JP2023183525A - 放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法 - Google Patents

放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2023183525A
JP2023183525A JP2022097086A JP2022097086A JP2023183525A JP 2023183525 A JP2023183525 A JP 2023183525A JP 2022097086 A JP2022097086 A JP 2022097086A JP 2022097086 A JP2022097086 A JP 2022097086A JP 2023183525 A JP2023183525 A JP 2023183525A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron beam
bremsstrahlung radiation
target
radionuclide
radionuclide production
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022097086A
Other languages
English (en)
Inventor
孝広 田所
Takahiro Tadokoro
瑞穂 前田
Mizuho Maeda
賢人 西田
Kento Nishida
雄一郎 上野
Yuichiro Ueno
祐子 可児
Yuko Kani
貴裕 佐々木
Takahiro Sasaki
敬仁 渡辺
Takahito Watanabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2022097086A priority Critical patent/JP2023183525A/ja
Priority to PCT/JP2023/002739 priority patent/WO2023243132A1/ja
Publication of JP2023183525A publication Critical patent/JP2023183525A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
    • G21G1/04—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
    • G21G1/12—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by electromagnetic irradiation, e.g. with gamma or X-rays
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G4/00—Radioactive sources
    • G21G4/04—Radioactive sources other than neutron sources
    • G21G4/06—Radioactive sources other than neutron sources characterised by constructional features
    • G21G4/08—Radioactive sources other than neutron sources characterised by constructional features specially adapted for medical application
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/08—Holders for targets or for other objects to be irradiated
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H6/00—Targets for producing nuclear reactions

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Figure 2023183525000001
【課題】小型軽量な装置で安全性高くかつ効率良く放射性核種を製造できる放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る放射性核種製造システムＳは、電子線２０を照射する電子線加速器１と、照射された前記電子線２０により制動放射線３０を発生させる制動放射線発生用ターゲット１０と、発生させた前記制動放射線３０が照射されて放射性核種を製造する原料を含む放射性核種製造用ターゲット４０と、を備え、前記制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを、前記放射性核種の製造率のピークとなる範囲、かつ、前記範囲内において前記放射性核種製造用ターゲット４０への前記電子線２０の照射量が最も少なくなる条件で設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法に関する。
従来から、治療用薬剤の原料核種として研究開発に利用されているアルファ線を放出する核種であるアクチニウム２２５（Ａｃ－２２５、225Ａｃ）は、親核種であるトリウム２２９（Ｔｈ－２２９、229Ｔｈ）からの崩壊によって生産されている。現在、臨床に利用可能な放射性核種のＡｃ－２２５を供給可能な施設は、ドイツのカールスルーエにある超ウラン元素研究所（ＩＴＵ：Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｕｒａｎｉｕｍ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、米国オークリッジ国立研究所（ＯＲＮＬ：Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）およびロシアのオブニンスクにあるロシア国立科学センタ物理エネルギー研究所（ＩＰＰＥ：Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）の世界に３か所のみである。
Ｔｈ－２２９は自然界には無く、ウラン２３３（Ｕ－２３３、223Ｕ）からの崩壊により生成されるが、核防護の関係でＵ－２３３は今後製造されない。そのため、Ａｃ－２２５の世界での生産可能量は、現在、世界で保有されているＵ－２３３の崩壊により生成されるＴｈ－２２９の崩壊により生成される量のみとなっている。臨床前試験等に用いるには十分であるが、今後、大量に不足することが予想されており、加速器を用いた製造が望まれている。
加速器を用いたＡｃ－２２５製造に関しては、天然に存在するラジウム２２６（Ｒａ－２２６、226Ｒａ）を用いたＲａ－２２６（ｐ，２ｎ）Ａｃ－２２５反応を利用したサイクロトロンによる製造試験がＯＲＮＬ、ＢＮＬ、量子科学技術研究開発機構において進められているが、商用化はされていない。サイクロトロンを用いた製造は、加速された陽子のターゲットであるＲａ－２２６中での飛程が短いことから、ターゲットであるＲａ－２２６を厚くしても大量製造ができないという問題があった。また、加速された陽子のエネルギーのほとんどをターゲット中で失うことから、ターゲットの除熱が困難となるため、大量製造のために電流値やエネルギーを向上させることができないという問題があった。
Ａｃ－２２５製造の他の方法として、例えば、特許文献１には、電子線加速器により加速された電子を制動放射線発生用ターゲットに照射して制動放射線を生成させ、この制動放射線を原料となるＲａ－２２６に照射することでＡｃ－２２５を製造する方法が記載されている。
また、例えば、特許文献２には、電子線加速器により加速された電子をコンバーター（制動放射線発生用ターゲット）に照射して制動放射線を生成させ、この制動放射線を複数枚の板状のターゲット材料板に照射して医療用放射性核種を製造する方法が記載されている。この方法では、前方側に配置される前方板群におけるターゲット材料板の直径または平均厚みを、後方側に配置される後方板群におけるターゲット材料板の直径または平均厚みよりも小さくしている。
特開２０２０－１８３９２６号公報 特許第６７５２５９０号明細書
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術は、電子線加速器によって加速された電子線が、放射性核種を製造する原料を含む溶液または固体の放射性核種製造用ターゲットや、当該放射性核種製造用ターゲットを収容する容器などに照射されることにより、熱負荷が高くなるという問題があった。そして、それにより、放射性核種製造用ターゲットや容器が損傷を受けたり、脆くなったりすることが懸念される。
本発明は前記状況に鑑みてなされたものである。本発明の課題は、小型軽量な装置で安全性高くかつ効率良く放射性核種を製造できる放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法を提供することにある。
前記課題を解決した本発明に係る放射性核種製造システムは、電子線を照射する電子線加速器と、照射された前記電子線により制動放射線を発生させる制動放射線発生用ターゲットと、発生させた前記制動放射線が照射されて放射性核種を製造する原料を含む放射性核種製造用ターゲットと、を備え、前記制動放射線発生用ターゲットの厚さを、前記放射性核種の製造率のピークとなる範囲、かつ、前記範囲内において前記放射性核種製造用ターゲットへの前記電子線の照射量が最も少なくなる条件で設定する。
本発明に係る放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法は、小型軽量な装置で安全性高くかつ効率良く放射性核種を製造できる。
前述した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施形態に係る放射性核種製造システムの一構成例を示す概略図である。 制動放射線発生用ターゲットの厚さと放射性核種の製造率との関係（上のグラフ）、および、制動放射線発生用ターゲットの厚さと制動放射線発生用ターゲットを透過する電子線の量との関係（下のグラフ）の一例を示す図である。 制動放射線発生用ターゲットの一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る放射性核種製造システムの他の一構成例を示す概略図である。 電子線除去装置の一例を示す概略図である。 電子線除去装置の運転の一例を説明する説明図である。 電子線除去装置の運転の他の一例を説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係る放射性核種製造方法の内容を説明するフロー図である。
以下、適宜図面を参照して本発明の一実施形態に係る放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法について詳細に説明する。なお、実施形態の説明において、実質的に同一または類似の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する場合がある。
（放射性核種製造システムＳ）
図１は、本実施形態に係る放射性核種製造システムＳの一構成例を示す概略図である。図１に示すように、放射性核種製造システムＳは、電子線加速器１と、制動放射線発生用ターゲット１０と、放射性核種製造用ターゲット４０と、を備えている。
電子線加速器１は、電子線２０を照射する。具体的には、電子線加速器１は、電子線２０を加速させて制動放射線発生用ターゲット１０に向けて照射する。
制動放射線発生用ターゲット１０は、照射された電子線２０により制動放射線３０を発生させる。
放射性核種製造用ターゲット４０は、発生させた制動放射線３０が照射されることにより、放射性核種を製造する原料を含んでいる。当該原料は溶液または固体に含まれていてもよい。原料が固体の場合は全てが当該原料で構成されていてもよいし、一部に不可避的不純物などの原料以外の元素や化合物が含まれていてもよい。原料を含ませることのできる溶液としては、例えば、水溶液や酸溶液などが挙げられる。放射性核種製造用ターゲット４０は、例えば、一辺が数ｃｍの立方体状とするとよい（溶液を用いる場合は、内部の一辺が数ｃｍである立方体状の容器に、原料を含む溶液を収容するとよい）が、これに限定されない。
そして、本実施形態に係る放射性核種製造システムＳでは、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを、前記放射性核種の製造率（製造量）のピークとなる範囲、かつ、前記範囲内において放射性核種製造用ターゲット４０への電子線２０の照射量が最も少なくなる条件で設定する。
放射性核種の製造率は、単位時間当たりに製造される放射性核種の量（Ｂｑ／ｓ）により把握できる。
電子線２０の照射量は、単位時間当たりに、放射性核種製造用ターゲット１０に照射される電子線２０の量により把握できる。電子線２０の量は、例えば、照射線量（Ｃ／ｋｇ）、吸収線量（Ｇｙ）、線量当量（Ｓｖ）、エネルギー（ｅＶ）などから選択される少なくとも１つにより把握できる。
このように、放射性核種製造システムＳは、電子線加速器１により加速した電子線２０を制動放射線発生用ターゲット１０に照射することで制動放射線３０を生成する。生成した制動放射線３０が、放射性核種の原料を含む溶液または固体の放射性核種製造用ターゲット４０に照射されることで、制動放射線３０と原料との核反応により、医療用薬剤の原料となる放射線核種が生成される。例えば、原料である核種と、１個の制動放射線３０の照射により１個の中性子を発生させる（γ，ｎ）反応によって放射性核種が生成される。原料である核種としては、生成核種としてＡｃ－２２５を製造する場合、Ｒａ－２２６を用いる。Ｒａ－２２６と制動放射線３０との（γ，ｎ）反応反応により、Ｒａ－２２５が生成される。生成したＲａ－２２５は、１４．８日の半減期で子孫核種であるＡｃ－２２５となる。治療用薬剤の原料として代表的なアルファ線放出核種はＡｃ－２２５である。Ａｃ－２２５は、１０．０日の半減期で子孫核種であるフランシウム２２１（Ｆｒ－２２１）となる。Ｆｒ－２２１は、半減期４．９分でアスタチン２１７（Ａｔ－２１７）となり、Ａｔ－２１７は、半減期３２ミリ秒でビスマス２１３（Ｂｉ－２１３）となる。Ａｃ－２２５及びその子孫核種は治療に有効であるが、Ｒａ－２２６およびＲａ－２２５は、アルファ線を放出する核種では無いことから治療に不要な核種であり、Ａｃ－２２５との分離精製が必要である。また、放射性核種製造用原料であるＲａ－２２６は貴重であることから、回収して再利用することが望ましい。なお、Ｒａ－２２６は、希ガス（沸点が－６１．７℃）であるラドン２２２（Ｒｎ－２２２）に崩壊し、Ｒｎ－２２２はアルファ線を放出する気体状の放射性核種であることから、環境中に拡散した場合、拡散したＲｎ－２２２の子孫核種が環境中の至る所に付着し、環境に大きな影響を与える。従って、放射性核種の製造、分離精製の過程で、Ｒｎ－２２２を環境中に放出させないことが望ましい。Ｒｎ－２２２は希ガスのため化学的な捕集は難しいので、Ｒｎ－２２２の捕集方法としては、例えば、冷却した活性炭で物理吸着を行うことが挙げられる。
電子線加速器１は、同じ加速エネルギーであれば、陽子加速器や重粒子加速器などと比較して小型化・軽量化が可能である。また、電子線加速器１を用いてＲａ－２２６からＲａ－２２５を生成する（γ，ｎ）反応の反応断面積（Ｒａ－２２６（γ，ｎ）Ｒａ－２２５）は、陽子加速器を用いて加速した陽子をＲａ－２２６に照射し、２個の中性子を放出する反応により直接Ａｃ－２２５を製造する方法（Ｒａ－２２６（ｐ，２ｎ）Ａｃ－２２５）の反応断面積と同程度であることから、放射性核種製造部分の小型化が可能である。なお、重粒子加速器を用いて高速中性子をＲａ－２２６に照射し、照射した高速中性子を含めて高速中性子を２個放出する反応を利用する方法（Ｒａ－２２６（ｎ，２ｎ）Ｒａ－２２５）における反応断面積は、一桁弱大きい値となっている。しかし、この場合は、大量の高速中性子を発生させるために、サイクロトロンにより加速した重陽子を、炭素のターゲットや、トリチウムを吸蔵させた金属などのターゲットに照射する必要がある。また、この場合は、大量に発生する高速中性子の遮蔽が必要なため、装置が大型になってしまう。さらに、大量の高速中性子により、装置構造物全体が強く放射化されてしまう。これに対し、放射性核種製造システムＳでは、電子線加速器１を用いているので、陽子加速器や重粒子加速器などにおけるこれらの問題を解決することができる。
電子線加速器１により加速した電子線２０の一部は、制動放射線発生用ターゲット１０を透過し、放射性核種製造用ターゲット４０や、放射性核種製造用ターゲット４０を収容する容器５０などに照射される。制動放射線発生用ターゲット１０を透過した電子線２０は、医療用薬剤の原料となる放射性核種の生成にほとんど寄与することなく、放射性核種製造用ターゲット４０や容器５０などに熱負荷を与えたり、電子線２０による損傷を与えたりして、放射性核種製造システムＳの安全性を低下させる。従って、放射性核種製造システムＳでは、制動放射線発生用ターゲット１０を透過して放射性核種製造用ターゲット４０や容器５０に照射される電子線２０の低減を図る。
ここで、図２は、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さと放射性核種の製造率との関係（上のグラフ）、および、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さと制動放射線発生用ターゲット１０を透過する電子線２０の量との関係（下のグラフ）の一例を示している。
図２の上のグラフに示すように、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを厚くするにつれて、最初は、制動放射線３０の生成量が増加するため、放射性核種の製造率が増加する。しかし、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを厚くすると、制動放射線３０を遮蔽する効果も高くなる（なお、制動放射線３０を遮蔽する効果は、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さが薄くても生じている）。そのため、制動放射線発生用ターゲット１０が一定の厚さに達すると、制動放射線３０の生成（製造率）と制動放射線３０を遮蔽する効果とが釣り合うようになり、放射性核種の製造率が増加しなくなる。その後、さらに制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを厚くすると、制動放射線３０を遮蔽する効果が勝って制動放射線３０の照射量が減少し、それにより放射性核種の製造率が減少する。また、制動放射線発生用ターゲット１０に電子線２０が照射されると、制動放射線発生用ターゲット１０における発熱や、照射による劣化が起こる。これにより、制動放射線発生用ターゲット１０の健全性が劣化する。制動放射線発生用ターゲット１０の健全性を保つ観点からは、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを厚くするほど好ましいと言えるが、厚くし過ぎると、前述したように放射性核種の製造率が減少する。そのため、制動放射線発生用ターゲット１０は、放射性核種の製造率が低下することなく、かつ、制動放射線発生用ターゲット１０の健全性の劣化ができるだけ少なくなる厚さで設定することが好ましい。
また、図２の下のグラフに示すように、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを厚くするほど制動放射線発生用ターゲット１０を透過する電子線２０の量が減少し、放射性核種製造用ターゲット４０や容器５０などへの電子線２０の照射量が減少する。従って、放射性核種製造システムＳは、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを厚くするほど、放射性核種製造用ターゲット４０や容器５０などに与える熱負荷や損傷を低減できる。
従って、図２の両方のグラフに示すように、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを、前記したように、放射性核種の製造率のピークとなる範囲、かつ、前記範囲内において放射性核種製造用ターゲット４０への電子線２０の照射量が最も少なくなる条件（この条件は、制動放射線発生用ターゲット１０の健全性の劣化ができるだけ少なくなる条件でもある）で設定する。これにより、放射性核種製造システムＳは、制動放射線発生用ターゲット１０や放射性核種製造用ターゲット４０、容器５０などに与える熱負荷や損傷を低減し（安全性高く）、放射性核種の製造を効率良く行うことができる。
前記したような範囲となる制動放射線発生用ターゲット１０の厚さは、電子線２０のエネルギーによって異なる。従って、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さは、電子線２０のエネルギーに応じて、最適な値に設定するとよい。図２の上のグラフを参照して説明すると、例えば、３５ＭｅＶの電子線２０を用い、制動放射線発生用ターゲット１０としてタングステンを用いた場合、タングステンの厚さが２ｍｍまでは、放射性核種の製造率が増加し、２ｍｍから６ｍｍまでの厚さでは、放射性核種の製造量がほぼ一定の値となり、６ｍｍを超えると、放射性核種の製造率が減少する。また、図２の下のグラフを参照して説明すると、タングステンを透過する電子線２０の量は、タングステンの厚さを厚くするほど減少する。このことから、３５ＭｅＶの電子線２０を用いる場合は、制動放射線発生用ターゲット１０であるタングステンの厚さを６ｍｍとする（すなわち、図２の斜線で示す範囲、より好ましくは一点鎖線ａの条件で設定する）ことで、放射性核種の製造率を減少させることなく、制動放射線発生用ターゲット１０や放射性核種製造用ターゲット４０、容器５０などに与える熱負荷や損傷を低減できる。
これらのことから、放射性核種製造システムＳは、例えば、電子線２０のエネルギーを上げて４０ＭｅＶの電子線２０を用い、制動放射線発生用ターゲット１０としてタングステンを用いる場合、制動放射線発生用ターゲット１０は６ｍｍを超える任意の厚さとすることができる。また、放射性核種製造システムＳは、例えば、電子線２０のエネルギーを下げて３０ＭｅＶの電子線２０を用い、制動放射線発生用ターゲット１０としてタングステンを用いる場合、制動放射線発生用ターゲット１０は６ｍｍ未満の任意の厚さとすることができる。つまり、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さは、電子線２０のエネルギーが高いときは厚く、エネルギーが低いときは薄くすることができる。
制動放射線発生用ターゲット１０は、タングステンの他にも、例えば、プラチナやタンタルなどの強磁性体ではない材料で形成することができる。この場合、制動放射線発生用ターゲット１０は材料に応じた任意の厚さとすることができる。制動放射線発生用ターゲット１０の材料の違いによる厚さは事前に試験やシミュレーションを行って設定するとよい。
このように、放射性核種製造システムＳは、電子線２０のエネルギーや材料に応じて制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを変えることができる。従って、放射性核種製造システムＳは、放射性核種の製造率を減少させることなく、制動放射線発生用ターゲット１０や放射性核種製造用ターゲット４０、容器５０などに与える熱負荷や損傷を低減できるという効果を適切に得られる。
ここで、図３は、制動放射線発生用ターゲット１０の一例を示す説明図である。図３に示すように、制動放射線発生用ターゲット１０は、例えば、厚さ１ｍｍの板状のものを複数枚（例えば、１０枚（図３では５枚で図示））備え、電子線２０のエネルギーに応じて当該板状の制動放射線発生用ターゲット１０を抜き差し等して適宜の厚さに調節できるようにしてもよい。このようにすると、電子線２０のエネルギーの出力設定を変更した場合に、そのエネルギーに応じて制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを調節することができる。複数枚備えて成る板状の制動放射線発生用ターゲット１０のそれぞれは、抜き差し後の形態が互いに密着するように設けてもよいし、所定の間隔をあけて設けてもよい（例えば、一枚おきに設けてもよい）。所定の間隔をあけた場合は、冷却性能を高めることができる。板状の制動放射線発生用ターゲット１０の厚さは、例えば、２ｍｍや３ｍｍなどとすることもできる。また、複数枚備える板状の制動放射線発生用ターゲット１０の厚さは、互いに異ならせてもよい。これらのいずれの態様を採用した場合であっても、放射性核種製造システムＳは、電子線２０のエネルギーに応じて制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを柔軟に調節できる。
図４は、本実施形態に係る放射性核種製造システムＳの他の一構成例を示す概略図である。図４に示すように、放射性核種製造システムＳは、制動放射線発生用ターゲット１０と放射性核種製造用ターゲット４０との間に、電子線除去装置６０を設置することができる。この電子線除去装置６０は、制動放射線発生用ターゲット１０を通過した電子線２０の進行方向を変え、制動放射線３０から分離して除去する。従って、放射性核種製造システムＳは、電子線除去装置６０を設置することにより、さらに、放射性核種製造用ターゲット４０や容器５０などへの熱負荷や損傷を低減でき、小型軽量な装置で安全性高くかつ効率良く放射性核種を製造できるようになる。
電子線除去装置６０には、１組もしくは複数組の永久磁石もしくは電磁石を用いた磁場発生器６０ａ（図５参照）および電場発生器６０ｂ（図５参照）のうちの少なくとも一方を用いることができる。制動放射線３０は、電場や磁場の影響を受けないが、電子線２０は、電場や磁場が存在すると進行方向を変える。従って、制動放射線発生用ターゲット１０と放射性核種製造用ターゲット４０との間に、磁場発生器６０ａや電場発生器６０ｂを備えた電子線除去装置６０を設置すると、制動放射線発生用ターゲット１０を透過した電子線２０は、電子線除去装置６０で発生させた電場や磁場により進行方向を変え、放射性核種製造用ターゲット４０や容器５０などへ照射されなくなるか、または照射を低減できる。そのため、放射性核種製造システムＳは、放射性核種製造用ターゲット４０や容器５０に与える熱負荷や損傷を低減できる。
電子線除去装置６０として前記したような磁場発生器６０ａまたは電場発生器６０ｂを用いる場合、制動放射線発生用ターゲット１０および容器５０は、強磁性体ではない材料を使用することが望ましい。このようにすると、磁場を用いたときに、その磁場によって制動放射線発生用ターゲット１０や容器５０などに対して応力が働くなどの影響を抑制できる。なお、強磁性体とは、磁性体のうちで、結晶内の隣合った磁性原子の磁気モーメントが平行に並んで外部に強い磁性を示すものをいい、例えば、鉄、コバルト、ニッケルまたはこれらのうちのいずれか１種を主成分とする合金などが挙げられる。従って、強磁性体ではない材料とは、これらの強磁性体以外で構成された材料をいう。例えば、制動放射線発生用ターゲット１０は、前記したように、タングステン、プラチナ、タンタルなどで形成することができる。また、例えば、容器５０は、アルミニウム、セラミック材などで形成することができる。
また、電子線除去装置６０によって進行方向が変わった電子線２０については、少なくとも当該電子線２０が消滅するまでの間に構造物が無い構造とすることが望ましい。このようにすると、構造物が無いので電子線２０による熱負荷や損傷を受けなくなる。構造物が無い構造は、例えば、電子線除去装置６０と放射性核種製造用ターゲット４０との間を通る制動放射線３０を中心軸にして垂直な方向に少なくとも半径数十ｃｍ～１ｍ程度の空間を確保し、構造物を設けないようにするとよい。このような空間を確保することにより、電子線除去装置６０によって進行方向が変わった電子線２０は十分に低減または消滅するので、その先に構造物があったとしても、熱負荷や損傷を受けなくなる。
図５は、電子線除去装置６０の一例を示す概略図である。この図５は、図５の紙面の手前側から奥側に向けて、電子線２０が通過する様子を示している。図５に示すように、電子線除去装置６０は、電子線２０の通過方向に対して垂直に磁場が生成されるように、永久磁石または電磁石からなる磁場発生器６０ａを設置する。また、この態様では、磁場発生器６０ａによって変わる電子線２０の進行方向と同じ方向に電子線２０の進行方向を変えるように、電場発生器６０ｂによる電場方向を設定する。例えば、電場発生器６０ｂは、電子線２０を挟んで設置される一対の磁場発生器６０ａに対して、電子線２０を中心に９０°回転させた位置に設置することが挙げられる。このようにすると、磁場と電場との相乗効果により、より強力に電子線２０の進行方向を変えることができる。
図６は、電子線除去装置６０の運転の一例を説明する説明図である。放射性核種製造システムＳにおいては、図６の下図に示すように、電子線加速器１からの電子線２０は、パルス状であってもよい。これに対し、図６の上図に示すように、電子線除去装置６０の磁場発生器６０ａおよび／または電場発生器６０ｂの強度（磁場または電場強度）を一定にすることができる。このようにすると、特別な制御装置が不要となるので、簡便な構成かつより安価に電子線２０の進行方向を変えることができる。
図７は、電子線除去装置６０の運転の他の一例を説明する説明図である。放射性核種製造システムＳにおいては、図７の下図に示すように、電子線加速器１からの電子線２０は、パルス状であってもよい。これに対し、図７の上図に示すように、電子線除去装置６０の磁場発生器６０ａおよび／または電場発生器６０ｂの極性（磁場または電場強度）を、前記したパルス毎に変化させることができる。このようにすると、制動放射線発生用ターゲット１０を透過する電子線２０の進行方向がパルス毎に変わる。電子線２０の進行方向がパルス毎に変わるので、変わった進行方向に構造物がある場合でも、構造物に照射される電子線２０の強度を半分に低減することができる。従って、放射性核種製造システムＳは、構造物に与える熱負荷や損傷を低減できる。これは電子線除去装置６０が電磁石を用いているときに好適な態様である。つまり、電子線加速器１から照射されるパルス状の電子線２０に合わせて一定時間毎に（パルス毎に）電磁石の極性を変えることにより、制動放射線発生用ターゲット１０を透過する電子線２０の進行方向をパルス毎に変えることができる。
（放射性核種製造方法）
図８は、本実施形態に係る放射性核種製造方法の内容を説明するフロー図である。本実施形態に係る放射性核種製造方法は、前述した放射性核種製造システムＳを用いて放射性核種を製造するものである。そのため、放射性核種製造システムＳで説明した各要素の詳しい説明は省略する。
図８に示すように、放射性核種製造方法は、電子線照射ステップＳ１と、制動放射線発生ステップＳ２と、放射性核種製造ステップＳ３と、を含んでいる。
電子線照射ステップＳ１は、電子線加速器１により電子線２０を照射させる。具体的には、電子線加速器１は、電子線２０を加速させて制動放射線発生用ターゲット１０に向けて照射する。
制動放射線発生ステップＳ２は、制動放射線発生用ターゲット１０に電子線２０を照射して制動放射線３０を発生させる。
放射性核種製造ステップＳ３は、発生させた制動放射線３０が照射されて放射性核種を製造する原料を含む放射性核種製造用ターゲット４０に制動放射線３０を照射して、放射性核種を製造する。
そして、本実施形態に係る放射性核種製造方法では、放射性核種製造システムＳで説明したように、制動放射線発生用ターゲット１０の厚さを、放射性核種の製造率のピークとなる範囲、かつ、前記範囲内において放射性核種製造用ターゲット４０への電子線２０の照射量が最も少なくなる条件で設定する。これにより、放射性核種製造方法は、放射性核種製造システムＳで説明したように、制動放射線発生用ターゲット１０や放射性核種製造用ターゲット４０、容器５０などに与える熱負荷や損傷が低減され（安全性高く）、放射性核種の製造を効率良く行うことができる。また、放射性核種製造方法は、電子線加速器１を用いているので、陽子加速器や重粒子加速器などと比較して小型化・軽量化が可能である。
以上、本発明に係る放射性核種製造システムＳおよび放射性核種製造方法について実施形態により詳細に説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、それぞれの実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
Ｓ 放射性核種製造システム
１ 電子線加速器
１０ 制動放射線発生用ターゲット
２０ 電子線
３０ 制動放射線
４０ 放射性核種製造用ターゲット
５０ 容器
６０ 電子線除去装置
６０ａ 磁場発生器
６０ｂ 電場発生器
Ｓ１ 電子線照射ステップ
Ｓ２ 制動放射線発生ステップ
Ｓ３ 放射性核種製造ステップ

Claims (8)

  1. 電子線を照射する電子線加速器と、
    照射された前記電子線により制動放射線を発生させる制動放射線発生用ターゲットと、
    発生させた前記制動放射線が照射されて放射性核種を製造する原料を含む放射性核種製造用ターゲットと、
    を備え、
    前記制動放射線発生用ターゲットの厚さを、前記放射性核種の製造率のピークとなる範囲、かつ、前記範囲内において前記放射性核種製造用ターゲットへの前記電子線の照射量が最も少なくなる条件で設定する
    ことを特徴とする放射性核種製造システム。
  2. 請求項１に記載の放射性核種製造システムにおいて、
    前記電子線のエネルギーに応じて前記制動放射線発生用ターゲットの厚さを変える
    ことを特徴とする放射性核種製造システム。
  3. 請求項１に記載の放射性核種製造システムにおいて、
    前記制動放射線発生用ターゲットと前記放射性核種製造用ターゲットとの間に、前記制動放射線発生用ターゲットを通過した電子線の進行方向を変え、前記制動放射線から分離して除去する電子線除去装置を備えている
    ことを特徴とする放射性核種製造システム。
  4. 請求項３に記載の放射性核種製造システムにおいて、
    前記電子線除去装置が、１組もしくは複数組の永久磁石もしくは電磁石を用いた磁場発生器および電場発生器のうちの少なくとも一方を用いている
    ことを特徴とする放射性核種製造システム。
  5. 請求項３に記載の放射性核種製造システムにおいて、
    前記電子線除去装置によって変わった電子線の進行方向には、少なくとも当該電子線が消滅するまでの間に構造物が無い
    ことを特徴とする放射性核種製造システム。
  6. 請求項１に記載の放射性核種製造システムにおいて、
    前記放射性核種製造用ターゲットを収容する容器および前記制動放射線発生用ターゲットが、強磁性体ではない材料で形成されている
    ことを特徴とする放射性核種製造システム。
  7. 請求項４に記載の放射性核種製造システムにおいて、
    前記電子線除去装置が前記電磁石を用いるとともに、一定時間毎に前記電磁石の極性を変える
    ことを特徴とする放射性核種製造システム。
  8. 電子線加速器により電子線を照射させる電子線照射ステップと、
    制動放射線発生用ターゲットに前記電子線を照射して制動放射線を発生させる制動放射線発生ステップと、
    発生させた前記制動放射線が照射されて放射性核種を製造する原料を含む放射性核種製造用ターゲットに前記制動放射線を照射して、前記放射性核種を製造する放射性核種製造ステップと、
    を含み、
    前記制動放射線発生用ターゲットの厚さを、前記放射性核種の製造率のピークとなる範囲、かつ、前記範囲内において前記放射性核種製造用ターゲットへの前記電子線の照射量が最も少なくなる条件で設定する
    ことを特徴とする放射性核種製造方法。
JP2022097086A 2022-06-16 2022-06-16 放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法 Pending JP2023183525A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022097086A JP2023183525A (ja) 2022-06-16 2022-06-16 放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法
PCT/JP2023/002739 WO2023243132A1 (ja) 2022-06-16 2023-01-27 放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022097086A JP2023183525A (ja) 2022-06-16 2022-06-16 放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023183525A true JP2023183525A (ja) 2023-12-28

Family

ID=89192545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022097086A Pending JP2023183525A (ja) 2022-06-16 2022-06-16 放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023183525A (ja)
WO (1) WO2023243132A1 (ja)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170076830A1 (en) * 2015-05-02 2017-03-16 Muons, Inc. Energy recovery linac for radioisotope production with spatially-separated bremsstrahlung radiator and isotope production target
JP6752590B2 (ja) * 2016-02-29 2020-09-09 日本メジフィジックス株式会社 ターゲット装置および放射性核種製造装置
JP7169254B2 (ja) * 2019-06-25 2022-11-10 株式会社日立製作所 放射性核種の製造方法及び装置
JP7422032B2 (ja) * 2020-08-04 2024-01-25 株式会社日立製作所 放射性核種の製造システム及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023243132A1 (ja) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9443629B2 (en) Techniques for on-demand production of medical isotopes such as Mo-99/Tc-99m and radioactive iodine isotopes including I-131
US5764715A (en) Method and apparatus for transmutation of atomic nuclei
Ermolaev et al. Production of actinium, thorium and radium isotopes from natural thorium irradiated with protons up to 141 MeV
JP6752590B2 (ja) ターゲット装置および放射性核種製造装置
US9318228B2 (en) Production of radionuclide molybdenum 99 in a distributed and in situ fashion
US20150332799A1 (en) Methods and apparatus for the production of isotopes
EP3968342B1 (en) Apparatus for producing radionuclide and method for producing radionuclide
US20200176135A1 (en) Low temperature controllable nuclear fusion device and realization mode thereof
US11854711B2 (en) Productions of radioisotopes
CN1316088A (zh) 用受激辐射衰变处理放射性废物的补救方法
US20150380119A1 (en) Method and apparatus for synthesizing radioactive technetium-99m-containing substance
WO2023243132A1 (ja) 放射性核種製造システムおよび放射性核種製造方法
US20030058980A1 (en) Method and apparatus for the transmutation of nuclear waste with tandem production of tritium
Ledingham et al. Laser-induced nuclear physics and applications
CN110335697B (zh) 一种高丰度98Tc的制备方法
WO2005065095A2 (en) Controlled alpha multiplication device
Ledingham Laser induced nuclear physics
Dovbnya et al. Conception of medical isotope production at electron accelerator
JP2016017934A (ja) 医療用テクネチウム９９ｍのオンデマンド製造方法とそのシステム
Dovbnya et al. In commemoration of the eightieth anniversary of the first artificial nuclear reaction realization
Bakker Production and physical properties of radioisotopes
PAVELESCU TRANSMUTATION OF NUCLEAR MATERIALS USING HIGH-POWER LASERS–POTENTIAL APPLICATIONS FOR RADIOACTIVE WASTES TREATMENT AT ELI-NP RESEARCH FACILITY
McKenna et al. Experiments in laser-induced nuclear physics
Kelsey et al. DT neutron sources for cancer therapy
Wojtasiewicz et al. The UWIS isotope separator

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20240605