JP2021184366A - 放射性同位体製造装置および放射性同位体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性同位体を効率的に製造することのできる放射性同位体製造装置を提供する。
【解決手段】ターゲットを収容するターゲット収容容器と、加速されたイオンを、前記ターゲット収容容器内に収容された前記ターゲットに照射する照射機構と、前記ターゲット収容容器に設けられ、上側に前記ターゲットを保持した状態で下側から加速されたイオンを照射可能とされた、ターゲット保持部と、前記ターゲットから気化した放射性同位体を不活性ガスにより輸送する輸送機構と、不活性ガスによって輸送された放射性同位体を回収する回収機構と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放射性同位体製造装置および放射性同位体製造方法に関する。

現在のがん治療では、外科手術、抗がん剤治療、陽子線や重粒子線を用いた放射線療法が用いられている。これらの治療法に加え、アルファ線を用いたがん治療が注目されている。これは、アルファ線の飛程が短いことから、アルファ線がん治療は標的となるがん細胞を選択的に攻撃することができ、正常細胞への影響が小さいことによる。

アルファ線を用いたがん治療の線源としては、アスタチン−２１１は半減期が短く、すみやかに安定核に崩壊することから、最も期待されている放射性同位体である。アスタチン−２１１は着目されている一方で半減期の短さ等の制約条件により、研究レベルの提供量しか流通しておらず、薬事法認可取得後の市場を支えるレベルの放射能量（数十ＧＢｑ／日）単位の製造・供給は実現していない。

国際公開２０１９／０８８１１３号

アスタチン−２１１の大量製造には、ビスマス−２０９に、加速した大電流のヘリウムイオン（アルファ線）を照射する必要がある。しかし、大電流のアルファ線をビスマス−２０９ターゲットに照射するとターゲットが融解し、生成したアスタチン−２１１が放出してしまう恐れがある。

アルファ線照射の後工程では、ターゲットを加熱し分離する乾式蒸留分離手法がよく用いられるが、アルファ線照射中のターゲットからアスタチン−２１１が放出されない条件で照射し、回収する方法が開発されてきた。しかし、溶解しない程度にアルファ線を照射するには、照射するアルファ線の電流量に制約がかかる。一度の照射電流が限られた状態では、短半減期のアスタチン−２１１を大容量発生させ分離回収することは困難である。

本発明の目的は、放射性同位体を効率的に製造することのできる放射性同位体製造装置および放射性同位体製造方法を提供することにある。

実施形態の放射性同位体製造装置は、ターゲットを収容するターゲット収容容器と、加速されたイオンを、前記ターゲット収容容器内に収容された前記ターゲットに照射する照射機構と、前記ターゲット収容容器に設けられ、上側に前記ターゲットを保持した状態で下側から加速されたイオンを照射可能とされた、ターゲット保持部と、前記ターゲットから気化した放射性同位体を不活性ガスにより輸送する輸送機構と、不活性ガスによって輸送された放射性同位体を回収する回収機構と、を有する。

本発明の放射性同位体製造装置および放射性同位体製造方法によれば、放射性同位体を効率的に製造することができる。

第１実施形態に係る放射性同位体製造装置の構成を模式的に示す図。 第２実施形態に係る放射性同位体製造装置の構成を模式的に示す図。 第３実施形態に係る放射性同位体製造装置の構成を模式的に示す図。 第４実施形態に係る放射性同位体製造装置の構成を模式的に示す図。

以下、実施形態に係る放射性同位体製造方法および放射性同位体製造装置について、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る放射性同位体製造装置１００の構成を模式的に示す図である。放射性同位体製造装置１００は、気密構造の容器からなるターゲット収容容器１１０を有する。ターゲット収容容器１１０内にはターゲット１１２を保持するためのターゲット保持部１１１が設けられている。このターゲット保持部１１１は、上方開放型の皿状の形状を有し、ヘリウムイオン（アルファ線）１２１を照射するための照射窓を兼ねている。すなわち、ターゲット保持部１１１は、ターゲット収容容器１１０内と外部とを気密に閉塞するとともに、ターゲット収容容器１１０の外部から照射されるヘリウムイオン（アルファ線）１２１を透過させてターゲット１１２に照射可能となっている。

ターゲット保持部１１１の下方には、加速器を含む照射装置１２０が設けられている。この照射装置１２０によって加速されたヘリウムイオン（アルファ線）１２１が、照射窓を兼ねたターゲット保持部１１１を介して、ここに保持されたターゲット１１２に照射されるようになっている。

ターゲット保持部１１１には、ターゲット１１２を加熱するための加熱機構１１３が設けられている。加熱機構１１３は、例えば、通電により発熱する抵抗加熱ヒーターや、内部に加熱した流体を通流させる伝熱管等から構成することができる。また、ターゲット１１２の温度を検出し、加熱機構１１３の加熱状態を調整することによってターゲット１１２を所定の温度に制御する温度制御機構１１４が設けられている。

この温度制御機構１１４によって、ターゲット１１２がビスマスの場合、その温度は、例えば、アスタチンの融点以上の温度でビスマスの沸点以下の温度に制御される。また制御温度は、アスタチンの沸点以上の温度でビスマスの沸点以下の温度としてもよい。なお、アスタチンの融点は３０２℃、沸点は３３７℃であり、ビスマスの融点は２７１℃、沸点は１５６０℃である。この場合、ターゲット保持部１１１は、温度制御機構１１４による制御温度以上の耐熱性を有する必要がある。例えば、ターゲット保持部１１１をアルミニウムから構成すれば、アルミニウムの融点は、アスタチンの融点及びビスマスの融点より高い６６０℃であり、アルファ線照射に対しても核的に安定で２次生成物が生じない。

ターゲット収容容器１１０の一方の端部（図１中左側端部）には、不活性ガスからなるキャリアガスとして、例えばヘリウムガスを流すためのヘリウムガス供給配管１３０の一端が接続されている。ヘリウムガス供給配管１３０の他端は、ヘリウムガス供給源であるヘリウムガスタンク１３１に接続されている。また、ヘリウムガス供給配管１３０には、ヘリウムガス流量を測定するための流量計１３２が接続されている。

ターゲット収容容器１１０の一方の端部（図１中右側端部）には、採取配管１４０の一端が接続されている。この採取配管１４０の他端は、コールドトラップ１４１内に開口している。コールドトラップ１４１には排気配管１４２が接続されている。コールドトラップ１４１は、ターゲット収容容器１１０から採取配管１４０によって導出される放射性同位体を冷却することによって回収するためのものである。

また、ヘリウムガス供給配管１３０の流量計１３２の下流側には、ターゲット収容容器１１０内にエアロゾルを導入するためのエアロゾル導入配管１５０の一端が接続されている。エアロゾル導入配管１５０の他端は、エアロゾル発生装置１５１に接続されている。このエアロゾル発生装置１５１は、例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、等のエアロゾルを発生させる。エアロゾルは、例えば、粒径が１ｎｍ程度から１ｍｍ程度の粒子である。これらのエアロゾルに放射性同位体が付着することにより、放射性同位体の輸送中に放射性同位体が配管に付着することによって失われる量を低減することができる。

上記構成の放射性同位体製造装置１００では、ターゲット収容容器１１０に設けられた図示しない開閉機構を開いてターゲット１１２をターゲット収容容器１１０内に導入し、ターゲット保持部１１１上に配置する。

そして、コールドトラップ１４１の下流側の排気配管１４２から排気しつつ、ヘリウムガスタンク１３１からヘリウムガス供給配管１３０を介してターゲット収容容器１１０内にヘリウムガスを供給し、ターゲット収容容器１１０内に所定流量のヘリウムガスの流れを形成する。この場合、ターゲット収容容器１１０内の圧力は、所定圧力に維持される。

この状態で、ターゲット１１２に、照射装置１２０から加速されたヘリウムイオン（アルファ線）１２１を照射するとともに、加熱機構１１３及び温度制御機構１１４によって、ターゲット１１２を所定温度、例えばアスタチンの融点である３０２℃以上の温度に加熱する。なお、この時、加速されたヘリウムイオン（アルファ線）１２１が照射されることによってもターゲット１１２の温度が上昇する。したがって、この照射による温度上昇でターゲット１１２の温度が所定温度以上に加熱される場合は、加熱機構１１３及び温度制御機構１１４による加熱は行わなくてもよい。

この時、同時にエアロゾル発生装置１５１において例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、等のエアロゾルを発生させ、エアロゾル導入配管１５０を介してヘリウムガス流路上にエアロゾルを供給し、ターゲット収容容器１１０内にエアロゾルを導入する。

ビスマス−２０９からなるターゲット１１２では、加速されたヘリウムイオン（アルファ線）１２１の照射によって、アスタチン−２１１が生成される。また、アスタチン−２１１の融点以上の温度にターゲット１１２の温度が制御されることによって、ビスマス−２０９及びアスタチン−２１１は、溶融した状態となる。

そして、溶融したビスマス−２０９及びアスタチン−２１１から気化したアスタチン−２１１がヘリウムガスの流れによって、採取配管１４０側に運ばれ、さらにコールドトラップ１４１内に流入して冷却されることによって、コールドトラップ１４１内に止まる。また、ヘリウムガスは、排気配管１４２からコールドトラップ１４１の外部に排気される。

このように、本実施形態によれば、ターゲット１１２に加速されたヘリウムイオン（アルファ線）１２１を照射しながら、生成されたアスタチン−２１１を回収することができる。したがって、途中でターゲット１１２を変えることなく、長時間（例えば２０時間程度）連続的にアスタチン−２１１を生成、回収することができる。また、所定時間のヘリウムイオン（アルファ線）１２１の照射が終了した後においても、加熱機構１１３及び温度制御機構１１４によって、ターゲット１１２の温度を維持することによって、ターゲット１１２中に残存するアスタチン−２１１を回収することができる。

この時、エアロゾル発生装置１５１及びエアロゾル導入配管１５０によってターゲット収容容器１１０内に導入されたエアロゾルにアスタチン−２１１が付着することによって、輸送中にアスタチン−２１１が配管に付着することによって失われる量を低減することができる。なお、図１に示すように、エアロゾルのターゲット収容容器１１０内への導入位置は、キャリアガスであるヘリウムガスの流れ方向において、ターゲット１１２より上流側にすることが好ましい。このようにヘリウムガスの流れ方向において、ターゲット１１２の上流側からエアロゾルを導入することによって、下流側から導入する場合に比べてアスタチン−２１１の回収効率を高めることができる。

以上のように、本実施形態によれば、アスタチン−２１１等の放射性同位体を効率的に製造することができる。また、照射装置１２０から照射されるヘリウムイオン１２１が、ターゲット１１２の下部から供給されることにより、ビーム窓からターゲット１１２までの間の核反応上不要な物質を排除することが可能となり、ビームのロス（エネルギー・電流値）や副生成物生成量を低減することができる。

なお、照射装置１２０から照射されるヘリウムイオン（アルファ線）１２１のエネルギーは、ターゲット１１２の到達時に２９ＭｅＶ以下とすることが好ましい。照射されるアルファ線のエネルギーが、３０ＭｅＶ程度になると、アスタチン−２１１のみでなく、アスタチン−２１０が生成される。アスタチン−２１０はベータ崩壊してポロニウム−２１０になる。このように毒性の強い娘核種ポロニウム−２１０を持つアスタチン−２１０生成を抑制するために、ヘリウムイオン（アルファ線）１２１のエネルギーは、２９ＭｅＶ以下とすることが好ましい。

ターゲット１１２の厚さについては、ヘリウムイオン（アルファ線）１２１が貫通しない厚さ（例えば、１ｍｍ以上）とすることによって、ターゲット１１２を貫通したヘリウムイオン（アルファ線）１２１が作用することによって、ビスマス−２０９以外の核種との反応や、構造物のアルファ線による放射化等を低減することができる。

次に、図２を参照して第２実施形態に係る放射性同位体製造装置２００の構成について説明する。なお、図１に示した放射性同位体製造装置１００と対応する部分については、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。

図２に示す第２実施形態に係る放射性同位体製造装置２００は、図１に示した放射性同位体製造装置１００とは、照射装置１２０ａの構成が相違している。照射装置１２０ａは、加速器１２２と、この加速器１２２からヘリウムイオン（アルファ線）１２１をターゲット収容容器１１０へ導く加速イオン導出管１２３とを具備している。加速イオン導出管１２３の加速器１２２側には、ビーム窓１２４が設けられ、ターゲット１１２側にはターゲット側ビーム窓１２５が設けられている。

また、加速器１２２とビーム窓１２４との間には、ゲートバルブ１２７が設けられ、加速イオン導出管１２３には、加速イオン導出管１２３内の圧力を検出するための圧力検出器１２６が設けられている。そして、圧力検出器１２６の検出信号は制御器１２８に入力され、制御器１２８は、圧力検出器１２６からの検出信号が所定値以上となった場合、ゲートバルブ１２７を閉じるように制御している。

これによって、加速イオン導出管１２３内の真空が破れた際に、ゲートバルブ１２７を閉じて加速器１２２を保護できるようになっている。なお、ビーム窓１２４及びターゲット側ビーム窓１２５は、例えばポリイミドフィルム等から構成することができる。

また、上記のように、加速器１２２側の真空を担保するビーム窓１２４と、ターゲット側ビーム窓１２５を分離することにより、ターゲット側ビーム窓１２５がターゲット１１２の発熱等で破れた場合においても、加速器１２２の真空を直ちに破る可能性を抑制することができる。

なお、第２実施形態では、加速器１２２の後段にワブラー電磁石等のアルファ線ビームを曲げる機構を設けている。これによって、ターゲット１１２をまんべんなく加熱することが可能となる。

次に、図３，４を参照して、第３実施形態に係る放射性同位体製造装置３００及び第３実施形態に係る放射性同位体製造装置３００の構成について説明する。なお、第３実施形態は第１実施形態の変形例であり、第４実施形態は第２実施形態の変形例であるので、これらの第１実施形態、第２実施形態と対応する部分については、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。

これらの第３実施形態、第４実施形態では、第１実施形態、第２実施形態におけるコールドトラップ１４１に代えて放射性同位体を回収するための機構として、フィルタ１４３を用いている。このように、吸着物がエアロゾルである場合には、コールドトラップ１４１の代わりにフィルタ１４３を用いることができる。この場合のフィルタ１４３の性能は、吸着物（エアロゾル）の粒径が０．３μｍに対して、捕集効率が９９．９９％程度であることが望ましい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００，２００，３００，４００……放射性同位体製造装置、１１０……ターゲット収容容器、１１１……ターゲット保持部、１１２……ターゲット、１１３……加熱機構、１１４……温度制御機構、１２０、１２０ａ……照射装置、１２１……ヘリウムイオン（アルファ線）、１２２……加速器、１２３……加速イオン導出管、１２４……ビーム窓、１２５……ターゲット側ビーム窓、１２６……圧力検出器、１２７……ゲートバルブ、１２８……制御器、１３０……ヘリウムガス供給配管、１３１……ヘリウムガスタンク、１３２……流量計、１４０……採取配管、１４１……コールドトラップ、１４２……排気配管、１４３……フィルタ、１５０……エアロゾル導入配管、１５１……エアロゾル発生装置。

Claims (12)

1. ターゲットを収容するターゲット収容容器と、
   加速されたイオンを、前記ターゲット収容容器内に収容された前記ターゲットに照射する照射機構と、
   前記ターゲット収容容器に設けられ、上側に前記ターゲットを保持した状態で下側から加速されたイオンを照射可能とされた、ターゲット保持部と、
   前記ターゲットから気化した放射性同位体を不活性ガスにより輸送する輸送機構と、
   不活性ガスによって輸送された放射性同位体を回収する回収機構と、
   を有することを特徴とする放射性同位体製造装置。
2. 前記照射機構は、イオンを加速する加速器と、当該加速器によって加速されたイオンを前記ターゲット保持部に導いて前記ターゲットに照射する加速イオン導出管とを具備し、
   前記加速器と前記加速イオン導出管との間に設けられこれらの間を気密に閉塞する第１のビーム窓と、
   前記加速イオン導出管と前記ターゲット収容容器との間に設けられこれらの間を気密に閉塞する第２のビーム窓と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の放射性同位体製造装置。
3. 前記第１のビーム窓と、前記第２のビーム窓との間の圧力を測定する圧力測定機構と、
   前記加速器と前記加速イオン導出管との間を気密に閉塞可能とされたゲートバルブと、
   前記圧力測定機構による圧力測定値が所定値以上となった場合に前記ゲートバルブを閉じる制御機構と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の放射性同位体製造装置。
4. 前記ターゲット保持部は、前記ターゲット収容容器内部と外部とを仕切る照射窓と前記ターゲットを収容する容器とを一体にした構成である
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射性同位体製造装置。
5. 前記ターゲット保持部は、上方開放型の皿状の形状を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射性同位体製造装置。
6. 前記ターゲット保持部を構成する材料の融点が、前記ターゲットの融点及び前記放射性同位体の沸点よりも高い
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射性同位体製造装置。
7. 前記ターゲットの温度を所定温度に制御する温度制御機構を具備した
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の放射性同位体製造装置。
   同位体製造装置。
8. 前記所定温度が、前記ターゲットの融点および放射性同位体の沸点を超え、前記ターゲットの沸点を超えない温度である
   ことを特徴とする請求項７に記載の放射性同位体製造装置。
9. 前記ターゲット収容容器内にエアロゾルを流入させるエアロゾル流入機構を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射性同位体製造装置。
   同位体製造装置。
10. 前記エアロゾル流入機構は、
    不活性ガス流路上にエアロゾルを流入させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の放射性同位体製造装置。
11. 前記エアロゾル流入機構は、
    不活性ガス流路上で前記ターゲットの位置より前段にエアロゾルを流入させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の放射性同位体製造装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射性同位体製造装置を使用し、ビスマス−２０９からアスタチン−２１１を製造することを特徴とする放射性同位体製造方法。

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