw material. The production can be continued, and the decrease in the operating rate due to the exchange of raw materials can be prevented.

なお原料の移動機構としては、上述した回転軸と治具とからなる機構の他に、図13に示すように、原料20A、20Bを、電子線の照射方向と直交する方向に平行移動する伸縮機構55を採用してもよい。伸縮機構55の駆動部57は、例えば予備室35に設置される。なお図13に示す放射性核種製造装置100Cでは、放射線等生成材料25は、回転軸41により支持され、電子線照射領域が変化するものとしている。 As the raw material moving mechanism, in addition to the mechanism consisting of the rotation axis and the jig described above, as shown in FIG. 13, the raw materials 20A and 20B are expanded and contracted to move in parallel in the direction orthogonal to the electron beam irradiation direction. The mechanism 55 may be adopted. The drive unit 57 of the expansion / contraction mechanism 55 is installed in, for example, the spare chamber 35. In the radionuclide production apparatus 100C shown in FIG. 13, the radiation generating material 25 is supported by the rotating shaft 41, and the electron beam irradiation region is changed.

本実施形態によれば、原料の支持機構に、原料取出しのための移動機構を設けたことにより、円滑な原料の取出し・交換が可能となる。特に複数の原料毎に独立に駆動可能な取出しのための機構を設けることにより、核種の必要製造量に合わせた原料の取出しが可能となり、半減期等の考慮を含めて適切な製造管理を行うことができる。 According to the present embodiment, the support mechanism for the raw material is provided with a moving mechanism for taking out the raw material, so that the raw material can be smoothly taken out and exchanged. In particular, by providing a mechanism for taking out that can be driven independently for each of a plurality of raw materials, it is possible to take out raw materials according to the required production amount of nuclides, and appropriate manufacturing control is performed including consideration of half-life and the like. be able to.

なお図11〜図13では、複数の原料20A、20Bを配置した実施形態を示したが、本実施形態は一つの原料のみを配置する場合にも適用することができる。 Although FIGS. 11 to 13 show an embodiment in which a plurality of raw materials 20A and 20B are arranged, this embodiment can also be applied to a case where only one raw material is arranged.

本発明によれば、治療用薬剤の原料核種として需要の大きいアクチニウム225(Ac-225)に代表されるアルファ線を放出する放射性核種、診断用薬剤の原料として需要の大きいTc-99mに代表されるガンマ線を放出する放射性核種、及び、ベータ線を放出する核種を、小型軽量な装置で効率良く製造することが可能な放射性核種の製造システムを提供できる。 According to the present invention, there are radionuclides that emit alpha rays such as actinium 225 (Ac-225), which is in great demand as a raw material nuclide for therapeutic agents, and Tc-99m, which is in great demand as a raw material for diagnostic agents. It is possible to provide a radionuclide production system capable of efficiently producing a radionuclide that emits gamma rays and a nuclide that emits beta rays with a small and lightweight device.

10:電子線加速器、20、20A、20B:原料、25:放射線等生成材料、30:反応室、40:材料の支持機構、50:原料の支持機構、60:偏向磁石装置、70:材料用容器、100、100A、100B、100C:放射性核種製造装置。 10: Electron beam accelerator, 20, 20A, 20B: Raw material, 25: Radiation generation material, 30: Reaction chamber, 40: Material support mechanism, 50: Raw material support mechanism, 60: Deflection magnet device, 70: For material Container, 100, 100A, 100B, 100C: Radionuclide production apparatus.

Claims (15)

電子線加速器から放出される電子線を用いて、放射性核種を製造する方法であって、
電子線の照射方向に対し、上流側に、前記電子線の照射を受けて制動放射線及び中性子を放出する材料を配置し、前記材料より下流側に、前記材料が放出する制動放射線及び中性子を受けて放射性核種を生成する原料を配置し
前記原料として、前記制動放射線の照射により生成する放射性核種と、前記中性子の照射を受けて生成する放射性核種とが同一核種となる原料を用いることを特徴とする放射性核種の製造方法。
A method for producing radionuclides using electron beams emitted from an electron beam accelerator.
A material that is irradiated with the electron beam and emits braking radiation and neutrons is arranged on the upstream side of the electron beam irradiation direction, and the braking radiation and neutrons emitted by the material are received on the downstream side of the material. A raw material for producing a radionuclide is arranged, and as the raw material, a raw material in which the radionuclide generated by the irradiation of the braking radiation and the radionuclide generated by the irradiation of the neutron are the same nuclide is used. A method for producing radionuclides.
請求項1に記載の放射性核種の製造方法であって、
前記材料は、重金属または重金属の化合物であることを特徴とする放射性核種の製造方法。
The method for producing a radionuclide according to claim 1.
A method for producing a radionuclide, wherein the material is a heavy metal or a compound of a heavy metal.
請求項1に記載の放射性核種の製造方法であって、
前記原料は、ラジウム226(Ra−226)、レニウム187(Re−187)、エルビウム170(Er−170)、エルビウム166(Er−166)、パラジウム104(Pd−104)、モリブデン100(Mo−100)、カルシウム40(Ca−40)またはそれらの化合物から選ばれる1種以上であることを特徴とする放射性核種の製造方法。
The method for producing a radionuclide according to claim 1.
The raw materials are radium-226 (Ra-226), renium 187 (Re-187), erbium 170 (Er-170), erbium 166 (Er-166), palladium 104 (Pd-104), molybdenum 100 (Mo-100). ), Calcium 40 (Ca-40) or a method for producing a radioactive nuclei, which is one or more selected from compounds thereof.
請求項1に記載の放射性核種の製造方法であって、
前記原料は、第一の原料と、前記第一の原料の下流側に配置された第二の原料を含むことを特徴とする放射性核種の製造方法。
The method for producing a radionuclide according to claim 1.
A method for producing a radionuclide, wherein the raw material contains a first raw material and a second raw material arranged on the downstream side of the first raw material.
請求項4に記載の放射性核種の製造方法であって、
前記第一の原料として、原子番号及び密度のいずれか一方が前記第二の原料よりも小さい物質を用いることを特徴とする放射性核種の製造方法。
The method for producing a radionuclide according to claim 4.
A method for producing a radionuclide, which comprises using a substance having either an atomic number or a density smaller than that of the second raw material as the first raw material.
請求項1に記載の放射性核種の製造方法であって、
前記材料の、前記電子線の照射方向の厚さは、前記原料の、前記材料側表面における制動放射線及び中性子の各強度がそれぞれ最大となる厚さのうち、小さいほうの厚さ以上、大きいほうの厚さ以下の範囲であることを特徴とする放射性核種の製造方法。
The method for producing a radionuclide according to claim 1.
The thickness of the material in the irradiation direction of the electron beam is equal to or greater than the thickness of the material having the maximum intensity of the braking radiation and the neutron on the surface of the material. A method for producing a radionuclide, which is characterized by having a thickness in the range of 1 or less.
電子線加速器と、
前記電子線加速器から放出される電子線の照射方向に対し、上流側に配置され、前記電子線の照射を受けて制動放射線及び中性子を放出する材料と、前記材料より下流側に配置され、前記材料が放出する制動放射線及び中性子を受けて放射性核種を生成する原料と、を収納し、電子線を利用して放射性核種を生成させる反応を行う反応室と、備え、
前記原料は、前記制動放射線の照射により生成する放射性核種と、前記中性子の照射を受けて生成する放射性核種とが同一核種となる原料であることを特徴とする放射性核種製造装置。
Electron beam accelerator and
A material that is arranged on the upstream side with respect to the irradiation direction of the electron beam emitted from the electron beam accelerator and emits braking radiation and neutrons by being irradiated by the electron beam, and a material that is arranged on the downstream side of the material and described above. It is equipped with a reaction chamber that stores the raw materials that generate radionuclides by receiving the bremsstrahlung radiation and neutrons emitted by the material, and conducts a reaction that produces radionuclides using electron beams.
The raw material is a radionuclide production apparatus characterized in that the radionuclide produced by irradiation with the braking radiation and the radionuclide generated by irradiation with neutrons are the same radionuclide.
請求項7に記載の放射性核種製造装置であって、
前記材料又は前記材料を収納する容器は、前記電子線の照射方向から見た形状が径の異なる同心円で囲まれた形状であって、円周方向の一部の領域に前記電子線が照射されるように前記電子線の照射方向に対し偏心し、前記同心円の中心を回転軸として回転可能に支持されていることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 7.
The material or the container for storing the material has a shape surrounded by concentric circles having different diameters when viewed from the irradiation direction of the electron beam, and the electron beam is irradiated to a part of the circumferential direction. A radionuclide production apparatus characterized in that it is eccentric with respect to the irradiation direction of the electron beam and is rotatably supported with the center of the concentric circle as a rotation axis.
請求項7に記載の放射性核種製造装置であって、
前記原料を、前記電子線の照射方向の延長上の位置から原料取り出し位置に移動する移動機構をさらに備えることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 7.
A radionuclide production apparatus further comprising a moving mechanism for moving the raw material from a position on the extension of the irradiation direction of the electron beam to a raw material extraction position.
請求項9に記載の放射性核種製造装置であって、
前記原料は、前記電子線の照射方向の延長上に配置された第一の原料及び第二の原料を含み、前記移動機構は、前記第一の原料及び前記第二の原料のそれぞれについて備えられていることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 9.
The raw material includes a first raw material and a second raw material arranged on an extension of the irradiation direction of the electron beam, and the moving mechanism is provided for each of the first raw material and the second raw material. A radionuclide production device characterized by being
請求項9に記載の放射性核種製造装置であって、
前記移動機構は、前記原料または前記原料を収納する容器を、前記電子線の照射方向と平行な軸を回転軸として回転させる回転機構であることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 9.
The radionuclide production apparatus is characterized in that the moving mechanism is a rotating mechanism that rotates the raw material or a container for storing the raw material with an axis parallel to the irradiation direction of the electron beam as a rotation axis.
請求項9に記載の放射性核種製造装置であって、
前記移動機構は、前記原料または前記原料を収納する容器を、前記電子線の照射方向と直交する方向に平行移動する伸縮機構であることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 9.
The radionuclide production apparatus, characterized in that the moving mechanism is a telescopic mechanism that translates the raw material or a container for storing the raw material in a direction orthogonal to the irradiation direction of the electron beam.
請求項7に記載の放射性核種製造装置であって、
前記電子線の照射方向は、水平方向であって、前記材料及び前記原料は水平方向に重ねて配置されていることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 7.
A radionuclide production apparatus characterized in that the irradiation direction of the electron beam is a horizontal direction, and the material and the raw material are arranged so as to be stacked in the horizontal direction.
請求項7に記載の放射性核種製造装置であって、
前記電子線の照射方向は、垂直方向であって、前記材料及び前記原料は垂直方向の上下に配置されていることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 7.
A radionuclide production apparatus characterized in that the irradiation direction of the electron beam is a vertical direction, and the material and the raw material are arranged vertically.
請求項14に記載の放射性核種製造装置であって、
前記電子線加速器は、電子線の照射方向が水平方向となるように配置されており、前記電子線加速器と前記反応室との間に電子線の照射方向を変える偏向磁石装置が配置されていることを特徴とする放射性核種製造装置。
The radionuclide production apparatus according to claim 14.
The electron beam accelerator is arranged so that the irradiation direction of the electron beam is in the horizontal direction, and a deflecting magnet device that changes the irradiation direction of the electron beam is arranged between the electron beam accelerator and the reaction chamber. A radionuclide production apparatus characterized in that.
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