JP4576240B2

JP4576240B2 - ラジオアイソトープ含有材料製造方法及び装置

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Publication number: JP4576240B2
Application number: JP2005004285A
Authority: JP
Inventors: 安重矢野; 秀一榎本; 敏幸久保; 宏光羽場
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: JP2006194630A

Description

本発明は、ラジオアイソトープを含有する溶液、溶液封入カプセル、固体ペレット、粉末、並びにその製造方法及び製造装置に関する。

ラジオアイソトープ（以下、ＲＩという）は、それ自身に固有な高強度の放射線を放出するため、極微量でも検出することが可能である。現在、ＲＩはトレーサーやマーカーとして、物理、化学、生物などの基礎研究分野から、医療、農業、工業、環境などの応用研究分野にわたり幅広く利用されている。

従来のＲＩは、陽子、重陽子、アルファ粒子などの加速器や原子炉を用いて製造され、化学的処理による精製を経てその供給が行われてきた。重粒子フラグメンテーション反応を用いたマルチトレーサー製造法に関する従来技術として、特開平５−１１９１９６号公報や特開平５−３１２９９９号公報がある。

特開平５−１１９１９６号公報特開平５−３１２９９９号公報

陽子、重陽子、アルファ粒子などの加速器で生産されるＲＩは、主として安定同位体近傍の中性子不足ＲＩに限られ、その寿命や壊変特性あるいは化学処理の困難さが原因となり、実際の利用は大きな制約を受けている。また、標的物質が不純物元素を含む場合や標的元素が複数の安定同位体からなる場合、目的外ＲＩの同時生成・混入は避けられない。さらに、精製の過程で化学処理を行う必要があるため、作業者の放射線被曝も大きな問題となっている。

一方、原子炉によって生産されるＲＩは、目的とされるＲＩと同じ元素の安定同位体を原子炉で中性子照射することによって生産される。この場合も、ＲＩの寿命や壊変特性による制限が大きく、周期表の一部の元素についてしかＲＩを供給できない。また、生産されたＲＩと同じ元素の安定同位体を多量に含むため、実際の利用は大きく制限されている。

本発明は、ＲＩビームファクトリーによって発生させたＲＩビームの中から選別した目的とするＲＩビームを直接、液体等の材料中に打ち込み、材料中に停止させることにより、周期表上のすべての元素について利用目的に最適な寿命や壊変特性を有するＲＩの供給を可能にする。本発明によって供給されるＲＩは、従来の手法で生産されるＲＩと比較して極めて多彩かつ高純度である。さらに、化学的な処理を伴わないため作業者が被曝する危険が大幅に低減する。

本発明によると、従来の手法で生産されるＲＩと比較して極めて多彩かつ高純度のＲＩを安全に供給することができる。

本発明では、ＲＩビームファクトリーによって多種類・大強度で発生させたＲＩビームを直接、液体、固体、粉末等の材料中に打ち込み、医学、工学、理学などの分野で有用なＲＩを供給可能にする。本発明によって、周期律表上のすべての元素について、利用目的に最適な寿命や壊変特性を有するＲＩが供給可能となる。また、本発明で供給されるＲＩは、従来の陽子、重陽子などの加速器や原子炉で生産されるＲＩと比較して極めて多彩かつ高純度である。また、化学的手法によるＲＩの精製が不要であるため、ＲＩ生産に携わる作業者の放射線被曝を最低限に抑えることができる。

図１は、ＲＩビームファクトリーの一例である理研ＲＩビームファクトリーの概略図である。

理研ＲＩビームファクトリーは、理研リングサイクロトロン（ＲＲＣ）１５、固定周波数型リングサイクロトロン（ｆＲＣ）１６、中間段リングサイクロトロン（ＩＲＣ）１７ならびに超伝導リングサイクロトロン（ＳＲＣ）１８の４つのリングサイクロトロンと、ＲＩビーム生成分離装置（BigRIPS）１９から構成される。ＲＲＣ１５の入射器として、ＡＶＦサイクロトロン１４とリニアック１２がある。リニアック１２は、イオン源１１ａ，１１ｂで生成されたイオンを加速してＲＲＣ１５に入射する。また、ＡＶＦサイクロトロン１４は、イオン源１３ａ，１３ｂで生成されたイオンを加速してＲＲＣ１５に入射する。ＲＩビームファクトリーでは、上記４つのリングサイクロトロン１５〜１８を連結し、高エネルギーの重イオンビームを発生する。この高エネルギー重イオン（入射核）を標的２０中の原子核と衝突させると、その一部が削り取られて種々のＲＩが生成される。これを入射核破砕反応とよぶ。その中から一種類のＲＩをBigRIPS１９によって電磁分離し、ＲＩビーム２１として発生させる。

理研ＲＩビームファクトリーでは、医学、工学、理学などの分野で今後利用が期待されるＲＩを、１秒間に１０¹⁰〜１０¹²原子程度のビームとして供給することが可能である。例えば、銅（Ｃｕ）のＲＩの１つである⁶⁷Ｃｕは、半減期が６１．９時間であり、生理学的、生化学的な研究に有用なγ線放出核種である。⁶⁷Ｃｕは、陽子、重陽子、アルファ粒子などの加速器や原子炉によっては製造が極めて困難であるが、理研ＲＩビームファクトリーでは、エネルギーが核子当たり１９６．３ＭｅＶの⁶⁷Ｃｕビームを１秒間当たり４．６×１０¹⁰個の強度で供給することが可能である。これは、１日間の製造で約１０ＧＢｑの⁶⁷Ｃｕに相当する。⁶⁷Ｃｕと同様に貴重なＲＩとして、²⁸Ｍｇが挙げられる。理研ＲＩビームファクトリーでは、エネルギーが核子当たり３４５．７ＭｅＶの²⁸Ｍｇビームを１秒間当たり２．１×１０⁹個の強度で供給することが可能であり、１日間で約１．２ＧＢｑの²⁸Ｍｇを生産できる見込みである。

ＲＩビームファクトリーは、これまで新しいＲＩの生成と確認、その寿命の測定等の基礎研究に主として利用されてきた。本発明は、このＲＩビームファクトリーに、医学、工学、理学などの分野に利用される実用的なＲＩの供給源という新たな用途をもたらすものである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
図２は、本発明によるＲＩ含有材料製造装置の一例の全体を表す概略図である。図２はＲＩ含有溶液製造用のＲＩビーム打ち込みチャンバーの例を示している。

ＲＩビームファクトリーで⁷⁰Ｚｎや³⁶Ｓを１次ビームとして加速し、ベリリウムの金属標的２０に照射し、⁶⁷Ｃｕや²⁸ＭｇのＲＩビーム２１を発生させる。高真空のビームライン（１０^-6〜１０^-8Torr）とビーム打ち込みチャンバー（〜大気圧）の間は、厚さ２５μｍのベリリウム金属箔３２で仕切られている。

ＲＩビーム打ち込みチャンバーは、ビーム焦点調整部３０、ビームエネルギー調節部４０、材料保持部５０を備える。ビームエネルギー調節部４０は、ビーム焦点調整部３０の端部に真空シール６１を介して接続具６２によって接続される。また、材料保持部５０は、ビームエネルギー調節部４０の端部に真空シール６３を介して接続具６４によって接続される。材料保持部５０には、石英セル５１、石英セル保持部５２が設けられている。石英セル５１には溶液を循環させる溶液循環路５３が接続され、溶液循環路の途中には内部を循環する溶液を冷却するための冷却器５４が設置され、また溶液循環路中の溶液を取り出すためのバルブ５５が設けられている。石英セル５１に循環させる溶液としては、純水、生理食塩水、塩酸、放射性医薬品になり得る錯形成試薬（例えば、クエン酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ピロリン酸ナトリウム、フチン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、アルブミン、メチレンジホスホン酸）を含有する溶液等を用いることができるが、ここでは純水を用いた。

ビーム焦点調整部３０は、すべてのＲＩビーム２１を損失なく石英セル５１に照射するためのものであり、例えば電流値読み取り機構を備えた４分割タンタル製スリット（内径１０ｍｍφ）３１で構成される。ビームエネルギー調節部４０は、すべてのＲＩが石英セル５１中の水溶液内で止まるように、ビームエネルギーを調節するためのもので、例えば適切な厚さのアルミニウム板４１で構成される。アルミニウム板４１は水冷ジャケット４２に保持されている。ビーム焦点調整部３０を含む高真空のビームライン（１０^-6〜１０^-8Torr）と略大気圧のビームエネルギー調節部４０の間は、厚さ２５μｍのベリリウム金属箔３２で仕切られている。石英セル５１は、一例として、肉厚１ｍｍ、ビーム進行方向の水溶液厚さ１０ｍｍのものを用いた。石英セル保持部５２は、水冷機構５６を備えた銅製の部材からなり、ビームストッパを兼用している。

次に、本発明によるＲＩ含有溶液製造装置を用いたＲＩ含有溶液製造方法について説明する。

まず、ビーム焦点調整部３０によってＲＩビーム２１の焦点調整を行う。図３は、ビーム焦点調整部３０が備える４分割タンタル製スリット３１の略平面図である。直径１センチメートルのスリットは、ビームを止めるのに十分な厚さを持った４枚のタンタル金属板３１ａ〜３１ｄによって構成される。タンタル金属に当たるビーム電流をカレントインテグレーターを用いて測定することによって、ビームが上下左右のどのスリット板に衝突したかが分かる。BigRIPSに備え付けられた電磁マグネットやスリットを調節し、ＲＩビームが４枚のスリット板３１ａ〜３１ｄの何れにも当たらないようにビームの軸を調節する。

アルミニウム吸収板４１の厚さは、ＲＩビームが⁶⁷Ｃｕの場合には、ビームエネルギーを核子当たり１９６．３ＭｅＶとして、約８ｍｍと計算され、ＲＩビームが²⁸Ｍｇの場合には、ビームエネルギーを核子当たり３４５．７ＭｅＶと仮定して、約５８ｍｍと計算され、必要な厚さのものを用意し、設置する。ＲＩビームの打ち込み中、水溶液は冷却器５４を通して循環させる。また、アルミニウム吸収板４１ならびに石英セル５１は、水冷ならびにヘリウムガス冷却する。ビームの打ち込み終了後、石英管に付属のバルブ５５を開け、ＲＩ含有溶液を容器５７に取り出す。

上述のように、本発明のＲＩ含有溶液製造装置を例えば理研ＲＩビームファクトリーに適用すると、１日間の製造で約１０ＧＢｑの⁶⁷Ｃｕを生産でき、また、１日間で約１．２ＧＢｑの²⁸Ｍｇを生産できる。現在販売されているＲＩや放射性診断薬及び治療薬として用いられている放射能が、ＭＢｑオーダーからＧＢｑであることを考えると、１日間のうちにできる約１０ＧＢｑの⁶⁷Ｃｕや約１．２ＧＢｑの²⁸Ｍｇの放射能は、実用上十分と言える。

図４は、本発明によるＲＩビーム打ち込みチャンバー部分の他の例を示す図である。本例は、石英管に流れる溶液中にＲＩを止めるのではなく、溶液を入れた個別のカプセル中にＲＩを止める実施例を示している。図４は、材料保持部のみが図２と異なる。

材料保持部５０には、ホルダー７２に保持されて溶液を封入したカプセル７１が設置されている。ホルダー７２は、水冷機構７３を備えた銅製の部材からなり、ビームストッパを兼用している。カプセル７１は、例えばポリエチレン製あるいはポリプロピレン製であり、内部に純水、生理食塩水、塩酸、あるいは放射性医薬品になり得る錯形成試薬（例えば、クエン酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ピロリン酸ナトリウム、フチン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、アルブミン、メチレンジホスホン酸）を含有する溶液等が封入されている。

ＲＩビームファクトリーからＲＩビーム打ち込みチャンバーに導入されたＲＩビーム２１は、ビーム焦点調整部３０、ビームエネルギー調節部４０を介して、材料保持部５０に設置されたカプセル７１に照射される。カプセル７１は、照射されたＲＩビームがすべてカプセルの溶液中で止まるようにカプセルの寸法、特にビーム方向の厚さを調整する。カプセルは、水冷機構７３によって水冷される。ビームの打ち込み終了後、ＲＩ含有カプセルを取り出す。

この手法で製造したＲＩ含有カプセルは、取り外しや運搬に備えて汚染防止のために行う煩雑な密封作業等を一切必要とせず、直ちに使用者に譲渡することができる。水溶性のカプセルであれば、これを水等に溶解することにより、迅速にＲＩ溶液を容易に調製できる。カプセル内に、放射性医薬品になり得る錯形成試薬を含有する溶液を入れておけば、直ちに安全に患者に投与することができる。

ＲＩビーム打ち込みチャンバーの材料保持部には、溶液を封入したカプセルに代えて固体ペレットを設置してもよい。ペレットは、例えば、氷、塩化ナトリウム、放射性医薬品になりうる固体試薬（例えば、無水塩化第一スズ、クエン酸第二鉄、クエン酸ガリウム等）とすることができる。ペレットの寸法、特にビーム方向の厚さは、ＲＩビームがすべてペレット中で止まるように調整する。ペレットは、水冷ホルダーに保持されて、ＲＩビーム照射中、冷却される。ＲＩビームの打ち込み終了後、ＲＩ含有ペレットを取り出す。こうしてＲＩ含有ペレットが製造される。

ＲＩ含有ペレットは、使用目的に応じた溶液に溶解することによって、ＲＩ溶液を調製することができる。例えば、塩化ナトリウムペレットの場合、純水に溶解することにより、直ちに安全にＲＩ含有生理食塩水を調製することができる。放射性医薬品になり得る錯形成試薬の場合なども同様である。

これまでは、一種類のＲＩを含有する溶液、カプセルあるいはペレットの製造方法について説明してきた。本発明によると、複数種類のＲＩを含有する溶液、カプセル、ペレットも容易に製造することができる。

ＲＩビームファクトリーのBigRIPSの磁場やスリットなどの条件を変更することにより、ＲＩビーム打ち込みチャンバーに別のＲＩビームを導入することができる。最初のＲＩビームをＲＩビーム打ち込みチャンバーに導入して材料保持部５０に保持した石英セルやカプセルあるいはペレットに照射した後、BigRIPSの磁場やスリットなどの条件を変更して別の種類のＲＩビームをＲＩビーム打ち込みチャンバーに導入し、同じ石英セルやカプセルあるいはペレットに照射する。このとき、ビームエネルギー調節部４０のアルミニウム吸収板４１をそのＲＩビームに適した厚さのものに交換しておく。この操作を繰り返すことによって、複数種類のＲＩを含んだ溶液やカプセル、ペレットを調製できる。例えば、²⁸Ｍｇと⁴⁷Ｃａを同時に含んだ溶液やカプセル、ペレットを調製できる。複数種類のＲＩを含ませることによって、複数の元素の挙動を、同じ条件下で同時に追跡できる利点がある。従来のマルチトレーサー法でも複数種類のＲＩ液を製造できたが、含まれる元素の種類を調節するには複雑な化学分離過程を行う必要があった。本手法は、このような化学分離操作をほとんど必要とせず、作業者の被曝は問題とならない。

本発明によるＲＩ含有材料製造装置の全体を表す概略図。ＲＩビーム打ち込みチャンバーの詳細例を示す図。４分割タンタル製スリットの略平面図。ＲＩビーム打ち込みチャンバーの他の例を示す図。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ：イオン源、１２：リニアック、１３ａ，１３ｂ：イオン源、１４：ＡＶＦサイクロトロン、１５：リングサイクロトロン、１６：固定周波数型リングサイクロトロン、１７：中間段リングサイクロトロン、１８：超伝導リングサイクロトロン、１９：ＲＩビーム生成分離装置、２０：標的、２１：ＲＩビーム、３０：ビーム焦点調整部、３１:４分割タンタル製スリット、３２:ベリリウム金属箔、４０:ビームエネルギー調節部、４１:アルミニウム吸収板、４２:水冷ジャケット、５０:材料保持部、５１:石英セル、５２:石英セル保持部、５３:溶液循環路、５４:冷却器、５５:バルブ、５６:水冷機構、５７:容器、６１:真空シール、６２：接続具、７１：カプセル、７２：ホルダー、７３：水冷機構

Claims

ＲＩを含有させるべき材料を保持する材料保持部と、
ＲＩビームを導入するビーム導入部と、
前記導入部から導入されたＲＩビームが前記材料保持部に保持された材料中に止まるようにＲＩビームのエネルギーを調節するビームエネルギー調節部とを備え、
前記材料は溶液であり、前記材料保持部は前記溶液が循環するセルを保持する
ことを特徴とするＲＩ含有材料製造装置。
請求項１記載のＲＩ含有材料製造装置において、
前記溶液は純水、生理食塩水、酸又は、放射性医薬品になり得る錯形成試薬を含有する溶液である
ことを特徴とするＲＩ含有材料製造装置。
請求項１又は２記載のＲＩ含有材料製造装置において、
前記ＲＩビームはＲＩビームファクトリーによって発生されたものである
ことを特徴とするＲＩ含有材料製造装置。
ＲＩビームファクトリーで発生されたＲＩビームを選択する工程と、
前記選択されたＲＩビームのエネルギーを調節する工程と、
前記エネルギーが調節されたＲＩビームを材料に照射して当該材料中にＲＩを止める工程とを含み、
前記材料は、セル中を循環する溶液である
ことを特徴とするＲＩ含有材料製造方法。
請求項４記載のＲＩ含有材料製造方法において、
前記溶液は純水、生理食塩水、酸又は、放射性医薬品になり得る錯形成試薬を含有する溶液である
ことを特徴とするＲＩ含有材料製造方法。